NOx是柴油机排放污染物中对生态环境危害最为严重的组分。 随着全球环境污染问题的日益严重, 柴油机NOx排放问题受到了广泛的关注。 各种排放法规相继出台, 一方面对柴油机NOx排放量提出新的要求, 另一方面对测试方法也提出了更高的要求。 现有测试方法多为采样分析法, 采样周期较长, 无法实现污染物排放的实时在线测量, 柴油机污染物排放的实时在线测量不仅有利于监管, 同时可为优化柴油机的燃烧过程、 优化控制策略提供数据支持。 光学检测技术作为一种新型的检测方法, 其中的可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)因其实验原理简单、 响应速度快, 在其他领域得到了广泛使用。 为验证该方法在柴油机NOx排放检测中的可行性, 实验小组开展基于TDLAS的柴油机NOx排放实时在线测量研究, 针对NOx的主要成分, 利用调谐波长为5 262~5 265和6 138~6 142 nm的带间级联激光器(interband cascade lasers, ICL)分别作为检测NO、 NO2的探测光源, Thorlabs PDA10JT型热式探测器用来对信号光进行采集。 采用直接探测方式在D4114B型柴油机上开展实验研究, 并将测试结果与AVL排放分析仪进行对比, 其测量偏差小于5%, 另外, 实验小组利用TDLAS技术的高时间分辨率, 对柴油机的变工况过程进行NOx瞬态排放测量, 得到合理的NOx排放变化结果。 因此, 采用TDLAS技术对研究柴油机瞬态排放特性具有重要的意义。

NOx是柴油机排放的主要污染物质, 它对人体和环境的危害极大, 其中NO含量又占NOx总量的90％以上, 因此合理准确的检测柴油机排放物中NO的含量对NOx含量的检测尤为关键。 现有的测试方法由于采用采样分析法, 不能及时反映真实情况, 光学检测方法作为一种新型的测试技术, 在很多领域都有应用。 结合光学检测方法对稳态和瞬态过程下的NO浓度用TLAS技术开展研究, 通过模拟NO浓度的变化情况, 验证这种方法在柴油机上应用的可行性, 选择一台中心波长为5 263 nm的带间级联激光器用于检测, 为获得不同浓度的混合气体设计一套配气混合系统, 用高纯度的ＮＯ作为被测气体, N2作为背景气体, 配比不同浓度的测试样气, 在稳态测量时, 分别配比浓度为500, 1 000, 2 000 ppm的样气进行试验, 得到相对误差小于1%, 最大绝对误差为115 ppm。 在瞬态测量中, 分别对浓度增加与减少过程进行试验, 实时测量气室内的浓度变化情况, 在1 ms时间分辨率的情况下可实现52%的最大相对误差。 通过设计的系统, 可以实现NO浓度的瞬态测量, 能将此方法应用到柴油机上, 这种方法有利于研究柴油机的排放物含量。