汽车尾气检测装置及其检测方法

汽车尾气检测装置及其检测方法

潘梓勇

天津市静海区机动车排污检控站天津301600

【摘要】：针对汽车尾气，在介绍尾气中含有的污染物及其危害基础上，对目前比较常用的尾气污染物检测方法进行深入分析。以此为选择正确可行的检测方法以及检测方法的优化改进提供参考借鉴，实现不断提高检测技术水平的目标。

【关键词】：汽车尾气；检测装置；检测方法

引言

据统计，一辆汽车一年排出的尾气量足足比汽车自身重量大三倍。因此，控制尾气污染源的排放，加强对尾气的检测与治理成为环保措施的重中之重。

1、机动车尾气的组成和危害

1.1CO

机动车运行时若氧气供应不足，燃料不能够完全燃烧，易生成CO。发动机怠速时，生成的CO浓度较高。CO在血液中极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，令人感到头晕、恶心，严重时可造成窒息死亡。

1.2氮氧化合物

氮氧化合物多是在高温不完全燃烧的工况下产生的，研究表明柴油发动机的氧化氮含量高于汽油发动机。氮氧化物包含NO和NO2，其中NO占主要部分。进入人体后，NO与血液中血红蛋白相互结合，使机体不能正常输送氧气。它与空气中的氧气反应生成NO2。NO2在一定条件下能够形成酸雨，危害环境。

1.3碳氢化合物

碳氢化合物产生的原因为燃料泄露、挥发或未充分燃烧。它含有多种成分，主要包括了丙烯、乙炔、甲烷、苯等有机物质，这些有机物质会刺激人体的结膜、呼吸道系统，苯和苯的衍生等还会产生致癌作用，严重威胁人类健康。

1.4颗粒物

可燃物质、未燃烧的物质、燃烧生成物是颗粒物的三个来源，颗粒物质的组成中以固态炭为主。柴油发动机排放的颗粒物比汽油发动机多。它能够通过呼吸道进入人体，损害呼吸系统，消化道系统。某些颗粒物还会吸附SO2及有致癌作用的多环芳香烃等致癌物质，增加了人类患癌的风险。在一定条件下，颗粒物会形成雾霆天气，影响不容忽视。

2、机动车排气检测装置结构与工作原理

2.1结构组成

不分光红外线气体分析仪主要由废气取样装置、校准装置、浓度指示装置以及废气分析装置构成。其中，废气取样装置由泵、水分离器、导管、滤清器以及取样探头构成；校准装置通过遮挡部分红外线，减少部分红外线能量实现简单校准；浓度指示装置由HC指示装置、CO指示装置构成，包括数字显示器和指针显示器两种；废气分析装置主要由传感器、测量室、旋转扇轮、气样室以及红外线光源构成。

2.2工作原理

汽车排气中的HC，CO等气体，均具备吸收红外线的性质，但吸收红外线的波长有差异，并且，红外线吸收程度与排气浓度也有相关性。机动车排气检测装置是根据该原理来检测机动车排气中的污染物含量，即便排气中的废气是混合的，但不影响该检测方法得到的测量值。

（1）CO2反应空燃比。机动车正常排气中，CO2含量为1%-2%，若CO2<l%，代表混合气太浓，若CO2>2%，代表混合气太稀，导致该现象的原因很多，例如EGR阀泄漏、真空泄漏、燃油油压低等，均可能导致混合气过稀。

（2）HC高反应燃油未充分燃烧。一般来说，在燃烧室壁面激冷时才会产生HC，导致HC高的原因可能是油压过高或过低、喷油器泄漏或堵塞、点火间歇性不跳火、混合气过浓或过稀、发动机温度过高、气缸压力不足等。

（3）燃烧不充分。混合气过浓会生成CO，CO浓度较高则代表燃油系统存在故障，例如点火太早、燃油供应太大、混合气不洁净等。若电喷发动机的CO浓度过高，则代表电控系统存在故障、油压过高或喷油器漏油。

（4）氮氧化合物NOx变化的影响因素。无论运转状态如何，提高点火负荷，均会提高NOx。若进气歧管真空降低，则燃烧室温度、发动机负荷均会提高，继而提高循环温度，增加NOx含量，若进气歧管真空增加，则燃烧室温度、发动机负荷均会降低，继而降低循环温度，减少NOx含量。

提高发动机转速，因涡流作用会加快火焰传播速度，继而降低热损失，提高燃烧压力和温度，若混合气浓度较高，则增加NOx含量，若混合气浓度较低，则减少NOx含量。

3、汽车尾气污染物检测方法

3.1怠速法

即对处于怠速状态下车辆尾气中的污染物浓度进行检测。检测时，环境温度应处于20℃-30℃范围内，先对发动机进行预热，使冷却液、机油实际温度与压力都处于平衡状态。在检测过程中，离合器应从处在结合处，当汽车为手动挡时，变速杆要放在空档处，当为自动挡时，变速杆要放在驻车处。检测中，转速按100~25Or/min严格控制。这一检测方法的操作比较简单且快速，但和车辆行驶状态不相符，已经被发达国家淘汰。

3.2双怠速法

现阶段很多国家与地区都使用这一方法，其排放标准指的是两种空转状态对应的污染物排放，其中一种为普通怠速状态下的转速，也即是说明书所示怠速转速；而另一种则为高怠速转速，现行标准要求，它是额定功率转速1/2。因汽车怠速过程中混合气的浓度很大，所以会对转换器效率造成影响。对此，为检测确定由于转化效率下降引起的排放增加，需对采用了转化器的汽车做高怠速检测。对不同组分进行的测试，都使用NDIR，在必要时还应进行对空燃比检测

3.3简易工况法

该方法的主要优势为程序十分严重，若未按标准程序进行操作，将无法开展下一步。一般每辆车有两次机会，若第一次没过能进行第二次，若第二次还没过则无法进行后续检测。该方法的特点包括：①对排放检测及控制装置实际使用效果进行测试与判定；②在车辆处于实际工况时进行检测，检测的结果符合车辆行驶实际情况；③可测定尾气中污染物实际浓度及总量；④采用该方法确定的排放问题远多于之前提到的怠速法；⑤检测结果真实准确，能减少因检测不准确产生的问题。

3.4自由加速法

对于现行排放标准，其测试方法应采用滤纸烟度法。该方法的原理为：采用抽气泵吸入尾气，尾气中的颗粒物将被滤纸阻隔，在滤纸上产生若干污斑；利用光束对滤纸进行照射，并在上方放好硒光电池，当污斑较黑时，光反射将变少，使光电压降低，在仪表上显示出示值；当滤纸较黑时，烟度计的示值将变大。测试采用以下方法：把取样探头固定在排气管中，使插深达到300mm，同时使两者轴线保持平行；然后在油门踏板上设置泵开关，待滤纸的走位及残存碳烟清除完成后，把踏板压到底，保持4s，之后将其松开根据仪表的指示进行读数，每巧、执行一次操作，连续进行4次测量，以后3次测量结果均值为本次测量的烟度值。该方法操作简单，设备便宜其易于携带，周期短，在柴油机车中达到广泛应用

3.5LUGDOWN法

在排气管中插入探头，深度达到400mm，然后连接烟度仪，对排气烟度、轮边功率及发动机的转速进行测试。测试点为：最大功率；90%最大功率时的转速；80%最大功率时的转速。当三个点的测试结果都符合要求时，才视为排放合格。

因测试与数据采集整个过程均自动完成，所以烟度计必须满足下列要求：采样频率不小于10次/s；配置能和测功机相匹配的用于对数据进行传输的装置另外，测功机还需配置自控模块，实现烟度自动测试。模块中的软件要能对传感器与烟度计进行直接控制，无需人工干预完成整个测试过程。测试通常要在2min之后完成。对于控制模块，主要通过对以下参数的实时监控进行数据采集：①行驶速度；②吸收功率；③发动机转速；④尾气烟度。因控制模块配有实时显示装置，所以能对发动机实际转速与吸收功率进行动态显示。

结语

机动车是移动的污染源，它的治理难于固定源，在尾气污染日益严重的今天，尾气治理需要社会各界的参与。积极研发、改进尾气检测方法是尾气治理研究的重点之一，是不可或缺的一环。相信随着科技的发展会有更加高效、准确的检测技术出现。

参考文献

[1]程阳.对汽车排放物计算机辅助检测系统的探讨[J].通讯世界，2017（11）：94-95.

[2]周鹏.汽车尾气检测云管理系统的设计与实施[J].科技视界，2017（11）：107.