《汽車綜合檢測與診斷》課件第4章

學習情境4汽車尾氣的檢測4.1學習情境描述4.2學習任務

學習情境4描述見表4-1。4.1學習情境描述表4-1學習情境4描述

4.2.1任務描述

針對某型車輛尾氣的檢測，要求按照六步法(資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估)，緊密結(jié)合汽車維修企業(yè)實際生產(chǎn)過程，對車輛的排氣污染物進行檢測診斷。在此過程中學習相關(guān)理論知識和汽車檢測診斷參數(shù)、標準及儀器設備的實際運用。4.2學習任務4.2.2相關(guān)知識

一、汽車排放污染物的主要成分及其危害

汽車排放的污染物，主要是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、硫化物(主要是SO2)、微粒及其他一些有害物質(zhì)。由于現(xiàn)在國家取消了含鉛汽油的使用，使得鉛化合物對大氣的污染已不存在，其他的這些污染物由汽車的排氣管、曲軸箱和燃油系統(tǒng)排出，分別稱為排氣污染物(又稱尾氣，約有55%的HC和絕大部分的CO、NOx、SO2、微粒)、曲軸箱污染物(20%～25%的HC，其余還有CO、NOx、SO2等)和燃油蒸發(fā)污染物(約有20%的HC)。

1．一氧化碳

汽車排放中的CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。當發(fā)動機混合氣過濃或燃燒質(zhì)量不佳時，易生成CO。CO是一種無色無味的有毒氣體，它進入人體后極易與血液中的血紅蛋白結(jié)合。CO與血紅蛋白的親和力是氧的300倍。因此，CO可使血液攜帶氧的能力降低而引起缺氧。CO被人體大量吸入后會使人感覺惡心、頭暈及疲勞，嚴重時會使人窒息死亡。

2．碳氫化合物

汽車廢氣中的HC是多種碳氫化合物的總稱，是發(fā)動機未燃盡的燃料分解或供油系中燃料的蒸發(fā)所產(chǎn)生的氣體。汽車排放污染物中，HC的20%～25%來自曲軸箱竄氣，20%來自化油器和燃油箱中的蒸發(fā)，其余則由發(fā)動機排氣管排出。單獨的HC只有在濃度相當高的情況下才會對人體產(chǎn)生影響，一般情況下作用不大。但HC能引起光化學反應生成光化學氧化劑，且生成甲醛，形成煙霧，對人的眼、鼻和咽喉黏膜有較強的刺激作用，嚴重時可致癌。

3．氮氧化合物

排放中的氮氧化合物主要指NO2和NO，通常可概括表示為NOx。NOx主要是在高溫燃燒過程中由空氣中的氧和氮化合而成，燃料中含氮化合物也會部分形成氮氧化合物排放。汽車尾氣中直接排出的氮氧化合物基本上是NO，汽油機排出的氮氧化合物中，NO占99%，而柴油機排出的氮氧化合物中NO2比例稍大。NO從發(fā)動機剛排出時，其毒性較小，但排出之后NO在大氣中被氧化為劇毒的NO2，這一過程一般需要幾個小時，若空氣中有強氧化劑如臭氧，則氧化過程變得很迅速。NO2是一種刺激性很強的污染物，它能刺激眼、鼻黏膜，麻痹嗅覺，甚至引起肺氣腫。

4．硫化物

發(fā)動機排出的硫化物主要為二氧化硫(SO2)，是燃料中含有的硫與空氣中的氧反應生成的。SO2有強烈的氣味，可刺激咽喉與眼睛，嚴重時可使人中毒。SO2還是形成酸雨的主要成分，它損害生物，使土壤和水源酸化，影響自然界的生態(tài)平衡。

5．微粒

汽油機排出的主要微粒是鉛化物、硫酸鹽、低分子物質(zhì)；柴油機排出的主要微粒為碳化物質(zhì)(碳煙)和高分子量的有機物(潤滑油的氧化和裂解產(chǎn)物)，其微粒的直徑大約在0.1～10μm范圍內(nèi)。柴油機產(chǎn)生的微粒量比汽油機高30～60倍，碳煙是柴油燃燒不完全的產(chǎn)物，它是由直徑較小的多孔性炭粒構(gòu)成的。微粒中對人體和大氣環(huán)境危害最大的是2.5μm左右的微粒，它懸浮于離地面1～2m高的空氣中，容易被人體吸入。而這些微粒，往往吸附有許多有機污染物、重金屬元素和一些致癌物質(zhì)，因而當其沉積到人體肺部時，會嚴重危害人體的健康。

二、汽車排放污染物的限值標準及測試方法

汽車尾氣排放檢測分汽油機尾氣檢測和柴油機尾氣檢測兩種。在相同的工況下，汽油機的CO、HC和NOx排放量比柴油機大。因此，國家標準主要限制汽油機的CO、HC和NOx排放量。柴油機燃燒時混合氣形成時間非常短，在空氣不足或混合氣不均勻的情況下，主要是產(chǎn)生碳煙污染。因此，國家標準主要限制柴油機排氣的煙度。

為了控制汽車排放污染物對生態(tài)環(huán)境的危害，世界各國對車輛的排放制定了嚴格的法規(guī)，對汽車的排放污染物，有統(tǒng)一、合理的表示方法及檢測標準。

1．排放污染物的表示方法

污染物的排放量根據(jù)不同的場合，常用濃度排放量、質(zhì)量排放量和比排放量等方法來表示。

1)濃度排放量

濃度排放量常用體積分數(shù)和質(zhì)量濃度來表示。體積分數(shù)是指排氣體積中污染物所占的體積比，根據(jù)實際中污染物濃度的不同，可分別用%、×10-6或×10-9來表示。例如：對排氣中濃度較高的CO和CO2一般用%來表示；對濃度較低的HC和NOx用×10-6來表示；而對濃度更低的成分可用×10-9來表示。質(zhì)量濃度是指單位排氣體積中污染物的質(zhì)量，常用mg/m3單位計量。

2)質(zhì)量排放量

質(zhì)量排放量是指實際檢測時每小時或每測試循環(huán)發(fā)動機排放的污染物質(zhì)量，常用g/h或g/測試來表示。在實際環(huán)境治理工作中，若對排放污染物進行總量監(jiān)測，或在車輛排放檢測中按規(guī)定的工況循環(huán)測量排放量，可用質(zhì)量排放量表示。

3)比排放量

比排放量是指檢測時汽車單位行駛里程所排放的污染物質(zhì)量或發(fā)動機單位功所排放的污染物質(zhì)量，常用比排放量量綱為g/km或g/(kW·h)。在整車試驗時，用單位測試循環(huán)的質(zhì)量排放量(g/測試)除以每測試循環(huán)的運轉(zhuǎn)千米數(shù)可得到每千米的排放量(g/km)，這是排放法規(guī)中最常用的計量單位。當進行發(fā)動機排放特性試驗時，可以用單位功所排放的污染物質(zhì)量作為評價指標，但一般測試儀器測出的是濃度排放量，此時可用濃度排放量、排氣流量、排氣密度及發(fā)動機有效功率進行計算得出單位功所排放的污染物質(zhì)量。

2．排放污染物的檢測標準

世界各國對機動車的排放控制越來越嚴格。我國參照世界各國標準(主要參照歐、美標準)并結(jié)合我國實際情況，先后制定了多部有關(guān)排氣污染物限值的國家標準，對汽車排放物的控制越來越嚴格。目前我國制定機動車排放的法規(guī)標準主要是從兩大方面考慮，一方面是針對汽車制造廠新車定型的型式認證和生產(chǎn)一致性檢查，另一方面是針對在用(營運)車輛。在涉及在用(營運)車輛方面，2005年6月7日國家環(huán)境保護總局、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布了GB

18285—2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》和GB

3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》，這兩個標準于2005年7月1日實施。

目前我國已經(jīng)頒布并仍在執(zhí)行的排放標準主要有：

GB

18285—2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》

GB

3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》

GB

17691—2005《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段)》

GB

18352.2—2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(Ⅱ)》

GB

18352.3—2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》(2007年7月1日實施)

GB

14762—2002《車用點燃式發(fā)動機及裝用點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法》

GB

14762—2008《重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》

3．點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法

根據(jù)GB

18285—2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》的規(guī)定，全國點燃式發(fā)動機在用汽車排放監(jiān)控，采用本標準規(guī)定的雙怠速法排氣污染物排放限值及測量方法；在機動車保有量大、污染嚴重的地區(qū)，也可按規(guī)定采用本標準附錄B(穩(wěn)態(tài)工況法)、C(瞬態(tài)工況法)、D(簡易瞬態(tài)工況法)中所列的簡易工況法。

1)排氣污染物排放限值

(1)在用汽車排氣污染物排放限值如表4-2所示。表4-2在用汽車排氣污染物排放限值(體積分數(shù))(2)過量空氣系數(shù)(λ)的要求。對于使用閉環(huán)控制電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)的汽車進行過量空氣系數(shù)(λ)的測定。發(fā)動機轉(zhuǎn)速為高怠速轉(zhuǎn)速時，λ應在1.00

±

0.03或制造廠規(guī)定的范圍內(nèi)。進行λ測試前，應按照制造廠使用說明書的規(guī)定預熱發(fā)動機。

(3)采用簡易工況法的地區(qū)，應制定地方排氣污染物排放限值，經(jīng)省級人民政府批準，報國務院環(huán)境保護行政主管部門備案后實施。

2)測量方法(雙怠速法)

測量程序如下：

(1)應保證被檢測車輛處于制造廠規(guī)定的正常狀態(tài)，發(fā)動機進氣系統(tǒng)應裝有空氣濾清器，排氣系統(tǒng)應裝有排氣消聲器，并不得有泄漏。

(2)必要時在發(fā)動機上安裝轉(zhuǎn)速計、點火正時儀、冷卻液和潤滑油測溫計等測量儀器。測量時，發(fā)動機冷卻液和潤滑油溫度應不低于80℃，或者達到汽車使用說明書規(guī)定的熱車狀態(tài)。

(3)發(fā)動機從怠速狀態(tài)加速至70%額定轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)30s后降至高怠速狀態(tài)。將取樣探頭插入排氣管中，深度不小于400mm，并固定在排氣管上。維持15s后，由具有平均值功能的儀器讀取30s內(nèi)的平均值，或者人工讀取30

s內(nèi)的最高值和最低值，其平均值即為高怠速污染物測量結(jié)果。對于使用閉環(huán)控制電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)的汽車，還應同時讀取過量空氣系數(shù)(λ)的數(shù)值。

(4)發(fā)動機從高怠速降至怠速狀態(tài)15s后，由具有平均值功能的儀器讀取30s內(nèi)的平均值，或人工讀取30s內(nèi)最高值和最低值，其平均值即為怠速污染物的測量結(jié)果。

(5)若為多排氣管時，取各排氣管測量結(jié)果的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。

(6)若車輛排氣管長度小于測量深度時，應使用排氣加長管。

(7)對于單一燃料汽車，僅按燃用氣體燃料進行排放檢測；對于兩用燃料汽車，要求對兩種燃料分別進行排放檢測。

3)測量結(jié)果判定

(1)如果檢測污染物有一項超過規(guī)定的限值，則認為排放不合格。

(2)對于使用閉環(huán)控制電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)的車輛，如果檢測的過量空氣系數(shù)(λ)超出規(guī)定的要求，則認為排放不合格。

4)穩(wěn)態(tài)工況法測量方法

(1)在底盤測功機上的測試運轉(zhuǎn)循環(huán)。

①在底盤測功機上的測試運轉(zhuǎn)循環(huán)由ASM5025和ASM2540兩個工況組成，如圖4-1、表4-3所示。

圖4-1穩(wěn)態(tài)工況法(ASM)試驗運轉(zhuǎn)循環(huán)表4-3穩(wěn)態(tài)工況法(ASM)試驗運轉(zhuǎn)循環(huán)表②

ASM5025工況。經(jīng)預熱后的車輛加速至25km/h，測功機以車輛速度為25km/h、加速度為1.475m/s2時的輸出功率的50%作為設定功率對車輛加載，工況計時器開始計時(t

=

0s)。車輛以25

±

1.5km/h的速度持續(xù)運轉(zhuǎn)5s，如果底盤測功機模擬的慣量值在計時開始后持續(xù)3s超出所規(guī)定的誤差范圍，工況計時器將重新開始計時(t

=

0)。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。系統(tǒng)將根據(jù)分析儀最長響應時間進行預置(如果分析儀響應時間為10s，則預置時間為10s，t

=

15)，然后系統(tǒng)開始取樣，持續(xù)運行10s(t

=

25s)即為ASM5025快速檢查工況。ASM5025快速檢查工況結(jié)束后繼續(xù)運行至90s(t

=

90s)即為ASM5025工況。

③

ASM2540工況。ASM5025工況檢測結(jié)束后車輛立即加速至40km/h，測功機以車輛速度為40km/h、加速度為1.475m/s2時的輸出功率的25%作為設定功率對車輛加載。工況計時器開始計時(t

=

0s)。車輛以40

±

1.5km/h的速度持續(xù)運轉(zhuǎn)5s，如果底盤測功機模擬的慣量值在計時開始后持續(xù)3s超出所規(guī)定的誤差范圍，工況計時器將重新開始計時(t

=

0)。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。系統(tǒng)將根據(jù)分析儀最長響應時間進行預制(如果分析儀響應時間為10s，則預置時間為10s，t

=

15)，然后系統(tǒng)開始取樣，持續(xù)運行10s(t

=

25s)即為ASM2540快速檢查工況。ASM2540快速檢查工況結(jié)束后繼續(xù)運行至90s(t

=

90s)即為ASM2540工況。

(2)測試程序。

①車輛驅(qū)動輪位于測功機滾筒上，將分析儀取樣探頭插入排氣管中，深度為400mm，并固定于排氣管上。對獨立工作的多排氣管應同時取樣。

②

ASM5025工況。車輛經(jīng)預熱后，加速至25km/h，測功機根據(jù)測試工況要求加載，工況計時器開始計時(t

=

0s)，車輛保持25

±

1.5km/h等速5s后開始檢測。當測功機轉(zhuǎn)速和扭矩偏差超過設定值的時間大于5s，檢測應重新開始。然后系統(tǒng)根據(jù)ASM5025工況所規(guī)定開始預置10s之后開始快速檢查工況，計時器為t

=

15s時分析儀器開始測量，每秒測量一次，并根據(jù)稀釋修正系數(shù)及濕度修正系數(shù)計算10s內(nèi)的排放平均值。運行10s(t

=

25s)ASM5025快速檢查工況結(jié)束。車輛運行至90s(t

=

90s)ASM5025工況結(jié)束。測功機在車速25

±

1.5km/h的允許誤差范圍內(nèi)，加載扭矩應隨車速的變化做相應的調(diào)整，保證加載功率不隨車速改變。扭矩允許誤差為該工況設定扭矩的±5%。在測量過程中，任意連續(xù)10s內(nèi)第1秒至第10秒的車速變化相對于第1秒小于±

0.5km/h，測試結(jié)果有效。快速檢查工況的10s內(nèi)的排放平均值經(jīng)修正后如果等于或低于限值的50%，則測試合格，檢測結(jié)束；否則應繼續(xù)進行至90s工況。如果所有檢測污染物連續(xù)10s的平均值均低于或等于限值，則該車應判定為ASM5025工況合格，繼續(xù)進行ASM2540檢測；如任何一種污染物連續(xù)10s的平均值超過限值，則測試不合格，檢測結(jié)束。在檢測過程中如任意連續(xù)10s內(nèi)的任何一種污染物10次排放值經(jīng)修正后均高于限值的500%，則測試不合格，檢測結(jié)束。③

ASM2540工況。車輛從25km/h直接加速至40km/h，測功機根據(jù)測試工況要求加載，工況計時器開始計時(t

=

0s)，車輛保持40

±

1.5km/h等速5s后開始檢測。當測功機轉(zhuǎn)速和扭矩偏差超過設定值的時間大于5

s，檢測應重新開始。然后系統(tǒng)根據(jù)ASM2540工況所規(guī)定開始預置10s之后開始快速檢查工況，計時器為t

=

15s時分析儀器開始測量，每秒測量一次，并根據(jù)稀釋修正系數(shù)及濕度修正系數(shù)計算10s內(nèi)的排放平均值。運行10s(t

=

25s)ASM2540快速檢查工況結(jié)束。車輛運行至90s(t

=

90s)ASM2540工況結(jié)束。測功機在車速40

±

1.5km/h的允許誤差范圍內(nèi)，加載扭矩應隨車速的變化做相應的調(diào)整，保證加載功率不隨車速改變。扭矩允許誤差為該工況設定扭矩的±5%。

在測量過程中，任意連續(xù)10s內(nèi)第1秒至第10秒的車速變化相對于第1秒小于±0.5km/h，測試結(jié)果有效?？焖贆z查工況的10s內(nèi)的排放平均值經(jīng)修正后如果等于或低于限值的50%，則測試合格，檢測結(jié)束；否則應繼續(xù)進行至90s工況。如果所有檢測污染物連續(xù)10s的平均值均低于或等于限值，則該車應判定為合格；如任何一種污染物連續(xù)10s的平均值超過限值，則測試不合格，檢測結(jié)束。在檢測過程中如任意連續(xù)10s內(nèi)的任何一種污染物10次排放值經(jīng)修正后均高于限值的500%，則測試不合格，檢測結(jié)束。

4．壓燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法

根據(jù)GB3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》的規(guī)定，壓燃式發(fā)動機在用汽車排放監(jiān)控，采用本標準規(guī)定的排氣煙度排放限值及測量方法。在機動車保有量大、污染嚴重的地區(qū)，可采用本標準附錄J中所規(guī)定的加載減速工況法。在用汽車的排放監(jiān)控也可采用目測法，對高排放汽車進行篩選，由具有資格的人員進行。

1)在用汽車的排氣煙度排放控制要求

(1)對于本標準實施后生產(chǎn)的在用汽車。自本標準實施之日(2005年7月1日)起，按本標準規(guī)定經(jīng)型式核準批準車型生產(chǎn)的在用汽車，應按附錄I的要求進行自由加速試驗，所測得的排氣光吸收系數(shù)不應大于車型核準批準的自由加速排氣煙度排放限值，再加0.5m-1。

(2)對于2001年10月1日起生產(chǎn)的在用汽車。自2001年10月1日起至本標準實施之日生產(chǎn)的汽車，應按附錄I的要求進行自由加速試驗，所測得的排氣光吸收系數(shù)不應大于以下數(shù)值：自然吸氣為2.5m-1；渦輪增壓為3.0m-1。

(3)對于2001年10月1日前生產(chǎn)的在用汽車。對于2001年10月1日前生產(chǎn)的在用汽車，應按本標準附錄K的要求進行自由加速試驗，所測得的煙度值應不大于以下數(shù)值：1995年7月1日起至2001年9月30日期間生產(chǎn)的為4.5Rb；1995年6月30日以前生產(chǎn)的為5.0Rb。

(4)采用加載減速工況法的地區(qū)，應制定地方排氣煙度排放限值，經(jīng)省級人民政府批準，報國務院環(huán)境保護行政主管部門備案后實施。

2)測量方法

Ⅰ.在用汽車自由加速試驗—不透光煙度法(GB

3847—2005附錄I)

(1)試驗條件：

①試驗應在汽車上進行。

②試驗前不應長時間怠速，以免燃燒室溫度降低或積污。

③取樣和測量儀器：排氣的光吸收系數(shù)應使用不透光煙度計測量，不透光煙度計應滿足附錄G規(guī)定的條件，其安裝應符合附錄H的規(guī)定。

④試驗采用符合國家標準的商品燃料。

(2)車輛準備：

①車輛在不進行預處理的情況下也可以進行試驗。出于安全考慮，必須確保發(fā)動機處于熱狀態(tài)，并且機械狀態(tài)良好。

②發(fā)動機應充分預熱。例如：在發(fā)動機機油標尺孔位置測得的機油溫度應至少為

80℃；如果溫度低于80℃，發(fā)動機也應處于正常運轉(zhuǎn)溫度。因車輛結(jié)構(gòu)，無法進行溫度測量時可以通過其他方法(例如控制發(fā)動機冷卻風扇)。使發(fā)動機處于正常運轉(zhuǎn)溫度。

③采用至少三次自由加速過程或其他等效方法對排氣系統(tǒng)進行吹拂。

(3)試驗方法：

①目測檢測車輛的排氣系統(tǒng)的相關(guān)部件是否泄漏。

②發(fā)動機包括所有裝有廢氣渦輪增壓的發(fā)動機，在每個自由加速循環(huán)的起點均處于怠速狀態(tài)。對重型發(fā)動機，將油門踏板放開后至少等待10s。

③在進行自由加速測量時，必須在1s內(nèi)，將油門踏板快速、連續(xù)地完全踩到底，使噴油泵在最短時間內(nèi)供給最大油量。

④對每一個自由加速測量，在松開油門踏板前，發(fā)動機必須達到斷油點轉(zhuǎn)速。對帶自動變速箱的車輛，則應達到制造廠申明的轉(zhuǎn)速(如果沒有該數(shù)據(jù)值，則應達到斷油轉(zhuǎn)速的2/3)。關(guān)于這一點，在測量過程中必須進行檢查。例如，通過監(jiān)測發(fā)動機轉(zhuǎn)速，或延長油門踏到底后與松開油門前的間隔時間，對于重型汽車，該間隔時間應至少為2s。

⑤計算結(jié)果取最后三次自由加速測量結(jié)果的算術(shù)平均值。在計算均值時可以忽略與測量均值相差很大的測量值。

Ⅱ.在用汽車自由加速試驗—濾紙煙度法(GB3847—2005附錄K)

自由加速工況是指在發(fā)動機怠速下，迅速但不猛烈地踏下油門踏板，使噴油泵供給最大油量。在發(fā)動機達到調(diào)速器允許的最大轉(zhuǎn)速前，保持此位置。一旦達到最大轉(zhuǎn)速，立即松開油門踏板，使發(fā)動機恢復至怠速。在自由加速工況下，從發(fā)動機排氣管抽取規(guī)定長度的排氣柱所含的碳煙，使規(guī)定面積的清潔濾紙染黑的程度，稱為自由加速濾紙式煙度。自由加速煙度試驗規(guī)定采用濾紙式煙度計(以下簡稱煙度計)，其技術(shù)參數(shù)和要求應符合HJ/T4—93的規(guī)定。

(1)受檢車輛：

①進氣系統(tǒng)應裝有空氣濾清器，排氣系統(tǒng)應裝有消聲器并且不得有泄漏。

②柴油應符合國家標準的規(guī)定，不得另外使用燃油添加劑。

③測量時發(fā)動機的水溫和油溫應達到汽車使用說明書所規(guī)定的熱狀態(tài)。

④自1995年7月1日起新生產(chǎn)柴油車裝用的柴油機，應保證啟動加濃裝置在非啟動工況不再起作用。

(2)測量循環(huán)：

測前準備：用壓力為300～400kPa的壓縮空氣清洗取樣管路，把抽氣泵置于待抽氣位置，將潔白的濾紙置于待取樣位置，將濾紙夾緊。

循環(huán)組成：

①抽氣泵抽氣：由抽氣泵開關(guān)控制，抽氣動作應和自由加速工況同步。

②濾紙走位：每次抽氣完畢后應松開濾紙夾緊機構(gòu)，把煙樣送至試樣臺。

③抽氣泵回位：可以手動也可以自動，以準備下一次抽氣。④濾紙夾緊：抽氣泵回位后手動或自動將濾紙夾緊。

⑤指示器讀數(shù)：煙樣送至試樣臺后由指示器讀出煙度值。

循環(huán)時間：應于20s內(nèi)完成循環(huán)組成所規(guī)定的循環(huán)，對手動煙度計，指示器讀數(shù)可以在完成測量程序后一并進行。

清洗管路：在按測量程序完成4個測量循環(huán)后，用壓力為300～400kPa的壓縮空氣清洗取樣管路。

(3)測量程序：

①安裝取樣探頭：將取樣探頭固定于排氣管內(nèi)，插深等于300mm，并使其中心線與排氣管軸線平行。

②吹除積存物：進行自由加速工況三次，以清除排氣系統(tǒng)中的積存物。

③測量取樣：將抽氣泵開關(guān)置于油門踏板上，按自由加速規(guī)定的工況及循環(huán)組成規(guī)定的循環(huán)測量四次，取后三次讀數(shù)的算術(shù)平均值即為所測煙度值。

④當汽車發(fā)動機出現(xiàn)黑煙冒出排氣管的時間和抽氣泵開始抽氣的時間不同步的現(xiàn)象時，應取最大煙度值。

(4)測量結(jié)果判定：用濾紙煙度計所測的煙度值不得超過標準中的允許限值，否則為不合格。圖4-2四種氣體吸收紅外線的情況

三、汽車排放污染物的檢測儀器

對汽車排放污染物的檢測，根據(jù)國家有關(guān)標準規(guī)定汽油機一般采用不分光紅外線分析法(NDIR)，柴油機采用濾紙煙度法和不透光煙度法。

1．不分光紅外線氣體分析儀

汽車尾氣中的CO、HC、NO和CO2等氣體，都分別具有能吸收一定波長范圍紅外線的性質(zhì)，而且紅外線被吸收的程度與排氣濃度之間有一個成正比的關(guān)系(見圖4-2)。不分光紅外線分析法就是根據(jù)這一原理檢測汽車排放污染物的含量的。不分光紅外線氣體分析儀是一種能從汽車排氣管中采集氣樣，并對其中所含CO和HC的濃度進行連續(xù)測量的儀器。如圖4-3所示，它由廢氣取樣裝置、廢氣分析裝置、廢氣濃度指示裝置和校準裝置等組成。

圖4-3不分光紅外線CO和HC氣體分析儀

1)廢氣取樣裝置

廢氣取樣裝置的組成如圖4-4所示，該裝置由取樣頭、濾清器、導管、水分離器和泵等組成，通過取樣頭、導管和泵從汽車的排氣管里采集廢氣，經(jīng)濾清器和水分離器除去廢氣中的碳渣、灰塵和水分后，送入廢氣分析裝置。

圖4-4廢氣在分析儀內(nèi)的流動路線

2)廢氣分析裝置

廢氣分析裝置由紅外光源、氣樣室、旋轉(zhuǎn)扇輪和傳感器等組成。該裝置按不分光紅外線分析法，從來自取樣裝置的混有多種成分的廢氣中，測量出CO和HC的濃度，并以電信號形式輸送給濃度指示裝置。按傳感器形式不同，廢氣分析裝置可分為電容微音器式和半導體等不同形式。圖4-5所示為電容微音器式廢氣分析裝置的結(jié)構(gòu)原理簡圖。從兩個紅外線光源發(fā)出的紅外線，分別通過標準氣樣室和測量氣樣室后到達測量室。在標準氣樣室里充有不吸收紅外線的N2，在測量氣樣室里充有被測量的廢氣。測量室由兩個分室構(gòu)成，在兩個分室中間裝有金屬膜式電容微音器作為傳感器。為了能夠從廢氣中選擇出只需要測量的成分，可在測量室的兩個分室內(nèi)，分別充入與被測氣體相同的氣體(在測量CO的分析裝置中充入CO氣體；在測量HC的分析裝置中充入正己烷氣體)。

圖4-5電容微音器式廢氣分析裝置的結(jié)構(gòu)原理簡圖當紅外線通過旋轉(zhuǎn)扇輪后繼續(xù)到達測量室時，由于通過測量氣樣室的紅外線，被所測氣體按濃度大小吸收掉一部分一定波長的紅外線，而通過標準氣樣室的紅外線沒有被吸收，因此在測量室的兩個分室內(nèi)因紅外線的能量差別而出現(xiàn)溫度差，從而導致兩個分室的壓力差，致使金屬膜片彎曲變形。廢氣中被測氣體濃度愈大(兩個分室紅外線的能量差愈大)，金屬膜片彎曲變形愈大。膜片彎曲變形使電容改變，電容改變引起電壓改變，該電壓信號經(jīng)過放大器放大后輸送到濃度指示裝置。

3)廢氣濃度指示裝置

綜合式分析儀的廢氣濃度指示裝置主要由CO指示裝置和HC指示裝置組成，如圖4-6所示。從氣體分析裝置送來的電信號，在CO指示儀表上以體積百分數(shù)(%)為單位指示出CO的濃度，在HC指示儀表上以正己烷當量體積百萬分數(shù)(10-6)為單位指示出HC濃度。儀表的指示可利用零點調(diào)整旋鈕、標準調(diào)整旋鈕和讀數(shù)擋位轉(zhuǎn)換開關(guān)等進行控制。此外，還可以通過氣流通道一端設置的流量計，得知廢氣通道是否有濾清器臟污等異常情況。

圖4-6不分光紅外線CO和HC氣體分析儀面板圖

4)校準裝置

校準裝置是為了保持分析儀指示精度，使之能經(jīng)常顯示正確指示值的一種裝置。在此裝置中，往往既設有用加入標準氣樣進行校準的裝置，也設有用機械方式進行簡易校準的裝置。

標準氣體校準裝置是把標準氣樣從分析儀單設的一個專用注入口(見圖4-6中的12)直接送到廢氣分析裝置，再通過比較標準氣樣濃度值和儀表指示值的方法來進行校準的裝置。

簡易校準裝置是用遮光板把廢氣分析裝置中通過測量氣樣室的紅外線擋住一部分，用減少一定量紅外線的方法進行簡單校準的裝置。

2．濾紙式煙度計

柴油機的排煙主要有黑煙、藍煙和白煙三種，其中在全負荷和加速工況時以排出黑煙最為常見。黑煙俗稱碳煙，是指極細的、可集成一串的微粒物。它是柴油機排放微粒的重要組成部分，特別是在排放嚴重時的中高負荷，其中碳煙所占比例更大。因此，長期以來表征碳煙多少的排氣煙度在排放檢測中得到了廣泛的應用，其排氣煙度由煙度計測量。常用的煙度計測量原理有兩類：一類是用濾紙收集排氣中的黑煙，再比較濾紙表面對光的反射率來測量煙度，按此法進行測量煙度的儀表稱為濾紙式煙度計；另一類是根據(jù)光在排氣中被煙氣消減的程度來確定煙度，按此法工作的煙度計稱為消光式煙度計。根據(jù)GB

3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》的規(guī)定，對于2001年10月1日以前生產(chǎn)的在用柴油車使用濾紙式煙度計測量自由加速時的煙度。

濾紙式煙度計是用抽氣泵從柴油機排氣管中抽取一定容積的廢氣，通過一張一定面積的白色濾紙，廢氣中的碳煙存留在濾紙(有效工作面直徑為

32mm)上，使其染黑，然后通過檢測裝置中的光源發(fā)光照射被染黑的濾紙。濾紙的染黑程度不同，其反射光線的程度也不同，光電元件產(chǎn)生的電流強度也相應不同，從而指示出濾紙的染黑度，即代表柴油機的排放煙度。

濾紙式煙度計具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、使用可靠、測量精度較高等優(yōu)點。濾紙式煙度計有手動、半自動和全自動三種類型，其結(jié)構(gòu)都由廢氣取樣裝置、染黑度檢測與指示裝置和控制裝置等組成，如圖4-7所示。

圖4-7濾紙式煙度計結(jié)構(gòu)示意圖

1)廢氣取樣裝置

該裝置的作用是將柴油機排放的碳煙取出并吸附于濾紙上，然后送至煙度檢測裝置。廢氣取樣裝置由取樣探頭、活塞式抽氣泵和取樣軟管等組成。

取樣探頭有臺架用和整車試驗用兩種形式。整車試驗用取樣探頭帶有散熱片，并有安裝夾具以便固定在排氣管上。取樣探頭在抽氣泵的作用下抽取廢氣。

濾紙夾持機構(gòu)在取樣時實現(xiàn)對濾紙的夾緊和密封。當抽氣泵抽氣時，廢氣經(jīng)濾紙進入泵筒內(nèi)，碳煙留在濾紙上并將其染黑。取樣完成后，夾持機構(gòu)松開，染黑的濾紙由進給機構(gòu)送至煙度檢測裝置。取樣軟管把取樣探頭與抽氣泵連接在一起。我國規(guī)定取樣軟管的長度為5m，內(nèi)徑等于

5-0.2mm，取樣系統(tǒng)局部內(nèi)徑不得小于

4mm。

2)染黑度檢測與指示裝置

染黑度檢測與指示裝置如圖4-8所示，它由光源(白熾燈)、光電元件(環(huán)形硒光電池)和指示電表等組成。它是根據(jù)光學放射作用，由光源的光線射向已被碳煙染黑的濾紙，光線一部分被黑色碳煙吸收，一部分被濾紙反射至光電元件，從而產(chǎn)生相應的光電流。濾紙染黑程度越高，則濾紙反射率越低，光電流就越小；濾紙染黑程度越低，則濾紙反射率越高，光電流就越大。

圖4-8染黑度檢測與指示裝置結(jié)構(gòu)示意圖指示電表是一塊微安表，當由硒光電池送來的電流強度不同時，指示儀表指針的位置也不同。儀表表盤以0～10均勻刻度，測量全白濾紙時指針位置為0，測量全黑濾紙時指針位置為10。檢測裝置都備有供標定或校準用的標準煙樣(煙度卡)。

3)控制裝置

控制裝置包括用腳操縱的抽氣泵電磁開關(guān)、濾紙進給機構(gòu)和壓縮空氣清洗機構(gòu)等。壓縮空氣清洗機構(gòu)可在廢氣取樣前，用壓縮空氣清除探頭內(nèi)和取樣管內(nèi)積存的炭粒。

3．不透光度計

根據(jù)GB

3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》的規(guī)定，對于2001年10月1日以后生產(chǎn)的在用柴油車使用不透光度計測量自由加速時的光吸收系數(shù)。不透光度計可分為全流式和分流式兩類。全流式不透光度計測量全部排氣的透光衰減率，分流式不透光度計是將排氣中的一部分廢氣引入取樣管，然后送入不透光度計進行連續(xù)分析。我國排放標準中規(guī)定使用分流式不透光度計。不透光度計是一種利用透光衰減率來測定排氣中可見污染物的儀器。圖4-9為不透光度計的結(jié)構(gòu)簡圖。測定前，用鼓風機向空氣校正管吹入干凈空氣，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換手柄，使光源和光電池分別置于校正管兩側(cè)，作零點校正。然后，再旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換手柄，將光源和光電池移至測試管兩側(cè)，并把需要測定的一部分汽車排氣連續(xù)不斷地導入測量管，光源發(fā)出的光部分被排氣中的可見污染物所吸收，光電檢測單元則可連續(xù)測出光源發(fā)射光透過排放氣體的透光強度，并通過光電轉(zhuǎn)換顯示測量結(jié)果。

圖4-9不透光度計結(jié)構(gòu)簡圖不透光煙度計的顯示儀表有兩種計量單位：一種為絕對光吸收系數(shù)單位，從0到趨于無窮大(m-1)；另一種為不透光度的線性分度單位，從0到100%。兩種計量單位的量程，均以光全通