第十章汽车排放测试

•第10章 汽车排放测试
全流稀释取样系统
•全流稀释取样系统流程图
•第10章 汽车排放测试
•EP-排气管 •PDP-容积式泵 •HE-热交换器 •PDT-初级稀释通道 SDS-单级稀释系统 •DDS-双级稀释系统 •PTT-颗粒物传输管 •SDT-次级稀释通道 •FH-滤纸保持架 •SP-颗粒物取样泵 •DP-稀释用空气泵 •PSP-颗粒取样探头 DAF-稀释用空气过 滤器
•第10章 汽车排放测试
•化学发光分析仪CLD 工作原理（见P173）
•样气由通道A或B进入反 应室1。
•通道A直接通向反应室， 这个通道只能测量样气中 NO的浓度。
•样气通过通道B时，样气 中的NO2将在催化转换器7 中转化成NO，再进入反 应室， 仪器测量得到的是 NO和NO2的总和NOx。 •利用测得的NOx与NO的 差值，即可确定样气中 NO2的浓度。
3. 汽车排放控制技术的 发展历程。
•第10章 汽车排放测试
10.1 汽车排放污染物取样系统
取样系统概述
取样是汽车排放测试的第一环，在不同条件下， 需要不同的取样技术。
取样系统的功能在于使样气经过预处理，以便按一 定要求送入分析系统
不同的取样方法，就有不同的取样系统。按取样 方法分，目前常采用的取样系统有：直接取样系统 、稀释取样系统和定容取样系统。
•采样泵P把样气从HSL1（保温453 －473K）送到氢火焰离子检测器 HFID分析HC，经HSL2（保温368 －473K）输送到化学发光分析仪 CLA分析NOx，另外排气经取样管 SL输送到不分光红外线吸收型分析 仪NDIR分析CO和CO2。 •为了排除水蒸气对NDIR工作的干 扰，用温度保持273-277K的槽型冷 却器B来除去排气样气中的水分。
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全流稀释取样系统
•技术要点
•初级稀释风道PDT中应有足够的湍流强度和足够的 混合长度，保证取样前柴油机排气管EP排出的排气 能经稀释空气滤清器DAF净化的稀释空气混合均匀 。 •单级稀释系统的直径至少为460mm，双级稀释系统 的直径至少为200mm。发动机的排气应顺气流引入 初级稀释通道，并充分混合。
•GF1-气体计量仪或流量测定仪 •DAF-稀释用空气过滤器 •GF2-气体计量仪或流量测定仪 •TT-颗粒物取样传输管
•第10章 汽车排放测试
分流稀释取样系统
➢PSP-颗粒 物取样探头
➢PTT颗粒物 传输管
➢TT-颗粒物取样传输管
•分流稀释取样系统流程图
➢PSS -颗粒 物取 样系 统
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分流稀释取样系统
• 当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分 热量，使金属丝温度下降。
• 改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝 的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变）如保持 150℃；这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所 需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。
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•气相色谱仪 GC (Gas Chromatography)
•第10章 汽车排放测试
•化学发光分析仪CLD
•(Chemical Luminescence Detector)
•特点 具有感应度高，体积分数可达10-7； 应答性好，在10-2浓度范围内输出特性呈线性关
系，适用于连续分析； 为使测量过程中NO2尽可能完全地转化成为NO
，催化转化器中的温度必须在920K以上。 是测量NOx的标准方法。
•这样在玻璃管5中就形成了气体流 动，也称磁风，其速度与样气中氧 气的浓度成正比。
•如果加热丝4同时起热线风速仪的 作用，就可以简单地测定磁风速度 ，从而测得样气中的氧浓度。
•顺磁分析仪工作原理
•第10章 汽车排放测试
热线风速仪（Hot wire Anemometer，简称HWA）
• 基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金 属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热 线”。
•第10章 汽车排放测试
稀释取样系统
测量重型车柴油机的微
粒排放测试时，用稀释
取样系统取样。既可用
全流稀释取样系统
FFDSS（Full
Flow
Dilution
Sampling
System），
也可用分流稀释取样系
统PFDSS (Partial Flow
Dilution
Sampling
System)。
•稀释取样系统外形
➢ 不分光红外线气体分析仪NDIR（Non-Dispersive Infrared Analyzer）是根据不同气体对红外线的选择 性吸收原理提出的。
➢ 红外线是波长为0.8～600μm的电磁波，多数气体具 有吸收特定波长的红外线的能力。如CO能吸收4.5～ 5μm的红外线， CO2能吸收4～4.5μm 的红外线，不 分光红外线气体分析仪根据其特定的吸收来鉴别气 体分子的种类。
•第10章 汽车排放测试
分流稀释取样系统
•分流稀释取样系统流程图
•EP-排气管 •PR-取样探头 •ISP-等动态取样探头 •EGA-排气分析仪 •BV-球阀 •SC-压力控制装置 •DPT-差压传感器 •FC1-流量控制器 •SB-抽风机 •PB-压力机 •DT-稀释通道 •PSS-颗粒物取样系统 •PSP-颗粒物取样探头 •PTT-颗粒物传输管 •FH-滤纸保持架 SP-颗粒物取样泵 •FC2-流量控制
成按一定方向运动的离子流，通 •氢火焰离子型分析仪工作原理图
过对离子流电流的测量就可测得 碳原子的浓度，从而反映出相应
•1-离子收集器；2-信号放大器；3-空气分 配器；4-氢和待测气体入口；5-助燃空气
HC的浓度。
入口；6-燃烧嘴
•第10章 汽车排放测试
•顺磁分析仪PMA
•工作原理
•氧是一种强顺磁性气体， 氮氧化物有较弱的顺磁性 ，NO和NO2的顺磁性分别 为氧的44%和29%。因为 汽车排放中，氧的浓度要 比NOx高得多，所以可用 顺磁分析仪测量排气中的 氧浓度。
汽车排气中的CO和CO2用不分 光红外线气体分析仪测量；
NOx用化学发光分析仪测量；
HC用氢火焰离子型分析仪测量 ；
当需要从总碳氢化合物中分离出 非甲烷碳氢化合物时，一般用气 相色谱仪测量甲烷；
•排气成分分析仪外形图
发动机排气中的氧多用顺磁分析 仪测量。
•第10章 汽车排放测试
不分光红外气体分析仪NDIR
•第10章 汽车排放测试
•不分光红外气体分析仪NDIR
•红外线光源射出的红外线经过旋转 的截光盘交替地投向气样室和装有 不吸收红外线的气体（如氮）的参
比室，透过两室的气体进入有两个 接收气室的检测器。
•当样气室中的被测样气浓度变化时 ，两个接受气室接受的红外线辐射 能的差别也发生变化，导致分隔两 气室的薄膜两侧压力变化。 •由截光盘调制的周期性变化引起电 容器电容量周期变化，该信号经放 •不分光红外线气体分析仪工作原理图 大成为分析仪的输出信号。
•特点
• 测量 • 总流 • 量的 • 常用 • 方法
• 容积泵PDP
• 文杜里管CFV
•定容取样系统
•第10章 汽车排放测试
带容积泵的定容取样系统
•D-稀释空气滤清 器
•M-混合室 •H-热交换器 •TC-温度控制系统 •PDP-容积泵 •T1-温度传感器 •G1、G2-压力表
•带容积泵的定容取样系统（PDP-CVS）流程
•第10章 汽车排放测试
NDIR工作原理
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•NDIR工作特点
不分光红外线气体分析仪采用直接取样系统时，水蒸气 对CO和NO的测定有干扰，在取样流程中应串联有冷却 器或除湿器，以尽量除去水分。
不分光红外线气体分析仪测量NO时，其测量精度低； 测量HC时，只能检测某一波长段的HC，而对非饱和烃 和芳香烃则不敏感，测量的结果主要是反应了饱和烃的 含量而不代表各种HC的含量，所以总的精确度较差。 排放法规规定，CO和CO2用不分光红外线气体分析仪 测量。
•第10章 汽车排放测试
直接取样系统
直接取样法是将取样探头插入发动机的排气管
中，用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直 接送入分析系统进行分析。
由于直接取样法设备简单，操作方便，被广泛 用于许多国家和地区的各种用途发动机的排放 测量中。
•第10章 汽车排放测试
•直接取样系统
•未经稀释的采样气直接从排气管抽 取，污染物浓度较高，具有较高的 测量精度。
•CF-积累流量计
•CS-旋风分离器
•DAF-稀释空气滤清
器
•DEP-稀释排气抽气
泵
•DT-稀释风道
•F-过滤器
•FC-流量控制器；
FL-流量计
• HE-换热
•HF-加热过滤器
•PG-压力表
•QF-快接管接头
•QV-快作用阀
•S1～S4-取样探头
•SB-衡释排气取样袋
•采用临界文丘里管（CVF）的定容取样系
•化学发光分析仪工作原理图
•1-反应室；2-臭氧发生器；3-氧入口；4-滤光片； 5-光电倍增管检测器；6-信号放大器；7-催化转化 器；8-样气入口；9-转换开关；10-反应室出口
•第10章 汽车排放测试
•氢火焰离子分析仪FID
•(Flame Ionization Detector)
•目前测量汽车排放中HC的最有效手段； •灵敏度高，可测到极小浓度的HC ； •线性范围宽； •对环境温度和压力也不敏感； •不受样气中有无水蒸气的影响，但可能受其中氧的 干扰； •不同的HC分子结构对FID的影响不同。
图
•S1-收集稀释空气定量样气的取样口 •S2-收集稀释排气定量样气的取样口
•第10章 汽车排放测试
带容积泵的定容取样系统 •特点
• 容积泵PDP每转的抽气体积是一定的，只要转数不变 • PDP系统可使流量无级变化，但结构庞大，且流量受
•第10章 汽车排放测试
采用临界流量文杜里管的定容取样系统
•AB-稀释空气取样袋
•的取样过滤器 •SP-取样泵
统
•TC-温度控制器
•CFV-临界流量文杜里管；SF•-T测S-量温微度粒传排感放器
•第10章 汽车排放测试
采用临界流量文杜里管的定容取样系统 •特点
•其总流量由一临界文杜里管CFV来确定，只要文杜
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10.2 排气成分分析仪
•排气成分分析仪概述
•第10章 汽车排放测试
•氢火焰离子分析仪工作原理
• 工作原理
• 氢火焰燃烧时，2300K左右的高温 氢火焰会使HC离子化成自由离子 ，离子数基本与HC的浓度成正比
• 待测气体与氢气混合后，由入口 进入燃烧器，由燃烧嘴喷出，在
空气的助燃下由通电的点火丝点 燃。
• HC在缺氧的氢扩散火焰中分解出
离子和电子。这些离子和电子形
•顺磁分析仪外形图
•第10章 汽车排放测试
•顺磁分析仪PMA (Paramagnetic Analyzer)工作原理
•样气3中的氧2，在永久磁铁6的磁 场吸引下充入水平玻璃管5中。在 磁场强度最大的地方，样气被电热 丝4加热。
•加热后的氧顺磁性下降，Fra Baidu bibliotek铁对 它的吸引力小于冷态的氧。冷的样 气被吸到磁极中心，挤走热的样气 。冷的样气被加热后又被挤走。
第十章汽车排放测试
2020年7月26日星期日
•第10章 汽车排放测试 •10.1 汽车排放污染物取样系统 •10.2 排气成分分析仪 •10.3 微粒测量与分析 •10.4 碳烟测量与分析
•第10章 汽车排放与测试
概述：主要内容
1. 环境污染现状，特别 是与汽车尾气相关的 大气污染情况。
2. 各种汽车排放污染物 对人类和自然的危害 。
•CFV-临界流量文杜 里管
•GF-气体计量仪或 流量仪测定
➢PDT -初级
稀释 通道
➢SDT-次级稀释通道 ➢PTT-颗粒物传输管
➢DDS双级稀 释系统
➢ DAF-稀释
用空气过滤 器
➢ EP-排气管
➢ PSP-颗粒取样探头
➢SDS-
单级稀 释系统
➢PDP-容积式泵
•全流稀释取样系统流程图
➢CF V-临 界流 量文 杜里 管
•工作原理
• 柴油机排气管EP中的排气通过颗粒物取样 探头ISP或PR和颗粒物取样传输管TT输送到 稀释通道DT。通过DT的稀释排气流量用颗 粒物取样系统PSS中的流量控制器FC2 和颗 粒物取样泵SP控制，稀释空气流量用流量控 制器FC1控制。
•第10章 汽车排放测试
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定容取样系统
现在，世界各国的排放法规大多规 定对汽车的排气先用干净空气进行 稀释，然后用定容取样CVS（ Constant Volume Sampling）系统取 样。除取样袋收集（测得浓度值） 的气体外，大部分排气被排出取样 器；由测量器测量排出气体的总流 量；因此可以计算得到排放总量。