隨著汽車工業的發展和汽車保有量急劇增加，汽車排放的汙染物是一致公認的城市大氣主要汙染公害之一，已成為嚴重的社會問題。因此，檢測並控製汽車排氣汙染物的濃度，已成為汽車檢測中重要的檢測項目。
一、汽車排氣汙染物的主要成分及其危害
(一)汽車排氣汙染物的主要成分
    汽車排氣的汙染物，主要是一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、硫化物(主要是SO2)、碳煙及其他—些有害物質。如果燃用含鉛汽油，排氣中的汙染物還包含鉛化合物。汽車排氣汙染物中，CO、HC、NOx和碳煙主要來源於汽車尾氣的排放，少部分來自曲軸箱竄氣，其中，部分HC還來自於油箱和整個供油係的蒸發與滴漏。
    在相同工況下，汽油機排放的CO、HC和NOx排放量比柴油機大，因此，目前的排放法規對汽油機主要限製CO、HC和NOx的排放量。柴油機對大氣的汙染較汽油機輕得多，主要是產生碳煙汙染，因此排放法規主要限製柴油機排氣的煙度。
(二)汽車排氣汙染物的危害
    汽車排出的各種物質中，對人類形成危害的有CO、HC、NOx、碳煙和硫化物等。
    1、CO是燃料不完全燃燒的產物，是汽車尾氣中濃度最大的有害成分，是一種無色無味的有毒氣體，它進入人體後極易與血液中擔負輸運氧氣的血紅蛋白結合，妨礙血紅蛋白的輸氧能力，造成人體各部分缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒症狀，嚴重時甚至死亡。
    2、HC是發動機未燃盡的燃料分解出來的產物。當HC濃度較高時，使人出現頭暈、惡心等中毒症狀。而且，HC和NOx在強烈的太陽光作用下，能反應生成一種有害的光化學煙霧，這種光化學煙霧滯留在大氣中，造成大氣嚴重汙染，對人的眼睛、呼吸道及皮膚均有強烈的刺激性。
    3、NOx是汽油機和柴油機排放的主要汙染物，是發動機大負荷工作時進氣中的N2與O2在高溫高壓條件下反應而生成的。NOx主要是NO和NO2。NO與血液中血紅蛋白的親合力比CO還強，通過呼吸道及肺進入血液，使其失去輸氧能力，產生與CO相似的中毒後果。NO2侵入肺髒深處的肺毛細血管，引起肺水腫，同時還能刺激眼、鼻粘膜，麻痹嗅覺。
    4、碳煙以柴油機排放量為最多，它是柴油機燃燒不完全的產物，其內含有大量的黑色碳顆粒。碳煙能影響道路的能見度，並因含有少量的帶有特殊臭味的乙醛，往往引起人們惡心和頭暈。
    5、硫化物主要為SO2，燃料中含有的硫與氧反應而生成。SO2有強烈的氣味，可刺激人的咽喉與眼睛，甚至會使人中毒。若大氣中含SO2過多，還會形成“酸雨”，損害生物，使土壤與水源酸化，影響自然界的生態平衡。
二、汽油車排氣汙染物的標準及檢測
(一)汽油車排氣汙染物的檢驗標準
    我國於1979年頒布了環境保護法，1984年實施了汽車汙染物排放標準和測量方法的國家標準。其後，又相繼製定了幾項國家排放標準，並於1993年對上述排放標準進行了修訂，從嚴規範了診斷參數限值和測量方法。
    GB14761-1999《汽車排放汙染物限值及測試方法》等效采用了聯合國歐洲經濟委員會(ECE)1995年7月2日生效的ECER83／02《按發動機對燃料的要求類別就汙染排放物對車輛認證的規則》的全部技術內容，采用了國際通用的試驗方法，在控製力度上達到了歐洲20世紀90年代初的水平。
    GBl8285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》，是我國在用汽車排氣汙染物限值及測試方法的最新國家標準。該國家標準中的加速模擬工況試驗限值及試驗方法，是參照美國國家環保局標準EPA-AA-RSPD-IM-96-2《加速模擬工況試驗規程、排放標準、質量控製要求及設備技術要求技術導則》(1996年7月)製定的，使我國治理在用汽車排氣汙染走上了更為嚴格的道路。
    GBl8285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》中規定，裝配點燃式發動機的車輛，在檢測中要進行怠速試驗、雙怠速試驗和加速模擬工況(ASM)試驗。又規定，按GB14761-1999《汽車排放汙染物限值及測試方法》通過B類認證(燃用優質無鉛汽油的車輛)、設計乘員數不超過6人且最大總質量不超過2500kg的M1類車輛和按該標準通過B類認證、設計乘員數超過6人，或最大總質量超過2500kg但不超過3500kg的M類車輛和N1類車輛，進行雙怠速試驗或加速模擬工況(ASM)試驗；除上述規定以外的其他M、N類裝配點燃式發動機的車輛進行怠速試驗。
    GBl8285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》中規定，怠速試驗按GB／T3845-1993《汽油車排氣汙染物的測量怠速法》的規定進行，雙怠速試驗按GB／T3845-1993《汽油車排氣汙染物的測量怠速法》附錄C的規定進行。
    按照GB18285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》的規定，對於裝配點燃式四衝程發動機，最大總質量大於或等於400kg，最大設計車速大於或等於50km／h的在用汽車，排放汙染物限值如下：
    1、裝配點燃式發動機的車輛進行雙怠速試驗排氣汙染物限值見表4-7所示。從表中可以看出，高怠速排放測量值應低於怠速排放測量值。

表4-7 裝配點燃式發動機的車輛雙怠速試驗排氣汙染物限值

    ①HC容積濃度按正己烷當量。
    ②Ml指車輛設計乘員數(含駕駛員)不超過6人，且車輛的最大總質量不超過2500kg。
    ③N1還包括設計乘員數(含駕駛員)超過6人，或車輛的最大總質量超過2500kg但不超過3500kgM車。
    2、裝配點燃式發動機的車輛怠速試驗排氣汙染物限值見表4-8所示。
表4-8 裝配點燃式發動機的車輛怠速試驗排氣汙染物限值

    ①HC容積濃度按正己烷當量。
(二)汽油車排氣汙染物的檢測
    GB／T3845-1993《汽油車排氣汙染物的測量怠速法》規定汽油車排氣汙染物檢測時，應采用不分光紅外線分析儀(NDIR)，並對檢測工況和檢測程序進行了具體規定。
1、基本檢測原理
    汽車排氣中的CO、HC、NO和CO2等氣體，對紅外線分別具有吸收一定波長的性質，而且紅外線被吸收的程度與廢氣濃度之間有一定的關係，如圖4-17所示。不分光紅外線分析法就是根據這一原理，即廢氣吸收一定波長紅外線能量的變化，來檢測廢氣中各種汙染物的含量。在各種氣體混在一起的情況下，這種檢測方法具有測量值不受影響的特點。
    利用不分光紅外線分析法製成的分析儀，既可以製成單獨檢測CO或HC含量的單項分析儀，也可以製成能測量這兩種氣體含量的綜合分析儀。排氣中CO的濃度是直接測量的，而排氣中HC的成分非常複雜，因此要把各種HC成分的濃度換算成正己烷(n-C6H14)的濃度後再作為HC濃度的測量值。

圖4-17 四種氣體吸收紅外線的情況

2、不分光紅外線氣體分析儀的結構與工作原理
    不分光紅外線氣體分析儀，是一種能夠從汽車排氣管中采集氣樣，並對其中所含CO和HC的濃度進行連續測量的儀器。圖4-18為分析儀的外形圖。它由廢氣取樣裝置、廢氣分析裝置、廢氣濃度指示裝置和校準裝置等組成。

4-18 不分光紅外線氣體分析儀
1-導管；2-濾清器；3-低濃度取樣探頭；4-高濃度取樣探頭；5-CO指示儀表；6-HC指示儀表；7-標準HC氣樣瓶；8-標準CO氣樣瓶

    (1)廢氣取樣裝置
    廢氣取樣裝置由取樣探頭、濾清器、導管、水分離器和泵等組成。它通過取樣探頭、導管和泵從車輛排氣管裏采集廢氣，再用濾清器和水分離器把廢氣中的碳渣、灰塵和水分等除掉，隻把廢氣送入分析裝置。
    (2)廢氣分析裝置
    按傳感器形式不同，廢氣分析裝置可分為電容微音器式和半導體式等不同形式。廢氣分析裝置由紅外線光源、氣樣室、旋轉扇輪(截光器)、測量室和傳感器等組成。該裝置按照不分光紅外線分析法，從來自取樣裝置的混有多種成分的廢氣中，測量出CO和HC的濃度，並以電信號形式輸送給廢氣濃度指示裝置。
    (3)濃度指示裝置
    綜合式氣體分析儀的濃度指示裝置，主要由CO指示裝置和HC指示裝置組成，有指針式儀表和數字式顯示器兩種類型。從廢氣分析裝置送來的電信號，在CO指示儀表上CO的濃度以體積百分數(％)表示；在HC指示儀表上HC濃度以正己烷當量體積的百萬分數(10-6)表示。
    指針式氣體分析儀如圖4-19，可利用零點調整旋鈕、標準調整旋鈕和讀數檔位轉換開關等進行控製。此外，還可以通過氣流通道一端設計的流量計，得知廢氣通道濾清器是否髒汙等異常情況。

4-19 不分光紅外線氣體分析儀麵板圖
1-HC標準調整旋鈕；2-HC零點調整旋鈕；3-HC讀數轉換開關；4-CO讀數轉換開關；5-簡易校準開關；6-CO標準調整開關；7-CO零點調整開關；8-電源開關；9-泵開關；10-流量計；11-電源指示燈；12-標準氣樣注入口；13-CO指示儀表；14-HC指示儀表

    (4)校準裝置
    校準裝置是一種為了保持分析儀的指示精度，使之能準確指示測量值的裝置。在此裝置中，往往既設有用加入標準氣樣進行校準的裝置，也設有用機械方式簡易校準的裝置。
    標準氣樣校準裝置是把分析儀生產廠附帶來的供校準用的標準氣樣(CO和HC)，從分析儀上專設的標準氣樣注入口直接送到廢氣分析裝置，再通過比較標準氣樣濃度值和儀表指示值的方法來進行校準的一種裝置。
    簡易校準裝置通常是用遮光板把廢氣分析裝置中通過測量氣樣室的紅外線遮擋住一部分，用減少一定量紅外線能量的方法進行簡單校準的裝置。
3、汽油車汙染物的檢測方法
    按照GB／T3845-1993《汽油車排氣汙染物的測量怠速法》的規定，汽油車怠速汙染物的檢測應在怠速工況下，采用不分光紅外線氣體分析儀，按規定程序檢測CO和HC的濃度值。雙怠速試驗按GB／T3845—1993《汽油車排氣汙染物的測量怠速法》附錄C的規定進行。
    怠速工況是指發動機運轉；離合器處於接合位置；油門踏板與手油門處於鬆開位置；變速器處於空檔位置；采用化油器的供油係統，其阻風門處於全開位置。
    (1)儀器準備
    ①按儀器使用說明書的要求做好各項檢查工作。
    ②接通電源，對氣體分析儀預熱30min以上。
    ③用標準氣樣校準儀器，先讓氣體分析儀吸入清潔空氣，用零點調整旋鈕把儀表指針調整到零點，然後把標準氣樣從標準氣樣注入口注入，再用標準調整旋鈕把儀表指針調到標準指示值。注意：在灌注標準氣樣時，要關掉氣體分析儀上的泵開關。
    CO校準的標準值就是標準氣樣瓶上標明的CO濃度值；HC校準的標準值，由於是用丙烷作為標準氣樣，因而要按下式求出正己烷的換算值作為校準的標準值：校準的標準值(即正己烷換算值) = 標準氣樣(丙烷)濃度×換算係數式中，標準氣樣(丙烷)濃度即標準氣樣瓶上標明的濃度值；換算係數是氣體分析儀的給出值，一般為0.472～0.578。
    用簡易裝置校準儀器，先接通簡易校準開關，對於有校準位置刻度線的儀器，可用標準調整旋鈕將儀表指針調整到正對標準刻度線位置。對於沒有標準刻度線的儀器，要在標準氣樣校準後立即進行簡易校準，使儀表指針與標準氣樣校準後的指示值重合。
    ④把取樣探頭和取樣導管安裝到氣體分析儀上，此時如果儀表指針超過零點，則表明導管內壁吸附有較多的HC，需要用壓縮空氣或布條等清潔取樣探頭和導管。
    (2)受檢車輛或發動機的準備
    ①進氣係統應裝有空氣濾清器，排氣係統應裝有排氣消聲器，並不得有泄漏。
    ②汽油應符合國家標準的規定。
    ③測量時發動機冷卻水和潤滑油溫度應達到汽車使用說明書所規定的熱狀態。
    (3)怠速測量程序
    ①必要時在發動機上安裝轉速計、點火定時儀、冷卻水和潤滑油測溫計等測試儀器。
    ②發動機由怠速工況加速至0.7額定轉速，維持60s後降至怠速狀態。
    ③發動機降至怠速狀態後，將取樣探頭插入排氣管中，深度等於400mm，並固定於排氣管上。
    ④先把指示儀表的讀數轉換開關打到最高量程檔位，再一邊觀看指示儀表，一邊用讀數轉換開關選擇適於排氣含量的量程檔位。發動機在怠速狀態維持15s後開始讀數，讀取30s內的最高值和最低值，其平均值即為測量結果。
    ⑤若為多排氣管時，取各排氣管測量結果的算術平均值。
    ⑥測量工作結束後，把取樣探頭從排氣管裏抽出來，讓它吸入新鮮空氣5min，待儀器指針回到零點後再關閉電源。
    (4)雙怠速測量程序
    ①必要時在發動機上安裝轉速計、點火定時儀、冷卻水和潤滑油測溫計等測試儀器。
    ②發動機由怠速工況加速至0.7額定轉速，維持60s後降至高怠速(即0.5額定轉速)。
    ③發動機降至高怠速狀態後，將取樣探頭插入排氣管中，深度等於400mm，並固定於排氣管上。
    ④先把指示儀表的讀數轉換開關打到最高量程檔位，再一邊觀看指示儀表，一邊用讀數轉換開關選擇適於排氣含量的量程檔位。發動機在高怠速狀態維持15s後開始讀數，讀取30s內的最高值和最低值，取平均值即為高怠速排放測量結果。
    ⑤發動機從高怠速狀態降至怠速狀態，在怠速狀態維持15s後開始讀數，讀取30s內的最高值和最低值，其平均值即為怠速排放測量結果。
    ⑥若為多排氣管時，分別取各排氣管高怠速排放測量結果的算術平均值和怠速排放測量結果的算術平均值。
    ⑦測量工作結束後，把取樣探頭從排氣管裏抽出來，讓它吸入新鮮空氣5min，待儀器指針回到零點後再關閉電源。
三、柴油車排氣汙染物的標準及檢測
(一)柴油車排氣汙染物的檢驗標準
    柴油車排出的煙色有黑煙、藍煙和白煙三種。其中，以柴油機在全負荷和加速工況時排出的黑色碳煙最為常見。黑煙的發暗程度用排氣煙度表示，排氣煙度用煙度計檢測。煙度計可分為濾紙式、透光式、重量式等多種形式。
    根據GB18285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》的規定，對於裝配壓燃式發動機的車輛，按照GBl4761-1999《汽車排放汙染物限值及測試方法》通過C類認證的車輛進行自由加速排氣可見汙染物試驗，除通過C類認證以外的其他裝配壓燃式發動機的車輛進行自由加速煙度試驗。標準中又規定，自由加速排氣可見汙染物試驗按GBl8285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》附錄B進行，自由加速煙度試驗按GB／T3846-1993《柴油車自由加速煙度的測量濾紙煙度法》規定進行。
    GB18285-2000《在用汽車排氣汙染物限值及測試方法》規定，對於裝配壓燃式發動機，最大總質量大於或等於400kg，最大設計車速大於或等於50km／h的在用汽車，自由加速試驗煙度排放限值如表4-9所示。

表4-9 裝配壓燃式發動機的車輛自由加速試驗煙度排放限值

(二)柴油車排氣汙染物的檢測
    GB／T3846-1993《柴油車自由加速煙度的測量濾紙煙度法》規定柴油車排氣煙度檢測時，應采用濾紙式煙度計，並對檢測工況和測量程序進行了具體規定。
1、基本檢測原理
    濾紙式煙度計的測量原理是，用一個活塞式抽氣泵，從柴油機排氣管中抽取一定容積的廢氣，使它通過一張一定麵積的白色濾紙，廢氣中的碳煙存留在濾紙上，使其染黑。用檢測裝置測定濾紙的染黑度，再由指示裝置指示出來。該染黑度即代表柴油車的排氣煙度。
2、濾紙式煙度計的結構與工作原理
    濾紙式煙度計是應用最廣的煙度計之一，有手動、半自動和全自動三種形式。其結構都是由廢氣取樣裝置、染黑度檢測與指示裝置和控製裝置等組成，如圖4-20所示。

圖4-20 濾紙式煙度計結構簡圖
1-腳踏開關；2-電磁閥；3-抽氣泵；4-濾紙卷；5-取樣探頭；6-排氣管；7-進給機構 8-染黑的濾紙；9-光電傳感器；10-指示儀表

    (1)廢氣取樣裝置
    廢氣取樣裝置由取樣探頭、活塞式抽氣泵和取樣軟管等組成。
    取樣探頭分台架試驗用和整車試驗用兩種形式。整車試驗用取樣探頭帶有散熱片，其上裝有夾具以便固定在排氣管上。取樣探頭在活塞式抽氣泵的作用下抽取廢氣，其結構形狀應能保證在取樣時不受排氣動壓的影響。
    活塞式抽氣泵由活塞泵、手柄、回位彈簧、鎖止裝置、電磁閥和濾紙夾持機構等組成。取樣前，手動或自動壓下抽氣泵手柄，直至克服回位彈簧的張力使活塞到達最下端，並由鎖止機構鎖緊。當需要取樣時，踩下腳踏開關或按下“手動抽氣”按鈕，可操縱電磁閥使壓縮空氣解除鎖止機構對活塞的鎖緊作用，活塞在回位彈簧張力作用下上升到頂端，完成取樣過程。
    濾紙夾持機構在取樣時實現對濾紙的夾緊和密封，使取樣過程中的排氣經濾紙進入泵筒內，碳煙存留在濾紙上並將其染黑，並能保證濾紙的有效工作麵直徑為φ32mm。取樣完成後，濾紙夾持機構鬆開，染黑的濾紙由進給機構送至染黑度檢測裝置。
    取樣軟管把取樣探頭和活塞式抽氣泵連接在一起，由於泵的抽氣量與軟管的容積有關，國標規定，取樣軟管長度為5.0m，內徑為φ5-0.2mm，取樣係統局部內徑不得小於φ4mm。
    (2)染黑度檢測與指示裝置
    由光電傳感器、指示儀表或數字式顯示器、濾紙和標準煙樣等組成。光電傳感器由光源(白熾燈泡)、光電元件(環形硒光電池)等組成。其工作原理如圖4-21所示。電源接通後白熾燈泡發亮，其光亮通過帶有中心孔的環形硒光電池照射到濾紙上，當濾紙的染黑度不同時，反射給環形硒光電池感光麵的光線強度也不同，因而環形硒光電池產生的光電流強度也就不同。

圖4-21 汙染度指示裝置原理圖
1-光電元件；2-電燈泡；3-濾紙

    指示電表是一塊微安表，是濾紙染黑度亦即排氣煙度的指示裝置。當環形硒光電池送來的光電流強度不同時，指示儀表指針的位置也不同。指示表頭以Rb0～Rb10表示。其中，0是全白濾紙的Rb單位，10是全黑濾紙的Rb單位，從0～10均勻分布。
    檢測裝置一般都備有供標定或校準用的標準煙樣和符合規定的濾紙。標準煙樣也稱為煙度卡，應在煙度計上標定，精確度為0.5%。當標準煙樣用於標定煙度計時，按量程均勻分布不得少於6張；當用於校準煙度計時，每台煙度計3張，標定值選在Rb5左右。當煙度計指示儀表需要校準時，隻要把標準煙樣放在光電傳感器下，用調節旋鈕把指示電表的指針調整到標準煙樣所代表的染黑度數值即可達到目的。這可使指示儀表保持指示精度，以得出準確的測量結果。煙度計必須定期標定，要求在有效期內使用。
    濾紙有帶狀和圓片狀兩種。帶狀濾紙在進給機構的作用下能實現連續傳送，適用於半自動式和全自動式煙度計。圓片狀濾紙，僅適用於手動式煙度計。
    (3)控製裝置
    控製裝置包括用腳操縱的抽氣泵電磁腳踏開關、濾紙進給機構和壓縮空氣清洗機構等。壓縮空氣清洗機構能在廢氣取樣前，用壓縮空氣清洗取樣頭和取樣軟管內的殘留廢氣碳粒。
3、柴油車自由加速煙度的檢測方法
    GB／T3846-1993《柴油車自由加速煙度的測量濾紙煙度法》規定，柴油車自由加速煙度的檢測應在自由加速工況下，采用濾紙式煙度計，按測量規程進行。
    自由加速工況是指，柴油發動機於怠速工況(發動機運轉，離合器處於接合位置，油門踏板與手油門處於鬆開位置，變速器處於空檔位置，具有排氣製動裝置的發動機，蹀形閥處於全開位置)，將油門踏板迅速踏到底，維持4s後鬆開。
    (1)儀器準備
    ①通電前，檢查指示儀表指針是否在機械零點上，否則用零點調整螺釘使指針與“10”的刻度重合。
    ②接通電源，儀器進行預熱。打開測量開關，在檢測裝置上墊10張全白濾紙，調節粗調及微調電位器，使表頭指針與“0”的刻度重合。
    ③在10張全白濾紙上放上標準煙樣，並對準檢測裝置，儀表指針應指在標準煙樣的染黑度數值上，否則應進行調節。
    ④檢查取樣裝置和控製裝置中各部機件的工作情況，特別要檢查腳踏開關與活塞抽氣泵動作是否同步。
    ⑤檢查控製用壓縮空氣和清洗用壓縮空氣的壓力是否符合要求。
⑥檢查濾紙進給機構的工作情況是否正常。檢查濾紙是否合格，應潔白無汙。
    (2)受檢車輛準備
    ①進氣係統應裝有空氣濾清器，排氣係統應裝有消聲器並且不得有泄漏。
    ②柴油應符合國家規定，不得使用燃油添加劑。
    ③測量時發動機的冷卻水和潤滑油溫度應達到汽車使用說明書所規定的熱狀態。
    ④自1975年7月1日起新生產柴油車用的柴油機，應保證起動加濃裝置在非起動工況不再起作用。
    (3)測量程序
    ①用壓力為0.3～0.4MPa的壓縮空氣清洗取樣管路。
    ②把抽氣泵置於待抽氣位置，將潔白的濾紙置於待取樣位置，將濾紙夾緊。
    ③將取樣探頭固定於排氣管內，插入深度等於300mm，並使其軸線與排氣管軸線平行。
    ④將腳踏開關引入汽車駕駛室內，但暫不固定在油門踏板上。
    ⑤按照自由加速工況的規定加速3次，以清除排氣係統中的積存物。然後，把腳踏開關固定在油門踏板上，進行實測。
    ⑥測量取樣，按照自由加速工況的規定和圖4-22所示自由加速煙度測量規程，將油門踏板與腳踏開關一並迅速踩到底，持續4s後立刻鬆開，維持怠速運轉，循環測量4次，取後3個循環煙度讀數的算術平均值作為所測煙度值。
    ⑦當汽車發動機出現黑煙冒出排氣管的時間與抽氣泵開始抽氣的時間不同步現象時，應取最大煙度值作為所測煙度值。
    ⑧在被染黑的濾紙上記下試驗序號、試驗工況和試驗日期等，以便保存。
    ⑨檢測結束，及時關閉電源和氣源。

圖4-22 自由加速煙度測量規程