(上汽集團商用車技術(shù)中心，上海 200438)

1 研究開發(fā)發(fā)動機氣態(tài)排放檢測系統(tǒng)的必要性

研究開發(fā)發(fā)動機氣態(tài)排放檢測系統(tǒng)的必要性綜合起來主要有兩點：一是由于發(fā)動機排放法規(guī)日益嚴(yán)格，發(fā)動機開發(fā)過程中對發(fā)動機排放量的測量需要大大增加；二是目前我國排放設(shè)備嚴(yán)重依賴歐洲、日本等地的產(chǎn)品，成本過高。

近幾年來我國的汽車保有量增長迅速 ,其中私家車的比例逐年上升 ,尤其在北京、上海等特大城市中這種現(xiàn)象更為明顯。隨著汽車保有量的增加 ,一系列問題也隨之而來。其中比較嚴(yán)重的就是機動車排放物造成的大氣污染,并引起了很多全球性的環(huán)境問題[1]， 治理汽車尾氣排放污染的問題刻不容緩。

2017年汽車最新的國六排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布，非道路第三及第四階段標(biāo)準(zhǔn)也已發(fā)布。在排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了排放測試規(guī)程及測試方法。

用于排放測量的系統(tǒng)開發(fā)在國內(nèi)相對薄弱，目前在用的排放測量儀主要是奧地利AVL公司和日本HORIBA公司的產(chǎn)品。無論是國家檢測機構(gòu)、還是研究機構(gòu)、汽車制造公司、發(fā)動機制造公司都是如此。本文所開發(fā)的檢測系統(tǒng)完全可以替代國外產(chǎn)品，用于發(fā)動機排放量的檢測。

2 排放檢測系統(tǒng)的組成及原理

對于發(fā)動機氣態(tài)排放物來說，主要檢測氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)、CO、CO2、O2共5種氣體。測方式方法在標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定。本文采用德國ABB公司生產(chǎn)的排放成套檢測系統(tǒng)。其中NOx采用紫外線方法測量，HC采用氫火焰離子法測量，CO和CO2采用紅外線方法測量，O2采用順磁法測量。檢測系統(tǒng)見圖1。

圖1 氣體排放測量系統(tǒng)圖

圖1中說明，發(fā)動機氣體排放檢測系統(tǒng)分為3個部分，第一部分是機旁采樣部分，放置在發(fā)動機排氣管附近，用于在發(fā)動機上采集測量的樣氣，并對樣氣進(jìn)行加熱過濾。采樣探頭后部分采用高溫伴熱管與采樣箱相連。第二部分是樣氣處理部分，放在設(shè)備機箱中，接收機旁采樣部分送來的樣氣。樣氣在這里被分成3份，一份采用氣泵通過190 ℃伴熱管輸出用于測量NOx(輸送線L31-L31)，一份采用氣泵通過190伴熱管輸出用于測量總碳?xì)浠衔?THC)(輸送線L32-L32)，還有一部分用氣泵通過制冷除水后用于測量CO及CO2(輸送線L33-L33)。第三部分包括NOx、CO、HC等氣體排放測量部分。采用化學(xué)發(fā)光法測量NOx(可以分別測量NO2及NO，也可測量NOx)，選用法國Environnement S.A公司TOPAZE 32M產(chǎn)品；采用氫火焰離子法測量THC(選用德國ABB公司AA02020FIDAS24系列產(chǎn)品)；采用紅外線法測量CO/CO2(選用德國ABBAA02020 Uras 26系列產(chǎn)品);采用順磁法測量O2(選用德國ABBAA02020 Magnos206系列產(chǎn)品)。

2.1 機旁采樣部分

機旁采樣部分主要包括按標(biāo)準(zhǔn)制作的采樣探頭、高溫過濾器、過濾器中帶加熱。保證采樣氣溫度一直保持在190 ℃。同時，由于過濾器直接接觸發(fā)動機排氣，需要經(jīng)常清洗，所以系統(tǒng)中設(shè)計了壓縮空氣吹掃管線。機旁采樣系統(tǒng)的原理圖見圖2。

圖2 機旁采樣系統(tǒng)的原理圖

2.2 樣氣處理部分

樣氣處理部分主要包括3個空氣壓縮機，恒溫控制箱(190 ℃)和樣氣制冷系統(tǒng)，分別為3個排放分析儀提供樣氣。整個樣氣處理室采用加熱保溫箱，溫度控制在190 ℃。圖3為樣氣處理系統(tǒng)。

圖3 樣氣處理系統(tǒng)

圖中壓縮機1提供NOx測量用樣氣，全程帶伴熱管，控制在190 ℃；壓縮機2提供THC測量用樣氣，全程帶伴熱管，控制在190 ℃；壓縮機3提供CO/CO2測量用樣氣，需要先進(jìn)行制冷除濕，帶保溫輸出。

2.3 氣體排放測量部分

氣體排放測量采用了國際上先進(jìn)的排放測量儀表，主要是德國ABB公司和法國Environnement S.A公司的產(chǎn)品。測量方法完全滿足國五及國六排放標(biāo)準(zhǔn)(圖4)。

圖4 氣體排放測量系統(tǒng)

氣體排放測量系統(tǒng)中除了檢測樣氣的濃度的管路外，還有各測量儀表的標(biāo)定氣體管路。在本系統(tǒng)中各種儀表量程選擇見表1。

表1 各分析儀的原理及測量范圍

3 測量結(jié)果的比較

本文選用了目前在國內(nèi)大量采用的AVL排放儀，并與與本文所研制的排放檢測系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析。選用于國內(nèi)主流柴油機生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)動機，并在企業(yè)技術(shù)中心試驗室進(jìn)行了對比研究。測量采用直采系統(tǒng)。測量結(jié)果見表2，表3和表4。

表2 量距氣標(biāo)定結(jié)果

表3 穩(wěn)壓測量結(jié)果比較(工況1)

表4 穩(wěn)壓測量結(jié)果比較(工況2)

4 結(jié)論

通過以上設(shè)計及測量結(jié)果比對，得出以下結(jié)論：

(1) 本文所設(shè)計制作的發(fā)動機氣體排放分析儀包括了主要的5組份氣體測量，符合最新的法規(guī)要求。

(2) 本文所設(shè)計制作的發(fā)動機氣體排放分析儀所采用的分析原理滿足排放法規(guī)要求。

(3) 測量數(shù)據(jù)與市場普遍認(rèn)可的AVL排放比對，偏差較小，滿足使用要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法_中國Ⅲ、Ⅳ、V階段[S]. GB 17691—2005.

[2]梁桂森,顧宏中.直噴式柴油機有害排放量智能化控制技術(shù)[J]. 車用發(fā)動機, 1997(2)：49-53.

[3]梁和平,梁桂森.車用發(fā)動機尾氣排放遙測分析儀研究[J]. 柴油機, 2001(6)：27-29.

[4]丁家松,梁桂森,顧雪群等. 便攜式發(fā)動機排氣分析儀的研制[J]. 內(nèi)燃機工程, 2001 ,22(2)：27-30.