汽车排气的检测
随着汽车工业的发展和汽车保有量急剧增加，汽车排放的污染物是一致公认的城市大气主要污染公害之一，已成为严重的社会问题。因此，检测并控制汽车排气污染物的浓度，已成为汽车检测中重要的检测项目。
一、汽车排气污染物的主要成分及其危害
(一)汽车排气污染物的主要成分
汽车排气的污染物，主要是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、硫化物(主要是SO2)、碳烟及其他—些有害物质。如果燃用含铅汽油，排气中的污染物还包含铅化合物。汽车排气污染物中，CO、HC、NOx和碳烟主要来源于汽车尾气的排放，少部分来自曲轴箱窜气，其中，部分HC还来自于油箱和整个供油系的蒸发与滴漏。
在相同工况下，汽油机排放的CO、HC和NOx排放量比柴油机大，因此，目前的排放法规对汽油机主要限制CO、HC和NOx的排放量。柴油机对大气的污染较汽油机轻得多，主要是产生碳烟污染，因此排放法规主要限制柴油机排气的烟度。
(二)汽车排气污染物的危害
汽车排出的各种物质中，对人类形成危害的有CO、HC、NOx、碳烟和硫化物等。
1．CO是燃料不完全燃烧的产物，是汽车尾气中浓度最大的有害成分，是一种无无味的有毒气体，它进入人体后极易与血液中担负输运氧气的血红蛋白结合，妨碍血红蛋白的输氧能力，造成人体各部分缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重时甚至死亡。
2．HC是发动机未燃尽的燃料分解出来的产物。当HC浓度较高时，使人出现头晕、恶心等中毒症状。而且，HC和NOx在强烈的太阳光作用下，能反应生成一种有害的光化学烟雾，这种光化学烟雾滞留在大气中，造成大气严重污染，对人的眼睛、呼吸道及皮肤均有强烈的刺激性。
3．NOx是汽油机和柴油机排放的主要污染物，是发动机大负荷工作时进气中的N2与O2在高温高压条件下反应而生成的。NOx主要是NO和NO2。NO与血液中血红蛋白的亲合力比CO还强，通过呼吸道及肺进入血液，使其失去输氧能力，产生与CO相似的中毒后果。NO2侵入肺脏深处的肺毛细血管，引起肺水肿，同时还能刺激眼、鼻粘膜，麻痹嗅觉。
4．碳烟以柴油机排放量为最多，它是柴油机燃烧不完全的产物，其内含有大量的黑碳颗粒。碳烟能影响道路的能见度，并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕。
5．硫化物主要为SO2，燃料中含有的硫与氧反应而生成。SO2有强烈的气味，可刺激人的咽喉与眼睛，甚至会使人中毒。若大气中含SO2过多，还会形成“酸雨”，损害生物，使土壤与水源酸化，影响自然界的生态平衡。
二、汽油车排气污染物的标准及检测
(一)汽油车排气污染物的检验标准
我国于1979年颁布了环境保护法，1984年实施了汽车污染物排放标准和测量方法的国家标准。其后，又相继制定了几项国家排放标准，并于1993年对上述排放标准进行了修订，从严规范了诊断参数限值和测量方法。
GB14761-1999《汽车排放污染物限值及测试方法》等效采用了联合国欧洲经济委员会(ECE)1995年7月2日生效的ECER83／02《按发动机对燃料的要求类别就污染排放物对车辆
认证的规则》的全部技术内容，采用了国际通用的试验方法，在控制力度上达到了欧洲20世纪90年代初的水平。
GBl8285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》，是我国在用汽车排气污染物限值及测试方法的最新国家标准。该国家标准中的加速模拟工况试验限值及试验方法，是参照美国国家环保局标准EPA-AA-RSPD-IM-96-2《加速模拟工况试验规程、排放标准、质量控制要求及设备技术要求技术导则》(1996年7月)制定的，使我国治理在用汽车排气污染走上了更为严格的道路。
GBl8285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》中规定，装配点燃式发动机的车辆，在检测中要进行怠速试验、双怠速试验和加速模拟工况(ASM)试验。又规定，按GB14761-1999《汽车排放污染物限值及测试方法》通过B类认证(燃用优质无铅汽油的车辆)、设计乘员数不超过6人且最大总质量不超过2500kg的M1类车辆和按该标准通过B类认证、设计乘员数超过6人，或最大总质量超过2500kg但不超过3500kg的M类车辆和N1类车辆，进行双怠速试验或加速模拟工况(ASM)试验；除上述规定以外的其他M、N类装配点燃式发动机的车辆进行怠速试验。
GBl8285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》中规定，怠速试验按GB／T3845-1993《汽油车排气污染物的测量怠速法》的规定进行，双怠速试验按GB／T3845-1993《汽油车排气污染物的测量怠速法》附录C的规定进行。
按照GB18285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》的规定，对于装配点燃式四冲程发动机，最大总质量大于或等于400kg，最大设计车速大于或等于50km／h的在用汽车，排放污染物限值如下：
1．装配点燃式发动机的车辆进行双怠速试验排气污染物限值见表4-7所示。从表中可以看出，高怠速排放测量值应低于怠速排放测量值。
表4-7装配点燃式发动机的车辆双怠速试验排气污染物限值
车辆类型 | 怠速 | 高怠速 | ||
CO/% | HC/10-6① | CO/% | HC/10-6① | |
2001年1月1日以后上牌照的M1②类汽车 | 0.8 | 150 | 0.3 | 100 |
2001年1月1日以后上牌照的N1③类汽车 | 1.0 | 200 | 0.5 | 150 |
①HC容积浓度按正己烷当量。
②Ml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2500kg。
③N1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2500kg但不超过3500kgM车。
2．装配点燃式发动机的车辆怠速试验排气污染物限值见表4-8所示。
表4-8装配点燃式发动机的车辆怠速试验排气污染物限值
车辆类型 | 轻型车 | 重型车 | ||
CO/% | HC/10-6① | CO/% | HC/10-6① | |
1995年7月1日以前生产的在用汽车 | 4.5 | 1200 | 5.0 | 2000 |
1995年7月1日起生产的在用汽车 | 4.5 | 900 | 4.5 | 1200 |
①HC容积浓度按正己烷当量。
(二)汽油车排气污染物的检测
GB／T3845-1993《汽油车排气污染物的测量怠速法》规定汽油车排气污染物检测时，应采用不分光红外线分析仪(NDIR)，并对检测工况和检测程序进行了具体规定。
1．基本检测原理
汽车排气中的CO、HC、NO和CO2等气体，对红外线分别具有吸收一定波长的性质，而且红外线被吸收的程度与废气浓度之间有一定的关系，如图4-17所示。不分光红外线分析法就是根据这一原理，即废气吸收一定波长红外线能量的变化，来检测废气中各种污染物的含量。在各种气体混在一起的情况下，这种检测方法具有测量值不受影响的特点。
利用不分光红外线分析法制成的分析仪，既可以制成单独检测CO或HC含量的单项分析仪，也可以制成能测量这两种气体含量的综合分析仪。排气中CO的浓度是直接测量的，而排气中HC的成分非常复杂，因此要把各种HC成分的浓度换算成正己烷(n-C6H14)的浓度后再作为HC浓度的测量值。
图4-17四种气体吸收红外线的情况
2．不分光红外线气体分析仪的结构与工作原理
不分光红外线气体分析仪，是一种能够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。图4-18为分析仪的外形图。它由废气取样装置、废气分析装置、废气浓度指示装置和校准装置等组成。
图4-18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)废气取样装置
废气取样装置由取样探头、滤清器、导管、水分离器和泵等组成。它通过取样探头、导管和泵从车辆排气管里采集废气，再用滤清器和水分离器把废气中的碳渣、灰尘和水分等除掉，只把废气送入分析装置。
(2)废气分析装置
按传感器形式不同，废气分析装置可分为电容微音器式和半导体式等不同形式。废气分析装置由红外线光源、气样室、旋转扇轮(截光器)、测量室和传感器等组成。该装置按照不分光红外线分析法，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，并以电信号形式输送给废气浓度指示装置。
(3)浓度指示装置
综合式气体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，有指针式仪表和数字式显示器两种类型。从废气分析装置送来的电信号，在CO指示仪表上CO的浓度以体积百分数(％)表示；在HC指示仪表上HC浓度以正己烷当量体积的百万分数(10-6)表示。
指针式气体分析仪如图4-19，可利用零点调整旋钮、标准调整旋钮和读数档位转换开关等进行控制。此外，还可以通过气流通道一端设计的流量计，得知废气通道滤清器是否脏污等异常情况。
图4-19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)校准装置
校准装置是一种为了保持分析仪的指示精度，使之能准确指示测量值的装置。在此装置中，往往既设有用加入标准气样进行校准的装置，也设有用机械方式简易校准的装置。
标准气样校准装置是把分析仪生产厂附带来的供校准用的标准气样(CO和HC)，从分析仪上专设的标准气样注入口直接送到废气分析装置，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一种装置。
简易校准装置通常是用遮光板把废气分析装置中通过测量气样室的红外线遮挡住一部分，用减少一定量红外线能量的方法进行简单校准的装置。
3．汽油车污染物的检测方法
按照GB／T3845-1993《汽油车排气污染物的测量怠速法》的规定，汽油车怠速污染物的检测应在怠速工况下，采用不分光红外线气体分析仪，按规定程序检测CO和HC的浓度值。双怠速试验按GB／T3845—1993《汽油车排气污染物的测量怠速法》附录C的规定进行。
怠速工况是指发动机运转；离合器处于接合位置；油门踏板与手油门处于松开位置；变速器处于空档位置；采用化油器的供油系统，其阻风门处于全开位置。
(1)仪器准备
①按仪器使用说明书的要求做好各项检查工作。
②接通电源，对气体分析仪预热30min以上。
③用标准气样校准仪器，先让气体分析仪吸入清洁空气，用零点调整旋钮把仪表指针调整到
零点，然后把标准气样从标准气样注入口注入，再用标准调整旋钮把仪表指针调到标准指示值。注意：在灌注标准气样时，要关掉气体分析仪上的泵开关。
CO校准的标准值就是标准气样瓶上标明的CO浓度值；HC校准的标准值，由于是用丙烷作为标准气样，因而要按下式求出正己烷的换算值作为校准的标准值：
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