第12次课第11章气体组分测量与分析

汽车排放污染物的取样系统
一个完整的排气成分测试应该包括取样、分析和结 果整理三部分。 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 取样的正确与否对测量结果的正确性关系极大。 对取样系统的基本要求有：
样气在进入测试仪器前，其所测成分必须能定量地 再现排气中该成分的浓度；
（2）稀释取样系统
测量发动机的微粒排放测试时，用稀释取样系统取样，根据 排气经过稀释风道的比例，微粒质量测量既可用:
全 流 稀 释 取 样 系 统 ， FFDSS （ Full Flow Dilution Sampling System）
分流/部分流稀释取样系统，PFDSS (Partial Flow Dilution Sampling System)
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。
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。
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；
进行天然气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 1.5～2.5m的位置。
反清扫系统利用高压气体清洗过滤器，以免过于 频繁拆装过滤器。
直接取样系统
发动机台架测试的直接取样系统
1一取样探头 2一粗滤器 3一逆向清扫系统 4一取样泵 5一减压器 6一气样冷却器 7一冷凝液分离器 8一细滤器
把排气中的微粒收集在滤纸上，用微克级精度的精密天平秤 得滤纸在收集微粒后和收集前的质量差，就可得到微粒的质 量。
测量微粒排放时，用稀释风道微粒取样系统，使微粒样品能 再现排气中的微粒排放特性。
2.1 全流稀释取样系统
全流稀释取样系统是按照美国轻型车排放标准要求而设计 ；将全部排气引入稀释风道里，测量精度高，但体积庞大 ，价格昂贵。
取样方法：
取样的方法有很多种，如直接取样法（Direct Sampling）、稀释 取 样 : 全 流 取 样 法 （ Full Flow Sampling ） 、 比 例 取 样 法 （ Proportional Sampling ） 、 定 容 取 样 法 （ Constant volume Sampling, CVS）等，应根据被测气体的特性和分析仪器的具体 要求来选。 取样点设置： 一般要求取样点设在燃烧过程已结束且不存在气体分层、停滞 和循环流动的位置，同时还要考虑取样装置能承受取样点处的 温度。
前言
汽车排放是指从废气中排出的CO（一氧化碳）、HC＋NOx（ 碳氢化合物和氮氧化物）、PM（微粒，碳烟）等有害气体。 它们都是发动机在燃烧作功过程中产生的有害气体。
CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO ，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。
HC是燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃烧室壁冷 等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。
在较长的时间内，不受其它因素干扰。
取样过程中的主要干扰因素有：
➢ 可冷凝成分：在大多数的测试过程中，被测气体的 冷却，总是伴随冷凝现象。在测试仪器里，冷凝液 会造成测量误差；
➢ 吸附和化学反应：被测成分在输送过程中的吸附和 化学反应会造成该成分量的变化，对浓度很低的成 分的测量影响很大。有些材料对一定的化学反应有 催化作用，特别是在温度较高的区域，如加热的输 送管道，会造成某些成分的测量误差。
热能与动力机械 测试技术
天津大学机械学院 内燃机燃烧学国家重点实验室
第十一章 气体组分测量与分析
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述
本章主要内容
色谱分析仪
红外气体分析仪
氧含量测量
氮氧化物浓度的测量
烟度测量
学习要求：
☆要求掌握氧化锆氧量分析仪的测量原理 ☆掌握几种排气成分分析的方法 ☆掌握滤纸式烟度计的检测原理 ☆掌握气相色谱仪的测量原理
经HSL2（保温368~473K） 输送到化学发光分析仪 HCLA分析NO
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
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 ➢ 定容取样系统
（1）直接取样系统
在发动机台架上进行排放测试，对气态成分一 般采用直接采样分析的方法。
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。
NOx是燃料（汽油）在燃烧过程中产生的一种物质。
PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质，其中以柴油机最明 显。因为柴油机采用压燃方式，柴油在高温高压下裂解更容易 产生大量肉眼看得见的碳烟。
PM—GDI发动机
点燃式发动机排放限值
❖ 环境污染加剧 ❖ NOX、PM 、CO 、HC ❖ 温室效应、雾霾、酸雨、光化学烟雾
全流稀释系统必须测量排气和稀释用空气混合后的总流量 ，并收集分析用的样气。Baidu Nhomakorabea
根据整个试验过程中收集到一对滤纸上的微粒质量、取样 流量以及稀释用空气和排气的总流量来确定微粒的质量。
可以采用容积式泵PDP或临界流量文杜里管CFV的单级稀 释系统或双级稀释系统。
国五排放对NOX排放限值进行了调整并加入了PM 的限值！
重型柴油机发动机排放限值
第一节 概述
气体组分：
在热能与动力工程中，气体组分分析包括燃烧过程生成物的测 量和对各种排放物的检测，常见的组分有CO、HC、NOX、SO2、 CO2和O2等。对于众多的气体组分，其分析方法和测量仪器也 多种多样，需要根据具体要求来选用。