(环境管理)第章发动机排放测试

第10章发动机排放测试

本章主要内容：介绍了CO、HC、NO X和微粒等排放污染物的测试仪器的工作原理和测试方法，叙述了曲轴箱排放物和蒸发排放物的测试要点。

汽车排放污染物的测试，是废气净化研究的重要方面。正确测试汽车有害排放物的含量是研究汽车有害排放物的形成及其控制技术和装置的重要前提。随着各国汽车排放标准的日趋严格，其排放测试技术也不断地完善。

汽车排放污染物的浓度一般都低，在排气过程中排气成分因相互影响而不稳定，采样测量时样气在进入测试仪器前的管路中，有凝聚和吸附现象等。因此，为得到正确的测量结果，就必须要有合理的采集排气样气的取样系统，以及具有良好的抗干扰性能和高灵敏度的测试仪器。

10.1汽车排放污染物取样系统

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。取样方法不同，取样系统也有所不同。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。取样的正确与否对测量结果的正确性关系极大。

一般说来，汽车在不变工况工作时污染物的排放量可通过排气成分分析仪器测量该成分在排气中的浓度，然后根据汽车的排气总流量来计算求得。当汽车在变工况工作时，虽说在理论上可先测出成分浓度和排气流量随时间的变化曲线然后再对时间积分计算总量，但实际上由于排气管压力随工况变化而变化，取样系统和测量仪器动态响应滞后不同，以及在输送过程中各工况的样气部分混合，使得浓度曲线不能再现汽车排放的时间特性，造成很大的误差。于是采用通过测量排放平均值的方法来确定总排放量，如把一个标准测试循环中的所有排气收集到气袋里，然后测量浓度和气量，从而算出该循环的总排放量。这种方法需要用很大的气袋来收集排气，很不方便。同时样气在收集过程中可能发生物理和化学变化，导致测量结果的失真。

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。下面针对每种取样方法并结合取样系统分析它们的特点。

10.1.1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。

为简化排放测量程序，提高测量精度，总质量大于3500kg的重型车辆排放气态污染物一般均在稳定工况下测量。图10-1为适用于重型车辆气态排放物的直接取样分析系统流程图。

图10-1 直接取样分析系统流程图

发动机在测功机台架上稳定运行，分析用样气直接从发动机的排气管抽取。因为未经稀释的排气污染物浓度较高，保证了较高的测量精度。采样泵P把排气经加热取样管HSL1（保温453～473K）输送到氢火焰离子型检测器HFID分析HC，经加热取样管HSL2（保温368～473K）输送到加热型化学发光分析仪HCLA分析，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来冷却和凝结排气样气中的水分。

取样探头一般为一端封闭、多孔、平直的不锈钢探头，垂直插入排气管内，插入长度不少于排气管内径的80%。探头处的排气温度不应低于343K，进行NG（Natural Gas）发动机测试时，取样探头应安装在距排气歧管或增压器法兰盘出口1.5～2.5米的位置。

10.1.2 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)。

1. 全流稀释取样系统

图10-2为稀释柴油机全部排气的全流稀释微粒取样系统，它可由初级稀释风道PDT和微粒取样系统PSS等构成的单级稀释取样SDS（Single Dilution Sampling）系统；也可是由初级稀释风道PDT和次级稀释取样系统SDT组成的双级稀释取样DDS(Double Dilution

Sampling)系统。

图10-2 全流稀释系统

EP-排气管；PDP-容积式泵；CFV-临界流量文杜里管；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；PSP-颗粒物取样探头；PTT-颗粒物传输管；SDT-次级稀释通道；

DAF-稀释用空气过滤器；FH-滤纸保持架；SP-颗粒物取样泵；DP-稀释用空气泵；GF-气体计量仪或流量测定仪

一般说来，排气管EP从发动机排气歧管或涡轮增压器出口，到稀释通道的排气管长度不得超过10m。如果排气管长超过4m，那么管子超过4m的部分都应隔热。隔热材料的径向厚度至少为25mm，其导热率在温度为673K时，不得大于0.1W/(m·K)。

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排出的排气民经稀释空气滤清器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。

对仅用于SDS的颗粒物取样探头PSP和仅用于DDS的颗粒物传输管PTT，两者必须逆气流安装在稀释用空气和排气混合均匀的地方（即在稀释通道的中心线上、在排气进入稀释通道点的下游约10倍管径的地方），内径均至少为12mm，不得加热。从PSP探头前端到滤纸保持架的距离不得超过1020mm；从PTT传输管入口平面到出口平面不得超过910mm，颗粒物样气的出口必须位于次级稀释通道的中心线上，并朝向下游。

2.分流稀释系统

由于全流稀释取样系统设备笨重，占地面积大，测试功耗也大，所以对重型车用柴油机进行稳态测量微粒排放时，可把一部分柴油机排气输入稀释风道的分流稀释取样系统。图10-3为测量重型车用柴油机稳态微粒排放用的分流稀释取样系统。