机动车尾气排放检测_【CMA/CNAS认证】_中科光析科学技术研究所

机动车尾气排放检测技术

机动车尾气排放是城市空气污染的主要来源之一，其含有的气态污染物和固态颗粒物对人类健康及生态环境构成严重威胁。为有效控制污染，建立并执行科学、严格的排放检测体系至关重要。本文旨在系统阐述机动车尾气排放检测的技术框架，涵盖检测项目、范围、标准与仪器。

1. 检测项目与方法原理
机动车尾气检测主要包括气态污染物和颗粒物的定量分析，核心检测项目及方法如下：

一氧化碳（CO）与二氧化碳（CO₂）检测：
- 方法：非分光红外吸收法（NDIR）。
- 原理：利用CO和CO₂分子在特定红外波段具有强烈吸收特性的原理。红外光源发出的广谱红外光穿过待测气体，探测器测量特定波长红外光的衰减程度，其衰减量与气体浓度成正比，从而计算出浓度。
碳氢化合物（HC）检测：
- 方法：氢火焰离子化检测法（FID）。
- 原理：待测气体被引入氢火焰中，其中的碳氢化合物在高温火焰中发生裂解并产生离子。在火焰两端施加电场，离子移动形成微弱电流。该电流强度与单位时间内进入火焰的碳原子总数成正比，从而测得HC总浓度。
氮氧化物（NOₓ）检测：
- 方法：化学发光法（CLD）。
- 原理：一氧化氮（NO）与臭氧（O₃）反应生成激发态的二氧化氮（NO₂），当NO₂返回基态时发射特定波长的光。发光强度与NO浓度成正比。总NOₓ（NO+NO₂）的测量需先将NO₂通过催化转化器还原为NO，再进行测量。
颗粒物（PM）检测：
- 方法：滤纸称重法、不透光度法。
- 原理：
  - 滤纸称重法：在稀释通道中采集一定体积的排气，使颗粒物沉积在特定滤纸上，测量采样前后滤纸的质量差，计算颗粒物的质量浓度。此为标准质量测量方法。
  - 不透光度法（烟度测量）：主要用于柴油车。让一束光穿过一定长度的排气管烟柱，测量光被颗粒物吸收和散射后的衰减率，以不透光度（%）或光吸收系数（m⁻¹）表示烟度，反映颗粒物的相对浓度。
氨气（NH₃）检测：随着先进后处理系统的普及，氨逃逸成为新问题。常用激光光谱或傅里叶变换红外光谱（FTIR）等在线分析技术进行测量。

2. 检测范围与应用领域
检测需求根据车辆使用状态、管理目的和技术发展，主要分为以下领域：

在用车定期检验（I/M制度）：对已登记注册的车辆进行强制性定期检测，确保其在整个使用寿命期内排放达标。通常采用简易工况法或双怠速法进行快速筛查。
新生产车一致性检查：确保批量生产的车辆与认证车型的排放水平一致，通常在检测机构或生产线下线进行。
研发与认证检测：为新车车型核准和排放认证提供依据，遵循最严格的测试规程（如全球统一轻型车测试循环WLTC、实际行驶排放RDE测试），在实验室底盘测功机上进行。
实际道路排放检测（RDE）：使用便携式排放测试系统（PEMS）在真实道路环境中检测车辆排放，用于补充实验室循环的不足，监控NOₓ等污染物在实际驾驶中的排放水平。
非道路移动机械检测：涵盖工程机械、农业机械、船舶等，其检测方法原理与道路车辆相似，但测试循环和限值标准不同。
排放控制装置失效诊断：通过检测特定污染物组分（如NOₓ/NO₂比例）或使用红外热成像等技术，间接判断三元催化转化器、柴油颗粒捕集器（DPF）、选择性催化还原（SCR）系统等是否正常工作。

3. 检测标准规范
排放检测严格遵循各级标准，构成技术法规体系。

国际标准：
- 联合国欧洲经济委员会（UNECE）法规：如R83、R49及其系列修订案，对轻型车和重型发动机的测试循环、限值和测量方法做出了详细规定，被全球众多地区采纳或借鉴。
- 国际标准化组织（ISO）标准：如ISO 8178（非道路发动机）、ISO 16183（重型发动机瞬态测试）等，提供了基础测量方法。
国内标准：
- 轻型汽车：强制性国家标准GB 18352.6-2016（国六标准）全面采用了WLTC测试循环，并引入了RDE和实际道路整车排放测试要求，限值全球最严之一。
- 重型柴油车：GB 17691-2018（国六标准）规定了WHSC、WHTC稳态与瞬态测试循环，并强制要求PEMS测试。
- 在用车检测：GB 3847-2018（柴油车）规定了自由加速烟度检测方法；GB 18285-2018（汽油车）规定了双怠速法及简易瞬态工况法（VMAS）等。
- 地方标准：部分重点区域可能制定更严格的地方标准。

4. 主要检测仪器与设备
完整的排放检测体系依赖于一系列精密仪器设备。

实验室级排放分析系统：
- 核心组成：集成NDIR（测CO/CO₂）、FID（测HC）、CLD（测NOₓ）等多个分析模块，可能包括FID对甲烷的分离功能。系统具备全量程自动量程切换、零点和量距气自动校准功能。
- 关键辅助设备：定容采样系统（CVS），用于连续、定量地稀释全部排气，并采集稀释后的气体样品供分析仪测量，从而计算污染物的质量排放率。
便携式排放测试系统（PEMS）：
- 集成了微型化的气态分析仪（通常基于NDIR/CLD或傅里叶变换红外FTIR技术）、颗粒物数浓度/质量传感器、排气流量计、GPS、环境传感器和数据采集器。可安装在车辆上进行实际道路测试。
底盘测功机：
- 模拟车辆在道路行驶时的各种阻力（滚动阻力、空气阻力、惯性等），为实验室测试提供可重复、可控制的行驶工况。
烟度计：
- 不透光式烟度计：用于柴油车烟度测量，分为全流式和取样式。
- 滤纸式烟度计：让一定体积的排气通过滤纸，通过测量滤纸的黑度来评价烟度（波许单位），现已逐步被不透光式取代。
车载诊断系统（OBD）扫描仪：
- 通过标准数据接口读取车辆OBD系统存储的与排放相关的故障代码、就绪状态和实时数据流，是快速筛查排放相关故障的重要工具。
颗粒物计数与测量设备：
- 颗粒物数量计数器（PNC）：用于测量国六及以上标准要求的颗粒物数量浓度，通常采用凝聚核粒子计数技术（CPC）。
- 微量天平等：用于滤纸称重法测量颗粒物质量。