汽車尾氣PM2.5 檢測裝置設(shè)計*

李昕光，王占宇，瞿炳華，霍聰聰

(東北林業(yè)大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱150040)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車保有量呈快速增長趨勢，公安部交通管理局發(fā)布2014 年我國新注冊登記的汽車達2 188 萬輛，保有量凈增1 707 萬輛，均為歷史最高水平。在我國汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，機動車尾氣已成為霧霾、光化學煙霧等大氣污染的主要因素［1，2］，尤其汽車尾氣中的PM 2.5 被吸入人體后，會直接進入支氣管，干擾肺部的其他交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管等方面的疾病，因此，它的危害已經(jīng)成為近年來的研究熱點［3～5］。

目前，我國汽油車尾氣檢測裝置只能測量CO，NO 等常規(guī)排放物，沒有測量汽車尾氣PM 2.5 排放的專用檢測裝置，而且，汽車尾氣中PM 2.5 排放的檢測條件與一般的大氣環(huán)境條件不同，本文根據(jù)汽車尾氣排放其特有的流動特性和溫度、濕度特點，對汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置進行設(shè)計，為減輕汽車尾氣帶來的大氣污染提供幫助。

1 檢測裝置設(shè)計

由于汽車尾氣排放具有其特有的流動特性以及溫度、濕度特點，不同于一般的大氣環(huán)境條件，因此，采取將尾氣進行收集再進行測量的方式，尾氣收集箱為長方體，由6 塊擋板組成。由于汽車尾氣排放中大量的水蒸汽凝結(jié)會導致尾氣收集箱中濕度增大而影響測試數(shù)據(jù)的準確性，因此，在尾氣收集箱中加裝恒溫控制單元，減少濕度對PM 2.5 濃度檢測的影響，具體的汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置示意圖如圖1所示。

圖1 檢測裝置示意圖Fig 1 Schematic diagram of detection device

從圖1 可以看出:檢測裝置主要包括尾氣收集箱、加熱塊、溫度控制開關(guān)、溫度傳感器、濕度傳感器和PM 2.5 測試儀(內(nèi)含聲音報警裝置)。在進行汽車尾氣檢測時，首先把汽車尾氣引入尾氣收集箱中，加熱塊和溫度控制開關(guān)使汽車尾氣收集箱的濕度和溫度保持一定的數(shù)值。然后PM 2.5測試儀對汽車尾氣進行檢測，檢測后的數(shù)據(jù)經(jīng)過PM 2.5測試儀的顯示屏顯示出來，尾氣如達標，則通過排氣孔排出尾氣收集箱;尾氣如不達標，則通過聲音報警器報警后再通過排氣孔排出尾氣收集箱。

2 檢測裝置試驗

2.1 試驗用車

選用哈飛賽馬、大眾Polo 和尼桑藍鳥三輛汽油車作為試驗用車，三輛試驗用車的具體的技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗車的技術(shù)參數(shù)Tab 1 Technical parameters of testing vehicles

2.2 試驗方案

1)試驗開始前，首先對尾氣PM 2.5 檢測裝置進行預熱，使其收集箱內(nèi)的溫度達到42 ℃后開始檢測試驗。

2)記錄尾氣收集箱內(nèi)環(huán)境的初始溫度、濕度和PM 2.5質(zhì)量濃度。

3)對三臺不同排量的汽油車分別進行熱機狀態(tài)下的怠速工況尾氣PM 2.5 排放濃度測試。汽車熱機狀態(tài)的怠速工況測試是指啟動試驗車，進行熱車6 ～10 min，水箱溫度穩(wěn)定在80 ℃左右時，達到穩(wěn)定怠速工況開始試驗。試驗用車的檢測試驗開始后，每30 s 記錄一次汽車尾氣PM 2.5排放質(zhì)量濃度的檢測數(shù)值，連續(xù)記錄10 次，記錄數(shù)據(jù)包括PM 2.5 平均質(zhì)量濃度，尾氣收集箱中的溫度和濕度。

3 試驗結(jié)果分析

試驗開始前，尾氣收集箱中的初始溫度為18.6 ℃，濕度為15%RH，PM 2.5 質(zhì)量濃度為15.3 μg/m3。三輛試驗用車熱機怠速工況的尾氣PM 2.5 排放情況如圖2、圖3 和圖4 所示。

圖2 賽馬試驗結(jié)果Fig 2 Simbo test results

圖3 Polo 試驗結(jié)果Fig 3 Polo test results

圖4 藍鳥試驗結(jié)果Fig 4 Bluebird test results

從圖中可以看出:在溫控開關(guān)的作用下，尾氣收集箱中的溫度始終保持在42 ～45 ℃，從而降低了尾氣凝結(jié)成水帶來的檢測誤差。從PM 2.5 的檢測數(shù)值來看，三輛車的PM 2.5數(shù)值均具有小幅震蕩，但上下的浮動值均不超過檢測平均值的5%，從而可以看出該尾氣檢測裝置檢測結(jié)果比較穩(wěn)定，相應(yīng)較快，誤差較小。

4 結(jié) 論

由于汽車尾氣的PM 2.5 排放已經(jīng)對大氣環(huán)境產(chǎn)生了嚴重影響，充分考慮汽車尾氣排放特有的流動特性和溫度、濕度特點，對汽車尾氣PM 2.5 的檢測裝置進行了設(shè)計。對三輛不同排量的汽油車進行了熱機狀態(tài)的怠速工況下尾氣PM 2.5 排放測試，測試結(jié)果表明:此汽車尾氣PM 2.5 檢測裝置具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)快和誤差小的特點，并且結(jié)構(gòu)簡單、造價低，適用于汽車尾氣的PM 2.5 排放濃度檢測。

［1］ 毛溯南，馬宇明，蔡冶強，等.PM 2.5 檢測標準及量值溯源方法現(xiàn)狀及進展［J］.江蘇現(xiàn)代計量，2013，16(5):32－35.

［2］ 馮 進.PM 2.5 監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展及測量數(shù)據(jù)準確性的保障［J］.計量與測試技術(shù)，2014，41(2):52－57.

［3］ Lee Mei-Wen，Chen Mei-Lien，Lung Shih-Chun Candice，et al.Exposure assessment of PM 2.5 and urinary 8-OHdG for diesel exhaust emission inspector［J］.The Science of the Total Environment，2009，12(5):4083.

［4］ Jae Hong Park，Ki Young Yoon.Removal of PM 2.5 entering through the ventilation duct in an automobile using a carbon fiber ionizer-assisted cabin air filter［J］.Journal of Aerosol Science，2010，28(6):4110.

［5］ Weber R J，Orsini D，Bergin M，et al.Short term temporal variation in PM 2.5 mass and chemical composition during the Atlanta supersite experiment［J］.Journal of Air and Waste Management Association，2003，53(1):84－88.