汽车排气污染物的检测

教案（25）
一、导课
（一）汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。

主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等，能引起光化学烟雾等。

二、教学过程
（一）汽油车排气污染物的检测
我国在用车的排气污染物检测方法大体可分为不加载试验（怠速法、双怠速法）和加载试验（稳态工况法、瞬态工况法、简易瞬态工况法）两大类。

以前检测汽油车排气污染物普遍采用的方法是怠速法，即在怠速工况下测试CO 和HC的含量。

这种传统的方法已趋于淘汰。

按GB 18285-2005《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）》的规定，目前全国点燃式发动机在用汽车排放监控，应采用改变准规定的双怠速法检测排气污染物排放；在机动车保有量大、污染严重的地区，也可按规定采用加载工况试验方法。

各省级环境保护行政主管部门可根据当地实际情况，确定在用汽车排放监控方案，选择双怠速法或加载工况（试验）法中的一种作为在用汽车排气污染物排放检测方法。

双怠速法是分别测试发动机处于怠速和高怠速（一般为额定转速的50%）两种工况下的排气情况的方法，比传统的怠速法要复杂一些。

加载试验方法也称为多工况循环试验方法，试验过程中需要经历加速、等速、减速等多种工况，以前主要用于新生产汽车的形式认证。

目前这类试验经过适当简化后已用于在用汽车排放污染物的检测，所以也统称为简易工况法。

（1）双怠速法怠速工况指发动机无负载运转状态。

即离合器处于接合位置、变速器处于空挡位置（对于自动变速箱的车应处于“停车”或“P”挡位）；采用化油器供油系统的车，阻风门应处于全开位置；油门踏板处于完全松开位置。

高怠速工况只满足上述（除最后一项）条件，用油门踏板将发动机转速稳定控制在50%的额定转速或制造厂技术文件中规定的高怠速转速时的工况。

GB 18285-2005中将轻型汽车的高怠速转速规定为（2500±100）r/min，重型车的高怠速转速规定为（1800±100）r/min。

汽车处于怠速工况时，其燃烧条件比较恶劣。

怠速燃烧质量的稳定是其他工况燃烧质量稳定的前提条件，测量怠速工况下排期中各种排放物的浓度，而且可以监控因化油器量孔磨损或催化转化器转化率下降而造成的汽车排放恶化。

现代汽车所装的三元催化器只有在高排气温度下才能正常工作。

高怠速的排气温度较高，这样可有效测试催化器的转换效率。

其测试程序极限值按 GB 18285-2005 的规定执行。

GB 18285-2005《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）》规定，采用双怠速测量轻型汽车排气污染物的限值见表4—1.
表4—1 在用（轿车、轻型）汽车排气污染物排放限值（体积分数）
国家标准又规定，对于使用闭环系统和三元催化转换器技术的汽车要进行过量空气系数λ的测定。

并且要求发动机在高怠速时过量空气系数λ应在（1.00±0.03)或制造厂规定的范围内。

表4—1中，CO排放量的单位是%；HC的单位是10 -6。

（2）稳态工况法是简易工况法的一种，指汽车预热到规定的状态后，加速至规定车速，根据汽车规定车速时的加速负荷，通过测功机对汽车加载使汽车保持等速运转工况，测定汽车发动机排出的各种废弃成分的浓度值。

这种测试方法又称加速模拟工况法（ASM)。

ASM法在两种稳态工况下检测：①高负荷低速工况，即50%节气门开度，25km/h；②中负荷中速工况，即25%节气门开度，40km/h。

ASM法仅适用于最大总质量不大于3800kg的汽车，期试验规定条件如下。

①对底盘测功机的要求。

除通过底盘测功机对汽车施加于车速相对应的负荷外，还需添加额外负荷，用于模拟加速工况。

因此，能进行ASM法的底盘测功机还必须按规定配备惯性飞轮（或电模拟量）。

②对排气分析仪的要求。

仪器要求能测量CO、HC、NOx等污染物，其中对于CO、和HC和CO₂采用部分光红外法，NOx和O₂采用电化学法。

排放结果一浓度表示。

目前一般采用五种气体排放分析仪（可同时检测HC、CO、CO₂和NOx以及过量空气系数λ）进行检测。

排气分析仪的结构和工作原理
（1）排气分析仪的工作原理汽车排气中的HC、CO、CO₂等气体，都具有吸收一定范围内红外线的性质。

红外线被吸收的程度与排放量之间有一定的函数关系。

不分光红外线分析法就是利用这一原理，即根据检测红外线被汽车排气吸收一定波长范围红外线后能量的变化，来检测排期中各种污染物的含量。

在各种气体混合的情况下，这种检测方法具有测量值不受影响的特点。

五气体排气分析仪就是利用不分光红外线分析法研制的汽车排气分析仪器。

他可以测量五种气体成分：HC、CO、CO₂、NOx和O₂，其中HC、CO、CO₂采用不分光红外线方法测量，可或得足够的测试精度；而NOx和O₂采用电化学法测量，即分别采用一氧化氮传感器和氧传感器测定。

同时，还能测量大气温度、大气压力、发动机转速、排气温度等参数，并能显示过量空气系数λ的值。

仪器外形图如图4-1所示。

图4-1无气体排放分析仪外形
（2）排气分析仪结构如图4-2所示，它主要由歧路系统、红外光学平台、传感器和测量仪表等组成。

①气路系统。

汽车排出的废气经采集探管、外部过滤器、机内过滤器、标定电磁阀和膜片泵后，成为样气送红外光学平台的测量室。

采用两级过滤是为了分别对样气的水与杂质进行过滤。

气路系统中的3个气体入口分别完成测量、清洗（同时具备清零作用）及校正。

②红外光学平台。

其主要由红外发送器、同步电机、测量室、光学滤镜和红外接收器等组成。

这种结构的主要特征是可同时分析2～3组成，它采用单气室、单光路和组合式热电堆红外检测器结构。

光源采用陶瓷密封光源，光源内部是镍铬丝制成的螺旋状红外辐射源，通热加电的辐射源发出2～12μm波长的红外线，通过红外光源座内球星镜面的反射成为平行的红外光速。

同步电机带动旋转式扇形切光片转动，利用切光片将光源发出的连续光调制成断续光，将红外辐射调制成频率为12.5Hz的方形光束。

检测器通常半导体红外接收器，如热电堆检测器和热释电检测器。

多气排气分析仪采用的热电堆红外接收器为组合式的，即由4个热电堆（LiTaO3)、传感器单元形成的一个组合传感器，分别用于测量 HC、CO、CO的气体浓度值并起比较作用。

三、总结与扩展
（一）总结：环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。

因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。

汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。

（二）扩展：汽车污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。

可以说，汽车是一个流动的污染源。

在世界各国，汽车污染早已不是新话题。

20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京
汽车排气管排出内燃机废气
等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！
进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。

随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。

四、作业与练习
（一）预习下一节
五、板书设计
六、补充资料
（一）烃类物质
汽车尾气的碳氢化合物来自三种排放源。

对一般汽油发动机来说，约60%的碳氢化合物来自内燃机废气排放20%～25%来自曲轴箱（PCV系统）的泄漏，其余的15%～20%来自燃料系统（碳罐）的蒸发。

甲烷是窒息性气体，其嗅觉阈值是142.8mg，只有高浓度时才对人体健康造成危害。

乙烯、丙烯和乙炔则主要是对植物造成伤害，使路边的树木不能正常生长。

苯是无色类似汽油味的气体，可引起食欲不振、体重减轻、易倦、头晕、头痛、呕吐、失眠、粘膜出血等症状，也可引起血液变化，红血球减少，出现贫
汽车尾气污染
血，还可导致白血病。

其嗅觉阈值16.29mg，对人体健康有影响的阈值34.8mg。

汽车尾气中还含有多环芳烃，虽然含量很低，但由于多环芳烃含有多种致癌物质（如苯并芘）而引起人们的关注。

HC和NOX在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物形成光化学烟雾，1952年12月伦敦发生的光化学烟雾4天中死亡人数较常年同期约多4000，45]岁以上的死亡最多，约为平时的3倍，1岁以下的
约为平时的2倍。

事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。

七、课后记。