CN103543016A - 整车工况尾气排放测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车工况尾气排放测试系统，利用匹配装置读取发动机ECU输出的瞬态数据得到相应的瞬态进气量，再结合发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号计算得出瞬态油耗量，或可利用碳平衡法计算得出瞬态油耗量，根据瞬态进气量及瞬态油耗量的和计算得到瞬态排气量，再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积，然后根据排放过程中实时测量的整车尾气各成份的浓度及实时排放体积进行积分计算得到整车尾气各成份的总质量。本发明的整车工况尾气排放测试系统，操作简单，使用效率高，维护成本低。

Description

整车工况尾气排放测试系统

技术领域

本发明涉及汽车技术，特别涉及一种整车工况尾气排放测试系统。

背景技术

按照欧洲排放法规及我国的尾气排放标准GB18352.3-2005的规定，典型的整车工况尾气排放测试方法，是在排放转鼓实验室，在规定的驾驶循环过程，采用定容取样系统（CVS）和气袋采样分析相结合的方式进行测试，这种方法得到了世界各国排放标准的认可。

随着各国对环境保护的越来越重视，尾气排放和油耗标准的不断加严，产品开发过程中的尾气排放测量需求急速增加，现有的排放转鼓试验室的资源远远满足不了匹配项目的需求，迅猛增加的尾气排放测试需求与排放试验室资源短缺的矛盾日趋尖锐，必须建造更多的排放转鼓试验室才能使所有匹配项目如期完成。但是，排放转鼓实验室造价昂贵，建造周期长，投入了大量资金、时间建成的排放转鼓试验室，当市场发生变化项目的需求减小时，排放转鼓试验室只能长期闲置，造成极大浪费，导致测试成本过高。

目前世界上普遍采用的排放转鼓实验室，是通过将车辆固定在转鼓试验台上进行模拟滑行和特定排放工况的驾驶，同时通过定容取样系统（CVS）对车辆尾气进行不间断稀释和流量体积计算，并通过气袋收集器将整个测试运行阶段的车辆尾气进行收集采样，最后通过排放分析仪对气袋内所收集的尾气进行浓度检测和相应计算后，得到车辆最终的排放测试结果。

定容取样系统（Constant Volume Sampling，CVS）的工作原理，是在密闭条件下，从车辆尾管中采集尾气，然后在一个混合室里和周围空气相混合，通过一个热交换器使稀释空气的温度保持恒定，运用一个特制的泵以及文丘里管喉管将流体体积调节恒定，最后通过稀释因子反映出相应的排放量，得到尾气排放的流量和体积。定容取样系统（CVS）的缺点主要表现为：（1）设备精密昂贵；（2）占地面积较大；（3）需不断维护以避免长期使用后被车辆尾气污染导致最终的整车排放测试结果精度下降；（4）在低排放车辆中，由于稀释作用，废气浓度减少10倍左右，需要具有高灵敏度的排放分析仪相配合使用；（5）包含在周围空气中的有害物质也同样被一起测定，影响最终的整车排放测试结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种整车工况尾气排放测试系统，操作简单，使用效率高，维护成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种整车工况尾气排放测试系统，其包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx（氮氧化物）、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量；根据发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号及标定的含氧比瞬态信号同空燃比的对照曲线，得到相应的瞬态空燃比；然后根据瞬态进气量及瞬态空燃比，计算得到瞬态油耗量；然后根据瞬态进气量及瞬态油耗量计算得到瞬态排气量；再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积；

G_fuel=G_air/(14.7/Lambda)；

G_exhaust=G_air+G_fuel；

G_air为瞬态进气量，G_fuel为瞬态油耗量，Lambda为瞬态空燃比，G_exhaust为瞬态排气量；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积、整车尾气中的各成分各自的实时浓度，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量m：

t为时间，m为整车尾气各成份各自的实时总质量，ρ为整车尾气各成份各自的密度，φ整车尾气中各成分各自的实时浓度，v为实时排放体积。

较佳的，所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度的变化，得到相应的瞬态进气量。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一种整车工况尾气排放测试系统，其包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量；根据整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的瞬态浓度及瞬态进气量，通过碳平衡方法，计算得到瞬态油耗量；然后根据瞬态进气量及瞬态油耗量计算得到瞬态排气量；再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积；

G_exhaust=G_air+G_fuel；

G_air为瞬态进气量，G_fuel为瞬态油耗量，G_exhaust为瞬态排气量；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积、整车尾气中的各成分各自的实时浓度，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量：

t为时间，m为整车尾气各成份各自的实时总质量，ρ为整车尾气各成份各自的密度，φ整车尾气中的各成分各自的实时浓度，v为实时排放体积。

较佳的，所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度的变化，得到相应的瞬态进气量。

本发明的整车工况尾气排放测试系统，利用匹配装置，读取发动机的ECU输出的瞬态数据，通过对发动机节气门体处的气体温度、气体压力、节气门开度等物理量的变化得到相应的瞬态进气量，再结合发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号计算得出瞬态油耗量，或可利用碳平衡法计算得出瞬态油耗量，根据瞬态进气量及瞬态油耗量的和计算得到瞬态排气量，再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积，然后根据排放过程中实时测量的整车尾气各成份的浓度及实时排放体积，进行积分计算到整车尾气各成份的总质量。本发明的整车工况尾气排放测试系统，利用ECU变量的计算值取代现有CVS（定容取样系统）等流量计量设备实测值对整车尾气排放量进行测量，利用排放浓度模态积分计算值取代现有废气采样气袋对整车尾气排放质量进行统计，克服了整车尾气排放测量只有靠气袋收集这一固定模式，不再需要增加任何尾气收集计量设备，只需读取车辆自身的ECU数据，就能得出与采用高成本的CVS基本一致的排放测试结果，操作简单，使用效率高，维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整车工况尾气排放测试系统一实施方式示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

整车工况尾气排放测试系统，如图1所示，包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU（电子控制模块）输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述ECU匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量G_air；根据发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号及标定的含氧比瞬态信号同空燃比的对照曲线，得到相应的瞬态空燃比Lambda，然后根据瞬态进气量G_air及瞬态空燃比Lambda，计算得到瞬态油耗量G_fuel，G_fuel=G_air/(14.7/Lambda)；然后根据瞬态进气量G_air及瞬态油耗量G_fuel计算得到瞬态排气量G_exhaust，G_exhaust=G_air+G_fuel，再对瞬态排气量G_exhaust进行模态积分计算得到实时排放体积v；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积v、整车尾气中各成分（CO、CO₂或HC）各自的实时浓度φ，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量m：

t为时间，ρ为整车尾气各成份（NOx、CO、CO₂或HC）各自的密度。

较佳的，所述排放体积计算模块，根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度等瞬态数据的变化，得到相应的瞬态进气量。

实施例二

整车工况尾气排放测试系统，包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU（电子控制模块）输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量G_air；根据整车尾气中的CO、CO₂及HC的瞬态浓度及瞬态进气量，通过碳平衡方法（C-balance，其原理是基于物质守恒定律，根据单位时间内汽车尾气中的CO、CO₂及HC中的碳量，与单位燃油中的碳量相比较，得到燃油消耗量），计算得到瞬态油耗量G_fuel；然后根据瞬态进气量G_air及瞬态油耗量G_fuel计算得到瞬态排气量G_exhaust，G_exhaust=G_air+G_fuel，再对瞬态排气量G_exhaust进行模态积分计算得到实时排放体积v；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积v、整车尾气中各成分（NOx、CO、CO₂或HC）各自的实时浓度φ，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量m：

t为时间，ρ为整车尾气各成份（NOx、CO、CO₂或HC）各自的密度。

较佳的，所述排放体积计算模块，根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度等瞬态数据的变化，得到相应的瞬态进气量。

本发明的整车工况尾气排放测试系统，利用匹配装置，读取发动机的ECU输出的瞬态数据，通过对发动机节气门体处的气体温度、气体压力、节气门开度等物理量的变化得到相应的瞬态进气量，再结合发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号计算得出瞬态油耗量，或可利用碳平衡法计算得出瞬态油耗量，根据瞬态进气量及瞬态油耗量的和计算得到瞬态排气量，再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积，然后根据排放过程中实时测量的整车尾气各成份的浓度及实时排放体积，进行积分计算到整车尾气各成份的总质量。本发明的整车工况尾气排放测试系统，利用ECU变量的计算值取代现有CVS等流量计量设备实测值对整车尾气排放量进行测量，利用排放浓度模态积分计算值取代现有废气采样气袋对整车尾气排放质量进行统计，克服了整车尾气排放测量只有靠气袋收集这一固定模式，不再需要增加任何尾气收集计量设备，只需读取车辆自身的ECU数据，就能得出与采用高成本的CVS基本一致的排放测试结果，操作简单，使用效率高，维护成本低。

而且，本发明的整车工况尾气排放测试系统，由于没有固定的测量设备，要完成整车排放测试，可以不必提供标准状态车辆，为车载移动排放测试系统提供了一种可能。

本发明的整车工况尾气排放测试系统，可利用台架测功机模拟车辆在道路上的阻力，通过对车辆行驶阻力和车辆技术设计要求进行返向负荷需求拟合，获取实际道路行驶时或整车排放测试时发动机所需输出转速和负荷参数值，然后利用台架自动程序对发动机进行加载，模拟际道路行驶时或整车排放测试时时发动机实际输出转速和负荷，不需要通过人工操作完成发动机输出负荷的控制。

车辆行驶阻力计算：F_行=F_滚+F_风+F_加，F_行为车辆行驶阻力，F_滚为车轮滚动阻力，F_风为风阻力，F_加为加速阻力；

发动机扭矩输出需求计算：M=F_行/（I_档*I_主/D_轮/2），M需求的发动机扭矩，I_档为档位值，I_档为档位值为正整数（如可以为1，2,3,4,5,6等），I_主为主减速比，D_轮为车轮直径；

发动机转速计算：N_发=V_车*I_档*I_主/（3.14D_轮/2），N_发为发动机转速，V_车为车速。

本方案克服了需要有标准车辆才能进行工况法排放测试的瓶颈，同时克服整车排放测试人工驾驶对结果的散差，可实现整车和动力总成的同步开发，将传动比、催化器涂层等开发前移，缩短开发周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种整车工况尾气排放测试系统，其特征在于，包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量；根据发动机自身氧传感器的含氧比瞬态信号及标定的含氧比瞬态信号同空燃比的对照曲线，得到相应的瞬态空燃比；然后根据瞬态进气量及瞬态空燃比，计算得到瞬态油耗量；然后根据瞬态进气量及瞬态空燃比，计算得到瞬态油耗量；然后根据瞬态进气量及瞬态油耗量计算得到瞬态排气量；再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积；

G_fuel=G_air/(14.7/Lambda)；

G_exhaust=G_air+G_fuel；

G_air为瞬态进气量，G_fuel为瞬态油耗量，Lambda为瞬态空燃比，G_exhaust为瞬态排气量；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积、整车尾气中的各成分各自的实时浓度，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量m：

t为时间，m为整车尾气各成份各自的实时总质量，ρ为整车尾气各成份各自的密度，φ整车尾气中各成分各自的实时浓度，v为实时排放体积。

2.根据权利要求1所述的整车工况尾气排放测试系统，其特征在于，

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度的变化，得到相应的瞬态进气量。

3.一种整车工况尾气排放测试系统，其特征在于，包括匹配装置、废气分析仪、排放体积计算模块、尾气各成份总质量计算模块；

所述匹配装置，用于读取ECU输出的瞬态数据；

所述废气分析仪，用于检测分析整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的浓度；

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的瞬态数据，得到相应的瞬态进气量；根据整车尾气中的NOx、CO、CO₂及HC的瞬态浓度及瞬态进气量，通过碳平衡方法，计算得到瞬态油耗量；然后根据瞬态进气量及瞬态油耗量计算得到瞬态排气量；再对瞬态排气量进行模态积分计算得到实时排放体积；

G_exhaust=G_air+G_fuel；

G_air为瞬态进气量，G_fuel为瞬态油耗量，G_exhaust为瞬态排气量；

所述尾气各成份总质量计算模块，用于根据实时排放体积、整车尾气中的各成分各自的实时浓度，计算得到整车尾气各成份各自的实时总质量：

t为时间，m为整车尾气各成份各自的实时总质量，ρ为整车尾气各成份各自的密度，φ整车尾气中的各成分各自的实时浓度，v为实时排放体积。

4.根据权利要求3所述的整车工况尾气排放测试系统，其特征在于，

所述排放体积计算模块，用于根据所述匹配装置读取的发动机节气门体处的气体温度、气体压力，以及节气门开度的变化，得到相应的瞬态进气量。

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