CN101025385A - 可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽油发动机排放及油耗测量装置，特别是涉及一种可便携快速测定汽车油耗和质量排放量的汽车油耗测量装置及其软件程序。其目的在于适用于车辆携带的，可以快速、实时、不解体检测。所说的进气歧管压力传感器(1)、进气歧管温度传感器(2)安装在发动机进气歧管(A)上，二者的输出端与单板机的输入端相连，单板机的信号输出端和笔记本电脑的RS232串口卡相连，发动机转速传感器(3)卡装在发动机第一缸点火高压线上，五气体废气分析仪的取样探头(4)插装在排气管(C)内，五气体废气分析仪输出端与笔记本电脑RS232串口卡相连。通过建立的测试计算模型可获得发动机燃油消耗量和各排放污染物的质量排放率。

Description

可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置

技术领域

本发明涉及一种汽油发动机排放及油耗测量装置，特别是涉及一种可便携快速测定汽车油耗和质量排放量的汽车油耗测量装置及其软件程序。

背景技术

现有的油耗测量方法可归纳为两大类：第一类是直接测量法，即通过拆开汽车发动机油路接入流量测量仪器直接测得燃料消耗量，具体可分为容积法、重量法二种。这二种方法的共同特点是：测量精度较高；操作复杂、费时，破坏车辆原有结构。

第二类是间接测量法，常用的有碳平衡法。汽油是以C、H化合物为主要成分的混合物，燃烧生成CO、CO₂、HC、H₂O等，其燃烧产物中的C元素均来自汽油，所以，只要测出规定时间内汽车尾气CO、CO₂、HC中的C元素含量，再与单位体积汽油中的C元素含量相比较，经过换算，即可得到燃油消耗量(在我国，常用升/百公里为单位)。这就是碳平衡法的基本原理。

这种测量法的特点是：不需拆解被测车辆；可以和汽车排放检测相结合；可以满足油耗测量精度要求。该方法具有的明显缺点是：所需设备庞大、复杂、不可携带。

发明内容

本发明的原理属于间接测量法，其目的在于克服现有测试技术存在的上述缺点，提供一种适用于车辆携带的，可以实现汽车油耗、排放的快速、实时、不解体检测的可便携快速测定汽车油耗和质量排放量的汽车油耗测量装置及其软件程序。

本发明汽车质量排放量及油耗测量装置，由进气歧管压力传感器1、进气歧管温度传感器2、五气体废气分析仪、发动机转速传感器3和单板机、带有二合一串口卡的笔记本电脑组成。进气歧管压力传感器1和进气歧管温度传感器2安装在发动机进气歧管A上，二者的输出端与单板机的输入端相连，单板机的信号输出端和笔记本电脑的RS232串口卡相连。发动机转速传感器3卡装在发动机第一缸点火高压线上，通过测取发动机高压线上的点火脉冲数计算得到发动机转速，五气体废气分析仪的取样探头4插装在排气管C内，五气体废气分析仪输出端与笔记本电脑RS232串口卡相连。

可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置的软件程序：

a)通过发动机进气歧管压力传感器、进气温度传感器、发动机转速传感器测得进气歧管压力、进气温度和发动机转速结合发动机气缸排量、气缸充气效率，利用“速度-密度法”计算出单位时间进入该发动机的空气质量；

b)再结合五气体废气分析仪测得的过剩空气系数，计算出发动机空燃比，由发动机进气质量和空燃比就可以计算得到发动机燃油消耗量；

C)再用发动机燃油消耗量和废气分析仪测得的各排放参数的体积百分数、过剩空气系数λ，结合各排放参数的分子量即可算出各排放污染物的质量排放率。

d)对各计算模型的修订；

e)存盘、显示、打印输出。

笔记本电脑和五气体废气分析仪之间是双向通讯的，笔记本电脑向废气分析仪发出控制信号、要求废气分析仪把检测到的尾气排放的相关参数传送到计算机内。单板机的作用实际是接收进气歧管压力传感器、进气歧管温度传感器的模拟量信号，通过内部的A/D转换模块转换成计算机可以处理的数字量，再由单板机串口和笔记本电脑串口通讯，把进气歧管内的压力值和温度值送入笔记本电脑内。结合发动机气缸排量和气缸充气效率，根据相关数学模型，计算得出汽车发动机进气质量，由发动机进气量和废气分析仪测试得到的过剩空气系数λ(转换成空燃比)即可计算出燃油消耗量。再由发动机燃油消耗量和五气体废气分析仪传过来的发动机尾气排放量的浓度体积百分数，通过各种排放污染物的分子量即可求得尾气排放参数的质量排放量。最后，可通过相连的打印机打印出检测结果报表。

本发明测量装置，通过进气歧管压力传感器、进气温度传感器、发动机转速传感器测得进气压力、进气温度和发动机转速结合发动机排量、发动机充气效率，计算出发动机的进气量，结合过剩空气系数λ(转换成空燃比)即可计算出燃油消耗量，再由燃油消耗量结合发动机体积排放百分比，求得尾气质量排放量。由此避免了定容取样法设备庞大、复杂、昂贵，不适合检测线使用，不能便携车载等缺点。也避免了直接测量法操作复杂、费时，破坏车辆原有结构的缺点。本装置结构简单、造价低廉、占地面积小、便于携带、操作方便。可以实现汽车油耗、排放的快速、实时、不解体检测。特别适合于车载便携和在车辆综合性能检测线上使用。

附图说明

图1是本发明汽车质量排放量及油耗测量装置采样传感器安装示意图；

图2是汽车质量排放量及油耗测量装置中各传感元件、五气体废气分析仪与计算机的连接关系示意图；

图3是本发明的计算机软件程序示意框图。

1-进气歧管压力传感器  2-进气歧管温度传感  3-转速传感器4-取样探头

A-进气歧管  B-发动机  C-排气歧管

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

参照图1-3，本发明汽车质量排放量及油耗测量装置，由进气歧管压力传感器、进气歧管温度传感器、五气体废气分析仪、发动机转速传感器和单板机、带有二合一串口卡的笔记本电脑组成。进气歧管压力传感器1、进气歧管温度传感器2、安装在发动机进气歧管上，发动机转速传感器3通过测取发动机高压线上的点火脉冲数计算得到发动机转速，五气体废气分析仪的取样探头4装在排气管内，五气体废气分析仪输出端与笔记本电脑RS232串口卡相连，计算机向五气体废气分析仪发出控制信号、接收五气体废气分析仪传过来的数据，进气歧管压力传感器、进气歧管温度传感器输出端与单板机联接。单板机接收进气歧管压力传感器、进气歧管温度传感器的模拟量信号，经A/D转换成数字量信号后，再由单板机和笔记本电脑串口通讯，送入电脑。根据相关数学模型，最后，计算得出汽车尾气质量排放量和燃油消耗量，并可通过相连的打印机打印出检测结果报表。

测试计算模型的建立：

(1)发动机进气量数学模型

根据发动机充气原理，气缸每一循环的实际充气量和进气歧管的压力、气缸排量、充气系数成正比，和进气温度、空气的气体常数成反比。即：

$m=\frac{P_{\mathrm{in}}}{R{T}_{\mathrm{in}}}{V}_c{\mathrm{\η}}_{\mathrm{cin}}---\left(1\right)$

式中 V_c：发动机气缸工作容积

P_in：进气管内的绝对压力

T_in：进气管内空气温度

η_cin：充气效率

R：气体常数

m：气体质量

公式(1)是发动机一个循环的进气质量，发动机曲轴每转720度角，所有气缸完成一次循环，发动机转速(r/min)/2×m就是发动机每分钟的进气量。

$\mathrm{\λ}=\frac{{\mathrm{\φ}}_a}{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ao}}}---\left(2\right)$

式中  λ：空气过剩系数

φ_a：实际空燃比

φ_ao：理论空燃比

λ空气过剩系数可由尾气分析仪测得，φ_ao理论空燃比已知，故φ_a实际空燃比可知。

${\mathrm{\φ}}_a=\frac{A}{F}---\left(3\right)$

式中A：单位时间气缸充气质量

F：单位时间消耗的燃油质量

由公式(3)可计算出单位时间燃油消耗量。

m_HC＝m_fuel(1+φ_a)M_rHC(R/M_rexh)(C₆H₁₄)(4)

m_CO＝m_fuel(1+φ_a)(M_rCO/M_rexh)(CO)    (5)

式中m_HC、m_CO、m_NOx为HC、CO、NO的质量排放率(g/s)；

m_fuel为燃油质量流量；

M_rHC、M_rCO、M_rNO分别为HC、CO、NO的分子量；

φ_a为废气分析仪测量出的过剩空气系数；

(C₆H₁₄)、(CO)、(NO)分别为尾气分析仪测量出的HC、CO、NO的体积百分比浓度；

M_rexh为废气的平均分子量；

R为C₆H₁₄测量结果转化为C₁的系数，为16.5；

K＝0.5((CO)+(CO₂)Y-(H₂))    (H₂)＝0.5Yφ(CO)

Y为燃油中C原子与H原子得个数比；

由公式(1)可得气缸单位时间进气质量，由公式(2)和公式(3)可得单位时间燃油消耗量，，由公式(4)、(5)、(6)可得HC、CO、NO的质量排放率。就此我们要得到的参数就都得到了。

(2)验证试验根据GB18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》和GB/T12545-1990《汽车燃料消耗量实验方法》规定进行尾气排放及燃料消耗量试验(室内)。

Claims (3)

1、一种可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置，其特征在于该装置包括有进气歧管压力传感器(1)、进气歧管温度传感器(2)、发动机转速传感器(3)、五气体发动机废气分析仪和单板机、带有二合一串口卡的笔记本电脑，所说的进气歧管压力传感器(1)、进气歧管温度传感器(2)安装在发动机进气歧管(A)上，二者的输出端与单板机的输入端相连，单板机的信号输出端和笔记本电脑的RS232串口卡相连，发动机转速传感器(3)卡装在发动机第一缸点火高压线上，通过测取发动机高压线上的点火脉冲数计算得到发动机转速，五气体废气分析仪的取样探头(4)插装在排气管(C)内，五气体废气分析仪输出端与笔记本电脑RS232串口卡相连。

2、根据权利要求1所述的一种可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置，其特征在于所说的笔记本电脑和五气体废气分析仪之间采用双向通讯。

3、一种可便携测定汽车油耗量和尾气质量排放量的检测装置的软件程序，其特征在于：

a)通过发动机进气歧管压力传感器、进气温度传感器、发动机转速传感器测得进气歧管压力、进气温度和发动机转速结合发动机气缸排量、气缸充气效率，利用“速度-密度法”计算出单位时间进入该发动机的空气质量；

b)再结合五气体废气分析仪测得的过剩空气系数，计算出发动机空燃比，由发动机进气质量和空燃比就可以计算得到发动机燃油消耗量；

C)再用发动机燃油消耗量和废气分析仪测得的各排放参数的体积百分数、过剩空气系数λ，结合各排放参数的分子量即可算出各排放污染物的质量排放率。

d)对各计算模型的修订；

e)存盘、显示、打印输出。

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