汽车检测与诊断技术——排气污染检测设备

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车检测与诊断技术,Inspection and Diagnosis of Automobile,一、汽油车怠速排气污染物的检测,(,一,),不分光红外线气体分析仪的结构与原理,测试原理：,这种分析仪的测量原理是建立在一种气体只能吸收其独特波长的红外线,(0.8-600m),特性基础上的，即是基于大多数非对称分子对红外线波段中一定波长具有吸收功能，而且其吸收程度与被测气体的浓度有关。如,CO,能够吸收,4.7m,波长的红外光线，,CH,4,能吸收,2.3m,、,3.4m,、,7.6m,红外线。,四种气体吸收红外线的情况,分析仪的构造,该分析仪是从汽车排气管内收集取出汽车的尾气，并对气体中所含有的,CO,和,HC,的浓度进行连续测定。它主要由尾气采集部分，尾气分析部分，尾气指示部分和校正装置等构成。,不分光红外线气体分析仪,1-,导管；,2-,滤清器；,3-,低浓度取样探头；,4-,高浓度取样探头；,5-CO,指示仪表；,6-HC,指示仪表；,7-,标准,HC,气样瓶；,8-,标准,CO,气样瓶,1,尾气采集部分,如图所示，由探测头、过滤器、导管、水分离器和泵等构成。用探头、导管、泵从排气管采集尾气。排气中的粉尘和碳粒用过滤器滤除，水分用水分离器分离出去。最后，将气体成分输送到分析部分,。,2,尾气污染物的分析部分,该分析仪是由红外线光源，测量室,(,测定室、比较室,),，回转扇和检测器构成。,它由两个红外线光源发出两组分开的射线，这些射线被两旋转扇片同相地遮断，从而形成射线脉冲，射线脉冲经滤清室，测量室而进入检测室，测量室由两个腔室组成，一个是比较室，另一个是测定室。,比较室中充有不吸收红外线的氮气，使射线能顺利通过。测定室中连续填充被测试的尾气，尾气中,CO,含量越高，被吸收的红外线就越多。,检测室由容积相等的左右两个腔室组成，其间用一金属膜片隔开，两室中充有同摩尔数的,CO,。,而,HC,由于受到其他共存气体的影响，所以使用固体滤光片 ，仅让具有,HC(,正已烷,)3.5m,附近的波长到达检测室内。,HC(,正己烷,),被封入检测器，样品室中的,HC(,正己烷,),吸收量也就能被检测器检测出来。,3,浓度指示部分,尾气的浓度指示部分根据分析部分传来的电信号，在,CO,指示表上,CO,浓度以容积百分数,(%),为单位，在,HC,指示表上,HC,浓度以正己烷当量容积百万分数,(10,-6,或,ppm,),为单位直接指示出来。利用零点调整旋钮，标准气体校正调整旋钮、量程转换开关，使仪表指示零位及指示值量程得到调节。另外,由于流程系统的一端设置的流量计，因而能够了解到尾气在流经仪器测试系统过程中的异常情况。,不分光红外线气体分析仪面板图,1-HC,标准调整旋钮；,2-HC,零点调整旋钮；,3-HC,读数转换开关；,4-CO,读数转换开关；,5-,简易校准开关；,6-CO,标准调整开关；,7-CO,零点调整开关；,8-,电源开关；,9-,泵开关；,10-,流量计；,11-,电源指示灯；,12-,标准气样注入口；,13-CO,指示仪表；,14-HC,指示仪表,4,校正装置,校正装置是为了维持测定器的指示精度、保持准确的测定值而设置的。校正装置有用标准气体进行校准的校准装置和对指示值机械校正的简易校正装置两种。,（,1,）标准气体校正装置,标准气体校正装置是用标准气从专用注入口直接注入分析部分，通过标准气体浓度和仪表指示值的比较，进行校正。,（,2,）简易校正装置,简易校正装置是用遮光板来改变通过分析部分测定室侧的红外线数量,来进行指示针的简易校正。,（二）汽油车废气分析仪,(,非分散型红外线气体分析仪,),的使用方法,汽油车的排气测定方法分多工况法、等速工况法和怠速法。怠速法中包括了怠速法和双怠速法，检测站主要以双怠速法测量汽油车的排气污染物，其实怠速法、双怠速法并不能准确反应车辆的实际情况，故目前检测站采用工况法，对于不能采用工况法的车辆，采用双怠速法。,1.,测定前的准备工作,在进行汽车排放污染物检测时必须做好测定前的准备工作，包括测量仪器的准备和被测车辆的准备。,（,1,）仪器的准备,仪器使用前，先接通电源，预热,10min,以上。,接着从仪器上取出采样导管进行校正：吸进清洁空气，用零点调整旋钮去调整零位，再把测定器附属的标准气体从标准气体注入口注入，用标准气体校正旋钮，使指示值符合校正基准值。,(,注意：当注入标准气体时，应关闭仪器上的泵开关,),。,一氧化碳测定器是以标准气体储气瓶里的一氧化碳浓度作为校正基准值，而碳氢化合物测定器由于在标准气体里采用丙烷,(C,3,H,8,),气体，所以须通过下式求出正己烷,(C,6,H,14,),换算值来作为校正基准：,校正基准值,=,标准气体,(,丙烷,),浓度,换算系数,(,正已烷换算值,),例：换算系数,0.530,，标准气体丙烷浓度,70010,-6,。,校正基准值,=70010,-6,0.530=37110,-6,简易校正开关对于有校正位置刻度线的仪器，可用标准调整旋钮把仪表指针调到标准刻度线位置。对于没有标准刻度线的仪器，要在标准气校正后立即进行简易校正，使仪器指针与标准气校正后的指示值重合。,（,2,）车辆准备,A,排气系统不得有泄漏。,B,应保证取样探头插入排气关的深度不小于,400mm,，否则排气管应加接管，但应保证接口不漏气。,C,发动机应达到规定的热状态。,D,按汽车制造厂使用说明书规定的调整法，调至规定的怠速和点火正时。,2,检测方法,A,发动机由怠速加速到中等转速，维持,5s,以上，在降至怠速状态。,B,把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位。,C,将取样探头插入汽车排气管中，深度不小于,400mm,。,D,一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于废气浓度的量程档位，待指针稳定后，读数取最大值。若为多排气管时，则取各管测量值的算术平均值。,E,检测工作结束后，把取样探头从排气管里取出来，让他吸入新鲜空气工作,5,分钟，待仪器指针回到零点后再关掉电源。,四、柴油车自由加速烟度的测量,柴油机排烟可分为自烟、蓝烟和黑烟三种。不同的烟色形成的原因不同，有的研究认为起决定作用的是温度；在,250,以下形成的烟通常是白色的；从,250,到着火温度形成蓝烟；黑烟只在着火后才出现。,1,白烟,适合在低温起动不久及怠速工况时发生。此时，气缸中温度较低，着火不好，未经燃烧的燃料和润滑油呈液滴状态，直径在,1.3m,左右，随废气排出而形成白烟。当气缸磨损加大，窜气、窜油时，使白烟增多。,正常的发动机在暖车后，一般就不再形成白烟。改善起动性可减少白烟。,2.,蓝烟,通常在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生。此时，燃烧室温度较低，约,600,以下，燃烧着火性能不好，部分燃料和窜入燃烧室的润滑油未能完全燃烧，其中大部分是已蒸发的油，再凝结而成微粒状态，直径比白烟小，在,0.4m,以下，随废气排出而成蓝烟。这种烟的蓝色是此种大小微粒由蓝色光折射而成的。排出蓝烟时，同时有燃烧不完全的中间产物（如甲醛等）排出，因而蓝烟常常带有刺激性臭味。,3.,黑烟,通常在柴油机大负荷时发生，例如当汽车加速，爬坡及超负荷时排气就冒黑烟。在柴油机发展初期到高速强化地今天，柴油机黑烟的排出，仍然是一个限制功率的突出问题，而且黑烟带有的臭味及烟雾给人以直接的不愉快的厌恶感。,一般认为，黑烟也是不完全燃烧的产物，是燃料的氢先燃烧完了的中间产物。当柴油机高负荷时，喷入燃烧室的燃料增多，由于柴油机混合气形成不均匀，即使平均过量空气系数,1,，仍不可避免产生局部地区空气不足，此时燃烧室温度又较高，燃料在高温缺氧情况下，由裂解过程释出并经聚合过程形成碳烟。,碳烟不是纯碎的碳，而是一种聚合体，其主要成分随柴油机负荷不同稍有改变，一般含,C85%-95%,，,O24%-8%,及少量的,H,2,和灰粉。也有人认为碳烟是石墨结晶，由直径,0.05m,左右微粒附聚成,0.1-10m,的多孔性碳粒构成。,（一）滤纸式烟度计的结构与原理,烟度计主要是测量柴油机排烟的仪器，我国汽车行业规定，滤纸式烟度计为测量柴油机排烟的标准仪器。,由采样器和检测器两部分组成。采样器为一个弹簧泵，前端带有采样探头，插入排气管中央吸取一定容积的尾气，使其通过一张一定面积的洁白滤纸，排气中的碳烟积聚在滤纸表面，使滤纸污染。用检测器测定滤纸的污染度。该污染度即定义为滤纸烟度,FSN,，单位为波许烟度,Rb,。规定全白滤纸的,FSN,值为,0,，全黑滤纸的,FSN,值为,10,，并从,0-10,均匀分度。,滤纸式烟度计结构简图,1-,脚踏开关；,2-,电磁阀；,3-,抽气泵；,4-,滤纸卷；,5-,取样探头；,6-,排气管；,7-,进给机构,8-,染黑的滤纸；,9-,光电传感器；,10-,指示仪表,1,、取样装置,由探头、导管、吸入泵等构成，由于采用脚踏开关，因此排烟的收取和发动机加速动作相同步。将探头插入排气管内，在加速踏板上安装脚踏开关，踩下踏板使发动机作急加速运转，同时使吸入泵动作，在固定的,1.4s,时间内，吸进定量为,300ml,的排烟，由于滤纸设置于排烟吸入通路中，所以排烟中的碳粒子就被吸附到滤纸上。图中所示的清扫机构采用压缩空气，目的是在收取排烟前先清除探测头和导管内所残留的烟气，以确保其检测精度。,2,、检测指示部分,检测指示部分由光电传感器、指示仪表等组成。光电传感器由光源,(,白炽灯泡,),、光电元件,(,环形硒光电池,),和电位器等组成。,这部分将已经收取到黑烟的滤纸对着检测部分的光电传感器，从灯泡发出的光被滤纸反射，用环状的光电元件接受其反射光，产生电流并使指示针动作，当滤纸的污染较重时，反射的光量就少，指针向满刻度“,10”,偏移，滤纸的污染度较低时，指针就向“,0”,偏移。,污染度指示装置原理图,1-,光电元件；,2-,电灯泡；,3-,滤纸,染黑度检测与指示装置由光电传感器、指示仪表或数字式显示器、滤纸和标准烟样等组成。光电传感器由光源,(,白炽灯泡,),、光电元件,(,环形硒光电池,),等组成。其工作原理如图所示。电源接通后白炽灯泡发亮，其光亮通过带有中心孔的环形硒光电池照射到滤纸上，当滤纸的染黑度不同时，反射给环形硒光电池感光面的光线强度也不同，因而环形硒光电池产生的光电流强度也就不同。,3,、校正装置,滤纸式烟度计还具有校正染黑度,(,满刻度一半，为,5,左右,),用的标准纸，当将校正用标准纸正对着检测部分，再用指示调整旋钮根据校正用标准纸的染黑度调节指示值，就能方便地实施指示部分的校正，从而维持测定的精密度，使测定值保持正确,4,、控制装置,脚操纵的抽气泵开关、滤纸进给机构、压缩空气清洗机构等。,(,二,),柴油车不透光烟度计,不透光烟度计是以光吸收的物理作用为其基本工作原理。它在测量头的检测室内一定距离通道两侧，安装有光源发射装置和光源接收装置，当废气进入通道时，接收装置接收的光强度将被削弱，光强度大小可以反映烟度排放的大小。,比较典型的不透光烟度计有：,美国国家环保局推荐的,PHS,全流式烟度计、,英国哈特里,(,Hartridge,),和奥地利,AVL,等分流式不透光烟度计,.,不透光烟度计也可称为不透光度仪,它不仅可测黑烟,而且也可测蓝烟和白烟,对低浓度的可见污染物有较高的分辨率,可以进行连续测量,能方便地测量排放法规中所要求的自由加速烟度和有负荷加速烟度。,不透光烟度计基本工作原理,全流不透光烟度计,部分流式不透光烟度计,(,三,),柴油车烟度计的使用方法,1,、测定前的准备工作,其中包括仪器的准备和被测车辆的准备。,（,1,）仪器的准备,A,在未接通电源时，先检查指示电表指针是否在机械零点上。若指针失准，可用零点调整螺钉使指针与“,10”,的刻度重合。,B,接通电源，进行必要的预热，打开测量开关，在光电传感器垂直方向下面垫上,10,张洁白的滤纸，然后调节电位器旋钮使表头指针与“,0”,的刻线重合。,C,再在,10,张洁白滤纸上放上,1,张标准烟样，光电传感器对准烟样中心垂直放置在其上。此时表头指针应指在标准烟样所代表的染黑度数值上，否则须调节小型电位器旋钮。,D,检查取样装置和控制装置中各部机件的工作性能，特别要注意脚和手控制的抽气泵开关与抽气泵动作是否同步。,E,检查控制用压缩空气源的压力和清洗用压缩空气的压力是否符合要求。,F,检查滤纸是否合格，洁白无污。,（,2,）车辆准备,A,排气系统不得有泄漏。,B,排气管应能保证取样探头插入深度不小于,300mm,。否则排气管应加接管，并保证接口不漏气。,C,必须采用生产厂规定的柴油机油和未添加消烟剂的柴油。,D,柴油机应预热到说明书规定之热状态。,2,柴油车排气烟度测试方法,自由加速烟度测量规程,五、检测标准,六、结果分析,汽油车怠速污染物结果分析,（,1,） 混合气过浓发动机混合过浓，意味着空气量不足，燃烧不完全，废气中,CO,的含量必然高，为此须注意以下的调整与检验：,1,） 化油器调整,2,） 检查空气滤清器,3,） 检查汽油泵,（,2,） 点火时刻失准汽油机点火时刻过迟，会使混合气燃烧不彻底，致使废气中,CO,、,HC,含增加。,（,3,） 冷却系温度过低发动机冷却系不良，工作时温度过低，燃油不能充分雾化燃烧，可使废气中,CO,、,HC,含量增加。,（）曲柄连杆机构磨损严重,气缸、活塞、活塞环等磨损严重，漏气增加，在压缩终了时，气缸内压力不足，混合气不能充分燃烧，也会造成废气中,CO,、,HC,的增加。,2.,柴油车自由加速烟度检测结果分析,（,1,） 黑烟故障柴油机工作时黑烟浓重，其故障多属于喷油量过大、雾化不良、各缸喷油量不均匀、喷油时刻过早、调速器失调和空气滤清器堵塞等因素引起。（,2,） 蓝烟故障 蓝色烟雾一般是润滑油窜入燃烧室后燃烧而生成的。（,3,）白烟故障 燃油中含有水分或冷却水漏入气缸（气缸套有砂眼、裂纹；气缸垫损坏等），经炽热后化为蒸汽由排气管喷出，常被视为白烟。,四气体与五气体分析仪,怠速（双）工况测定的,CO,、,HC,两气体的排气检测手段无法有效反映汽车排气污染物对大气的污染现状。,必须检测,NO,x,和,CO,2,含氧量,O,2,计算机监控空燃比、控制排放量、保护,TWC,正常工况的重要信号,必须检测检测,O,2,测试方法,CO,、,CO,2,、,HC,通过非分散红外线不同波长能量吸收的原理来测定，可获得足够的精度,NO,x,的浓度通常采用电化学原理,(CLD),测定,排气中含氧量的浓度通过在测试通道中设置氧传感器即可测定。,CLD,法基本原理,（,1,）通过适当的化学物质（如不锈钢或碳化物、钼化物）将排气中的,NO,2,全部还原成,NO,；,（,2,）,NO,与,O,3,在气态接触时发生化学反应,NO,O,3,NO,2,O,2,NO,2,* NO,2,+,h,g,NO,和,O,3,生成的,NO,2,中约有,10,会处于激励状态，当被激励状态的,NO,2,*,回复到基态时会发出波长为,0.592.5,m,m,光量,h,g,（,h,普朗克常数，,g,光子的频率,）。,其发光强度与排气中存在的质量流量成正比。,使用适当波长的光电检测器（如发光二极管）即可根据检测计信号强弱算出,NO,的含量，这种方法简称,CLD,法。,CLD,测试过程,NO,2,NO,转换器,NO,O,3,发生器,反应器,O,2,大气,记录器,放大器,光电倍增管,排气,NO,x,真空泵,