汽车排放检测技术：汽车运用工程学

根据GB 18285—2005《点燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》，对在用汽油车应检测双怠速工况下的CO和HC；根据GB 3847—2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》，对在用柴油车则应检测自由加速工况下的烟度。CO和HC排放浓度的检测，应采用不分光红外线气体分析法（NDIR）；而烟度检测，则应视不同情况采用滤纸烟度法或不透光烟度法。

1.不分光红外线气体分析

不分光红外线气体分析仪由废气取样装置、废气分析装置、浓度指示装置和校准装置构成。图13-8为废气在分析仪中的流动路线示意图。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。通过取样探头、导管和泵从汽车排气管取出废气，经滤清器和水分离器过滤后，送入气体分析装置。

图13-8 气体在分析仪中的流动路线

1—取样探头 2、5—滤清器 3—导管 4—废气取样装置 6、11—泵 7—换向阀 8—废气分析装置 9—流量计 10—浓度指示装置 12—水分离器

气体分析装置见图13-9。两个红外线光源发出两束红外线，当红外线通过具有两翼的旋转遮光片时，两束红外线被同时遮断，随后又同时导通，从而形成红外线脉冲。红外线脉冲经滤清器、气样室进入测量室。气样室由两个腔构成，其一为对比室，内充不吸收红外线能量的氮气；其二为试样室，其中连续流过被测汽车所排放的废气，某种废气成分（如CO或HC）的含量越高，吸收通过试样室的相应特征波长的红外线能量越多，这样两束红外线所具有能量便产生了差异。检测室由容积相等的两室构成，中间由金属膜片隔开，两室充有相同浓度的被测气体，如测废气中CO含量时，两室均充有CO，而测HC含量时，充入C₆H₁₄气体。由于通过对比室到达检测室的红外线能量未被吸收，因此被测气体吸收的能量较多；而通过试样室的红外光线已被所测气体吸收了部分能量，因此所对应的检测室中的被测气体吸收能量较少。这样，检测室两腔中的气体便产生了压差，使金属膜片产生弯曲振动，其振动频率取决于旋转遮光片的转速，振幅则取决于所测气体的浓度。膜片作为电容的一个极，其弯曲振动使电容的电容值交替变化，从而在电路中产生了交变电压。交变电压经放大整流后，转换为直流信号输送给指示装置。指示装置根据气体分析装置传来的电信号，在CO指示表上以容积百分数（%）为单位指示出废气中CO的浓度，在HC指示表上以正己烷当量容积百万分数（×10^-6）为单位指示出废气中HC的浓度。

图13-9 红外线气体分析装置原理图

1—旋转遮光片 2—试样管 3—电测量装置 4—膜片 5—检测室 6—对比室 7—滤清器 8—红外线辐射仪 9—电动机

2.滤纸烟度法

在自由加速工况下，用滤纸式烟度计测试柴油机烟度时，需从排气管抽取规定容积的废气，使之通过规定面积的标准洁白滤纸，滤纸被染黑的程度称为烟度。

滤纸式烟度计由废气取样装置、烟度测量装置、走纸机构和控制机构构成，见图13-10。

废气取样装置由活塞式抽气泵、取样探头、取样管及电磁阀等组成。取样前，压下抽气泵手柄，克服回位弹簧的张力使之到达最下端锁紧；取样时，踩下脚踏开关或按下“手动抽气”按钮，锁紧装置松开，活塞在弹力作用下上升到顶端。同时，废气经取样管，通过滤纸进入抽气泵，使滤纸变黑。滤纸的有效工作面直径为32mm。当活塞复位到达泵筒下端时，滤纸夹持机构松开，电动机带动走纸轮转动，使染黑的滤纸移位至烟度测量装置。

烟度检测装置由环形硒光电池、光源和指示仪表构成。接通电源后，光源发出的光线通过带有中心孔的环形硒光电池照射到滤纸上，当滤纸污染程度不同时，反射给环形硒光电池感光面的光线强度也不同。环形硒光电池是一种光电元件，用于接收滤纸的反射光，产生电流送给指示仪表。污染程度不同，滤纸反射给硒光电池的光强度不同，因此所产生的电流强度也不同，见图13-11。指示仪表是微安表，当硒光电池产生的电流强度不同时，其指针指示位置不同。仪表表盘以0～10均匀刻度，测量全白滤纸时指针位置为0，测量全黑滤纸时指针位置为10。

图13-10烟度计工作原理图

1—排气管 2—滤纸进给机构 3—光敏传感器 4—指示仪表 5—脚踏开关 6—电磁阀 7—抽气泵 8—滤纸卷 9—取样探头(www.xing528.com)

图13-11 烟度检测装置

1—环形硒光电池 2—电源 3—指示仪表 4—电源开关 5—灯泡 6—滤纸

3.不透光烟度法

不透光烟度计是利用透光衰减率测定排气烟度的仪器。图13-12为不透光烟度计的结构简图。测试时，废气连续流过测试管S，同时电风扇使校正管A吸入干净空气。光源置于测试管一端，发出光线透过烟层照到另一端的光电管上，由光电管测出光线强度的衰减量；将光源和光电管转向校正管（图中虚线位置），可用作零点校正。其烟度显示仪表从0到100%均匀分度，其单位称为不透光度，光线全通过时为0，全遮挡时为100%。

图13-12 不透光烟度计结构原理图

光吸收系数K与光的衰减量之间的关系为：

ϕ=ϕ₀e^-kL

式中 ϕ₀——入射光通量（lm）；

ϕ——出射光通量（lm）；

L——被测气体的光通道的有效长度（m）。

不透光度N与光吸收系数K间的关系为：

式中 N——不透光度（%）；

K——相应的光吸收系数（m^-1）。