浅谈汽车发动机尾气的排放与检测

浅谈汽车发动机尾气的排放与检测内容摘要：

有：一氧化碳（ CO)、碳氢化物（ HC）、氮氧化物（ NOx）、二氧化碳（ CO2）、 氧气 （ O2）等。 由于现在国家取消了含铅汽油的使用，铅化合物对大气的污染已不存在，而上述五种气体中， CO、 HC 和 NOx为有害污染物， CO2和 O2不属于污染物，但是监测 CO2和 O2这两种物质的变化对于诊断车辆的状况非常有帮助。 有数据表明：如今大气中 HC的 50%， CO 的 75%， NOx的 50%左右来自汽车排放。 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 浅谈汽车发动机尾气的排放与检测 共 18 页 第 10 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ 要是 SO2），碳烟及其他一些有害物质。 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。 碳氢化物（ HC） 碳氢化合物包括未燃和未完全燃烧的燃油，润滑油及其裂解产物和部分氧化物，如苯、醛、多环芳香族碳氢化合物等 200多种复杂成分。 饱和氢危害不大，不饱和氢危害性是相当大的，当甲醛的气体浓度超过一定浓度时就会引起头晕、恶心、贫血和对皮肤有刺激性作用。 高的 HC 排放同样也可能由燃烧室的“淬冷效应”产生。 在汽油机燃烧室中，温度不是均匀一致的。 由于金属表面吸收大量的燃烧热量，气缸盖和气缸体附近区域的温度较低。 在这些冷的地方，火焰前锋停止传播。 由于 燃烧的热量不足以保证可燃混合气的充分燃烧，未燃碳氢燃料直接排放到大气中产生碳氢污染。 设计发动机时，可以通过对燃烧室和活塞环位置进行合理的设计减少淬冷效应所产生的碳氢污染。 为了减少碳氢污染，燃烧过程中必须有足够的痒。 适当的氧化过程产生无害的二氧化碳和水，这种氧化过程 发生在空燃比合适的时候。 注意：当混合气变浓时 HC 排放升高，这主要是因为浓混合气中氧的含量低，燃烧后在燃烧室中留下了未燃产物。 在理论空燃比时， HC 排放有所降低，这种趋势一直持续到空燃比稍稀的区域。 当混合气进一步变稀时， HC排放进重新开始增大。 这时是 因为混合气过稀导致失火，混合气不能完全燃烧，导致未燃碳氢排放增加。 一氧化碳（ CO） 一氧化碳（ CO）是在空气量不足时部分碳氢燃料未完全燃烧的中间产物。 如果空气量充分时（过量空气系数λ 1 时），理论上汽油不会产生 CO，其产物为二氧化碳和水。 但实际运转的汽油机排气中都存在一定的 CO。 这是由于在燃烧室的高温条件下，二氧化碳，一氧化碳及氧气浓度保持一定的化学平衡，其存在二氧化碳离解为一氧化碳和氧气的可逆反应。 如果混合气过浓（过量空气系数λ 1 时），燃烧室中缺氧，会导致混合气的燃烧提前停止。 在这种情况 下，由于大部分氧被用尽，燃烧停止，导致一个碳原子和一个氧原子结合，生成有害的 CO。 CO排放量的高低能够直接表明可燃混合气的浓稀。 一般情况下，如 浅谈汽车发动机尾气的排放与检测 共 18 页 第 11 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ 果废气分析仪的 CO排放低，混合气一定是稀混合气。 反过来高浓度的意味着混合气较浓。 浓混合气也有可能是由于喷油器泄露，或者喷油压力过高所产生的。 因为只有燃烧才能产生 CO，气缸内失火（只喷油，不点火；或点火，但因空燃比不对也不能着火）不会额外增加CO 的排放量。 实际上，如果发动机燃烧室发生失火， CO排放可能会稍稍有所下降。 氮氧化物 (NOx) NOx 是发动机大负荷 工作时大量产生的一种褐色的有臭味的废气。 发动机废气刚一排出时，气内存在的 NO 毒性较小，但 NO 很快氧化成毒性较大的 NO2等其他氮氧化合物。 这些氮氧化合物，我们统称为 NOx。 NOx进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用。 亚硝酸盐则能与人体内的血红蛋白结合，形成变性血红蛋白，可在一定程度上导致组织缺氧。 NO2 作用 1h 即可对人产生有害影响，而 NO2作用 1h可对自然界中的某些敏感植物产生毒害作用。 NOx与 HC 受阳光中紫外线照射后发生化学反应，形成光化学烟雾。 当光化学 烟雾种的光化学氧化剂超过一定浓度时，具有明显的刺激性。 它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、器官积肥不均有刺激作用，能引起急性喘息症。 光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。 排放标准：规定了装用点燃式发动机的轻型汽车，在常温和低温下排气污染物、曲轴箱污染物、蒸发污染物的排放限值及测量方法，污染控制装置的耐久性要求，车载诊断 (OBD)系统的技术要求及测量方法，以及双怠速的测量方法。 固体浮沉颗粒 固体悬浮颗粒的成分很复杂，主要有碳粒、铅氧化物和多种高分子氧 化物构成，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。 固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。 当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。 此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。 浅谈汽车发动机尾气的排放与检测 共 18 页 第 12 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ 第 3 章 汽油车排气污染物的检测 尾气分析仪 我国强制性污染物排放标准 GB18352— 2020《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法 (双怠速法及简易工况法 )》中规定了点燃式发动机怠速和高怠速排气污染物的排放限值和测量方法，同时规定了稳态、瞬态和简易瞬态 3种测量方法。 装配点燃式发动机的车辆，在检测中要进行燃用汽油的装点燃式发动机的汽车 (包括两用燃料车 )必须进行双怠速试验。 废气分析仪的简介 我在实习中使用的尾气分析仪为 NHA— 500废气分析仪。 它的原理是利用汽车尾气中的CO、 HC、 NO等气体都分别具有吸收一定波长范围红外线的性质 ，且红外线被吸收的程度与排气浓度之间有一定关系。 不分光红外线分析仪就是利用这一原理，即根据检测红外线被汽车排气吸收一定波长后能量的变化来检测排气中污染物的含量。 在各种气体混合在一起的情况下，这种检测方法具有不受混合影响的特点。 NHA— 500废气分析仪的结构 NHA— 500废气分析仪的结构主要有仪器本体、短导管、前置过滤器、取样管、取样探头、嵌入式微型打印机等组成。 并配备大型屏幕液晶显示，中文菜单提示操作。 采用不分光红外线吸收法原理检测发动机尾气中的ＣＯ、ＨＣ、ＮＯ的浓度，采用化学电池原理检测 尾气中氧气的浓度，并可根据所测气体的成分计算出过量空气系数λ。 浅谈汽车发动机尾气的排放与检测 共 18 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ 图 1： NHA500废气分析仪 3． NHA— 500 废气分析仪的使用 （ 1） 安装 :根据说明书将各连接线与仪器本体连接，装上洁净的滤纸，及电源线。 （ 2） 仪器预热：将仪器通上 220V电源，预热仪器仪器显示屏上会出现提示：“正在预热，请等待 XXX秒”，并已倒计时方式显示剩余时间。 预热总时间为 600秒。 （ 3） 调零与校准：调零分为自动和手动两种方式，一般用自动调零。 仪器在使用中会出现仪器老化，因此需要及时校准。 仪器在主菜单上有“校准”选项，根据提示完成即可。 （ 4） 测量：把仪器取样探头直接插入汽车排气管中，仪器将连续显示汽车废气中各种成分浓度。 双怠速测量方法如下：将仪器配备的装素测量夹夹到发动机 1缸点火线上，仪器显示转速。 发动机有怠速工况法加速到 ，维持 60秒后降至高怠速（ ）。 此时将取样探头插入排气管中，深度等于 400毫米，并固定。 发动机从高怠速状态降至怠速状态，并维持 15秒后读书。 读取 30秒内最高值和最低值，取其平均值为结果。 （ 5） 整理设备 3. 双怠速试验 双怠速实验是指测定双怠速的 CO、 HC、 NO 和高怠速的λ值。 1）除装压燃式发动机的汽车外，所有汽车都必须进行此项试验。 2）制造厂在型式核准时，应提交双怠速的 CO、 HC 污染物排放值和高怠速的λ值的控制范围。 并保证在出厂后 24个月内车辆的高怠速λ值在控制范围内。 表 1 Ⅰ型试验排放。