機動車尾氣排放檢測技術綜述
機動車尾氣排放是城市空氣污染的主要來源之一，其主要污染物包括一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。為有效控制機動車污染，建立科學、準確的尾氣排放檢測體系至關重要。
一、 檢測項目與方法原理
機動車尾氣檢測主要分為對氣態污染物、顆粒物以及煙度的測量。其方法根據原理不同，可分為以下幾種：
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非分散紅外吸收法（NDIR）
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檢測項目：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。
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原理：利用CO和CO2對特定波長的紅外線具有選擇性吸收的特性。傳感器發射廣譜紅外光，穿過待測氣體后，通過檢測特定波長紅外光的衰減程度，根據朗伯-比爾定律計算出氣體濃度。該方法技術成熟，是測量CO和CO2的標準方法。
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氫火焰離子化法（FID）
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檢測項目：碳氫化合物（HC）。
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原理：待測尾氣被引入氫火焰中燃燒，其中的有機碳在高溫氫火焰中會電離產生自由離子。在火焰兩側施加電場，離子定向移動形成微電流。該電流強度與單位時間內進入火焰的碳原子數成正比，從而精確測量HC的總濃度。FID對HC響應靈敏，線性范圍寬，是測量HC的基準方法。
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化學發光法（CLD）
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檢測項目：氮氧化物（NOx）。
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原理：尾氣中的氮氧化物首先經過轉換器，將二氧化氮（NO2）催化還原為一氧化氮（NO）。隨后，NO與臭氧（O3）發生化學反應，生成激發態的NO2*，當其退激至基態時，會發射出特定波長的光。光電倍增管檢測此光強，其大小與NO的濃度成正比，從而測得NOx總量。CLD具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強的特點，是測量NOx的方法。
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不透光煙度法
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檢測項目：壓燃式發動機（柴油機）排放的煙度。
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原理：讓一束恒定光通量的光穿過一定長度的煙道，煙氣中的顆粒物會對光進行吸收和散射，導致透射光強減弱。通過測量透射光與入射光強度的比值（即不透光度），來表征煙氣的濃度。該方法是柴油車煙度檢測的核心手段。
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重量法
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檢測項目：顆粒物（PM）質量濃度。
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原理：這是測量PM質量的直接基準方法。尾氣通過特定的濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。測量采樣前后濾膜的質量差，即可得到采集的顆粒物總質量，再除以采樣體積，計算出質量濃度。此法精度高，但過程繁瑣耗時，通常用于實驗室研究和法規認證。
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二、 檢測范圍與應用領域
尾氣檢測技術的應用覆蓋了多個領域，不同領域的檢測需求和技術側重點各異。
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在用車定期檢驗（I/M制度）
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需求：快速、低成本地篩查高排放車輛。主要針對汽油車的CO、HC和NOx，以及柴油車的煙度。
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方法：多采用簡易工況法，如雙怠速法、自由加速煙度法，以及更先進的加載減速法（Lug-down）和瞬態工況法（如ASM），在檢測線上進行。
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新車型式核準與生產一致性檢查
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需求：評估新設計車型的排放水平，確保其滿足法規限值。要求數據精確、可追溯。
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方法：在實驗室環境下，使用底盤測功機模擬車輛在實際道路行駛的工況，結合定容采樣系統（CVS）和精密分析儀，按照法定的測試循環（如WLTC、CLTC、FTP-75）進行測試，測量所有法規規定的污染物。
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科研與開發
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需求：深入分析發動機燃燒過程、后處理系統效率及新型污染物的生成機理。
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方法：除常規污染物外，還涉及非常規氣體（如NH3、N2O）和顆粒物的物理化學特性（如PN數量、粒徑分布、組分分析），需要使用更高級的儀器，如顆粒物數量計數器（PNC）、氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）等。
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環境監測與遙感篩查
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需求：在道路上對行駛中的車輛進行快速、大通量的排放水平篩查，識別超標車輛。
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方法：采用遙感檢測技術，通過道路兩側安裝的紅外/紫外光束，實時測量穿過車輛尾氣羽流的光譜吸收變化，從而反算出CO、CO2、HC和NO的濃度。該方法效率極高，適用于宏觀監管。
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三、 檢測標準與規范
范圍內已建立起一套嚴密的機動車排放標準體系。
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國內標準
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輕型汽車：強制性標準《GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》全面對標先進水平，引入了統一輕型車測試循環（WLTC）和實際行駛排放（RDE）測試要求。
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重型汽車：《GB 17691-2018 重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》對柴油車的NOx和PM提出了更嚴格的限值，并強化了PN控制。
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在用車檢測：《GB 18285-2018 汽油車污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》和《GB 3847-2018 柴油車污染物排放限值及測量方法（自由加速法及加載減速法）》規定了在用車的定期檢驗方法和限值。
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標準
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歐洲：歐6標準（Euro 6）為歐盟現行標準，對汽油車和柴油車的PN排放均有嚴格規定。
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美國：美國環保署（EPA）的Tier 3標準以及加州空氣資源委員會（CARB）的LEV III標準是嚴格的法規體系之一。
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測試規程：世界輕型車測試循環（WLTP）和實際駕駛排放（RDE）測試已逐漸成為主流的測試方法。
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四、 檢測儀器與設備
一套完整的尾氣排放檢測系統通常由以下核心設備構成：
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排氣分析儀
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功能：核心測量單元，集成了NDIR（測CO、CO2）、FID（測HC）和CLD（測NOx）等模塊，可同時對多種氣態污染物進行高精度、實時測量。
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特點：具備自動校準、量程切換、數據記錄與輸出等功能。
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底盤測功機
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功能：模擬車輛在道路行駛時所受的各種阻力（滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力），為車輛在實驗室內的測試提供可復現的負載條件。
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特點：可根據測試循環精確控制滾筒的轉速和扭矩。
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定容采樣系統（CVS）
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功能：用于稀釋和采集整車測試過程中的全部排氣。它用經過處理的潔凈空氣對尾氣進行恒量稀釋，并持續采集部分稀釋樣氣于采樣袋中。后，通過分析采樣袋中污染物的平均濃度和CVS系統的總流量，計算出整個測試循環的污染物總質量排放量。
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特點：是法規認證試驗中測量污染物質量排放的基準方法。
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顆粒物采樣與分析設備
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功能：包括顆粒物采樣探頭、稀釋通道、濾膜夾持器等。用于收集排氣中的顆粒物，以便進行重量法分析或后續的物化特性研究。
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衍生設備：顆粒物數量計數器（PNC），用于直接測量單位體積排氣中固態顆粒物的數量，滿足對PN排放的法規要求。
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煙度計
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功能：專門用于測量柴油車排氣煙度。分為不透光式煙度計和濾紙式煙度計，其中不透光煙度計應用更為廣泛。
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隨著對環境保護要求的日益提高，機動車尾氣排放檢測技術正朝著更、更快速、更全面的方向發展，特別是對實際行駛排放和超細顆粒物等新型污染物的監測，將成為未來技術演進的重點。
