第10章發(fā)動機(jī)排放測試(編輯修改稿)
2025-04-22 03:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 測量HC時，只能檢測某一波長段的HC，如檢測器接收室內(nèi)充填正己烷，則測量儀器對非甲烷飽和烴敏感，而對非飽和烴和芳香烴則不敏感，測量的結(jié)果主要是反應(yīng)了飽和烴的含量而不代表各種HC的含量，所以總的精確度較差。排放法規(guī)規(guī)定，CO和CO2用不分光紅外線氣體分析儀測量。圖106 不分光紅外線氣體分析儀工作原理圖1紅外光源；2截光盤；8濾波室；4參比室；5檢測器；6電容器薄膜；7氣樣室 化學(xué)發(fā)光分析儀（CLD）化學(xué)發(fā)光分析儀CLD（Chemical Luminescence Detector）用來測量NOX濃度，其優(yōu)點(diǎn)是感應(yīng)度高，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)107，應(yīng)答性好，在102濃度范圍內(nèi)輸出特性呈線性關(guān)系，適用于連續(xù)分析，是測量NOX的標(biāo)準(zhǔn)方法。CLD只能直接測量NO，其原理基于NO與臭氧的反應(yīng)：NO + O3→ NO2* + O2 （101）NO2* → NO2 + hυ （102）式中：h—普朗克常數(shù)；υ— 光子的頻率。當(dāng)NO與O3反應(yīng)生成NO2時，大約有10%處于激態(tài)（NO2*），這種激態(tài)NO2*衰減回基態(tài)NO2時，～3μm的光子hυ。化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度與NO和O3兩反應(yīng)物的濃度乘積成正比，還與反應(yīng)室的壓力、NO在反應(yīng)室內(nèi)的滯留時間以及樣氣中其它分子種類有關(guān)。在其它條件不變的情況下，而且一般O3濃度比NO高很多且?guī)缀鹾愣ǎ瘜W(xué)發(fā)光強(qiáng)度與NO成正比。化學(xué)發(fā)光分析儀工作原理如圖107所示。樣氣根據(jù)需要由通道A或B進(jìn)入反應(yīng)室1。通道A直接通向反應(yīng)室，這個通道只能測量樣氣中NO的濃度；樣氣通過通道B時，樣氣中的NO2將在催化轉(zhuǎn)換器7中按下式轉(zhuǎn)化成NO，再進(jìn)入反應(yīng)室： 2NO2 → 2NO + O2 （103）這樣儀器測量得到的是NO和NO2的總和NOX。利用測得的NOX與NO的差值，即可確定樣氣中NO2的濃度?！?，以避免其它氣體成分對測量的干擾。檢測器5的微弱信號經(jīng)信號放大器6放大后輸出。為使NO2盡可能完全地轉(zhuǎn)化成為NO，催化轉(zhuǎn)化器中的溫度必須在920K以上。在實(shí)際測量中常會出現(xiàn)NO2測量值過低的問題。主要原因有二：一是催化轉(zhuǎn)化器老化，NO2向NO的轉(zhuǎn)化率下降；二是NO2可能冷凝在水中。因此，在NO2濃度較高的排放測量中（如直接取樣測量柴油機(jī)排放時），必須將取樣系統(tǒng)加熱，并且在使用過程中定期檢查催化轉(zhuǎn)化效率，當(dāng)其低于90%時，應(yīng)予以更新。圖107 化學(xué)發(fā)光分析儀工作原理圖1反應(yīng)室；2臭氧發(fā)生器；3氧入口；4濾光片；5光電倍增管檢測器；6信號放大器；7催化轉(zhuǎn)化器；8樣氣入口；9轉(zhuǎn)換開關(guān)；10反應(yīng)室出口 氫火焰離子型分析儀（FID）氫火焰離子型分析儀（FID）（Flame Ionization Detector）是目前測量汽車排放中HC的最有效手段。FID靈敏度高難度，可測到極小濃度的HC，且線性范圍寬，對環(huán)境溫度和壓力也不敏感。FID的工作原理是利用HC在氫火焰燃燒時，2300K左右的高溫氫火焰會使HC離子化成自由離子，離子數(shù)基本上與HC的濃度成正比。如圖108所示，待測氣體與氫氣混合后，由入口4進(jìn)入燃燒器，由燃燒嘴2噴出，在空氣的助燃下由通電的點(diǎn)火絲點(diǎn)燃。HC在缺氧的氫擴(kuò)散火焰中分解出離子和電子。這些離子和電子在周圍100～300V的電壓下在離子收集器1中形成按一定方向運(yùn)動的離子流，通過對離子流電流的測量就可測得碳原子的濃度，從而反映出相應(yīng)的HC的濃度。圖108 氫火焰離子型分析儀工作原理圖1離子收集器；2燃燒嘴；3助燃空氣入口；4氫和待測氣體入口；5空氣分配器；6信號放大器FID不受樣氣中有無水蒸氣的影響，但可能受其中氧的干擾。這種干擾可用兩種措施來減?。阂皇怯?0%的H2+60%He的混合氣代替純H2；二是用含氧量接近待測氣體的零點(diǎn)氣和量距氣進(jìn)行標(biāo)定。不同的HC分子結(jié)構(gòu)對FID的影響不同。FID顯示的C原子數(shù)與實(shí)際的原子數(shù)之比，，而對芳香烴特別是含氧有機(jī)物（如醇、醛、醚、酯等）響應(yīng)的偏離較大。因高沸點(diǎn)的HC在取樣過程中會凝結(jié)，為避免這點(diǎn)，應(yīng)對采樣管路加熱。測量汽油機(jī)排氣時應(yīng)加熱到400K左右，測量柴油機(jī)排出的HC要用加熱管路和加熱氫火焰離子型分析儀（HFID）。 順磁分析儀氣體受不均勻磁場的作用時會受到力的作用，如果該氣體是順磁性的，此力指向磁場增強(qiáng)的方向；如果是反磁性的，則指向磁場減弱的方向。大多數(shù)氣體是反磁性的，只有少數(shù)氣體是高度順磁性的。氧是一種強(qiáng)順磁性氣體，氮氧化合物有較弱的順磁性，NO和NO2的順磁性分別為氧的44%和29%。因?yàn)槠嚺欧胖?，氧的濃度要比NOX高得多，所以可用順磁分析儀測量排氣中的氧濃度。圖109 順磁分析儀工作原理圖1環(huán)形室；2樣氣中的氧；3樣氣；4加熱絲；5玻璃管；6永久磁鐵順磁分析儀PMA（ Paramagnetic Analyser）的工作原理如圖109所示。樣氣3中的氧2，在永久磁鐵6產(chǎn)生的磁場吸引下自左向右充入水平玻璃管5中。在磁場強(qiáng)度最大的地方，樣氣被電熱絲4加熱。加熱后的氧順磁性下降，磁鐵對它的吸引力小于冷態(tài)的氧。冷的樣氣被吸到磁極中心，擠走熱的樣氣。冷的樣氣被加熱后又被擠走。這樣在玻璃管5中就形成了氣體流動，也稱磁風(fēng)，其速度與樣氣中的濃度成正比。如果加熱絲4同時起熱線風(fēng)速儀的作用，就可以簡單地測定磁風(fēng)速度，從而測得樣氣中的氧濃度。 氣相色譜儀（GC）氣相色譜儀（GC）（Gas Chromatography）是將混合物中各組分相互分離，以便對混合氣的組成各成分濃度進(jìn)行詳細(xì)的分析。它靈敏度高，需要樣氣數(shù)量很少，一次可完成多種成分的分析，是應(yīng)用極為廣泛的通用微量分析設(shè)備。氣相色譜儀工作原理
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