汽車排放污染及控制

汽車排放污染及控制2023年1月12日第10章汽車排放與測試10.4碳煙測量與分析10.3微粒測量與分析10.2排氣成分分析儀10.1汽車排放污染物取樣系統(tǒng)第10章汽車排放測試概述：主要內(nèi)容第10章汽車排放測試介紹了環(huán)境污染現(xiàn)狀，特別是與汽車尾氣相關(guān)的大氣污染情況。歸納了各種汽車排放污染物對人類和自然的危害總結(jié)了汽車排放控制技術(shù)的發(fā)展歷程。10.1汽車排放污染物取樣系統(tǒng)取樣系統(tǒng)概述取樣是汽車排放測試的第一環(huán)，在不同條件下，需要不同的取樣技術(shù)。取樣系統(tǒng)的功能在于使樣氣經(jīng)過預處理，以便按一定要求送入分析系統(tǒng)不同的取樣方法，就有不同的取樣系統(tǒng)。按取樣方法分，目前常采用的取樣系統(tǒng)有：直接取樣系統(tǒng)、稀釋取樣系統(tǒng)和定容取樣系統(tǒng)。第10章汽車排放測試直接取樣系統(tǒng)直接取樣法是將取樣探頭插入發(fā)動機的排氣管中，用取樣泵連續(xù)抽取一定量氣體不經(jīng)稀釋直接送入分析系統(tǒng)進行分析。由于直接取樣法設(shè)備簡單，操作方便，被廣泛用于許多國家和地區(qū)的各種用途發(fā)動機的排放測量中。第10章汽車排放測試第10章汽車排放測試直接取樣系統(tǒng)

未經(jīng)稀釋的采樣氣直接從排氣管抽取，污染物濃度較高，具有較高的測量精度。采樣泵P把樣氣從HSL1（保溫453－473K）送到氫火焰離子檢測器HFID分析HC，經(jīng)HSL2（保溫368－473K）輸送到化學發(fā)光分析儀HCLA分析，另外排氣經(jīng)取樣管SL輸送到不分光紅外線吸收型分析儀NDIR分析CO和CO2。為了排除水蒸氣對NDIR工作的干擾，用溫度保持273-277K的槽型冷卻器B來除去排氣樣氣中的水分。測量重型車柴油機的微粒排放測試時，用稀釋取樣系統(tǒng)取樣，既可用全流稀釋取樣系統(tǒng)FFDSS（FullFlowDilutionSamplingSystem），也可用分流稀釋取樣系統(tǒng)PFDSS(PartialFlowDilutionSamplingSystem)。

稀釋取樣系統(tǒng)稀釋取樣系統(tǒng)外形第10章汽車排放測試全流稀釋取樣系統(tǒng)EP-排氣管PDP-容積式泵HE-熱交換器PDT-初級稀釋通道

SDS-單級稀釋系統(tǒng)DDS-雙級稀釋系統(tǒng)PTT-顆粒物傳輸管SDT-次級稀釋通道FH-濾紙保持架SP-顆粒物取樣泵DP-稀釋用空氣泵PSP-顆粒取樣探頭DAF-稀釋用空氣過濾器CFV-臨界流量文杜里管GF-氣體計量儀或流量儀測定全流稀釋取樣系統(tǒng)流程圖第10章汽車排放測試全流稀釋取樣系統(tǒng)技術(shù)要點第10章汽車排放測試初級稀釋風道PDT中應(yīng)有足夠的湍流強度和足夠的混合長度，保證取樣前柴油機排氣管EP排出的排氣民經(jīng)稀釋空氣濾清器DAF凈化的稀釋空氣混合均勻。單級稀釋系統(tǒng)的直徑至少為460mm，雙級稀釋系統(tǒng)的直徑至少為200mm。發(fā)動機的排氣應(yīng)順氣流引入初級稀釋通道，并充分混合。

分流稀釋取樣系統(tǒng)EP-排氣管PR-取樣探頭ISP-等動態(tài)取樣探頭EGA-排氣分析儀BV-球閥SC-壓力控制裝置DPT-差壓傳感器FC1-流量控制器SB-抽風機PB-壓力機DT-稀釋通道PSS-顆粒物取樣系統(tǒng)PSP-顆粒物取樣探頭PTT-顆粒物傳輸管FH-濾紙保持架

SP-顆粒物取樣泵FC2-流量控制GF1-氣體計量儀或流量測定儀DAF-稀釋用空氣過濾器GF2-氣體計量儀或流量測定儀TT-顆粒物取樣傳輸管分流稀釋取樣系統(tǒng)流程圖第10章汽車排放測試分流稀釋取樣系統(tǒng)工作原理第10章汽車排放測試返回

柴油機排氣管EP中的排氣通過顆粒物取樣探頭ISP或PR和顆粒物取樣傳輸管TT輸送到稀釋通道DT。通過DT的稀釋排氣流量用顆粒物取樣系統(tǒng)PSS中的流量控制器FC2和顆粒物取樣泵SP控制，稀釋空氣流量用流量控制器FC1控制?，F(xiàn)在，世界各國的排放法規(guī)大多規(guī)定對汽車的排氣先用干凈空氣進行稀釋，然后用定容取樣CVS（ConstantVolumeSampling）系統(tǒng)取樣。除取樣袋收集的氣體外，大部分排氣被排出取樣器，由測量器測量排出氣體的總流量。定容取樣系統(tǒng)定容取樣系統(tǒng)第10章汽車排放測試測量總流量的常用方法容積泵PDP文杜里管CFV帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)D-稀釋空氣濾清器M-混合室H-熱交換器TC-溫度控制系統(tǒng)PDP-容積泵T1-溫度傳感器G1、G2-壓力表S1-收集稀釋空氣定量樣氣的取樣口S2-收集稀釋排氣定量樣氣的取樣口帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)流程圖第10章汽車排放測試帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)第10章汽車排放測試特點

容積泵PDP每轉(zhuǎn)的抽氣體積是一定的，只要轉(zhuǎn)數(shù)不變，總流量就不變。PDP系統(tǒng)可使流量無級變化，但結(jié)構(gòu)龐大，且流量受溫度影響大。采用臨界流量文度里管的定容取樣系統(tǒng)AB-稀釋空氣取樣袋CF-積累流量計CS-旋風分離器DAF-稀釋空氣濾清器DEP-稀釋排氣抽氣泵DT-稀釋風道F-過濾器FC-流量控制器；

FL-流量計

HE-換熱HF-加熱過濾器PG-壓力表QF-快接管接頭QV-快作用閥S1～S4-取樣探頭SB-衡釋排氣取樣袋的取樣過濾器SP-取樣泵TC-溫度控制器TS-溫度傳感器帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)流程圖第10章汽車排放測試CFV-臨界流量文杜里管；SF-測量微粒排放質(zhì)第10章汽車排放測試其總流量由一臨界文杜里管CFV來確定，只要文杜里管一定，總流量就不變。該系統(tǒng)受溫度影響較小，結(jié)構(gòu)相對簡單，但只可通過切換文杜里管來改變流量，且只能有級地改變。

采用臨界流量文度里管的定容取樣系統(tǒng)返回特點

10.2排氣成分分析儀汽車排氣中的CO和CO2用不分光紅外線氣體分析儀測量NOX用化學發(fā)光分析儀測量HC用氫火焰離子型分析儀測量當需要從總碳氫化合物中分離出非甲烷碳氫化合物時，發(fā)動機排氣中的氧多用順磁分析儀測量氣相色譜儀測量甲烷。排氣成分分析儀概述排氣成分分析儀外形圖

第10章汽車排放測試不分光紅外線氣體分析儀NDIR（Non-DispersiveInfra-RedAnalyzer）是根據(jù)不同氣體對紅外線的選擇性吸收原理提出的。紅外線是波長為0.8～600μm的電磁波，多數(shù)氣體具有吸收特定波長的紅外線的能力。如CO能吸收4.5～5μm的紅外線，CO2能吸收4～4.5μm的紅外線，不分光紅外線氣體分析儀根據(jù)其特定的吸收來鑒別氣體分子的種類。

不分光紅外氣體分析儀NDIR第10章汽車排放測試不分光紅外氣體分析儀NDIR工作原理

紅外線光源射出的紅外線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的截光盤交替地投向氣樣室和裝有不吸收紅外線的氣體（如氮）的參比室，透過兩室的氣體進入有兩個接收氣室的檢測器。當樣氣室中的被測樣氣濃度變化時，兩個接受氣室接受的紅外線輻射能的差別也發(fā)生變化，導致分隔兩氣室的薄膜兩側(cè)壓變化。由截光盤調(diào)制的周期性變化引起電容器電容量周期變化，該信號經(jīng)放大成為分析儀的輸出信號。

不分光紅外線氣體分析儀工作原理圖第10章汽車排放測試不分光紅外氣體分析儀NDIR工作特點第10章汽車排放測試不分光紅外線氣體分析儀采用直接取樣系統(tǒng)時，水蒸氣對CO和NO的測定有干擾，在取樣流程中應(yīng)串聯(lián)有冷卻器或除濕器，以盡量除去水分。不分光紅外線氣體分析儀測量NO時，其測量精度低；測量HC時，只能檢測某一波長段的HC，而對非飽和烴和芳香烴則不敏感，測量的結(jié)果主要是反應(yīng)了飽和烴的含量而不代表各種HC的含量，所以總的精確度較差。排放法規(guī)規(guī)定，CO和CO2用不分光紅外線氣體分析儀測量?；瘜W發(fā)光分析儀CLD工作原理1-反應(yīng)室；2-臭氧發(fā)生器；3-氧入口；4-濾光片；5-光電倍增管檢測器；6-信號放大器；7-催化轉(zhuǎn)化器；8-樣氣入口；9-轉(zhuǎn)換開關(guān)；10-反應(yīng)室出口樣氣由通道A或B進入反應(yīng)室1。通道A直接通向反應(yīng)室，這個通道只能測量樣氣中NO的濃度；樣氣通過通道B時，樣氣中的NO2將在催化轉(zhuǎn)換器7中轉(zhuǎn)化成NO，再進入反應(yīng)室，這樣儀器測量得到的是NO和NO2的總和NOX。利用測得的NOX與NO的差值，即可確定樣氣中NO2的濃度?；瘜W發(fā)光分析儀工作原理圖

第10章汽車排放測試化學發(fā)光分析儀CLD具有感應(yīng)度高，體積分數(shù)可達10-7；應(yīng)答性好，在10-2濃度范圍內(nèi)輸出特性呈線性關(guān)系，適用于連續(xù)分析；為使測量過程中NO2盡可能完全地轉(zhuǎn)化成為NO，催化轉(zhuǎn)化器中的溫度必須在920K以上。是測量NOX的標準方法。第10章汽車排放測試特點氫火焰離子分析儀工作原理工作原理

氫火焰燃燒時，2300K左右的高溫氫火焰會使HC離子化成自由離子，離子數(shù)基本與HC的濃度成正比。待測氣體與氫氣混合后，由入口進入燃燒器，由燃燒嘴噴出，在空氣的助燃下由通電的點火絲點燃。HC在缺氧的氫擴散火焰中分解出離子和電子。這些離子和電子形成按一定方向運動的離子流，通過對離子流電流的測量就可測得碳原子的濃度，從而反映出相應(yīng)HC的濃度。1-離子收集器；2-信號放大器；3-空氣分配器；4-氫和待測氣體入口；5-助燃空氣入口；6-燃燒嘴氫火焰離子型分析儀工作原理圖

第10章汽車排放測試氫火焰離子分析儀FID特點第10章汽車排放測試是目前測量汽車排放中HC的最有效手段；靈敏度高，可測到極小濃度的HC；線性范圍寬；對環(huán)境溫度和壓力也不敏感。不受樣氣中有無水蒸氣的影響，但可能受其中氧的干擾。不同的HC分子結(jié)構(gòu)對FID的影響不同。順磁分析儀PMA工作原理氧是一種強順磁性氣體，氮氧化合物有較弱的順磁性，NO和NO2的順磁性分別為氧的44%和29%。因為汽車排放中，氧的濃度要比NOX高得多，所以可用順磁分析儀測量排氣中的氧濃度順磁分析儀外形圖

第10章汽車排放測試順磁分析儀PMA工作原理

樣氣3中的氧2，在永久磁鐵6的磁場吸引下充入水平玻璃管5中。在磁場強度最大的地方，樣氣被電熱絲4加熱。加熱后的氧順磁性下降，磁鐵對它的吸引力小于冷態(tài)的氧。冷的樣氣被吸到磁極中心，擠走熱的樣氣。冷的樣氣被加熱后又被擠走。這樣在玻璃管5中就形成了氣體流動，也稱磁風，其速度與樣氣的濃度成正比。如果加熱絲4同時起熱線風速儀的作用，就可以簡單地測定磁風速度，從而測得樣氣中的氧濃度順磁分析儀工作原理

第10章汽車排放測試10.2.5氣相色譜儀GC工作原理

用樣氣注射器把一定體積的樣氣從試樣注入口注入儀器，與從載氣入口進入儀器的氫、氦、氬等載氣混合后流入裝有填充劑的色譜柱中。由于樣氣的不同組分