知识点二 发动机尾气排放的检测《汽车发动机构造与维修》河南省（对口招生）交通运输类 知识点讲解

河南省（对口招生）交通运输类 《汽车发动机构造与维修》 知识点讲解 二、发动机尾气排放的检测 【课程要求】 1. 能准确叙述排气歧管、三元催化器、消音器的结构、作用及使用注意事项。 2. 能说明三元催化器的转换原理及中毒、失效的常见原因。 3. 能区分四气与五气尾气分析仪，并描述尾气分析仪的主要组成结构和工作原理。 4. 能按照双怠速法规范完成汽车尾气排放检测操作，遵守安全与6S要求。 5. 能根据尾气检测结果初步分析发动机燃烧与净化系统的工作状态，并描述CO中毒的危害。 【知识网络】 【知识要点】 知识点 1 零件图的作用与内容 1.零件图定义 表达零件结构形状、尺寸大小、技术要求的图样，是制造与检验零件的直接依据，是核心生产技术文件。 设计阶段：零件图要准确地反映设计思想并提出相应的零件质量要求。 生产阶段：零件图是最重要的技术资料，是制造和检验零件的依据。 知识点 1 排气歧管的结构与作用 1. 排气歧管的作用与结构要求 排气歧管安装在发动机排气门一侧，作用是将各气缸燃烧后的废气集中引导至排气总管。由于各缸排气时间不同步，为防止废气倒灌干扰其他气缸，通常每个气缸或每两个气缸设置独立的歧管。歧管长度适当加长可减小各排气门之间的压力波干扰；内壁应尽量光滑以降低排气阻力，提高排气效率。 2. 排气歧管的材料类型 目前普遍使用的排气歧管按材料和工艺分为铸铁歧管和不锈钢歧管两种。铸铁歧管成本较低、耐热性好；不锈钢歧管可进一步减小排气阻力，常用于赛车或高性能车辆。 知识点 2 三元催化器的结构与工作原理 1. 三元催化器的作用与安装位置 三元催化器安装在汽车排气系统中，是一种尾气外净化装置。它可将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物通过氧化和还原反应转化为无毒的二氧化碳、水和氮气，是汽油车排放控制的核心部件。 2. 结构与材料 三元催化器的载体为蜂窝陶瓷，本身不参与反应。其表面覆盖铂、铑、钯等贵金属作为催化剂。CO在高温下氧化为CO2，HC氧化为H2O和CO2，NOx被还原为N2和O2。起燃温度约为200℃，最佳工作温度为400~800℃，超过1000℃会导致催化剂失效。 3. 使用中的注意事项 （1）严禁使用含铅汽油，否则会造成“铅中毒”使催化器失效。 （2）避免未燃烧混合气进入催化器，防止过热损坏。需避免：长时间怠速、点火过迟、个别缸失火、起动困难、混合气过浓、烧机油、氧传感器失效、水温过高等。 （3）行驶中防止“托底”碰撞，防止蜂窝陶瓷破碎堵塞排气管。 （4）出现回火或重复失速时应立即停车检修。 （5）行驶中切勿切断点火开关。 （6）定期检查：排气管异响、外壳开裂、排气尾管有无催化剂颗粒排出，如有异常需更换。 知识点 3 消音器的类型与原理 1. 消音器的作用 消音器安装在排气系统末端，用于降低发动机排气噪声，改善车辆舒适性和环保性能。 2. 消音器的分类及特点 （1）抗性消音器：通过管道、隔板组成扩张室和共振室，使声波反射、干涉降低能量。对低、中频消声效果好，高频较差，货车多采用。 （2）阻性消音器：在排气通道周围填充吸声材料，吸收声能。对中、高频消声效果好，常与抗性消音器组合使用。 （3）阻抗复合型消音器：结合抗性消声单元和吸声材料，对低、中、高频噪声均有良好消声效果。 知识点 4 尾气分析仪的类型与结构 1. 尾气分析仪的类型 汽油车用尾气分析仪主要分为四气分析仪和五气分析仪。四气分析仪检测HC、CO、CO2、O2四种气体；五气分析仪增加NO检测，广泛应用于汽车维修企业。 2. 尾气分析仪的结构组成 主要由气路系统、红外光学平台、传感器和信号采集处理系统组成。 （1）气路系统：包括取样探头、滤清器、导管、油水分离器和抽气泵。用于抽取尾气并去除炭粒、水分。 （2）红外光学平台：由红外线光源、旋转扇轮、标准气样室（充N2）、被测气样室、测量室（双腔室，充被测气体）和电容微音器组成。利用不同气体对特定波长红外线的吸收特性，通过测量室双腔压力差转换为电信号，测定气体浓度。 （3）传感器：包括O2传感器、NOx传感器、压力传感器和流量计，用于测量氧气、氮氧化物浓度并对环境压力、温度进行补偿。 （4）信号采集处理系统：包括放大器、单片机、显示器等，实现信号处理、自动调零、线性化、温度压力补偿及数据通信。 知识点 5 双怠速尾气排放检测操作流程 1. 车辆准备 （1）受检车辆必须装有空气滤清器和排气消音器，排气系统无泄漏。 （2）使用符合要求的汽油。 （3）发动机冷却液和润滑油温度达到约85℃（按使用说明书）。 （4）变速器置于空挡。 2. 仪器准备 （1）安装长度5m的取样软管及带定位装置的取样探头（插入深度≥600mm）。 （2）检查取样系统无泄漏。 （3）接通电源预热30分钟。 （4）检查并更换前置滤清器、粉尘过滤器、油水分离器滤芯。 （5）用标准气体校准分析仪：设定CO标准值（如1.5%），注入标准气样校准；同样方法校准HC。 3. 双怠速测量步骤 （1）设定发动机最高转速，采用双怠速法。 （2）将转速感应夹夹在第一缸点火高压线上，箭头指向火花塞。 （3）将温度探头插入机油标尺孔测量油温。 （4）发动机处于额定怠速，将取样探头插入排气管，深度不小于30cm。 （5）加速至额定转速的70%，维持60秒后降至高怠速（额定转速的50%）。 （6）高怠速维持15秒后开始读数，读取30秒内最高值和最低值，取平均值为高怠速排放结果。 （7）降至正常怠速，维持15秒后读数，读取30秒内最高值和最低值，取平均值为怠速排放结果。 （8）多排气管时分别测量取平均值。 4. 测试注意事项与6S （1）检测时发动机正常怠速应符合规定。 （2）测量结束后，取样探头应在新鲜空气中吸入5分钟，待仪器归零后再检测下一辆或关机。 （3）排烟风扇故障时严禁使用，防止污染光学器件。 （4）注意测试环境通风与安全，严禁移动车辆。 （5）检测结束后整理、清洁、清扫，保持工作环境。 知识点 6 案例分析：汽车尾气中毒与涡轮增压技术 1. 案例分析 汽车尾气中的CO与血红蛋白亲和力比O2高约200倍，吸入后导致血液携氧能力下降，引起头痛、头晕、恶心甚至意识模糊。案例中小王在地下车库开空调睡觉，车库通风不良，尾气中的CO通过空调进风口进入车内，造成轻度CO中毒。因此严禁在密闭空间长时间发动汽车并开启空调睡觉。 2. 废气涡轮增压技术 （1）基本原理：利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，带动同轴的压缩机对进气进行增压，提高进气密度，从而增加功率。 （2）性能优势：结构变动不大但功率大幅提升；回收废气能量，改善混合气燃烧，减少柴油机排烟。 （3）需克服的困难：热负荷和机械负荷升高，导致涡轮过热；低速扭矩响应慢（涡轮惯性）。 【练习题】 一、单项选择题 1. 排气歧管的主要作用是（） A. 过滤进气中的灰尘 B. 将各缸废气集中引导至排气总管 C. 降低排气噪声 D. 转化有害气体 2. 三元催化器中起催化作用的物质是（） A. 蜂窝陶瓷 B. 铂、铑、钯等贵金属 C. 不锈钢 D. 活性炭 3. 下列哪种情况不会导致三元催化器损坏（） A. 使用含铅汽油 B. 发动机长时间怠速运转 C. 定期更换机油滤清器 D. 车辆托底碰撞催化器 4. 对中、高频消声效果好，常与抗性消音器组合使用的是（） A. 阻性消音器 B. 抗性消音器 C. 扩张式消音器 D. 共振式消音器 5. 五气尾气分析仪比四气分析仪多检测的废气成分是（） A. CO B. HC C. NOx D. O2 6. 红外光学平台中，电容微音器的作用是（） A. 产生红外线 B. 过滤水蒸气 C. 将压力差变化转换为电信号 D. 显示气体浓度数值 7. 双怠速排放检测中，高怠速是指发动机额定转速的（） A. 70% B. 50% C. 30% D. 100% 8. 废气涡轮增压器利用下列哪种能量驱动涡轮（） A. 电能 B. 机械能 C. 废气能量 D. 液压能 二、填空题 1. 三元催化器可将汽车尾气中的CO、HC和______转化为CO2、H2O和N2。 2. 三元催化器的载体材料是______，起燃温度约为______℃。 3. 抗性消音器对______频噪声消声效果好，阻性消音器对______频噪声消声效果好。 4. 尾气分析仪的气路系统由取样探头、滤清器、导管、______和______组成。 5. 双怠速检测时，发动机由怠速加速至额定转速的______%，维持60秒后降至高怠速。 6. 测量结束后，取样探头应在新鲜空气中吸入______分钟，待仪器归零。 7. CO与血红蛋白的亲合力比O2高得多，吸入后会导致人体______。 8. 废气涡轮增压系统可回收部分______能量，同时增加发动机的______。 三、判断题 1. 排气歧管内壁越粗糙，排气效率越高。（） 2. 三元催化器最佳工作温度在1000℃以上。（） 3. 装有三元催化器的汽车可以使用含铅汽油。（） 4. 阻抗复合型消音器兼具抗性和阻性消音器的特点。（） 5. 五气尾气分析仪不能检测氧气浓度。（） 6. 双怠速检测时，取样探头插入排气管深度应不小于30cm。（） 7. 涡轮增压器可提高发动机功率，但会显著增加油耗。（） 8. 在车库等密闭空间长时间开空调睡觉不会造成CO中毒。（） 四、简答题 1. 简述三元催化器将有害气体转化为无害气体的基本反应过程，并列举至少三项使用注意事项。 2. 说明尾气分析仪红外光学平台的基本工作原理。 3. 写出双怠速尾气排放检测的主要操作步骤（至少写出5步）。 4. 分析案例中小王在车内午睡后头昏沉沉的原因，并说明预防措施。 【答案】 一、单项选择题 1. B 2. B 3. C 4. A 5. C 6. C 7. B 8. C 二、填空题 1. NOx（或氮氧化物） 2. 蜂窝陶瓷；200 3. 低中；中高 4. 油水分离器；抽气泵 5. 70 6. 5 7. 缺氧（或中毒） 8. 废气；进气量（或功率） 三、判断题 1. × 2. × 3. × 4. √ 5. × 6. √ 7. × 8. × 四、简答题 1. 三元催化器通过氧化和还原反应：CO氧化为CO2，HC氧化为H2O和CO2，NOx还原为N2和O2。使用注意事项：①严禁使用含铅汽油；②避免未燃烧混合气进入催化器（勿长时间怠速、点火过迟、混合气过浓等）；③防止托底碰撞损坏蜂窝陶瓷；④出现回火或失速时立即停车；⑤行驶中切勿切断点火开关；⑥定期检查排气管异响、破损及是否有催化剂颗粒排出。 2. 红外光学平台利用不同气体对特定波长红外线的吸收特性。红外线光源发出红外线，经旋转扇轮形成脉冲射线，分别通过标准气样室（充N2）和被测气样室（充废气）。两束红外线进入测量室的两个腔室（预充被测气体），由于被测废气吸收了部分红外能量，导致两腔室气体温度、压力不同，引起中间金属膜片变形，电容微音器将压力差转换为电信号，经放大处理后显示气体浓度。 3. ①车辆准备：检查空气滤清器、排气系统无泄漏，油水温度达85℃，空挡；②仪器准备：安装取样软管和探头，预热30分钟，更换滤清器滤芯，用标准气体校准；③将转速感应夹夹在第一缸高压线，温度探头插入机油标尺孔；④怠速时插入取样探头（深度≥30cm）；⑤加速至70%额定转速维持60秒后降至高怠速（50%），维持15秒后读取30秒平均值；⑥降至正常怠速，维持15秒后读取30秒平均值；⑦多排气管取平均值；⑧结束后新鲜空气吹扫5分钟，归零，整理清洁。 4. 小王头昏沉沉的原因是汽车尾气中的CO通过空调进风口进入车内，车库通风不良导致CO浓度升高。CO与血红蛋白亲和力远高于氧气，使血液携氧能力下降，引起大脑缺氧，出现头痛、头晕、恶心等症状。预防措施：严禁在密闭空间（如车库）长时间发动汽车并开空调睡觉；确保车库通风良好；安装一氧化碳报警器；定期检测车辆尾气排放。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $