汽车排放污染物的检测
第五章汽车排放污染物与噪声的检测
第⼀节汽车排放污染物的检测
⼀、汽车汽车排放污染物及其危害
1．汽车排放污染物的主要成分
汽车的排⽓中包含许多成分，其中基本成分是⼆氧化碳、⽔蒸⽓、过剩的氧⽓以及存留下的氮⽓。它们是燃料和空⽓完全燃烧后的产物，从毒物学的观点看排⽓中的这些成分是⽆害的。除上述成分外，汽车排⽓中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括⼀氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、⼆氧化硫(SO2)、固体颗粒(炭烟)及醛类等。这些成分的质量总和在汽车排⽓中所占的⽐例不⼤，例如汽油车中只占5％，柴油车中还不到1％，但它们中⼤部分是有害的，或有强烈刺激性的臭味，有的还有致癌作⽤。因此被列为有害排放物。
在相同⼯况下，汽油车的CO、HC和NO X排放量⽐柴油车⼤，因此⽬前的排放法规对汽油车主要是限制CO、HC和NO X的排放量。柴油车对⼤⽓的污染较汽车轻很多。柴油机燃烧时混合⽓形成的时间短，在空⽓不⾜或混合⽓不均匀的情况下，主要是产⽣炭烟污染，因此排放法规主要是限制柴油车的炭烟排放。
2，汽车排放物的主要来源
汽车排放物主要有三个来源；
①发动机排⽓管排出的废⽓(尾⽓)。汽车排放的有害污染物中约有55％的HC和绝⼤部分的⼀氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、⼆氧化硫(SO2)、固体颗粒(炭烟)排放等都是由排⽓管排出的。
②曲轴箱窜⽓。曲轴箱窜⽓的丰要成分是HC(占HC总徘放量的20％—25％)，其余还⾏C0、N0X、SO2等成分。
③汽油蒸⽓，主要是由于汽油车的燃油系统的汽油蒸⽓敌⼈到⼤⽓中。主要成分为HC，约占总排出量的20％。
3．汽车排放物的危害
(1)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好时，易⽣成。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与⾎红蛋⽩的亲和⼒是氧的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，重时会使⼈窒息死亡。
(2)碳氢化台物(HC)
汽车废⽓中的HC是多种碳氢化台物的总称，是发动机未燃尽的燃料分解或供油系统中燃料的蒸发所产⽣的⽓体。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、⿐和咽喉酞膜有较强的刺激作⽤，严重时可致癌。
(3)氮氧化物
排放中的氮氧化物主要是NO2和NO，通常可概括表⽰为NO X。主要是⾼温燃烧过程中空⽓中的氧和氮化合⽽成，燃料中的含氮化合物也会部分形成氮氧化物排放。汽车尾⽓中直接排出的氮氧化物基本上都是NO。汽油车排出的氮氧化合物中，NO占99％，⽽柴油车排出的氮氧化合物中NO2的⽐例较⼤。NO从发动机刚排出时，其毒性较⼩，但排出后NO在⼤⽓中被氧化成剧毒的NO2，这⼀过程⼀般需要⼏个⼩时。若空⽓中有强氧化剂如臭氧，则氧化过程变得很迅速。NO2是⼀种刺激性很强的污染物。它能刺激眼、⿇醉嗅觉，甚⾄引起肺⽓肿。(4)⼆氧化硫
汽车排⽓中SO2的含量与燃料中的含硫量有关。⼀般来说，柴油机⽐汽油机的SO2⾄多些。SO2对发动机使⽤催化净化装置有破坏作⽤，即使少量的SO2堆积在催化剂的表⾯，也会降低催化剂的使⽤寿命。同时SO2是⽣成柴油机排放微粒的原因之⼀。但总的来说，与其他发⽣源(如燃煤)相⽐，汽车排放的SO2所占的⽐例很⼩。从⼤⽓污染⾓度看，不是汽车排放的主要问题。
(5)微粒
所谓微粒是指排⽓中的铅化物、炭烟和油雾的总称。
①铅化物
在车⽤汽油中，为了改善汽油的品质，曾采⽤添加各种铅的化合物．例如添加四⼄铅，来提⾼汽油的⾟烷值和抗爆性。在⾼压缩⽐、⾼性能的汽油机上，⼤都使⽤添加四⼄铅的⾼⾟烷值汽油。可是这种含铅的⾼⾟烷值汽油燃烧所⽣成的铅化物从发动机排出后，成为污染⼤⽓的有害物质。如果⼈们吸⼊这种⽓体时，铅将在⼈体内逐渐积累造成危害。另外，汽油中添加的铅还会
使催化剂中毒，影响催化反应器的转化效率和使⽤寿命。为了防⽌铅污染，近年来许多国家开始采⽤⽆铅汽油。
②炭烟
炭烟是燃料不完全燃烧的产物。发动机的炭烟⼟要是直径为0．1~10微⽶的多孔性炭粒构成。燃烧中各种各样的不完全燃烧产物，可以以多种形式附着在多孔的活性很强的炭粒表⾯。这些附着在炭粒表⽽的物质种类繁多，其中有些是致癌物质。
(6)臭味
臭味是多种成分引起的，除了O3和N02以外，燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、等，也有臭味。臭味不仅使⼈感觉难受，它还刺激⼈的眼睛等。
⼆、检测标准
为限制汽车排⽓污染物的排放量，世界上许多国家都制定了限制汽车排放的法规。美、⽇等国对汽车排放限制最为严格。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“强制装置法”，即对曲轴箱排放和燃油蒸发排放进⾏控制，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制标准。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。19
89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的排放标准修订⼯作，并颁布了对新型车辆的型式认证和产品⼀致性试验排放限值国家标准。2000年12⽉颁布了《在⽤汽车排⽓污染物限位及测量⽅法》，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和了《轻型汽车污染物排放限值及测量⽅法(I)》(GBl8352．1—2001)、《轻型汽车污染物排放限值及测量⽅法(II)》(GBl8352．2—2001)和《车⽤压燃式发动机排⽓污染物排放限值及测量⽅法》(GBl7691⼀2001)最新的国家标准，并取代了原有的多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，但这种排放标准有合⼆为⼀的趋势；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。
在⽤车排放污染控制是汽车排故污染控制的重要环节，因此对在⽤车的排放检测尤为重要。从200l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量⽅法》(GBl8285—2001)。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≥400kg，最⼤设计车速≥50Km/h的在⽤汽车。在⽤汽车排放新标准主要有以下内容：
1．装配点燃式发动机的车辆诽⽓污染物限值
装配点燃式发动机的车辆，其排⽓污染物是指CO、HC和NO X。其中HC以正⼰烷当量表⽰，⽽NO X以NO表⽰。汽车进⾏怠速、双怠速和加速模拟⼯况检测。
2．装配压燃式发动机的车辆诽⽓污染物限值
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
三、汽车排⽓污染物的检测⽅法
1．怠速法
根据哪GB18285-2000《在⽤汽车排⽓污染物限值及测量⽅法》的规定，按照GBl4761—1999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法或者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
这种⽅法对汽油车在怠速运⾏时排⽓中的CO和HC浓度进⾏检测。其测量步骤如下：
①使发动机运转到规定的热状态，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，离合器处于结合状态，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阻风门全开。
③发动机由怠速⼯况加速到70%倍的额定转速，维持60s后降⾄⾼怠速（50%倍的额定转速）。
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㎜．并固定于排⽓管上。
汽车尾气检测
⑤发动机在怠速状态维持15S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若为多排⽓管时，取各排⽓管测量的结果的算术平均值。
怠速测量法采⽤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ISO3929中制定的双总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仪、点⽕正时仪、发动机冷却液和机油测温计等测试仪器。
②发动机由怠速⼯况加速到70%的额定转速．维持60s后降⾄⾼怠速(即o．5倍的额定转速)。
③发动机降⾄⾼怠速状态后，将取样探头插⼊排⽓管中，深度等于400㎜，并固定于排⽓管上。
④发动机在⾼怠速状态维持15s后开始读数，读取30 s内的最⾼值和最低值。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后，在怠速状态维持15s后开始读数，读取30 s内的最⾼值和最低值。其平均值即为怠速排放测量结果。
⑥若为多排⽓管时，分别取各诽⽓管⾼怠速排放测量结果的算术平均值和怠速排放测量结果的算术平均值。
2．⼯况法
⼯况法是将汽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，是汽车排故检测的必然发展趋势。我国《汽车排放污染物限值及测量⽅法》规定，在车辆型式认证和产品⼀致性检查过程中，对冷启动后排⽓污染物进⾏排放试验(I型试验)时，应采⽤图所⽰的⼯况循环。
3．烟度法
烟度法是指对柴油车排烟浓度进⾏检测的⽅法。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转时进⾏。我国⾃⾏制定的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—7个转速对车⽤柴油机进⾏全负荷烟度测量，其中包括最⼤扭矩转速和最⼤功率转速。最低转速是指45％额定转速或l000r／min中较⾼的⼀个。每⼀转速的烟度测量必须在柴油机稳定运转后进⾏，任何⼀次测量结果都不得超过限值。
稳态烟度测量适⽤于在台架上进⾏，较难在汽车上测定。
(2)⾮稳态烟度测量
⽬前⾮稳态烟度测量有⾃由加速法和控制加速法两种。我国使⽤的是⾃由加速法。⾃由加速法是指柴油机从怠速状态突然加速⾄⾼速空载转速过程中进⾏烟度测量的⼀种⽅法。由于⾃由加速不需要对柴油机加载，因此该⽅法适应于检测站对在⽤车的年检以及环保部门对柴油车
的监测。
检测通常在汽车上进⾏，其检测步骤如下：
①将取样探头固定在排⽓管内，插⼊深度为300㎜，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(离合器处于结合位置，加速踏板与⼿油门处于松开位置，变速特处于空挡位置，具有排⽓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4s后松开，并按照图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侧得的烟度值。