柴油車尾氣煙團(tuán)不透光煙度儀的優(yōu)化設(shè)計

竇蒂+趙艷梅+樊海春+張濤+汪鋒

摘要：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計了一款新型遙測式不透光煙度計。詳細(xì)闡述了環(huán)境因素對遙測儀的影響，并對其未來進(jìn)行了展望，以期提供參考。

關(guān)鍵詞：不透光度；汽車尾氣；遙測；黑煙

中圖分類號：TK427

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0007-02

1 引言

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，空氣污染物PM_2.5的來源中，汽車尾氣污染占比25.1%，位居首位[1]。要搞好汽車排放污染物的監(jiān)控與防治，首先必須做好檢測工作[2]。

早期測量機(jī)動車尾氣“黑煙”的儀器主要有三類：濾紙式煙度測量儀、視頻抓拍識別系統(tǒng)、不透光煙度計[3，4]。濾紙式煙度計只能對廢氣作抽樣試驗，不能作連續(xù)測量，測量耗時，費(fèi)人力，同時測量精度不高。視頻抓拍設(shè)備的判斷結(jié)果與拍攝角度、車輛速度等因素有關(guān)，受外界天氣影響較大，夜晚無法正常使用。傳統(tǒng)不透光式煙度儀雖然測量結(jié)果輸出較快，但需要在特定環(huán)境下，人工操作，同樣無法在線實時監(jiān)測，失去模擬現(xiàn)實測量的意義。

雖然傳統(tǒng)“不透光煙度計”存在各種不足，但它仍然是對真實工況、瞬態(tài)過程煙霧排放的最直接、最有效、最快速的測量手段[5]。對于瞬態(tài)過程如自由加速測量，不透光煙度計可以真實反映自由加速過程中的煙度變化情況。

2 遙測式不透光煙度計的設(shè)計

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，筆者設(shè)計了遙感監(jiān)測式不透光煙度計[6]，包括光路系統(tǒng)中的綠色激光發(fā)射器、準(zhǔn)直透鏡、鮑威爾棱鏡、菲涅爾透鏡、直線性菲涅爾透鏡、PDA光電二極管接收器、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。

此系統(tǒng)采用單一光源，降低了成本；采用外置密封箱，可有效去除光路外所產(chǎn)生的雜散光和軸外光的干擾；新型接收器靈敏度高、信噪比大、熱穩(wěn)定性好、所采集數(shù)據(jù)精度高；本系統(tǒng)光域覆蓋面寬泛，可測定的大氣中污染物懸浮顆粒直徑大于20 μm。其可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢氣、施工揚(yáng)塵、汽車尾氣等領(lǐng)域的現(xiàn)場測定及在線監(jiān)測。

其工作原理是：由遙測儀的主機(jī)發(fā)出一束橫穿馬路的國標(biāo)532nm綠光，當(dāng)汽車通過時，激光穿透被測煙氣照射到光電接收管上產(chǎn)生電信號，光線通過煙氣的濃度越大衰減越大，光電接收管上產(chǎn)生電信號越小，綠光的光譜強(qiáng)度產(chǎn)生的電信號送到運(yùn)算放大器放大，然后送到AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，由數(shù)碼管或液晶屏顯示測量數(shù)值。

具體原理如圖1所示。

影響因素。設(shè)計中，補(bǔ)償影響因素是一個難點(diǎn)。檢測前需要增加氣象多參數(shù)的檢測：溫度、壓力、濕度、風(fēng)速及風(fēng)向等。

（1）溫度對檢測結(jié)果的影響。環(huán)境溫度變化主要影響空燃比的變化。溫度越高則大氣的密度越小，根據(jù)流體力學(xué)原理，大氣流動速度就會加快。那么在單位時間內(nèi)進(jìn)入氣缸的混合氣體不變的情況下，混合氣體就越稀。混合氣的空燃比大于理論空燃比，此時氣缸內(nèi)混合氣燃燒完全，因此CO的生成量減少，CO排放也隨之減少。黑碳微粒的析出就會減少，測量值也會偏低，所以通過作補(bǔ)償曲線來補(bǔ)償這部分損失。

（2）壓力對檢測結(jié)果的影響。通入氣缸的氣體為空氣和燃油的混合氣，燃油進(jìn)入氣缸的量是固定的，當(dāng)大氣壓力變化時，氣缸內(nèi)、外壓力差比較大，此時進(jìn)入氣缸內(nèi)的大氣多少取決于外界大氣壓力。大氣壓力越低，進(jìn)入氣缸的空氣越少，此時氣缸內(nèi)的混合氣越濃，自然空燃比就越小，混合氣燃燒不充分，CO生成量增加。黑煙也會相應(yīng)增多，導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確。

（3）濕度的主要影響是水蒸氣產(chǎn)生的白煙也會削弱煙度的程度，使測量結(jié)果偏小，需要補(bǔ)償。

（4）風(fēng)速與風(fēng)向直接影響剛排出的尾氣擴(kuò)散的速度，風(fēng)速越大，氣體擴(kuò)散越快，導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。

3 展望

遙測式不透光煙度計擁有獨(dú)一無二的非接觸、快速、準(zhǔn)確、實時等突出的測量優(yōu)勢，完全可以替代所有在用的其他對“黑煙”尾氣測量的設(shè)備，是我國乃至世界在未來5～10年中對車輛尾氣監(jiān)測中不可替代的最優(yōu)選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]范秀英，張 微，韓圣慧. 我國汽車尾氣污染狀況及其控制對策分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，1999（5）：105～111.

[2]張 蕊，張 健. 淺談柴油車尾氣排放控制技術(shù)及發(fā)展趨勢[J]. 科技信息，2013（22）：330.

[3]高占斌，張?zhí)煲埃?輝，等. 柴油機(jī)煙度測量方法研究[J]. 集美大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006（3）：235～238.

[4]滕 勤，劉一鳴，夏順禮，等. 取樣式不透光煙度計的設(shè)計[J]. 車用發(fā)動機(jī)，2002（6）：25～29.

[5]郭 鵬，耿世彬，韓 旭，等. 兩種煙度計在柴油機(jī)排氣凈化裝置檢測中的應(yīng)用研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)，2008（1）：31～33.

[6]JJG（京） 45-2011，遙感式汽油車排放有害氣體檢測儀[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.