2022年第12期总第307
期
江克文
刘欣萌
祁初
西安航空学院经济管理学院，陕西西安，710077
摘要：近年来，随着国民经济的不断发展，汽车数量逐年增加，同时也带来了一系列的环境问题。汽车尾气的排放直接影响空气质量，是造成大气污染的主要因素之一，严重影响了人们的生活质量。据此，整理了汽车尾气产生的主要原因、危害，分析了基于PEMS-LIS 技术的车辆尾气实时成像检测与处理技
术用以解决尾气不达标的问题。基于PEMS-LIS 技术的车辆尾气实时成像检测与处理技术，是通过不同气体在光谱上呈现的图像来判断尾气排放是否合格，并对不合格尾气进行处理的技术。该技术的应用能够有效地改善大气污染，同时也可以及时检查车辆状况，尽可能规避由车辆部件损耗造成的诸多风险。
关键词：尾气排放；尾气检测；实时成像；尾气处理中图分类号：U473.9
收稿日期：2022-10-11
DOI：10.19999/jki.1004-0226.2022.12.020
1前言
根据《国家第六阶段机动车污染物排放标准》，自2019年7月1日起我国实施国Ⅵa 标准，2023年7月1日起实施国Ⅵb 标准。严格的法规一方面推动了汽车排放控制技术的发展，另一方面随着汽车排放控制技术
汽车尾气检测的不断提高，又使专家和学者追求更为精益的排放效果。
在双碳目标的背景下，尾气排放的技术要求与递增的机动车需求之间的矛盾日益凸显，一些传统车企向新能源转型。同时还有一个非常重要的问题也需要引起关注，即在现有的巨大的机动车保有量基数下，如图1所示，对现有的和递增的车辆排放如何更好地管理的问题。本研究以此为出发点，围绕前沿技术拓展，并提出可行的车辆尾气检测与处理技术。
现有尾气排放技术的研究可以分为以下三类：a.被动治污，针对尾气排放源进行有效处理［1］，车
辆尾气中的CO 、HC 、NOx 和PM （颗粒排放物）是造成大气污染的主要成分，图2整理了我国2020年全国机动车四项污染物排放量分布。针对尾气排放办法，李强等［2］总结了怠速法与双怠速法用于检测。
b.主动治污，从发动机和燃油角度降低尾气产
生［3］。李英民［4］指出燃油质量决定排放效果。
c.关注对排放效果的检测［5-6］。鉴于以上研究，本文设想实现一种既能主动治污、
又能反映排放效果的新技术。
图12015-2021
年我国机动车保有量
图22020年全国机动车四项污染物排放量分布
基金项目基金项目：：西安航空学院2021年（省级）大学生创新创业训练计划项目（S202111736078）
；陕西省教育厅一般专项“循环供应链视角下陕西省
双碳目标实现机制研究”（22JK0101）
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测试试验
2基于PEMS-LIS 技术的车辆尾气检测与处理
2.1PEMS-LIS 技术
PEMS-LIS 技术是传统车载尾气检测的迁升，以往
常规的尾气检测方法以怠速/双怠速检测法、简易工况法、自由加速检测法和遥感检测法为主，相对应
用到的检测设备有二气或四气或五气分析仪、不透光烟度计、滤纸式烟度计和遥感设备。以上检测技术成本低、操作简单，但是普遍存在检测精度不足、检测耗时长和易受气候环境影响等问题。而PEMS-LIS 技术采用气体光学检测技术与实时成像技术相结合，通过一定频率的光穿过待测气体，利用气体分子对光量子进行不同程度的辐射，以产生实时图像，并分析出尾气排放的分子含量配比，从而判断排放尾气是否达标。检测出不达标的尾气时，将数据上传至车载显示屏以提醒当前车辆排放异常，同时对不达标的尾气在处理器内进行过滤与吸附的处理工作，直至检测达标后排放。
PEMS-LIS 技术依托分子吸收光谱理论，通过气体
中分子对光量子的吸收进行能级跃迁，不同的分子受到辐射时有着不同的振动方式，结构不同的两种物质必然会有两种不同的吸收光谱，故可得到气体成分的配比［7］
。PEMS-LIS 技术能够排除不同环境的干扰，实时精确检测尾气成分含量和单位时间的排放因子。
不同于以往的尾气检测方法，本检测方法采用感光光子从暗光至亮光全光谱光纤进行分别感光，再对
各个像素分割，以获得更多数据的同时扩增了动态的范围，做到一次曝光多次采样。由此可明显发现该方法大幅提高了可移动终端和消费性电子设备的成像质量，用数据处理代替此前的光学功能（透镜、自动对焦、滤波等），为一些局限于内存少的设备带来了更低能耗、更高准确度的便利，也适用于较宽的光谱波段以完成较大面积的光感检测作业。
2.2PEMS-LIS 技术在尾气处理上的应用
PEMS-LIS 技术首先对车辆排气孔排放气体进行快
速检测，将尾气迅速集中于检测仪器内发射不同频率的
光，快速分析气体中CO 、HC 、CO 2等成分配比，当尾气含量不达标时启用尾气处理技术，对车辆内燃机尾气中含有的污染颗粒进行捕捉与吸附，降低CO 、碳氢与NOx 等微粒含量，从而使排放后的尾气达标。采取在排气口安装检测处理仪器（图3）的途径对尾气进行集中收集与过滤吸附处理。当大量颗粒捕集后，仪器的内部暂存颗粒增加，过多颗粒如不能短时间内快速排放，便会影响
内燃机排气备压的换气，因此在捕集颗粒后，可在增压箱内存放小型加压器对仪器内部进行加压，使捕集的颗粒能够快速通过处理部件，从而提高处理速度，加快尾气从处理器的排除。
针对上述存在的问题，通过采用过滤载体与化学吸附技术，使用透气度良好和耐温较高的滤网材料和
对气体有较高吸附力的膨润土材料，有效地进行过滤和吸附的废气处理作业。在车辆的排气管口，当汽车尾气排放时，废气中的有害物质可以通过过滤系统快速过滤并分解成小分子，然后经过化学吸附转化为无害物质，最后排放到空气中，从而减少空气污染。
图3所示的检测处理仪器主要由18个部件组成暂存区、检测区与处理区三个区域，仪器外形为底板1和铆接壳体15，处理区为壳体内腔的底部焊接隔离框3，隔离框内腔的右侧设置微孔滤网与吸附材料2，利用送气管5进行气体的排放；检测区为壳体内腔横向焊接横板7，横板上方焊接竖板10，竖板右侧有检测仪器9与排气阀8，为检测区域；暂存区为竖板左侧区域，上方设有增压箱12。检测处理仪器辅以密封阀4、回流管6、电动伸缩杆11、连接柱13、顶板14、液泵16、送气管17与抽气管18完成进气、
存气和排气作业。
图3PEMS-LIS 尾气检测处理仪
1.底板
2.吸附材料
3.隔离框
4.密封阀
5.送气管
6.回流管
7.横板
8.排气阀
9.检测仪器10.竖板11.电动伸缩杆12.增压箱13.连接柱
14.顶板15.壳体16.液泵17.送气管18.抽气管
针对尾气排放中各成分的排放量不同，利用PEMS-LIS 技术进行成分含量分析，判断是否由于车辆某部件耗损所致，通过网络将数据异常信息实时成像在车载显示屏，提醒车主车况存在异常，同时利用尾气处理技术
对不达标的尾气进行处理至符合标准后排放。3应用前景
3.1PEMS-LIS 技术减少废气排放量
2020年，全国一氧化碳（CO ）、碳氢化合物（HC ）、氮
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氧化物（NOx ）、颗粒物（PM ）排放量分别为769.7万t 、
190.2万t 、626.3万t 、6.8万t ，2020年全国机动车四项污染物排放总量为1593.0万t 。汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的CO 、HC 、NOx 和PM 超过
90%，尾气排放问题不可小觑。
PEMS-LIS 技术能够在车辆排放时进行及时拦截与
检测，迅速检测针对有害成分进行过滤与吸附，耗时既短效果又显著，将难以解决的废气排放量过大问题转换为高效处理大量尾气的优势，在废气排放到空气前将有害成分过滤吸附在检测处理仪器内，有效地减轻了不达标尾气的排放，减轻废气带来的污染。3.2实现对车辆的自动检测
通过车辆所排尾气成分的不同与浓度的不同，可判断车辆在不同工况下的内部运行情况及可能发生的机械故障。造成尾气不合格的影响因素有很多，如喷油嘴堵塞、火花塞点火不好、氧传感器损坏、空气流量计损坏、气门关闭不严漏气、燃烧室积碳、三元催化失效等，具体需要根据排放成分配比判断是哪种因素不合格。例如，车辆排放的废气直接影响发动机的运行质量，废气成分的差异可以显示当前发动机的性能。当发动机出现故障时，相对应的尾气中一种或几种成分配比定会出现异常，利用检测发动机在不同运行情况下尾气中成分的不同配比来发现故障。而本检测技术对尾气成分配比进行准确检测，通过数据实时成像上传至车载显示屏，做到车辆状态自动检测，如果不是正常工作，可以判断出其故障的位置或原因（表1），便于及时发现车辆存在的安全隐患。
表1尾气主要成分异常及对应故障
PM 异常
催化器老化、汽油机故障
3.3发现并及时淘汰老旧车辆
尾气不合格主要存在于一些老旧车辆上，例如，如果车辆长期使用，发动机油环会老化，发动机机油不易刮落，很容易流入燃烧室，或者进气阀门的橡胶圈会老化，这将导致发动机机油流入燃烧室，致使发动机机油与燃油一起燃烧，造成大量浪费，且产生废气。PEMS-LIS 技术能及时将车辆状况反馈给车主，在车联网背景下，也可以反馈给交管部门，及时淘汰老旧车辆。
4结语
本研究提出通过对尾气成分的监测来分析不同配比情况，用以判断车辆发动机的运行工况，将异常数据由实时成像在车载显示屏反馈至车主。基于PEMS-LIS 技术的车辆尾气检测与处理技术，不仅能够有效减轻不达标尾气的排放，减轻废气带来的污染，还能做到车辆状态自动检测，及时发现车辆存在的安全隐患。该技术有利于及时淘汰老旧车辆，督促加强汽车的维修保养，减少交通事故的发生，同时对不达标的尾气进行处理作业，将排放的CO 、HC 、NOx 和PM 通过过滤及吸附至含量达标后排放。
参考文献：
［1］宗宣洁 基于集成学习的车辆尾气实时快速检测系统研究［D ］ 长
春：吉林大学，2020.
［2］李强，余继文，赵玉清，等 汽车尾气排放数据检测与分析［J ］ 长春
工业大学学报（自然科学版），2012（2）：218-222.
［3］顾孜轶 基于机器学习的汽车发动机故障诊断探究［J ］ 现代制造技
术与装备，2019（11）：98-99.
［4］李英民 汽车尾气排放检测技术和治理措施探析［J ］ 专用汽车，
2022（8）：83-85.
［5］亚力坤·阿布都米提 机动车尾气遥感监测系统及高排污车辆鉴别
研究［J ］ 绿环保建材，2020（9）：62-63.
［6］石宇光 新型图像捕捉与处理技术在摄像机中的应用［J ］ 中国安
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［7］沈英，邵昆明，吴靖，等 气体光学检测技术及其应用研究进展［J ］
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作者简介：
江克文，女，2000年生，研究方向为尾气污染、尾气检测处理。
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