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科技之眼 | 车载烟度传感器

2021-01-12 15:43:04

当前,我国移动源污染问题日益突出,已成为空气污染的重要来源。特别是北京、上海、深圳等大中型城市,移动源已经成为细颗粒物(PM2.5)污染的重要来源。在重污染天气期间,贡献率会更高。同时,由于机动车大多行驶在人口密集区域,尾气排放直接威胁群众健康。


企业介绍


深圳市天安至远传感科技有限公司是一家由深圳大学和天安数码城合资成立的产学研技术合作型项目公司,旨在更紧密有效地汇聚双方在技术和产业两侧的优势资源。


天安传感依托于全国光学领域排名第二的深圳大学实验室的研发水平及技术沉淀,具备超一流光机电一体化技术结合算法等综合应用于传感器产品的研发能力和持续创新能力。


公司自主研发了拥有多项技术专利的“车载烟度传感器”,该产品采用了光纤传感技术,实现了在线实时监测柴油车尾气颗粒数值的功能,具有数据精准、稳定性高、安装简便、快速响应的特点。



市场背景


1、柴油车导致的空气污染问题严重,国家层面出台政策重点专项治理。


我国已连续10年成为世界机动车产销大国,机动车尾气污染,特别是重型柴油车已成为我国空气污染的重要来源。根据国家生态环境部数据,仅占汽车保有量7.8%的柴油车,其氮氧化物和颗粒物排放量却分别占汽车排放总量的57.3%和77.8%。为此,国家出台一系列政策专项防治柴油车污染问题。在为期三年的“蓝天保卫战”中,柴油车污染治理攻坚战是Z重要的战役之一。


• 2018年国家发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,提出制定柴油货车污染治理攻坚战行动方案,实施清洁柴油车(机)、清洁运输和清洁油品行动。

• 2018年12月,《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》等政策出台,提出到2020年,在用柴油车监督抽测排放合格率达到90%,重点区域达到95%以上,排气管口冒黑烟现象基本消除;全国柴油和车用尿素抽检合格率达到95%,重点区域达到98%以上,违法生产销售假劣油品现象基本消除。


2、国六实施在即,排放标准升级带来大量的存量市场替换需求。


2016年底出台的国六排放标准是我国近年来Z为严格的一次升级,国六阶段已看齐欧六标准。为逐步实现向严苛排放标准的过渡,该标准设置了国六a和国六b两个排放限值方案,分别于2020年和2023年实施。根据实施安排,2020年7月1日起所有销售和注册登记的轻型汽车开始在全国范围内实行国六a标准。自2021年7月1日起,所有生产、进口、销售和注册登记的重型柴油车应符合国六b标准。整车生产企业只有满足了排放的需求,才能够生产和销售对应车型。这也意味着对于现存国四、国五标准的车辆来说,尾气后处理及监测产品成为必选项和刚性需求,由此带来大量的市场扩容及汰换需求。2018年,全国柴油车保有量2103万辆,全部为国五标准以下的柴油车,因此市场存量至少为2103万辆。


表1:国五、国六排放标准实施节奏

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3、国六标准为强制性执行标准,推动柴油车后市场OBD等产品扩容。


国六标准加严了对车辆环保排放和监测水平的要求,明确规定从6a阶段开始,车辆应装备远程排放管理车载终端(OBD),以实现对污染物排放的实时监测与故障控制。从6b阶段开始,生产企业应保证车辆在全寿命期内按要求发送数据,并由生态环境主管部门接收。


随着2020年7月国六排放标准实施进度的深入,政策助推为车载信息终端带来了增量空间,与此同时在几年内国四、国五车辆的车载信息监控终端也同样面临更迭。政策窗口期内OBD等厂商将迎来红利,市场空间预计将达到400-500亿规模。



• 根据《柴油车污染物排放限值及测量方法(自由加速法及加载减速法)》(GB3847-2018):在用柴油车的外观检验,不仅需要核验车况是否正常,有无烧机油和尾气冒黑烟现象,还需检验车辆是否配装OBD系统,排气管、消声器等是否完好。这意味着国四、国五柴油车将被进行实时监控,若发现排放不达标的,将会被责令整治甚至罚款。

• 部分地区提前实施国六排放标准时间表:《打赢蓝天保卫战三年行动计划》将重点地区(含京津冀及周边地区、长三角、汾渭平原地区)、珠三角地区、成渝地区的重型车标准实施时间大幅提前,要求在2019年7月1日即开始实施。

• 2019年来,河南、江苏、广东,山西等省份陆续发布通知,为打好柴油货车污染治理攻坚战,要求具备加装条件的国四、国五在用重型柴油车需加装OBD远程在线监控。


产品介绍


1.柴油车OBD系统是什么?


柴油车OBD系统,即重型柴油车污染排放远程监控系统,用于监控发动机的运行状况和尾气后处理系统的工作状态。OBD将从车辆发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标,一旦超标会马上发出警示。此外国六技术标准要求OBD增加故障代码存储要求以及防篡改措施,检测过程中不得断开OBD且保证数据实时传送,有效防止车辆在使用过程中超标排放。


2.车载烟度传感器的作用


车辆安装OBD系统之后,将会采集上传11项数值,分别是车辆定位、氮氧化物排放值、排气烟度、尿素液位、发动机冷却液温度、发动机燃料流量、车速、发动机转速、故障指示灯状态、 发动机实际扭矩百分比、大气压力。其中,排气烟度这项数值需要通过车载烟度传感器(简称“烟度计”)探测和收集。


3.烟度计产品的种类


烟度计根据测量原理的不同通常分为三种:

一种为林格曼(Ringelmann)比色法。该方法是Z初测定尾气烟度所采用的一种目测方法,目前仍广泛地用于铁路机车和停港船舶黑烟排放的检测;


第二种是滤纸式烟度计,其基本原理是利用滤纸过滤一定量的排气,通过光电效应测得该滤纸被染黑的程度,即烟度值;


第三种是透光式烟度计,其基本原理是将待测气体连续不断地导入有照射光的测量管,利用光电池检出待测气体的消光系数。


国六政策下现行的排放法规中采用消光系数评价和衡量柴油发动机碳烟的排放量,即采用第三种烟度计——透光式烟度计进行排放限值试验。这种烟度计具有在线瞬态测量的优势,但其很难准确测量汽车排放中有害颗粒物的排放量,而环保部要求排气烟度在0.7或1.2m-1以下,且需要的是一个准确的排气烟度数值,因此透光式烟度计无法满足装有 DPF 等后处理装置的低排放车辆的尾气颗粒物测量。


能准确反映排气烟度数值的烟度计需要针对发动机进行复杂的标定,目前只有检测站的烟度计能满足要求,但该类设备体积庞大、价格昂贵,因此市场和监管机构急需一种体积较小、价格相对便宜、能随车检测排气烟度的传感器。


天安传感以其敏锐的市场嗅觉和来自深圳大学实验室的强大技术支持,于2019年提前布局完成烟度计的研发工作,并于今年正式实现批量化生产。该产品采用了光透射法,是一种非接触式的现代光电测试技术,在颗粒物测量方面具有瞬态测量、快速测量等优势,克服了传统烟度计“制造成本高、后期维护困难”的缺点,在国六政策窗口期市场具备显著市场竞争优势。



产品优势


✔数据精准:基于光学传感技术,动态范围大,测量精度高,可快速精准地采集信号,实现实时在线的尾气监测

✔稳定性高:采用自主研发的光纤传感技术,传感部分无电源,防雷,抗电磁干扰,适用于户外工作环境;光纤纤芯为石英玻璃材质,化学性能稳定,耐腐蚀;石英熔点高,耐高温。

✔安装简便:单端方式安装,节约安装时间及成本。

✔快速响应:自主设计光纤传感,检测强度与传输效率高,可以实时采集数据,并通过接口将数据上传到OBD,再通过OBD上传至云端平台,实现后台实时跟踪管理。


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