1、6.1汽车排放污染的控制汽车排放污染的控制 6.2汽车噪声的控制汽车噪声的控制 复习思考题复习思考题 第第6 6章章 汽车公害的控制汽车公害的控制6.1汽车排放污染的控制汽车排放污染的控制6.1.1汽车排放公害汽车排放公害 现代汽车发动机主要是内燃机，其中以汽油、柴油为燃料的内燃机应用最为广泛。汽车的排气公害问题实质上是内燃机的排气污染问题。汽车发动机排出的废气不都是有害的，如N2、CO2、O2、H2和水蒸气等即属于不会对人和生物造成直接危害的物质。汽车排放的污染物主要是：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、微粒、硫化物等。这些污染物由汽车的排气管、曲轴箱和燃油系统排出
2、。随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量的急剧增加，汽车排放污染物对大气的污染已经构成公害。它对部分人群，尤其是对大城市的人群造成了严重的健康威胁，同时它还损害生态环境，污染河流湖泊，危及野生动植物的生存。1一氧化碳一氧化碳汽车排放中的CO是燃料不完全燃烧的产物。当发动机混合气过浓或燃烧质量不佳时，易生成CO。CO是一种无色无味的有毒气体，它进入人体后极易与血液中的血红蛋白结合。CO与血红蛋白的亲合力是氧的300倍。因此CO可使血液携带氧的能力降低而引起缺氧。CO被人体大量吸入后会使人感觉恶心、头晕及疲劳，严重时会使人窒息死亡。2碳氢化合物碳氢化合物汽车废气中的HC是多种碳氢化合物的总称，是发动机
3、未燃尽的燃料分解或供油系中燃料的蒸发所产生的气体。汽车排放污染物中，HC的20%25%来自曲轴箱窜气，20%来自燃油箱中的蒸发，其余则由发动机排气管排出。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大。但HC能引起光化学反应生成光化学氧化剂，且生成甲醛，形成烟雾，对人的眼、鼻和咽喉粘膜有较强的刺激作用，严重时可致癌。3氮氧化合物氮氧化合物排放中的氮氧化合物主要指NO2和NO，通常可概括表示为NOx。NOx主要是在高温燃烧过程中由空气中的氧和氮化合而成。燃料中部分含氮化合物也会形成氮氧化合物。汽车尾气中直接排出的氮氧化合物基本上是NO，汽油机排出的氮氧化合物中，NO占9
4、9%，而柴油机排出的氮氧化合物中，NO2的比例稍大。NO在发动机刚排出时，其毒性较小，但排出之后NO在大气中被氧化为剧毒的NO2，这一过程一般需要几小时，若空气中有强氧化剂(如臭氧)，则氧化过程变得迅速。NO2是一种刺激性很强的污染物，它能刺激眼、鼻粘膜，麻痹嗅觉，甚至引起肺气肿。4硫化物硫化物发动机排出的硫化物主要为二氧化硫(SO2)。它由所用燃料中含有的硫与空气中的氧反应而生成。SO2有强烈的气味，它本身可刺激咽喉与眼睛，严重时，可使人中毒，引起呼吸道疾病。SO2还是形成酸雨的主要成分，它能严重污染河流、湖泊等水系，使土壤和水源酸化，殃及野生动植物的生存安全，破坏自然界的生态平衡。5微粒微
5、粒汽油机排出的主要微粒是铅化物、硫酸盐、低分子物质；柴油机排出的主要微粒为碳化物质(炭烟)和高分子量的有机物(润滑油的氧化和裂解产物)，其微粒的直径大约在0.110 m范围内。柴油机产生的微粒量比汽油机多3060倍。炭烟是柴油燃烧不完全的产物，它是由直径较小的多孔性炭粒构成的。微粒中对人体和大气环境危害最大的是2.5 m左右的微粒，它悬浮于离地面12 m高的空气中，容易被人体吸入。这些微粒往往吸附有许多有机污染物、重金属元素和一些致癌物质，因而当其沉积到人体肺部时，会严重危害人体的健康。6.1.2 汽车排放检测标准汽车排放检测标准1排放污染物的表示方法排放污染物的表示方法1)浓度排放量 浓度排
6、放量常用体积分数和质量浓度表示。体积分数是指排气体积中污染物所占的体积比，根据实际中污染物浓度的不同，可分别用%、106或109来表示。例如，对排气中浓度较高的CO和CO2一般用%表示；对浓度较低的HC、NOx用106表示；而对浓度更低的成分可用109表示。质量浓度是指单位排气体积中污染物的质量，常用mg/m3单位计量。2)质量排放量 质量排放量是指实际检测时每小时或每测试循环发动机排放的污染物质量，常用g/h或g/测试来表示。在实际环境治理工作中，若对排放污染物进行总量监测，或在车辆排放检测中按规定的工况循环测量排放量，则可用质量排放量表示。3)比排放量比排放量是指检测时汽车单位行驶里程所排
7、放的污染物质量或发动机单位功所排放的污染物质量。常用的比排放量量纲为g/km或g/(kWh)。在整车试验时，用单位测试循环的质量排放量(g/测试)除以每测试循环的运转公里数可得到每公里的排放量(g/km)，这是排放法规中最常用的计量单位。当进行发动机排放特性试验时，可以用单位功所排放的污染物质量作为评价指标，但一般测试仪器测出的是浓度排放量，此时可用浓度排放量、排气流量、排气密度及发动机有效功率进行计算得到单位功所排放的污染物质量。2排放污染物的检测标准排放污染物的检测标准我国在吸收发达国家的成功经验后，制定了一条适合我国国情的汽车排放标准技术路线：对汽油车先实行“怠速法”控制，再实施“强制装
8、置法”，即对曲轴箱排放和燃油蒸发进行控制，最后实行工况法控制；对柴油车则是先实行“自由加速法”及“全负荷法”控制烟度，然后再与汽油车同步实施工况法，第三步再考虑制定柴油车颗粒物排放标准。我国于1982年颁布了大气质量标准，从1983年开始陆续制定并颁布了汽车排放限值标准；1984年实施了汽油车怠速排放、柴油车自由加速烟度、汽车柴油机全负荷烟度等6项排放限值和测量方法标准；1989年颁布了轻型车排放限值和测量方法标准；1990年实施了汽车曲轴箱排放限值标准。1993年对过去发布的部分标准进行了修订，并新颁布了车用汽油机排放、汽油车蒸发排放和摩托车排放限值及测量方法标准。1999年我国开始了新一轮
9、的排放标准修订工作，并颁布了对新型车辆的型式论证和产品一致性试验排放限值的国家标准；2000年12月颁布了在用汽车排气污染物限值及测试方法(GB 182852000)；2001年4月16日，国家环境保护总局与国家质量监督检验检疫总局联合发布轻型汽车污染物排放限值及测量方法()(GB 18352.12001)、轻型汽车污染物排放限值及测量方法()(GB 18352.22001)和车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法(GB 176912001)最新的国家标准，并取代了原有的11项重叠的机动车污染物排放标准和测量方法标准。排放标准可分为型式认证试验标准、产品一致性试验标准和在用车检测标准。其
10、中型式认证试验标准适用于对新设计车型的认证试验；产品一致性试验标准适用于从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进行的抽样试验；在用车检测标准适用于对在用车的年检及抽样检测。一般而言，型式认证试验标准严于产品一致性试验标准，但这两种排放标准今后有合二为一的趋势；而在用车的排放检测标准通常与该车型生产时所达到的新车排放标准相对应。在用车污染排放控制是汽车污染排放控制的重要环节，因此对在用车的排放检测尤为重要。从2001年7月1日起，实施国家新标准在用汽车排气污染物限值及测试方法(GB182852000)，该标准是一种强制性标准，它适用于装配点燃式四冲程发动机及压燃式发动机，最大总质量大于或等于40
11、0 kg，最大设计车速大于或等于50 km/h的在用汽车。在用汽车排放新标准主要有以下几种：1)装配点燃式发动机的车辆排气污染物限值装配点燃式发动机的车辆，其排气污染物是指CO、HC和NOx。其中HC以正己烷当量表示，而NOx以NO表示。汽车进行怠速、双怠速和加速模拟工况(ASM)检测时的排气污染物(CO、HC和NOx)限值分别见表6-1、表6-2和表6-3。表6-1 装配点燃式发动机的车辆怠速试验排气污染物限值轻型车 重型车 车 辆 类 型 CO/(%)HC/(106)CO/(%)HC/(106)1995 年 7 月 1 日以前生产的在用汽车 4.5 1200 5.0 2000 1995 年
12、 7 月 1 日起生产的在用汽车 4.5 900 4.5 1200 注：HC 指体积浓度值按正己烷当量。表表6-2 装配点燃式发动机的车辆双怠速试验排气污染物限值装配点燃式发动机的车辆双怠速试验排气污染物限值怠速 高怠速 车 辆 类 型 CO/(%)HC/(106)CO/(%)HC/(106)2001 年 1 月 1 日以后上牌照的 M1类车辆 0.8 150 0.3 100 2001 年 1 月 1 日以后上牌照的 N1类车辆 1.0 200 0.5 150 注：HC 指体积浓度值按正己烷当量。M1指车辆设计乘员数(含驾驶员)不超过 6 人，且车辆的最大总质量不超过2500 kg。N1还包括
13、设计乘员数(含驾驶员)超过 6 人，或车辆的最大总质量超过2500 kg 但不超过 3500 kg 的 M 类车辆。表表6-3 装配点燃式发动机的车辆加速模拟工况排气污染物限值装配点燃式发动机的车辆加速模拟工况排气污染物限值ASM5025 ASM2540 车辆类型 基准质量(RM)/kg HC/(106)CO/(%)NO/(106)HC/(106)CO/(%)NO/(106)1050 260 2.2 2500 260 2.4 2300 1250 230 1.8 2200 230 2.2 2050 1470 190 1.5 1800 190 1.8 1650 1700 170 1.3 1550
14、170 1.5 1400 1930 150 1.1 1350 150 1.3 1250 2150 130 1.0 1200 130 1.2 1100 2001 年 1 月 1日以后上牌照的 M1类车辆 2500 120 0.9 1050 120 l.1 1000 1050 260 2.2 2500 260 2.4 2300 1250 230 1.8 2200 230 2.2 2050 1470 250 2.3 2700 250 3.2 2600 1700 190 2.0 2350 190 2.7 2200 1930 220 2.1 2800 220 2.9 2600 2150 200 1.9
15、2500 200 2.6 2300 2500 180 1.7 2250 180 2.4 2050 2001 年 1 月 1日以后上牌照的 N1类车辆 3500 160 1.5 2000 160 2.1 1800 注：HC 指体积浓度值按正己烷当量。M1指车辆设计乘员数(含驾驶员)不超过 6 人，且车辆的最大总质量不超过 2500 kg。Nl还包括设计乘员数(含驾驶员)超过 6 人，或车辆的最大总质量超过 2500 kg 但不超过 3500 kg 的 M 类车辆。基准质量(RM)是指车辆的整备质量加上 100 kg。2)装配压燃式发动机的车辆排气污染物限值装配压燃式发动机的车辆，其排气污染物是指
16、排气管排出的可见污染物。其自由加速试验排气可见污染物限值见表6-4；对于2001年1月1日以前上牌照的这类车辆，采用烟度测量，其自由加速试验烟度排放限值见表6-5。表6-4 装配压燃式发动机的车辆自由加速试验排气可见污染物限值车 辆 类 型 光吸收系数/m1 2001 年 1 月 1 日以后上牌照的在用车 2.5 2001 年 1 月 1 日以后上牌照的装配涡轮废气增压器的在用车 3.0 表6-5 装配压燃式发动机的车辆自由加速试验烟度排放限值车 辆 类 型 烟度值/Rb 1995 年 7 月 1 日以前生产的在用车 4.7 1995 年 7 月 1 日起生产的在用车 4.0 注：Rb为波许单
17、位。6.1.3 汽车排放检测方法汽车排放检测方法1怠速法怠速法怠速法是测量汽油车在怠速工况下排气污染的方法，一般仅测CO和HC，测量仪器采用便携式排气分析仪。这种方法具有简便易行、测试装置价格便宜和便于携带以及检测时间短等优点，因而怠速法极适用于汽车检测站对在用车排放性能的年检测试、环保部门对在用车的排放监测。但由于怠速时间占汽车运行时间的比例并不大，因而怠速工况下所排出的污染物总量并不高，且怠速是稳态工况，而对于汽车排放影响最大的是非稳态工况。因此，怠速法的测量结果缺乏全面代表性。为提高测量精度，并监控因化油器量孔磨损而造成的汽车排放恶化，或监控因催化转化器效率降低而造成的汽车排气恶化，我国
18、开始采用双怠速法，即用怠速和高怠速进行排放测量。根据GB 182852000在用汽车排气污染物限值及测试方法的规定，按GB 14761通过B类认证的M1、M和N1类车辆，对排气污染物的检测应采用双怠速法或ASM试验；而对其他的在用汽油车，则采用怠速法。1)怠速测量法怠速测量法对汽油车在怠速运行时排气中的CO和HC浓度进行监测，其测量步骤如下：(1)使发动机运行至规定的热状态，将发动机怠速转速和点火正时调整至规定值，并确保排气系统无泄漏。(2)发动机空转，离合器处于接合状态，变速器置于空挡位置，加速踏板松开，采用化油器的供油系统应使其阻风门全开。(3)发动机由怠速工况加速到0.7倍的额定转速，维
19、持60 s后降至怠速。(4)发动机降至怠速状态后，将取样探头插入排气管中，深度等于400 mm，并固定于排气管上。(5)发动机在怠速状态维持15 s后开始读数，读取30 s内的最高值和最低值，其平均值即为测量结果。(6)若为多排气管，则取各排气管测量结果的算术平均值。怠速测量法的检测仪器可采用不分光红外气体分析仪，其检测的CO、HC浓度应符合排放标准的要求，否则为不合格。2)双怠速测量法我国采用的双怠速测量法是参照国际标准化组织ISO 3929中制定的双怠速排放测量程序进行的，其测量步骤如下：(1)必要时在发动机上安装转速计、点火正时仪、发动机冷却液和机油测温计等测试仪器。(2)发动机由怠速工
20、况加速到0.7倍的额定转速，维持60 s后降至高怠速(即0.5倍的额定转速)。(3)发动机降至高怠速状态后，将取样管插入排气管中，深度等于400 mm，并固定于排气管上。(4)发动机在高怠速状态维持15 s后开始读数，读取30 s内的最低值和最高值，其平均值即为高怠速排放测量结果。(5)发动机从高怠速降至怠速状态，在怠速状态维持15 s后开始读数，读取30 s内的最低值和最高值，其平均值即为怠速排放测量结果。(6)若为多排气管，则分别取各排气管高怠速排放测量结果的平均值和怠速排放测量结果的平均值。怠速和高怠速检测的CO、HC浓度应分别符合排放标准的要求，否则为不合格。2工况法工况法工况法是将汽
21、车若干常用工况和排放污染较重的工况结合在一起测量排放污染物的方法。工况法的循环试验模式应根据汽车的排放性能、行驶特点、交通状况、道路条件、车流密度和气候地形等因素，对大量统计数据进行科学分析后制定，这样可最大限度地重现汽车运行时的排放特性。工况法是当今世界最为科学并得以广泛使用的汽车排放试验方法，是汽车排放检测的必然发展趋势。与怠速法相比，工况法检测结果能全面评价车辆的排放水平。但工况法比怠速法要复杂得多，工况法要有转鼓试验台，并具有齐备的模拟汽车行驶动能的飞轮系统，还要有经过大量调查研究与数据处理制定出的模拟城市(城区和郊区)道路上汽车运行工况的试验程序，还要配备复杂而昂贵的大型综合分析仪和
22、保证发动机按试验程序运转所需的程序自动控制系统。因此，工况法的执行受到了很大限制，一般用于新车的认证许可检测和出厂抽查检测。世界各国的排放法规中，对测试装置、取样方法和分析仪器的规定基本上是一致的，但测试的循环工况及排放限值的差别较大。我国于2000年1月1日起开始实施的GB147611999汽车排放污染物限值及测试方法规定，在车辆型式认证和生产一致性检查过程中，对冷起动后排气污染物进行排放试验(型试验)时，应采用图6-1所示的工况循环。我国于2001年7月1日起开始实施的GB182852000在用汽车排气污染物限值及测试方法规定，按GB14761通过B类认证的M1、M和N1类车辆，可在底盘测
23、功机上采用ASM试验，该ASM试验工况运转循环由ASM5025和ASM2540两工况组成，其规范如图6-2及表6-6所示。图6-1 型试验用的测试循环 图6-2 ASM试验运转循环 表6-6 ASM试验运转循环表工况 运转次序 速度/(km/h)操作时间/s 测试时间/s 1 025 3.58.5 2 25 10 5025 3 25 90 90 4 2540 2.35.6 5 40 10 2540 6 40 90 90 3烟度法烟度法烟度法是指对柴油车排烟浓度进行监测的方法，它可分为稳态和非稳态两种。1)稳态烟度测量柴油车冒黑烟在全负荷运转时较为严重，因此稳态烟度测量通常是在柴油车全负荷稳定运
24、转时进行的。各国都有各自的烟度测量规范与排放标准，我国自己制定的车用柴油机全负荷烟度测量方法规定：由最低转速至额定转速之间选取6或7个转速对各种车用柴油机进行全负荷烟度测量，其中包括最大转矩转速和最大功率转速。最低转速是指45%额定转速或1000 r/min中较高的一个，每一转速的烟度测量必须在柴油机运转稳定后进行，任何一次测量结果都不得超过允许值。2)非稳态烟度测量柴油机在非稳态下的排气烟度受多种不稳定因素影响而变化很大，为了客观公正地反映柴油车的排烟特性，对非稳态烟度测定应有严格控制的试验程序。目前，非稳态烟度测定有自由加速法和控制加速法两种规范，我国使用的是自由加速法。自由加速法是指柴油
25、机从怠速状态突然加速至高速空载转速过程中进行排气烟度测定的一种方法。由于自由加速法不需对柴油机加载，因此该法适用于检测站对在用柴油车的年检以及环保部门对柴油车的监测。我国对2001年1月1日以前上牌照的在用柴油车采用自由加速滤纸烟度法测量烟度，其检测规范如图6-3所示。检测通常在汽车上进行，其检测步骤如下：(1)将取样探头固定于排气管内，插入深度为300 mm，并使探头中心线与排气管中心线平行。(2)使发动机在怠速工况(离合器处于接合位置，加速踏板与手油门处于松开位置；变速器处于空挡位置；具有排气制动装置的发动机的蝶形阀处于全开位置)下运转。(3)将加速踏板急速踏到底，维持4s后松开，如此重复
26、三次，以吹净排气系统的沉积物。(4)取样测量。将加速踏板急速踏到底，维持4 s后松开，并按照图6-3所示的规定循环测量四次，取后三次读数的算术平均值作为所测的烟度值。(5)当汽车发动机黑烟冒出排气管的时间和抽气泵开始抽气的时间不同步时，应取最大烟度值作为所测的烟度值。用滤纸烟度计所测的烟度值不得超过标准中的允许限值，否则为不合格。图6-3 自由加速烟度检测规范 4可见污染物测量法可见污染物测量法可见污染物测量法是指利用不透光度计对柴油车排气的可见污染物进行监测的方法。柴油机排放的黑烟、蓝烟、白烟和油雾等均为可见污染物。我国对2001年1月1日以后上牌照的在用柴油车使用不透光度计，采用自由加速法
27、检测柴油车排出的可见污染物。其检测方法是：车辆处于规定的热状态，排气系统装有消声器并且不得有泄漏，在发动机怠速时，按规定的要求插入不透光度计取样探头，迅速但不猛烈地踏下加速踏板，使喷油泵供给最大油量。在发动机达到调速器允许的最大转速前，保持此位置，一旦达到最大转速，立即松开加速踏板，使发动机恢复至怠速，不透光度计恢复到相应的状态。重复测量6次，记录不透光度计的最大数值，若读数值连续四次均在0.25 m1的带宽内，并且没有连续下降趋势，则记录值有效，其中四次测量结果的算术平均值即为该车的排放结果。6.1.4 汽车排放检测技术汽车排放检测技术1排气成分分析方法排气成分分析方法目前用于汽车排气成分分
28、析的方法主要有四种：用不分光红外分析仪测量CO和CO2，即NDIR分析法；用氢火焰离子分析仪测量HC，即FID分析法；用化学发光分析仪测量NOx，即CLD分析法。世界各国在其工况法检测标准中都严格规定必须采用上述测试方法，但怠速法检测标准中略有不同，一般可用不分光红外分析仪测量CO、CO2和HC。1)NDIR分析法 NDIR是英文Non-Dispersive Infra-Red Analyser的简称，是目前测定CO的最好方法。其测量上限为100%，下限可进行微量(106级)以至痕量(109级)分析；在一定量程范围内，即使气体浓度有极小变化也能检测出来；当CO排放浓度较高时，排气中的干扰成分对
29、测定值影响可略去不计；采用连续取样系统，能观察随发动机运转条件变化而引起的排气成分的变化。NDIR还可测量排气中的其他气体。(1)基本检测原理。NDIR的检测原理是基于某些待测气体对特定波长红外辐射能的吸收程度来测定其浓度的。除了单原子气体(如Ar、Ne)和同原子的双原子气体(如N2、O2和H2)外，大多数非对称分子(如汽车排气中的有害气体CO、HC、NO等)都有吸收红外线的能力，但不同气体在红外波段内有其特定波长的吸收带，如CO为4.55.0 m，C6H14(正己烷)在3.5 m附近，NO在5.3 m附近。红外线被吸收的程度与被测气体的浓度有对应的函数关系，气体浓度愈高，吸收红外线的能力也愈
30、强。NDIR分析仪则根据废气吸收红外线的能量引起的变化来测量废气中各种污染物的浓度。对于特定的被测气体，测量时所用的红外光的波长是一定的。图6-4所示为NDIR气体分析装置的结构原理示意图。该装置由红外线光源、气样室、旋转光栅和传感器组成。气样室由比较室和试样室构成，其中比较室内充满不吸收红外线能量的气体(如N2)，以作为比较之用；而试样室则可接受连续流过的废气，以供分析。检测室用于吸收红外光的能量，它由容积相等的左右两腔构成，中间用兼作电容传感器极板的金属膜片隔开，两腔充有相同浓度的被测气体，如测废气中CO含量时，两腔均充有CO，而测HC含量时，均充入正己烷(C6H14)气体。在过滤室中充有
31、CO2和CH4气体，以防检测时排气中的CO2和CH4干扰。采用旋转光栅的目的是为了产生交流电压输出信号，因为交流信号放大器的无漂移特性好于直流放大器。图6-4 不分光红外气体分析装置结构原理示意图 检测时，两个红外线光源发出相同的两束红外线，当红外线通过旋转光栅时，两束红外线将形成红外线脉冲。其中一路红外线脉冲经过滤室、试样室后进入检测室右腔，另一路则通过过滤室、比较室进入检测室左腔。由于通过比较室到达检测室的红外线能量未被吸收，因此检测室左腔中的被测气体吸收了较多能量；而通过试样室到达检测室的红外线已被所测气体吸收了一部分能量，因此检测室右腔中的被测气体只能吸收较少能量。这样，检测室两腔中的
32、气体便产生了温差，从而导致两腔压力出现差异，致使作为电容一个极的金属膜片产生弯曲振动，其振动频率取决于旋转光栅的转速，振幅则取决于所测气体的浓度。膜片的弯曲振动将使传感器的电容量发生交替变化，从而产生交流电压信号，该信号经放大整流后，转换为直流信号输送给指示装置。不分光红外分析仪可测量CO、CO2、C6H14、NO等多种气体成分，测量时须在检测室内充入相应的气体。汽车排放法规中一般规定不分光红外分析仪只用于检测CO和CO2，但由于它的便携性，故也被广泛用于怠速时的HC的检测。在测定HC时，检测室内密封正己烷，其测定的结果用相当于正己烷的浓度来表示。发动机排气中有上百种HC，而这种仪器只能检测某
33、一波长段的HC。该分析仪对饱和烃敏感，而对非饱和烃和芳香烃不敏感，因此，其测量结果主要反映了饱和烃的含量，而不代表排气中各种烃类的总含量。故在要求高精度测量时，不分光红外分析仪不能用来测量HC。(2)不分光红外线CO和HC气体分析仪。不分光红外线CO和HC气体分析仪是一种能从汽车排气管中采集气样，并对其中所含CO和HC的浓度进行连续测量的仪器。它由废气取样装置、气体分析装置、浓度指示装置和校准装置组成。废气取样装置。该装置由取样头、过滤器、导管、水分离器和泵等组成，见图6-5。该装置通过取样头、导管和泵从汽车的排气管里采集废气，经过滤器和水分离器除去废气中的炭渣、灰尘和水分后，送入气体分析装置
34、。图6-5 废气取样装置组成示意图 气体分析装置。该装置按照不分光红外分析法，从来自取样装置的混有多种成分的废气中测量出CO和HC的浓度，并以电信号的形式输送给浓度指示装置。浓度指示装置。综合式分析仪的浓度指示装置主要由CO指示装置和HC指示装置组成。从气体分析装置送来的电信号，在CO指示仪表上以体积百分数(%)为单位指示出CO的浓度，在HC指示仪表上以正己烷当量体积百万分数(106)为单位指示出HC的浓度。仪表的指示可利用零点调整旋钮、标准调整旋钮和读数挡位转换开关等进行控制。校准装置。校准装置是为了保持分析仪指示精度，使之能经常显示正确指示值的一种装置。在分析仪上通常设有加入标准气样进行校
35、准的校准装置和机械的简易校准装置。其中：标准气样校准装置是把标准气样从分析仪单设的一个专用注入口直接送到气体分析装置，再通过比较标准气样浓度值和仪表指示值的方法来进行校准的装置；而简易校准装置是利用遮光板把气体分析装置中通过测量气样室的红外线挡住一部分，以减少一定量红外线的方法进行简单校准的装置。2)FID分析法FID是英文Hydrogen Flame Ionization Detector的简称，是目前测定发动机排气中碳氢化合物最有效的方法。它具有很高的灵敏度，其检测极限最小可达109数量级，而且线性和频响特性好，对环境温度及大气压力也不敏感。FID的工作原理是基于大多数有机碳氢化合物在氢火
36、焰中产生大量电离的现象来测定HC浓度的。由于电离度与引入火焰中的碳氢化合物分子中碳原子数成正比，故此法对不同类型的烃没有选择性，它只能测定HC总量。氢火焰离子分析仪通常由燃烧器、离子收集器及测量电路组成。图6-6所示为FID的工作原理图，被测气体与含有40%H2(其余为He)的燃料气体混合后进入燃烧器，并与引入的空气一起形成可燃混合气。此时用点火丝点燃，HC便在氢火焰的高温(2000左右)中裂解产生元素态碳，然后形成碳离子C，在100300 V外加电压作用下形成离子流，这个离子流(电流)的强度与HC中C原子数成正比，可见只要测出这个离子电流的大小，就可得到HC的浓度。微弱的离子电流经放大后送入
37、指示或记录仪表。整个系统应加电磁屏蔽，以避免外界电磁干扰的影响。图6-6 FID的工作原理图 FID法可直接用于轻型汽车排气污染物中HC的排放测定。为避免高沸点的HC在采样过程中发生凝结和防止水蒸气冷凝后堵塞毛细管，故应对包括检测器在内的整个附加设备进行保温处理。我国排放法规中规定，在台架试验中，测量车用柴油机或汽油机排气污染物中的HC时，应采取加热方式，使除取样探头外的其余部分温度保持在19010(柴油机)或13010(汽油机)的范围之内，这种方式称之为HFID，其本质还是FID法。3)CLD分析法CLD是英文Chemiluminescent Detector的简称，是目前测定NOx的最好方
38、法。采用CLD测量NOx，其灵敏度高，体积分数可达107，响应特性好，在0102范围内具有良好的线性输出特性。化学发光分析仪测量NOx的原理是基于NO和O3的反应：NOONO*2O2NO*2NO2hv式中：NO*2为激发态NO2；h为普朗克常量；v为光量子的频率。分析时，首先使被测气体中的NO与O3反应，生成NO*2分子，在NO*2由激发态衰减到基态的过程中，会发出波长为0.63 m的光量子hv(即近红外光谱线)，称为化学发光。这种化学发光的强度与NO浓度成正比，因而通过检测发光强度就可确定被测气体中NO的浓度。化学发光分析仪从原理上讲只能测量NO，而无法测量NO2。但实际应用中可以先通过适当
39、的转换将NO2还原成NO，然后再进行NO的测量，即可用间接方法测出NO2。因此，用同一仪器也可以测得NO2和NOx。图6-7所示为化学发光分析仪的检测原理图。检测时，O2持续不断地进入O3发生器5，产生的O3进入反应室6。在检测NO时，汽车尾气经二通阀2后直接进入反应室6，NO与O3反应产生的化学发光经滤光片进入光电倍增器7，反映NO浓度的电信号经信号放大器8输出，并由指示仪表9显示，其测量结果是NO的浓度。检测NO2时，转动二通阀2，汽车尾气全部经催化转化器3，尾气中的NO2在此转化为NO，然后进入反应室6再与O3反应。这时仪器测出的是NO与NO2的总和NOx，再利用测定的NOx和NO的浓度
40、差值，可以测出NO2的浓度。为使NO2全部转化成NO，催化转化器的工作温度必须保持在650以上，由于催化转化器的效率对分析精度有直接影响，故应经常检查催化转化器，当效率低于90%时，需要更换新的催化转化器。使用滤光片的目的是分离给定的光谱区域，以避免反应气体中其他一些化学发光的干扰。化学发光分析仪为各国汽车排放试验规范中推荐的检测NOx仪器，但在无此种仪器的情况下允许采用NDIR法测量，不过此时的测试精度较低。图6-7 CLD的检测原理图 4)综合分析法综合分析法就是利用综合检测仪同时进行快速检测汽车排气中的CO、CO2、HC和NOx的方法。这种检测方法能全面反映汽车污染物的排放情况，并能满足
41、发动机台架试验或整车底盘测功机试验的排放测量要求。图6-8所示为综合排放分析仪的示意图。它是根据排放法规的要求配备的，它可以对排放法规中规定的全部气体排放物进行分析测量，用NDIR法测量CO和CO2，用FID法测量HC，用CLD法测量NOx。图6-8综合排放分析仪的示意图 2烟度和可见污染物的测量烟度和可见污染物的测量柴油机的排烟主要有黑烟、蓝烟和白烟三种，其中在全负荷和加速工况时以排出黑烟最为常见。黑烟俗称炭烟，是指极细的、可集成一串的微粒物。它是柴油机排放微粒的重要组成部分，特别是在排放严重时的中高负荷，其中炭烟所占比例更大。因此，长期以来表征炭烟多少的排气烟度在排放检测中得到了广泛的应用
42、，其排气烟度由烟度计测量。常用的烟度计测量原理有两类。一类是滤纸式烟度计；另一类是消光式烟度计。我国对于2001年1月1日以前上牌照的在用柴油车规定使用滤纸式烟度计测量自由加速时的烟度。在GB 182852000中，对压燃式发动机和装用压燃式发动机车辆的排气，是限制其可见污染物。这种新标准引入了与当前使用的烟度概念不同的不透光度的概念，考虑了柴油机排气中黑烟、蓝烟、白烟等可见污染物对环境的综合污染，强调了排放对人的视觉感知的影响，采用光吸收系数来度量可见污染物的多少。新的排放标准规定使用不透光度计测量自由加速时的光吸收系数。1)用滤纸式烟度计测量烟度滤纸式烟度计具有结构简单、调整方便、使用可靠
43、、测量精度较高等优点。它曾广泛用于各国柴油机的烟度检测。目前，我国许多检测站仍在使用滤纸式烟度计测量烟度。(1)基本检测原理。用滤纸式烟度计测试自由加速工况下柴油机的烟度时，需从排气管抽取规定容积的废气，并使之通过规定面积的标准洁白滤纸，其滤纸被染黑的程度称之为烟度。烟度用符号SF表示，单位为FSN(很多检测站还在使用旧标准，旧标准中，烟度用符号Rb表示，单位为Rb)。滤纸染黑的程度不同，则对照射到滤纸表面光线的反射能力不同。假设将一定发光强度的光源以固定距离照射在清洁滤纸的反射系数定为0，而将同样发光强度的光源以同样距离照射在被烟气污染的滤纸的反射系数定为b，则烟度SF可表示为SF10式中，
44、b、0分别为污染滤纸和洁白滤纸的反射系数，b/0的值的范围为0%100%，分别对应于全黑滤纸的反射和洁白标准滤纸的反射。当污染滤纸为全黑时，烟度值为10；当滤纸无污染时，烟度值为0。01b(2)滤纸式烟度计的结构与工作原理。滤纸式烟度计有手动、半自动和全自动三种类型。其结构都由取样装置、烟度检测装置和控制装置组成，如图6-9所示。取样装置。该装置的作用是将柴油机排放的炭烟取出并吸附于滤纸上，然后送至烟度检测装置。取样装置由取样探头、活塞式抽气泵和取样软管等组成。取样软管把取样探头与活塞式抽气泵连接在一起，取样探头的结构形状应能保证在取样时不受排气动压的影响。取样时，滤纸在泵筒内，取样探头在活塞
45、式抽气泵的作用下抽取废气，抽气时炭烟留在滤纸上并将其染黑，夹持机构保证滤纸的有效工作面直径为32 mm。取样完成后，滤纸夹持机构松开，染黑的滤纸由进给机构送至烟度检测装置。图6-9 滤纸式烟度计结构简图 烟度检测装置。该装置如图6-10所示，由环形硒光电池、光源和指示仪表构成。检测时，光源的光线通过有中心孔的环形光电池照射到滤纸上，一部分光线被滤纸上的炭烟所吸收，另一部分光线被反射到环形光电池上，使光电池产生光电流。光电流的大小反映了滤纸反射率的大小，而滤纸反射率则取决于滤纸的染黑程度。滤纸染黑程度越高，则滤纸反射率越低，光电流越小；滤纸染黑程度越小，则滤纸反射率越高，光电流越大。指示仪表实际
46、上是一块微安表，当由硒光电池输送来的电流强度不同时，指示仪表指针的位置也不同。仪表表盘以010均匀刻度。测量全白滤纸时，指针位置为0；测量全黑滤纸时，指针位置为10。图6-10 烟度检测装置 控制机构。控制机构包括用脚操纵的抽气泵电磁开关、滤纸进给机构和压缩空气清洗机构等。压缩空气清洗机构可在废气取样前，用压缩空气清除探头内和取样管内积存的炭粒。2)用不透光度计测量可见污染物按照国家排放标准的新规定，对柴油机的可见污染物应采用不透光度计进行测量。不透光度计可分为全流式和分流式两类。全流式不透光度计测量全部排气的透光衰减率，分流式不透光度计是将排气中一部分废气引入取样管，然后送入不透光度计进行连
47、续分析。我国排放标准中规定应使用分流式不透光度计。不透光度计是一种利用透光衰减率来测定排气中可见污染物的仪器。图6-11所示为不透光度计的结构简图。测定前，用鼓风机向空气校正管吹入干净空气，旋转转换手柄，使光源和光电池分别置于校正管两侧，作零点校正。然后，再旋转转换手柄，将光源和光电池移至测试管两侧，并把需要测定的一部分汽车排气连续不断地导入测量管，光源发出的光部分地被排气中的可见污染物所吸收，光电检测单元则可连续测出光源发射光透过排放气体的透光强度，并通过光电转换显示测量结果。图6-11 不透光度计的结构简图 不透光度是指光源的光线被排气中可见污染物吸收而不能到达光电检测单元的百分率，用N%
48、表示。不透光度计可根据N在0%100%之间的变化进行线性刻度。N0%，表示被测废气不吸光；N100%，表示光线完全被废气吸收。我国新的排放标准中用光吸收系数K作为柴油机排放可见污染物的评价指标，因此不透光度计必须用光吸收系数K进行刻度，其单位为m1。光吸收系数K是指光束被可见污染物衰减的系数，它是排气中单位容积微粒数、微粒在光束方向的法向投影面积和微粒消光率的函数。光吸收系数与不透光度之间有下列关系：K ln(1N)式中，L为光通道的有效长度(m)。L1由上式可知：当N0%时，K0；当N100%时，K。因此，用K刻度时，其值应从0(m1)，但由于K为不可能，故通常采用N99.9%所对应的K值进
49、行满量程刻度。如取光通道的有效长度为0.4 m，则K的刻度范围为017.3 m1。两种刻度的范围均以光全通过时为零，全吸收时为满刻度。不透光度计可以对柴油机排气可见污染物进行连续测量，可以按排放法规的要求进行稳态和非稳态工况下的烟度测量，在低烟度时有较高的分辨率，可以用来研究柴油机的瞬态炭烟排放特性。不透光度计目前在世界各国得到了广泛的应用。6.2汽车噪声的控制汽车噪声的控制6.2.1汽车噪声的评价指标与检测标准汽车噪声的评价指标与检测标准1噪声的评价指标噪声的评价指标噪声是一种声波，具有一切声波运动的特点和性质。声音的强弱取决于声压，而声压是指声波作用于大气使大气压强发生变动的变动量，单位为
50、Pa。由于正常人耳能听到的最弱声音的声压和能使人耳感到疼痛的声压大小之间相差一百多万倍，表达和应用极不方便；同时，人耳对声音大小的感觉并不与声压的大小成正比，而是同它的对数近似成正比，因此人们引入了一个用来表示声音强弱的物理量声压级。声压级定义为Lp20 lg式中：Lp声压级(dB)；p实际声压(Pa)；p0基准声压，即听阈声压，p02105 Pa。0pp当引入声压级这一概念后，就把可闻声声压百万倍的变化范围变至0120 dB的变化范围，这样就显著减少了数量级。在噪声测量中，通常是测定它的声压级。然而，人耳对声音的主观感觉，不仅与声压有关，而且还与声音的频率有关。在人耳可听的2020 000
