1、汽車試驗(yàn)學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)汽車工程學(xué)院264209 山東威海文化西路2號(hào)第12章 汽車公害及檢測(cè) 本章主要內(nèi)容汽車公害的分類 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 試驗(yàn)規(guī)范 排氣分析的取樣方法 分析儀器 噪聲測(cè)量 噪聲測(cè)量中的基本聲學(xué)概念 噪聲測(cè)量中的聲級(jí)計(jì)算噪聲評(píng)定值 噪聲測(cè)量?jī)x器趙立軍 博士開題報(bào)告 第2頁(yè)12.1 汽車公害的分類 排氣公害 汽車排氣公害統(tǒng)稱排放污染，是由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣、供油系統(tǒng)的燃料蒸發(fā)和泄漏而造成的，排氣污染占汽油機(jī)總污染量的65%85%，其中有害氣體為：未燃或不完全燃燒的碳?xì)浠衔颒C、氮氧化合物NOx、CO以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的碳煙，微粒。噪聲公害 汽車噪聲是一種包括多種不同性質(zhì)

2、噪聲的綜合噪聲，其中主要來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、排氣、吸氣和喇叭聲等。 電波公害 汽車電器中有許多導(dǎo)線、線圈和零件，都具有不同的電容和電感，在閉合回路中形成振蕩回路。當(dāng)電氣設(shè)備產(chǎn)生火花時(shí)，就會(huì)引起高頻振蕩并以電磁波的形式發(fā)射到空中，干擾無(wú)線電和電子設(shè)備正常工作，尤以點(diǎn)火系所引起的干擾最為嚴(yán)重。趙立軍 博士開題報(bào)告 第3頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范1.怠速法 怠速法分為單怠速法和雙怠速法。怠速法對(duì)于發(fā)現(xiàn)化油器轎車中的高排放車非常有效，對(duì)于裝備電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器的轎車則效率明顯降低。雙怠速法能測(cè)量怠速污染物排放濃度，還可以監(jiān)控因化油器量孔磨損或催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率下

3、降而造成的汽車排放惡化。 我國(guó)裝用點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的新生產(chǎn)汽車，在用汽車排放限值見表12-3。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第4頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范2.工況法 按照汽車在城市典型道路上的實(shí)際行駛情況，制定可再現(xiàn)真實(shí)運(yùn)行工況的模擬規(guī)范，使汽車在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)(即底盤測(cè)功機(jī))上運(yùn)轉(zhuǎn)，以測(cè)定汽車排氣污染物的濃度和數(shù)量。這種監(jiān)測(cè)方法稱為“工況法”。 我國(guó)輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(GB 18352.32005)中規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是由1部(包含4個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))和2部(市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))組成，共持續(xù)1180秒。市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元示意圖如圖12.3所示，包含15 個(gè)工況(怠速、加速、勻速

4、、減速等)；市郊循環(huán)包含13 個(gè)工況(怠速、加速、勻速、減速等)。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第5頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范2.工況法 采用定容取樣法(CVS)取樣，取樣應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的起點(diǎn)或之前開始(BS)，終止于運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)2部的最后一個(gè)怠速期結(jié)束時(shí)(ES)。在運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)結(jié)束后20min內(nèi)進(jìn)行分析，并測(cè)量稀釋排氣的總?cè)莘e。 試驗(yàn)結(jié)果乘以相應(yīng)劣化系數(shù)，求得的排氣污染物排放量，必須小于表12-4 所示限。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第6頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范3 煙度法 (1)穩(wěn)態(tài)煙度法 我國(guó)現(xiàn)行車用壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度限值及測(cè)量

5、方法規(guī)定：在全負(fù)荷曲線上不同穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下測(cè)定排氣煙度，要進(jìn)行足夠數(shù)量轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)測(cè)量，范圍在最高額定轉(zhuǎn)速和最低額定轉(zhuǎn)速之間且適當(dāng)分布，其中測(cè)點(diǎn)必須包含最大功率真轉(zhuǎn)速和最大扭矩轉(zhuǎn)速。使用不透光煙度計(jì)測(cè)量，每一轉(zhuǎn)速下所測(cè)得的排氣光吸收系數(shù)測(cè)量值，應(yīng)不大于表12-5規(guī)定的限值。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第7頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范3 煙度法（2）非穩(wěn)態(tài)煙度法 1)自由加速煙度法(Free Acceleration) 自由加速法無(wú)須測(cè)功機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下，迅速地操作油門執(zhí)行器，使噴油泵在最短時(shí)間內(nèi)供給最大油量。在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到調(diào)速器允許的最大轉(zhuǎn)速前，保持此位置。一旦達(dá)到最大轉(zhuǎn)

6、速，立即松開油門執(zhí)行器，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)至怠速。觀察每次連續(xù)加速中不透光煙度計(jì)的最大讀數(shù)值，直到得到穩(wěn)定值為止。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第8頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2 試驗(yàn)規(guī)范3 煙度法（2）非穩(wěn)態(tài)煙度法 2)加載減速工況法(LUG-DOWN) 加載減速法(LUG-DOWN)是在一定工況條件下測(cè)量柴油車排氣的可見污染物的方法。加載減速測(cè)試過程必須完全自動(dòng)化，自動(dòng)控制系統(tǒng)采集三組檢測(cè)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，即實(shí)測(cè)最大輪邊功率時(shí)的轉(zhuǎn)鼓線速度(VELMAXHP)， 90% VELMAXHP，和80% VELMAXHP。將上述三個(gè)檢測(cè)速度段所測(cè)量到的數(shù)據(jù)，包括輪邊功率，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)鼓線速度和排

7、氣光吸收系數(shù)k，作為檢測(cè)結(jié)果。4其他檢測(cè)方法 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車排放物的測(cè)檢方法日新月異，檢測(cè)方法、方向多樣，如曲軸箱污染物排放試驗(yàn)、蒸發(fā)污染物排放試驗(yàn)、遙感測(cè)量技術(shù)、車載診斷系統(tǒng)OBD的功能性項(xiàng)目試驗(yàn)等。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第9頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2排氣分析的取樣方法1. 直接取樣法(Direct Sampling) 將取樣探頭直接插入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)，用取樣泵直接采取一定量的氣樣，經(jīng)過粗、細(xì)濾器，濾去氣體中的灰塵，供廢氣分析儀分析。2. 全量取樣法(Full Flow Sampling) 全量取樣法就是將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣試驗(yàn)中的全部排氣采集到一個(gè)有足夠容積的氣袋中

8、以供分析。這種取樣法既能測(cè)定排氣污染物的平均濃度，也能作排放量的計(jì)算。 3. 變稀釋度取樣法 變稀釋度取樣法也稱為定容取樣法(Constant Volume Sampler， 簡(jiǎn)稱CVS)，是一種接近于汽車排氣擴(kuò)散到大氣中的實(shí)際狀態(tài)的取樣方法。CVS法是將排氣全部用清潔空氣稀釋，并使稀釋后的總流量保持一定，再將部分稀釋后的排氣按未被稀釋排氣的流量成一定比例地搜集在樣品袋子里，然后導(dǎo)入分析儀進(jìn)行分析，可測(cè)定排氣成分的真實(shí)濃度。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第10頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.2排氣分析的取樣方法3. 變稀釋度取樣法 變稀釋度取樣法的示意圖如圖12.4所示?，F(xiàn)在，世界各國(guó)的

9、排放法規(guī)均規(guī)定用定容取樣系統(tǒng)CVS取樣。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第11頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.3分析儀器1.不分光紅外分析儀(NDIR) NDIR分析儀包括兩個(gè)單獨(dú)的紅外線輻射光源、試樣室、基準(zhǔn)室以及薄膜微音器式檢測(cè)室、放大器和指示器組成。紅外線分析儀的測(cè)量原理，建立在氣體具有吸收電磁輻射的特性的基礎(chǔ)上。不同的氣體在紅外波段(0.8600m)內(nèi)都有其特定的吸收帶(如CO為4.55m，CO2為44.5m等)，而且氣體濃度愈高，吸收能力愈強(qiáng)。輻射吸收強(qiáng)度是衡量氣體濃度的尺度。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第12頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.3分析儀器2.氫火焰離子化分析

10、儀(FID) FID是目前檢測(cè)排氣中HC最有效的方法，靈敏度很高。其工作原理是基于大多數(shù)有機(jī)碳?xì)浠衔镌跉浠鹧嬷挟a(chǎn)生大量電離的現(xiàn)象來(lái)測(cè)定HC的。電離度與引入火焰中的HC分子中C原子數(shù)成正比。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第13頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.3分析儀器 3.化學(xué)發(fā)光氣體分析儀(CLD) CLD是目前測(cè)定 NOx 的最好方法。其特點(diǎn)是分辨率高(約為 0.1 10-6)，反應(yīng)速度快(一般為 24s)，可連續(xù)分析，線性范圍廣，對(duì)高低濃度的 NOx 氣樣均可測(cè)定。用于測(cè)定汽車排氣成分的CLD分析儀通常帶有NO2-NO轉(zhuǎn)換器，利用轉(zhuǎn)換器的表面熱反應(yīng)(加熱到600)使NO2分解為NO

11、。這樣所測(cè)得的濃度是被測(cè)氣體中原有的 NO 和由NO2 轉(zhuǎn)化的 NO 兩部分濃度之和，即為 NOx 的濃度，減去汽車排氣未經(jīng)過NO2-NO轉(zhuǎn)換器所測(cè)的NO的差值，即為NO2的濃度。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第14頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.4氣相色譜分析法(GC) 色譜分析法又稱色層或?qū)游龇?。它是利用物質(zhì)的吸附能力、溶解度、親和力、陰滯作用等物理性質(zhì)的不同，對(duì)混合物中各組分進(jìn)行分離、分析的方法。色譜分離過程中有流動(dòng)相和固定相兩相，根據(jù)所用流動(dòng)相的不同，色譜法可分為氣相色譜法和液相色譜法兩大類。世界各國(guó)多用氣相色譜法測(cè)定汽車排氣各種HC含量。趙立軍 博士開題報(bào)告 第15頁(yè)12.2

12、汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.5煙度測(cè)試1.濾紙式煙度計(jì) 濾紙式煙度計(jì)工作原理示意圖如圖12.12所示。抽氣泵抽取一定量的廢氣，并使它通過一張已知面積的白色濾紙，廢氣中的碳粒吸附在濾紙上將濾紙染黑，其黑度即可用以度量排氣中的碳煙含量。濾紙的黑度可用染黑濾紙相對(duì)于清潔濾紙對(duì)光的反射率來(lái)計(jì)算評(píng)定。濾紙上的吸光率可用光電檢測(cè)裝置測(cè)量。趙立軍 博士開題報(bào)告 第16頁(yè)12.2 汽車排氣的檢驗(yàn)與測(cè)量 12.2.5煙度測(cè)試2.不透光式煙度計(jì) 不透光式煙度計(jì)可測(cè)量黑煙、藍(lán)煙和白煙三種煙度，但最適于測(cè)量黑煙和藍(lán)煙。測(cè)量前，首先用空氣向校正器中吹入干凈空氣，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換手柄，使光源和光電池移至測(cè)試管兩側(cè)，然后將排煙

13、的部分或全部連續(xù)不斷地導(dǎo)入測(cè)試管，讓光線透過導(dǎo)入的廢氣，光電池即可測(cè)出光線的衰減率，通過記錄儀，可得出排煙隨時(shí)間的變化情況。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第17頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.1 噪聲測(cè)量中的基本聲學(xué)概念1.聲場(chǎng) 聲波傳播的空間統(tǒng)稱為聲場(chǎng)。允許聲波在任何方向作無(wú)反射自由傳播的空間叫自由聲場(chǎng)，而允許聲波在任何方向作無(wú)吸收傳播的空間叫混響聲場(chǎng)。 2. 聲壓與聲壓級(jí)聲壓是指聲波波動(dòng)引起傳播介質(zhì)壓力變化的量值。聲學(xué)上引入“級(jí)”的概念，用成倍比關(guān)系的對(duì)數(shù)量來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱，即用聲壓級(jí)表示聲壓的大小。 3. 聲能、聲功率、聲能流密度和聲強(qiáng)介質(zhì)中既有振動(dòng)的動(dòng)能又有形變的位能，這兩部分相加就是聲能。單

14、位體積的聲能定義為聲能密度，用表示；單位時(shí)間內(nèi)聲源傳播的總聲能用聲功率(W)表示。定義單位時(shí)間內(nèi)通過與能量傳播方向垂直的單位面積的聲能為聲能流密度聲能流密度在一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)間平均值，稱作聲強(qiáng) 4. 聲功率級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)5. 頻譜趙立軍 博士開題報(bào)告 第18頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.2 噪聲評(píng)定值 1. 響度級(jí) 響度級(jí)正是根據(jù)人耳的這種聽覺特性而提出的噪聲評(píng)定值。它選取1000Hz的純音為基準(zhǔn)聲，如果待測(cè)的聲音聽起來(lái)與某一基準(zhǔn)聲一樣響，則該基準(zhǔn)聲的聲壓級(jí)dB值就是待測(cè)的聲音的響度級(jí)，其單位為phon。圖12.15為整個(gè)聽覺范圍內(nèi)的等響曲線。 2. 計(jì)權(quán)聲級(jí) 噪聲通過一種專門設(shè)計(jì)的頻率修正(聽覺特

15、性修正)電路后，某些頻率成分將被衰減。在噪聲測(cè)量中，這種電路叫頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用帶有頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的儀器測(cè)得的噪聲值為計(jì)權(quán)聲級(jí)，統(tǒng)稱噪聲級(jí)。常用的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種，它們的衰減特性如圖12.16所示，相應(yīng)的計(jì)權(quán)聲級(jí)分別記為、和，單位為dB。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第19頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.2 噪聲評(píng)定值 3. 統(tǒng)計(jì)聲級(jí) 在一定的時(shí)間內(nèi)，對(duì)不穩(wěn)定噪聲的各個(gè)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分級(jí)評(píng)定的表示值，記做LAn，單位為dB。實(shí)際測(cè)量時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)，以均勻的時(shí)問間隔測(cè)量噪聲的A計(jì)權(quán)聲級(jí)，然后從大到小依次排列，其中有10的時(shí)間所超過的聲級(jí)叫做峰值噪聲級(jí)，用表示；50時(shí)間所超過的聲級(jí)叫做中間噪聲級(jí)，

16、相當(dāng)于平均噪聲級(jí)，用表示；90時(shí)間所超過的聲級(jí)叫做環(huán)境背景噪聲級(jí)，用表示。4. 等效聲級(jí) 等效聲級(jí)評(píng)價(jià)值的提出是基于能量等效原則，指用能量相等的穩(wěn)定聲級(jí)評(píng)定某固定點(diǎn)連續(xù)變化的A聲級(jí)。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第20頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量 12.3.3聲壓和聲強(qiáng)測(cè)量的基本原理 1.聲壓測(cè)量的基本原理 (1)動(dòng)圈式傳聲器(2) 壓電式傳聲器(3) 電容式傳聲器它由膜片(振膜)4和后極板3組成電容的兩個(gè)電極，兩電極間預(yù)先加一恒定的直流電壓，使之處于不變的充電狀態(tài)。當(dāng)膜片在聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，電極間距離發(fā)生變化，即電容發(fā)生變化，從而引起極板間電壓的變化。 2.聲強(qiáng)測(cè)量的基本原理 (1) P-P法 傳聲器

17、A、B的聲學(xué)中心距離為。設(shè)兩傳聲器聲學(xué)中心的連線方向?yàn)椋?dāng)聲波沿方向傳播時(shí)，聲場(chǎng)中介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方程為 趙立軍 博士開題報(bào)告 第21頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.3聲壓和聲強(qiáng)測(cè)量的基本原理 2.聲強(qiáng)測(cè)量的基本原理 (2)P-法 P-法聲強(qiáng)測(cè)量原理如圖12.19所示，這種聲強(qiáng)探頭由一對(duì)超聲波發(fā)射器l、一對(duì)超聲波接收器2和一個(gè)傳聲器3組成。兩個(gè)發(fā)射器發(fā)射的超聲波束平行但方向相反，在等距離處設(shè)置各自的接收器。傳聲器布置在探頭中間，用來(lái)測(cè)量聲壓。趙立軍 博士開題報(bào)告 第22頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.4 噪聲源的聲功率測(cè)量1.測(cè)量表面和測(cè)點(diǎn)布置 在工程實(shí)際中，對(duì)于外形變化不大的被測(cè)對(duì)象，通常都采用半球面

18、、圓柱體表面或長(zhǎng)方體表面等作為包絡(luò)面，在上面布置測(cè)點(diǎn)，形成測(cè)量表面。圖12.20是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)聲壓法測(cè)量推薦的半球面測(cè)量表面，適合的測(cè)試環(huán)境是半消聲室或具有近似聲學(xué)特性的大房間。圖12.21是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)聲強(qiáng)法測(cè)量推薦的半球面測(cè)量表面，適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第23頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量12.3.4 噪聲源的聲功率測(cè)量2 聲壓法測(cè)量結(jié)果的處理 1)背景噪聲的修正2) 測(cè)量表面平均聲壓級(jí)計(jì)算3) 噪聲聲功率級(jí)的換算3聲強(qiáng)法測(cè)量結(jié)果的處理 (1)聲強(qiáng)值換算(2) 聲功率計(jì)算趙立軍 博士開題報(bào)告 第24頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量 12.3.5噪聲測(cè)量?jī)x器1.噪聲測(cè)量?jī)x器(1)聲級(jí)計(jì) 聲級(jí)計(jì)通常由傳聲器、放大器、衰減器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波電路以及指示表頭等部分組成。其工作原理是將被測(cè)聲波的聲壓信號(hào)通過傳聲器轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，經(jīng)放大器進(jìn)行放大，并由衰減器調(diào)整量程后，再經(jīng)過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)修正、檢波，最后由表頭顯示相應(yīng)的噪聲級(jí)數(shù)值。 趙立軍 博士開題報(bào)告 第25頁(yè)12.3 噪聲測(cè)量 12.3.5噪聲測(cè)量?jī)x器 2. 聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x 聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x主要由兩大部分構(gòu)成：聲強(qiáng)探頭和信號(hào)處理系統(tǒng)，其中信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成因信號(hào)處理方式的不同而異。圖12.25為聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)組成框圖，其中的信號(hào)處理部分由信號(hào)數(shù)字化儀和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成。 趙立軍 博士開題報(bào)告