CN105427404A - 机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统与方法 - Google Patents

Abstract

机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统与方法，该系统包括GPS接收天线、气体流量计、捕集碳罐、主机和电脑；GPS接收天线安装在机动车车顶或置于车内，气体流量计的气流出口通过硅胶管与机动车发动机脱附口或机动车原碳罐的大气口连接，捕集碳罐的油箱口与机动车原碳罐的大气口通过硅胶管连接；主机包括中央处理器，与中央处理器连接的流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块；中央处理器与电脑连接，流量数据采集模块与气体流量计连接，GPS数据采集模块与GPS接收天线连接；还包括称重的0.01g电子天平；本发明还提供了采集方法；该系统可以在机动车实际道路运行过程中采集汽车实际工况下油气生成及碳罐脱附数据，实现低成本的获得大量评价实际运行中蒸发排放控制水平的数据。

Description

机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统与方法

技术领域

本发明涉及机动车蒸发排放处理技术领域，具体涉及机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统与方法。

背景技术

机动车排放目前为城市VOCs排放的主要因素，而随着尾气排放标准的不断加严，蒸发排放控制引起越来越多的关注。机动车蒸发排放包括昼间排放，热浸排放，渗透排放，加油排放及运行损失。其原因主要为三个方面：由于温度变化，油箱中产生油气并通过排气管排入大气；油气系统中的油气通过渗透作用排入大气；加油过程中泄漏及油气置换产生的排放。目前机动车上均装有碳罐以控制油气排放，常见的碳罐包括三个通气口，分别为：大气口，油箱口，脱附口。分别连接外界环境，汽车油箱口，汽车发动机脱附口。

传统评价机动车蒸发排放控制水平的方法为采用密闭仓测试的方法。目前国际现行的主流方法包括美国EPA的蒸发排放测试流程及欧洲IV型实验测试流程。其中美国标准测试流程包括：72小时昼间排放及行驶损失测试，美国48小时昼间蒸发及热浸排放测试，美国加油排放测试。不论美国或者欧洲的测试方法，其基本内容都为：燃油系统燃油更新；碳罐预处理及加载击穿；机动车通过某个运行工况进行预处理行驶；浸车；密闭仓内排放测试。该种方法可以通过最终排放量直观的表现机动车蒸发排放的控制水平，但方法缺陷为：只能反映标准测试方法下的控制状况，并不能完全反映实际运行下的状况；测试过程繁琐，耗时长，成本高，不能大规模测试。

根据现有的研究，影响机动车蒸发排放的因素包括：碳罐工作能力；碳罐脱附性能；机动车行驶速度及加速度；来自油箱的油气生成量；机动车油气系统渗透性。目前对于各个因素的研究多为实验室实验过程中根据需要使用相关仪器进行采集，没有能够用于车辆实际道路运行下各参数系统采集的统一的仪器或者设备。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统与方法，该系统可以在机动车实际道路运行过程中采集汽车实际工况下油气生成及碳罐脱附数据，实现低成本的获得大量评价实际运行中蒸发排放控制水平的数据；采集数据包括：机动车运行时的速度及加速度，机动车运行过程中油箱油气生成量，机动车碳罐工作能力，机动车碳罐脱附流量，机动车碳罐脱附质量；综合各项参数来评价其蒸发排放控制水平。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，包括GPS接收天线、气体流量计、捕集碳罐、主机和电脑；所述GPS接收天线安装在机动车车顶或天线周围没有过多金属遮蔽的情况下置于车内，所述气体流量计的气流出口通过硅胶管与机动车发动机脱附口或机动车原碳罐的大气口连接，所述捕集碳罐的油箱口与机动车原碳罐的大气口通过硅胶管连接；所述主机包括中央处理器，与中央处理器连接的流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块，以及与中央处理器、流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块连接的对其供电的蓄电池；所述中央处理器与电脑连接，所述流量数据采集模块与气体流量计连接，所述GPS数据采集模块与GPS接收天线连接；还包括称重的0.01g电子天平；

通过GPS接收天线和GPS数据采集模块接收GPS卫星发射的定位信号，通过中央处理器计算出机动车逐秒的速度、加速度及经纬度，数据由数据存储模块保存；

流量数据采集模块采集脱附流量数据，经中央处理器处理，转换为逐秒的脱附流量数据，并由数据存储模块保存。

所述GPS接收天线由GPS连接线与主机前段的I/O接口相连。

所述主机通过电源线与机动车点烟器相连，实现仪器充电。

所述GPS数据采集模块接收来自GPS接收天线的信号，实现高精度GPS定位数据获取；其时间分辨率为0.1秒，准确度为1米以内。

所述气体流量计将流量信息转换为电压信号输出至流量数据采集模块。

所述流量数据采集模块能够将气体流量计输出的电压信号以1秒间隔连续记录。

所述捕集碳罐为具有高工作能力的ORVR碳罐。

上述所述的车载数据采集系统的采集方法，包括如下步骤：

步骤1：将测试机动车原碳罐拆下，称重记录为C₁；将机动车原碳罐脱附口用密封胶带封住，装回并仅连接机动车大气口；称重捕集碳罐，称重记录为D₁；将机动车原碳罐大气口通过硅胶管与捕集碳罐油箱口连接；将机动车脱附口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑打开主机中各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐及捕集碳罐，称重分别记录为C₂,D₂，C₃,D₃,……，直至机动车原碳罐不再增重，碳罐完全加载；此时机动车原碳罐及捕集碳罐质量分别为C_i和D_i，i为测试总次数，单位为g；

步骤2：将经过步骤1的机动车原碳罐接回测试机动车，将其油箱口用密封带封住，脱附口与机动车脱附口连接；机动车原碳罐大气口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑运行主机各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐，称重分别记录为C_i+1，C_i+2……C_i+k，单位为g；直至机动车原碳罐质量不变，碳罐完全脱附；在此过程中，每步脱附总流量分别为V_i+1，V_i+2，……V_i+k，单位为L；

步骤3：多次重复步骤1与步骤2，并按下述方法处理数据：

1)机动车脱附分布

上述步骤记录所得机动车运行时速度、加速度、逐秒脱附流量；按速度V,单位为Km/hour和发动机比功率VSP,单位为KW/h，将数据以10km/hour和5KW/hour，边界为0-120km/hour,-30-30KW/h分为12×12网格，并计算落在每个网格的脱附速率的平均值；从而得到12×12的基于速度V和比功率VSP的脱附速率分布矩阵；

2)机动车原碳罐最大工作能力

定义碳罐最大工作能力M,单位为g，为碳罐完全加载与完全脱附时的质量之差；计算公式如下：

M＝C_i-C_i+k

3)机动车原碳罐脱附性能

定义碳罐脱附性能W,单位为g/L，为单位脱附流量空气的碳罐脱附质量；计算公式如下：

$W=\frac{1}{K}\underset{x=i}{\overset{i+k-1}{\Σ}}\frac{C_x-C_{x+1}}{V_{x+1}}$

4)机动车油箱油气生成速率

定义机动车油箱油气平均生成速率G，单位为g/hour，为单位时间从油箱口进入碳罐的油气量；计算公式如下：

$G=\frac{1}{i}\underset{x=1}{\overset{i}{\Σ}}\frac{C_{x+1}-C_x+D_{x+1}-D_x}{1/3}$

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明提供了的机动车实际工况下油气生成及碳罐脱附的车载数据采集系统载数据采集系统及方法，是一种评价机动车蒸发排放控制水平所需数据的系统及方法。本方法通过采集影响蒸发排放的相关参数而实现对在用车的快速评价，一方面可以实现大规模的数据采集而获得目前车队水平的评价，另一方面也可以有效防止新车认证中利用作弊手段通过检测而在实际运行中无效果的现象。

附图说明

图1为本发明系统的主机内部结构示意图。

图2为本发明方法步骤1系统连接示意图。

图3为本发明方法步骤2系统连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2和图3所示，本发明机动车实际工况下油气生成及碳罐脱附的车载数据采集系统载数据采集系统，包括GPS接收天线、气体流量计、捕集碳罐、主机和电脑；所述GPS接收天线安装在机动车车顶或天线周围没有过多金属遮蔽的情况下置于车内，所述气体流量计的气流出口通过硅胶管与机动车发动机脱附口或机动车原碳罐的大气口连接，所述捕集碳罐的油箱口与机动车原碳罐的大气口通过硅胶管连接；所述主机包括中央处理器，与中央处理器连接的流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块，以及与中央处理器、流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块连接的对其供电的蓄电池；所述中央处理器与电脑通过I/O接口连接，所述流量数据采集模块与气体流量计通过I/O接口连接，所述GPS数据采集模块与GPS接收天线通过I/O接口连接；还包括称重的0.01g电子天平；

通过GPS接收天线和GPS数据采集模块接收GPS卫星发射的定位信号，通过中央处理器计算出机动车逐秒的速度、加速度及经纬度，数据由数据存储模块保存；

流量数据采集模块采集脱附流量数据，经中央处理器处理，转换为逐秒的脱附流量数据，并由数据存储模块保存。

所述硅胶管，其管径取决于连接口的大小，连接需用喉箍扎紧以防漏气，在转接过程中根据需要采用对应转接口。

所述GPS接收天线可安装于在机动车车顶，也可以在天线周围没有过多金属遮蔽的情况下置于车内。但最好安装在车顶，因为下雨或者寒冷并不会让天线受损伤。GPS接收天线由GPS连接线与主机前段的I/O接口相连。

所述主机通过电源线与机动车点烟器相连，实现仪器充电。

所述GPS数据采集模块接收来自GPS接收天线的信号，实现高精度GPS定位数据获取；作为本发明的优选实施方式，GPS数据采集模块的时间分辨率为0.1秒，准确度为1米以内。

作为本发明的优选实施方式，所述气体流量计将流量信息转换为电压信号输出至流量数据采集模块。

作为本发明的优选实施方式，所述流量数据采集模块能够将气体流量计输出的电压信号以1秒间隔连续记录。

作为本发明的优选实施方式，所述捕集碳罐为具有高工作能力的ORVR碳罐。

所述中央处理器(CPU)，一方面实现数据计算，另一方面实现所述GPS接收天线，气压温度传感器，GPS数据采集模块，气压、温度数据采集模块，流量数据采集模块，数据存储模块，I/O接口，电池充电等部件的控制。

上述所述的车载数据采集系统的采集方法，包括如下步骤：

步骤1：如图2所示，将测试机动车原碳罐拆下，称重记录为C₁；将机动车原碳罐脱附口用密封胶带封住，装回并仅连接机动车大气口；称重捕集碳罐，称重记录为D₁；将机动车原碳罐大气口通过硅胶管与捕集碳罐油箱口连接；将机动车脱附口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑打开主机中各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐及捕集碳罐，称重分别记录为C₂,D₂，C₃,D₃,……，直至机动车原碳罐不再增重，碳罐完全加载；此时机动车原碳罐及捕集碳罐质量分别为C_i和D_i，i为测试总次数，单位为g；

步骤2：如图3所示，将经过步骤1的机动车原碳罐接回测试机动车，将其油箱口用密封带封住，脱附口与机动车脱附口连接；机动车原碳罐大气口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑运行主机各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐，称重分别记录为C_i+1，C_i+2……C_i+k，单位为g；直至机动车原碳罐质量不变，碳罐完全脱附；在此过程中，每步脱附总流量分别为V_i+1，V_i+2，……V_i+k，单位为L；

步骤3：多次重复步骤1与步骤2，并按下述方法处理数据：

1)机动车脱附分布

上述步骤记录所得机动车运行时速度、加速度、逐秒脱附流量；按速度V,单位为Km/hour和发动机比功率VSP,单位为KW/h，将数据以10km/hour和5KW/hour，边界为0-120km/hour,-30-30KW/h分为12×12网格，并计算落在每个网格的脱附速率的平均值；从而得到12×12的基于速度V和比功率VSP的脱附速率分布矩阵；

2)机动车原碳罐最大工作能力

定义碳罐最大工作能力M,单位为g，为碳罐完全加载与完全脱附时的质量之差；计算公式如下：

M＝C_i-C_i+k

3)机动车原碳罐脱附性能

定义碳罐脱附性能W,单位为g/L，为单位脱附流量空气的碳罐脱附质量；计算公式如下：

$W=\frac{1}{K}\underset{x=i}{\overset{i+k-1}{\Σ}}\frac{C_x-C_{x+1}}{V_{x+1}}$

4)机动车油箱油气生成速率

定义机动车油箱油气平均生成速率G，单位为g/hour，为单位时间从油箱口进入碳罐的油气量；计算公式如下：

$G=\frac{1}{i}\underset{x=1}{\overset{i}{\Σ}}\frac{C_{x-1}-C_x+D_{x-1}-D_x}{1/3}$ 。

Claims (8)

1.机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：包括GPS接收天线、气体流量计、捕集碳罐、主机和电脑；所述GPS接收天线安装在机动车车顶或天线周围没有过多金属遮蔽的情况下置于车内，所述气体流量计的气流出口通过硅胶管与机动车发动机脱附口或机动车原碳罐的大气口连接，所述捕集碳罐的油箱口与机动车原碳罐的大气口通过硅胶管连接；所述主机包括中央处理器，与中央处理器连接的流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块，以及与中央处理器、流量数据采集模块、数据存储模块和GPS数据采集模块连接的对其供电的蓄电池；所述中央处理器与电脑连接，所述流量数据采集模块与气体流量计连接，所述GPS数据采集模块与GPS接收天线连接；还包括称重的0.01g电子天平；

通过GPS接收天线和GPS数据采集模块接收GPS卫星发射的定位信号，通过中央处理器计算出机动车逐秒的速度、加速度及经纬度，数据由数据存储模块保存；

流量数据采集模块采集脱附流量数据，经中央处理器处理，转换为逐秒的脱附流量数据，并由数据存储模块保存。

2.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述GPS接收天线由GPS连接线与主机前段的I/O接口相连。

3.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述主机通过电源线与机动车点烟器相连，实现仪器充电。

4.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述GPS数据采集模块接收来自GPS接收天线的信号，实现高精度GPS定位数据获取；其时间分辨率为0.1秒，准确度为1米以内。

5.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述气体流量计将流量信息转换为电压信号输出至流量数据采集模块。

6.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述流量数据采集模块能够将气体流量计输出的电压信号以1秒间隔连续记录。

7.根据权利要求1所述的机动车实际工况油气生成及脱附车载数据采集系统，其特征在于：所述捕集碳罐为ORVR碳罐。

8.权利要求1至7任一项所述的车载数据采集系统的采集方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将测试机动车原碳罐拆下，称重记录为C₁；将机动车原碳罐脱附口用密封胶带封住，装回并仅连接机动车大气口；称重捕集碳罐，称重记录为D₁；将机动车原碳罐大气口通过硅胶管与捕集碳罐油箱口连接；将机动车脱附口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑打开主机中各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐及捕集碳罐，称重分别记录为C₂,D₂，C₃,D₃,……，直至机动车原碳罐不再增重，碳罐完全加载；此时机动车原碳罐及捕集碳罐质量分别为C_i和D_i，i为测试总次数，单位为g；

步骤2：将经过步骤1的机动车原碳罐接回测试机动车，将其油箱口用密封带封住，脱附口与机动车脱附口连接；机动车原碳罐大气口通过硅胶管与气体流量计连接，并用喉箍匝紧以防漏气；通过电脑运行主机各个模块；发动机动车，以任意工况行驶，每隔20分钟称重机动车原碳罐，称重分别记录为C_i+1，C_i+2……C_i+k，单位为g；直至机动车原碳罐质量不变，碳罐完全脱附；在此过程中，每步脱附总流量分别为V_i+1，V_i+2，……V_i+k，单位为L；

步骤3：多次重复步骤1与步骤2，并按下述方法处理数据：

1)机动车脱附分布

上述步骤记录所得机动车运行时速度、加速度、逐秒脱附流量；按速度V,单位为Km/hour和发动机比功率VSP,单位为KW/h，将数据以10km/hour和5KW/hour，边界为0-120km/hour,-30-30KW/h分为12×12网格，并计算落在每个网格的脱附速率的平均值；从而得到12×12的基于速度V和比功率VSP的脱附速率分布矩阵；

2)机动车原碳罐最大工作能力

定义碳罐最大工作能力M,单位为g，为碳罐完全加载与完全脱附时的质量之差；计算公式如下：

M＝C_i-C_i+k

3)机动车原碳罐脱附性能

定义碳罐脱附性能W,单位为g/L，为单位脱附流量空气的碳罐脱附质量；计算公式如下：

4)机动车油箱油气生成速率

定义机动车油箱油气平均生成速率G，单位为g/hour，为单位时间从油箱口进入碳罐的油气量；计算公式如下：

。