２） 滤纸有效面积差别 滤纸有效面积主要取决于样气在滤纸上的染黑 面积， 不同生产厂根据标准规定滤纸有效工作直径 （ ２６～３２ ｍｍ） 来 设 计 制 造 仪 器 ， 使 得 烟 度 计 的 结 构参数各不相同， 最终计算染黑度时的结果也会产
－ ２ － （ ２８２）
图 １ 滤纸式烟度计取样方式
生偏差。 除上述两种情况外， 还存在硒光电池、光电转
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｅｘ－ ｈａｕｓｔ ｓｍｏｋｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ａｎｄ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｄｉｓ－ ｃｒｅｐａｎｃｙ ａｍｏｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｍｏｋｅ ｍｅｔｅｒｓ． Ｃｏｍｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｍｏｋｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
由于滤纸烟度计所测的是滤纸的染黑度， 因此 所测的烟度排放值没有包含白烟、蓝烟的影响。对 于全负荷烟度排放的测量， 其排烟基本由碳烟组 成， 并且工况比较稳定， 因此采用该烟度计测量的 结果比较可靠。但对于瞬态过程如自由加速测量， 滤纸烟度计所测到的烟度排放值只是整个自由加速 过程的积分值， 而不透光烟度计则可以真实反映自
目前测量柴油机排气烟度普遍采用两大类测试 仪器： 滤纸式烟度计和不透光烟度计。 ３．１ 滤纸式烟度计
滤纸式烟度计测量原理是将一定容量废气中的 碳烟积存在滤纸上， 通过光电检测仪器测出被染黑 滤纸的碳粒吸光率， 以此代表排气烟度。
早期国内滤纸式烟度计是根据 １９８３ 年的标准 要求而设计制造的， 部分烟度计采用了德国 Ｂｏｓｃｈ 公司的结构参数， 烟度单位为波许烟度。测量方法 中只对使用仪器的机械结构和光电单元进行定义， 没有考虑外界环境温度、压力等的影响， 因此造成 不同测量条件下所测得的烟度值有差异。正是由于 滤纸式烟度计的上述 问 题， １９９０ 年 国 际 标 准 化 组
ＦＳＮ 温度压力修正
０．５￣１５ ０．０１
满足标准测量要求
过孔板流量计、温度传感器、压力传感器控制取样 流量， 保证在一定取样时间内均匀抽取样气。由于 ＡＶＬ４１５ 烟度计可以改变抽气体积， 因此可以在烟 度值较小的测量工况保持很高的测量精度。
另外， 新型滤纸烟度计 （ＦＳＮ） 对仪器的死区 容积有精确的设定和计算， 也就是说取样有效容 积＝取样容积－ 死区容积， 从而减小不同取样管长 度及取样管残余排气对测量结果的影响。
图 ２ 几种烟度计测量值的差值分布图
３．２ 不透光式烟度计 不透光烟度计的测量原理， 是测量光穿过具有
一定长度的被测废气后到达接收器的透射光与入射 光之比， 从而确定废气的不透光特性。其计算公式 按 照 比 尔 —兰 勃 特 （ Ｂｅｅｒ － Ｌａｍｂｅｒｔ） 定 律 ， 见 图 ３。
通常用测定光吸收系数或不透光度表示排气烟 度， 单位： ｍ－ ｌ （ 或％） 。 ３．２．１ 采用不透光烟度计的目的
目前， 国内在用的进口和国产的不透光烟度计 型号规格如表 ３。上述各种不透光烟度计在实际应 用中有所区别： 如应用于发动机试验台架测量的不
图 ５ 不透光烟度计测量方法 （ ２８３） － ３ －
透光烟度计对于整车而言， 因其排气尾管无法满足 对取样安装位置的要求， 故不太适用。也就是说如 果能够满足仪器取样系统的安装要求则也可以适用 于整车测量。
从表 ４ 可以看到， 全负荷烟度测量中， ３ 种不 透光烟度计测量值较接近， 并且与滤纸烟度计测量 值对应关系基本一致。但对自由加速烟度，
ＡＶＬ４３９， ＭＫ３ 测量值很接近， Ｃｅｌｅｓｃｏ－ １０７ 测量值 与 ＡＶＬ４３９， ＭＫ３ 测量值相差一倍。
造成这个差别的原因主要是： Ｃｅｌｅｓｃｏ－ １０７ 为 全流式， 检测单元直接夹装在排气管段或排气管尾 端， 无取样系统， 且反应灵敏， 无滤波方式， 所测 值为柴油机自由加速烟度的瞬态峰值。但该仪器的 响应特性与现行法规要求不配套， 它是根据美国排 放法规要求而研制， 既不适合欧洲排放法规， 又不 满足 ＧＢ ３８４７－ １９９９ 标准烟度排放测量。
关键词： 柴油机 烟度排放 滤纸烟度 不透光烟度 Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： ｄｉｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎｇｉｎｅ ， ｅ ｘｈａ ｕｓ ｔ ｓ ｍｏｋｅ ， ｆｉｌｔｅ ｒ ｓ ｍｏｋｅ ， ｏｐａ ｃｉｔｙ ｓ ｍｏｋｅ
１ 前言 柴油机的排放污染物对人类的健康和环境造成
很大的危害， 因此世界各国都制订日益严格的排放 法规来限制柴油机的排放污染物水平。这些日益严 格的排放法规不仅推动了发动机技术的发展， 同时 也促进了发动机测试技术的发展。针对柴油机烟度 排放， 国内自 １９８３ 年以来相继制定了一系列的法 规和标准控制柴油机烟度排放污染。这不仅促进了 柴油机降低烟度的技术研究和应用， 而且烟度测试 仪器及测试技术也得到了发展。 ２ 柴油机烟度排放标准的发展概况
图 ２ 为目前在用的各种烟度计以 ＡＶＬ４１５ 为参 考测量值基准的对比试验结果。从图中可以看到， 由于使用的烟度计不同， 造成烟度测量值有较大的 差距。因此建议作为法规试验、认证试验等， 应采用 基准烟度计， 以保证试验结果的公正性和一致性。
图 ３ 不透光烟度测量原理
由加速过程中的烟度变化情况， 参见图 ４。因此， 瞬态过程的烟度排放测量应采用不透光烟度计。
换单元、取样管路长短等方面的差异， 也会影响最 终显示结果。
由于上述各种烟度计均符合早期和现行国内及 国际烟度排放标准， 各种老型号规格的仪器在国内 仍然沿用。根据中国现状现无法生产或无法进口大 量符合国际标准化 （ ＦＳＮ） 的滤纸烟度计， 但为确 保测量结果的一致性和可靠性， 可以通过大量试验 验证及对结果分析得出常用的几种烟度计测量结果 的相关性。
１） 取样方式差别 从图 １ 中可以看到， 早期滤纸烟度计均采用活 塞式抽气泵， 取样容积为定值。取样活塞的运动依 靠弹簧弹力或压缩空气推动。在一定的取样时间 内， 由于滤纸沉积碳粒， 阻力增加， 造成取样流量 不均匀， 从而影响烟度的测量。新型滤纸烟度计 （ＦＳＮ） ， 以 ＡＶＬ４１５ 为例， 它采用薄膜泵取样， 通
表 １ ＦＳ Ｎ／Ｂｏｓ ｃｈ 烟度单位定义对照表
ＦＳＮ／Ｂｏｓｃｈ 对照
Ｂｏｓｃｈ
取样容积： ３３０ ｃｍ３ 滤纸面来自： ８．１４ ｃｍ２ （ ｄ＝３２ ｍｍ） 有效烟柱长度： ４０５ ｍｍ
常规使用仪器
国产 ＦＢＹ 系列 ＢＯＳＣＨ ＥＴＤ０２０ ＡＶＬ４０９
有效烟柱长度： ４０５ ｍｍ
ＦＳＮ 滤纸面温度： ２５℃
５） ＧＢ ３８４７－ １９９９ 压燃式发动机和装用压燃式 发动机车辆排气可见污染物限值及测试方法。
由于世界各国采用不同的试验规范、不同的烟 度计和不同的烟度单位， 造成测量柴油机烟度排放 这一污染物的复杂性。统一试验规范、烟度测量仪 器和烟度单位是人们的共同愿望。国家技术监督局 ２００５ 年 ５ 月发布了 ＧＢ ３８４７－ ２００５《车用压燃式发 动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值与测量 方法》， 该标准采用了 ＥＣＥ Ｒ２４ 的主要内容， 自由 加 速 烟 度 测 量 则 参 照 欧 共 体 ９６／９６／ＥＣ 中 的 内 容 ， 使其更具有先进性、科学性和实用性。 ３ 烟度排放测量技术与测试仪器
表 ２ 几种滤纸烟度计差别对照表
仪器名称 取样方式 取 样 容 积 ／ｍ Ｌ 有 效 面 积 ／ｃ ｍ ２ 标定方式 测量单位 修正方式 取 样 管 长 ／ｍ
分辨率 备注
Ｆ ＢＹ系 列 活塞式抽气泵
３３０±１５ ８．０４ （ｄ＝３２ ｍｍ） 烟度标准卡， 无零点、满量程
Ｂｏｓｃｈ 无修正
５ ０．２ 烟度＜０．４ 无测量显示
ＢＯＳＣＨ ＥＴＤ０２０ 活塞式抽气泵 ３３０
７．０６９ （ｄ＝３０ ｍｍ） 零点、满量程 Ｂｏｓｃｈ 无修正 ０．７ ０．１
烟度＜０．２ 无测量显示
ＡＶＬ４０９ 活塞式抽气泵
１ ０００±２０ ７．０６９ （ｄ＝３０ ｍｍ）
零点、满量程 Ｂｏｓｃｈ 无修正 １ ０．１
不适用自由加速测量
ＡＶＬ４１５ 电动薄膜泵 ０～１ ０００ 可调 ７．０６９ （ｄ＝３０ ｍｍ） 零点、满量程
ＡＶＬ４１５
滤纸面压力： １００ ｋＰａ
为与国际标准相一致， 我国于 １９９３ 年对标准 加以修订， 标准号为 ＧＢ ｌ４７６１．６￣．７－ １９９３， 烟度排
放标准采用 ＦＳＮ 烟度单位。但国内并无符合该标 准测量方法 （ＦＳＮ） 的烟度测量仪器的生产厂， 该 类仪器主要靠进口， 价格较高， 难以普及。因此绝 大 多 数 仍 然 沿 用 原 来 的 滤 纸 烟 度 计 （ Ｂｏｓｃｈ） 。 目 前， 国内所用的滤纸式烟度计主要有德国 ＢＯＳＣＨ 烟 度 计 、 国 产 佛 山 ＦＢＹ 型 烟 度 计 、 奥 地 利 ＡＶＬ４０９、ＡＶＬ４１５ 型烟度计， 其中只有 ＡＶＬ４１５ 是 以 ＦＳＮ 为单位的滤纸烟度计。这些仪器的工作原 理基本相同， 但也存在较大差异， 主要表现在取样 方式、滤纸有效面积等方面， 如表 ２ 所示。
（ ２８１） － １ －
织 ＩＳＯ 制 订 了 改 进 测 量 的 标 准 ， 即 ： ＩＳＯ １００５４。 该标准对波许烟度进行准确规定， 以 ＦＳＮ 作为滤 纸法烟度单位。对 ＦＳＮ 烟度定义为： 在 ２５℃、１００ ｋＰａ 下， 有效烟柱长度为 ４０５ ｍｍ 时滤纸式烟度。 两者之间的关系如表 １ 所示。
虽然不透光烟度计的测量原理基本相同， 但由 于不同生产厂商结构设计及电信号处理上的差别， 其不同仪器在测量结果上存在差异。