CN108760591A - 一种车辆尾气污染物测量装置 - Google Patents

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李斌
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions

Abstract

本发明公开一种车辆尾气污染物测量装置，涉及检测装置技术领域，主要结构包括控制模块以及与所述控制模块电连接的控制执行元件、环境检测器、导航单元、流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元；环境检测器用于检测周围环境的温度、湿度和气压，导航单元用于检测车辆位置，以判断车辆所处路况，流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元以及控制执行元件共同完成对车辆尾气污染物的测量。

Description

一种车辆尾气污染物测量装置
技术领域
本发明涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种车辆尾气污染物测量装置。
背景技术
数据显示，截止到2017年6月底止，全国机动车的保有量达3.04亿辆，机动车驾驶人数量达3.71亿人，其中汽车保有量2.05亿辆，数据还在不断刷新。2017年预估汽车的产销量超过2940万辆和摩托车的产销量达1700万辆。大量机动车的行驶，已给道路交通、能源消耗和环境生态等带来日益恶化的影响，形势严峻，治理难度很大。特别是机动车对大中城市群环境污染(包括CO、CO2、HC、NOX，PM2.5以及雾霾等)的贡献率占有大比例，已经严重危害人们赖以生存的生态环境，在着力从机动车排放源头上减低排放污染的同时，全社会、特别是机动车管理部门也在寻求治理对机动车排放污染的科学适用、可坚持实行、被社会广泛接受的尾气污染物检测监督方案。
对于机动车，特别是产量和保有量巨大的点燃式发动机汽车排放控制，一是加强对在用车的使用管理(包括综合配套的检测体系和强制维修等，即实行I/M制度)，根据检测结果进行不合格排放在用车的合理淘汰；二是严格节能减排设计和按标准制造，并保证生产产品排放的一致性和规定使用寿命；三是摸清新车出厂时的实际道路行驶尾气排放量。针对汽车年产量和使用保有量巨大的现实状况，所以对其车辆的实际道路行驶排放测量，在实用上，既要具有测量比较准确、又要测量简便快捷、测量成本低廉等综合要求。
我国机动车排放的测量和真实值的确定，是由国家认定的资质检测机构按国标规定，对产品制造厂提交的系列代表样品进行型式论证，按所谓的工况法进行测量，有一套完整、严格的测量规范。所采用的测量装备，标准中有明确规定和严格要求，一般而言设备精密、测量精度高，操作要求规范，维护要求也复杂多样，因此设备购置成本和使用成本均很高，过去相当一段时间内这类型式论证设备主要依赖进口，价格昂贵，使用场合以及购置数量多有限制。对于量大面广的生产现场和在用车场合的检测时，对排放一致性检查的场景下更期望于，按照相关排放测量标准，测量功能和精度能满足测量目的、操作简单方便快速、设备购置成本和使用成本低这样一种综合要求。
为了从源头上控制机动车的排放，需要确保出厂车辆和型式论证的样车保持生产一致性，这主要靠生产装备和生产管理来保证。汽油车下线、合格入库或出厂时，应根据相关规定，按抽检比例测量车辆的实际道路行驶排放值。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种车辆尾气污染物测量装置，能够实时检测车辆尾气中各种物质的含量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种车辆尾气污染物测量装置，包括控制模块以及与所述控制模块电连接的控制执行元件、环境检测器、导航单元、流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元；
所述控制执行元件包括耐热泵、第一调压阀、第一电磁阀、第二调压阀、第二电磁阀、第三电磁阀、NOX电磁阀、CO2电磁阀、CO电磁阀和N2电磁阀；
所述环境检测器包括环境温度传感器、环境压力传感器和环境湿度传感器，所述环境检测器用于检测周围环境的温度、湿度和气压；
所述导航单元为GPS/北斗单元；
所述流量测量单元包括皮托管式流量计；
所述气体分析单元包括HFID分析仪、NDUV分析仪和NDIR分析仪；
所述颗粒物测量单元包括颗粒物检测仪；
还包括第一管路、第二管路和第三管路；所述第一管路的一端用于设置于发动机排气口处，所述第一管路上依次设置有第一温度传感器、热过滤器和所述耐热泵，所述第一管路的另一端连接一第一支路的一端；所述第一支路上依次设置有所述第一调压阀和所述第一电磁阀，所述第一支路的另一端设置有所述HFID分析仪；所述第一管路的另一端还连接一第二支路的一端，所述第二支路上依次设置有冷凝罐和所述第二调压阀；所述第二支路的另一端连接有第一分路、第二分路和第三分路，所述第一分路上设置有所述第二电磁阀和所述NDUV分析仪，所述第二分路上设置有所述第三电磁阀和所述NDIR分析仪，所述第三分路上连接有NOX气路、CO2气路、CO气路、和N2气路；所述NOX气路包括NOX气源，所述NOX电磁阀设置于所述NOX气源与所述第三分路之间；所述CO2气路包括CO2气源，所述CO2电磁阀设置于所述CO2气源与所述第三分路之间；所述CO气路包括CO气源，所述CO电磁阀设置于所述CO气源与所述第三分路之间；所述N2气路包括N2气源；所述N2电磁阀设置于所述N2气源与所述第三分路之间；所述第二管路的一端用于设置于所述发动机排气口处，所述第二管路上依次设置有第二温度传感器和所述颗粒物测量单元；所述第一管路的另一端与所述第二管路的另一端均与所述第三管路的一端相连通，所述第三管路的另一端设置于所述发动机排气口处且位于所述第一管路的一端与所述第二管路的一端之后；
所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与所述控制模块电连接。
可选的，所述第一管路上位于所述热过滤器之前的部分设置有第一伴热管线。
可选的，所述第二管路上位于所述颗粒物测量单元之前的部分设置有第二伴热管线。
可选的，所述第一管路与所述第二管路之间设置有一溢流阀。
可选的，所述HFID分析仪还连通有一丙烷管路，所述丙烷管路包括丙烷气源和丙烷电磁阀，所述丙烷电磁阀设置于所述丙烷气源与所述HFID分析仪之间。
可选的，所述HFID分析仪还连通有一空气管路，所述空气管路包括空气气源和空气电磁阀，所述空气电磁阀设置于所述空气气源与所述HFID分析仪之间。
可选的，所述HFID分析仪还连通有一氢气管路，所述空气管路包括氢气气源和氢气电磁阀，所述氢气电磁阀设置于所述氢气气源与所述HFID分析仪之间。
可选的，还包括排气管差压传感器、排气管温度传感器和排气管压力传感器；所述排气管差压传感器、所述排气管温度传感器和所述排气管压力传感器用于依次设置于所述发动机排气管路上。
可选的，所述控制模块还电连接有一上位机和一GPS/北斗单元。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的车辆尾气污染物测量装置主要结构包括控制模块以及与所述控制模块电连接的控制执行元件、环境检测器、导航单元、流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元；环境检测器用于检测周围环境的温度、湿度和气压，导航单元用于检测车辆位置，以判断车辆所处路况，流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元以及控制执行元件共同完成对车辆尾气污染物的测量。
本发明在设计创新中遵循如下准则：除符合并优于新标准中关于实际行驶污染物检测设备规定的通用要求外，针对整车实际道路测量场景下的特殊要求，注重装置整体的科学合理性，操作简单方便快捷，耐用、维护简易规范，侧重于排气流量计量的优化方案和解决重要组件气体分析仪器国产化问题，优化系统配置和采购方案、整合集成国内优质资源，以求尽最大努力减低设备购置成本和维护成本，满足量大面广的庞大用户群。
在排放测量过程中需要测量稀释排气的流量。流量计采用皮托管式流量计，适合用在整车实际行驶过程中排气流量测量的场合。
排气成分的分析，按照标准法定规定，采用加热型氢火焰离子化分析仪(HFID)测量总碳氢化合物(THC)，用不分光红外分析仪(NDIR)测量CO和CO2,用加热型化学发光法分析仪(HCLD)或不分光紫外分析仪(NDUV)测量NOX(NO+NO2)。
控制模块能够保证装置按照测量过程要求自动或者半自动运行，并处理试验结果，全部符合标准规范；开放式的软件功能设计，方便用户自主编程，扩展一些专用的实用功能。
本发明坚持系统的优化集成设计、严格制造、优选技术和零件资源的理念，针对市场上尚没有这类急需的产品的实际情况，及时推出一种满足新标准要求的、适用于整车实际行驶排气污染物测量装置，其功能依据并优于新标准的要求，使得整个测量装置的成本大幅度降低，为能被客户接受和广泛采用奠定了基础，填补了由于标准规定改变，市场急需整车实际行驶排气污染物测量装置的空白，为落实新标准的实施，提供了必需的技术装备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明车辆尾气污染物测量装置的结构示意图；
图2为本发明车辆尾气污染物测量装置的计算机控制示意框图。
附图标记说明：1、环境温度传感器；2、环境压力传感器；3、环境湿度传感器；4、第一伴热管线；5、第一温度传感器；6、热过滤器温度传感器；7、热过滤器；8、耐热泵；9、第一调压阀；10、丙烷气源；11、丙烷电磁阀；12、空气气源；13、氢气气源；14、HFID分析仪；15、第一电磁阀；16、第二电磁阀；17、第三电磁阀；18、NDUV分析仪；19、NDIR分析仪；20、第二调压阀；21、N2电磁阀；22、CO电磁阀；23、CO2电磁阀；24、NOx电磁阀；25、NOx气源；26、CO2气源；27、CO气源；28、N2气源；29、冷凝罐；30、溢流阀；31、颗粒物检测仪；32、第二伴热管线；33、第二温度传感器；34、排气管差压传感器；35、排气管温度传感器；36、排气管压力传感器；37、皮托管式流量计；38、发动机排气进口；39、环境检测器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种车辆尾气污染物测量装置，包括控制模块以及与所述控制模块电连接的控制执行元件、环境检测器39、导航单元、流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元；所述控制执行元件包括耐热泵8、第一调压阀9、第一电磁阀15、第二调压阀20、第二电磁阀16、第三电磁阀17、NOx电磁阀24、CO2电磁阀23、CO电磁阀22和N2电磁阀21；所述环境检测器39包括环境温度传感器1、环境压力传感器2和环境湿度传感器3，所述环境检测器39用于检测周围环境的温度、湿度和气压；所述导航单元为GPS/北斗单元；所述流量测量单元包括皮托管式流量计37；所述气体分析单元包括HFID分析仪14、NDUV分析仪18和NDIR分析仪19；所述颗粒物测量单元包括颗粒物检测仪31；还包括第一管路、第二管路和第三管路；所述第一管路的一端用于设置于发动机排气口处，所述第一管路上依次设置有第一温度传感器5、热过滤器7和所述耐热泵8，所述热过滤器7上设置有一热过滤器温度传感器6，所述第一管路的另一端连接一第一支路的一端；所述第一支路上依次设置有所述第一调压阀9和所述第一电磁阀15，所述第一支路的另一端设置有所述HFID分析仪14；所述第一管路的另一端还连接一第二支路的一端，所述第二支路上依次设置有冷凝罐29和所述第二调压阀20；所述第二支路的另一端连接有第一分路、第二分路和第三分路，所述第一分路上设置有所述第二电磁阀16和所述NDUV分析仪18，所述第二分路上设置有所述第三电磁阀17和所述NDIR分析仪19，所述第三分路上连接有NOX气路、CO2气路、CO气路、和N2气路；所述NOX气路包括NOx气源25，所述NOx电磁阀24设置于所述NOx气源25与所述第三分路之间；所述CO2气路包括CO2气源26，所述CO2电磁阀23设置于所述CO2气源26与所述第三分路之间；所述CO气路包括CO气源27，所述CO电磁阀22设置于所述CO气源27与所述第三分路之间；所述N2气路包括N2气源28；所述N2电磁阀21设置于所述N2气源28与所述第三分路之间；所述第二管路的一端用于设置于所述发动机排气口处，所述第二管路上依次设置有第二温度传感器33和所述颗粒物测量单元；所述第一管路的另一端与所述第二管路的另一端均与所述第三管路的一端相连通，所述第三管路的另一端设置于所述发动机排气口处且位于所述第一管路的一端与所述第二管路的一端之后；所述第一温度传感器5和所述第二温度传感器33均与所述控制模块电连接。
于本具体实施例中，如图1和2所示，所述第一管路上位于所述热过滤器7之前的部分设置有第一伴热管线4。所述第二管路上位于所述颗粒物测量单元之前的部分设置有第二伴热管线32。所述第一管路与所述第二管路之间设置有一溢流阀30。所述HFID分析仪14还连通有一丙烷管路，所述丙烷管路包括丙烷气源10和丙烷电磁阀11，所述丙烷电磁阀11设置于所述丙烷气源10与所述HFID分析仪14之间。所述HFID分析仪14还连通有一空气管路，所述空气管路包括空气气源12和空气电磁阀，所述空气电磁阀设置于所述空气气源12与所述HFID分析仪14之间。所述HFID分析仪14还连通有一氢气管路，所述空气管路包括氢气气源13和氢气电磁阀，所述氢气电磁阀设置于所述氢气气源13与所述HFID分析仪14之间。还包括排气管差压传感器34、排气管温度传感器35和排气管压力传感器36；所述排气管差压传感器34、所述排气管温度传感器35和所述排气管压力传感器36用于依次设置于所述发动机排气管路上。所述控制模块还电连接有一上位机和一GPS/北斗单元。所述控制模块与所述第一伴热管线4、所述第二伴热管线32、所述丙烷电磁阀11、所述空气电磁阀、所述氢气电磁阀、所述排气管差压传感器34、所述排气管温度传感器35以及所述排气管压力传感器36均电连接。
其中，HFID分析仪14、NDUV分析仪18和NDIR分析仪19的规格如下：
实际测量时，将本装置安装在被测车辆上，被测车辆按照标准规定的工况行驶。此时，被检测车辆排出的尾气经过第一伴热管线4、热过滤器7、耐热泵8、第一调压阀9、第一电磁阀15进入HFID分析仪14，分析尾气中的THC浓度；被检测车辆排出的尾气经过第一伴热管线4、热过滤器7、耐热泵8、冷凝罐29、第二调压阀20、第二电磁阀16进入NDUV分析仪18，测量尾气中的NO和NO2的浓度；被检测车辆排出的尾气经过第一伴热管线4、热过滤器7、耐热泵8、冷凝罐29、第二调压阀20、第三电磁阀17进入NDIR分析仪19，测量尾气中的CO和CO2的浓度；被检测车辆排出的尾气经过第二伴热管线32进入颗粒物检测仪31，测量尾气中的颗粒物浓度。
标定HFID分析仪14量程点时，开启丙烷电磁阀11；标定NDUV分析仪18零点时，开启第二电磁阀16和N2电磁阀21；标定NDIR分析仪19量程点时，开启第三电磁阀17和N2电磁阀21，标定NDIR分析仪19CO量程点时，开启第三电磁阀17和CO电磁阀22，标定NDIR分析仪19CO2量程点时，开启第三电磁阀17和CO2电磁阀23。
GPS/北斗单元，用于记录车辆行驶的路线、当前的位置(经纬度)、车速、总里程等参数，其中总里程与车载ECU参数做比对，供系统计算使用。
冷凝罐29用以减少稀释排气所含水分对测量结果的干扰，保证CO、CO2、NO和NO2的测量精度。
环境检测器39用于测量大气压力、环境温度和湿度，便于将测量结果转化到标定环境状态下。
计算机通过排气流量测量和采样单元、排气成分测量分析单元、环境工作站等的传感器获取各类测量数据，通过数据采集模块转换为符合TCP/IP规范的数字信号，传送给上位机，由上位机完成数据处理工作。同时，计算机根据采集信号的数值判断目前的工作状态，将控制指令发送给控制模块，并经气路中的执行元件实现自动取样、分析等功能。
控制模块完成对分析仪器单元进行一系列气路切换、量程转换的操作，实现自动取样、分析等一系列功能。控制指令经控制模块处理后，转换为直接的继电器开闭去推动配电箱中的执行元件(继电器和接触器)，实现开启或关闭系统中各所述电磁阀和耐热泵8的运行或停止操作。车辆ECU数据通过以太网直接传输到上位机中，由上位机进行同步的信号处理，测量结果自动保存或打印输出。最终排放结果气态污染物以(克/公里)表示，颗粒物以(个/公里)表示，并与排放限值比较，评定达标情况。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，包括控制模块以及与所述控制模块电连接的控制执行元件、环境检测器、导航单元、流量测量单元、气体分析单元和颗粒物测量单元；
所述控制执行元件包括耐热泵、第一调压阀、第一电磁阀、第二调压阀、第二电磁阀、第三电磁阀、NOX电磁阀、CO2电磁阀、CO电磁阀和N2电磁阀；
所述环境检测器包括环境温度传感器、环境压力传感器和环境湿度传感器，所述环境检测器用于检测周围环境的温度、湿度和气压；
所述导航单元为GPS/北斗单元；
所述流量测量单元包括皮托管式流量计；
所述气体分析单元包括HFID分析仪、NDUV分析仪和NDIR分析仪；
所述颗粒物测量单元包括颗粒物检测仪；
还包括第一管路、第二管路和第三管路；所述第一管路的一端用于设置于发动机排气口处，所述第一管路上依次设置有第一温度传感器、热过滤器和所述耐热泵，所述第一管路的另一端连接一第一支路的一端；所述第一支路上依次设置有所述第一调压阀和所述第一电磁阀，所述第一支路的另一端设置有所述HFID分析仪；所述第一管路的另一端还连接一第二支路的一端，所述第二支路上依次设置有冷凝罐和所述第二调压阀；所述第二支路的另一端连接有第一分路、第二分路和第三分路，所述第一分路上设置有所述第二电磁阀和所述NDUV分析仪，所述第二分路上设置有所述第三电磁阀和所述NDIR分析仪，所述第三分路上连接有NOX气路、CO2气路、CO气路、和N2气路；所述NOX气路包括NOX气源，所述NOX电磁阀设置于所述NOX气源与所述第三分路之间；所述CO2气路包括CO2气源，所述CO2电磁阀设置于所述CO2气源与所述第三分路之间；所述CO气路包括CO气源，所述CO电磁阀设置于所述CO气源与所述第三分路之间；所述N2气路包括N2气源；所述N2电磁阀设置于所述N2气源与所述第三分路之间；所述第二管路的一端用于设置于所述发动机排气口处，所述第二管路上依次设置有第二温度传感器和所述颗粒物测量单元；所述第一管路的另一端与所述第二管路的另一端均与所述第三管路的一端相连通，所述第三管路的另一端设置于所述发动机排气口处且位于所述第一管路的一端与所述第二管路的一端之后；
所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均与所述控制模块电连接。
2.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述第一管路上位于所述热过滤器之前的部分设置有第一伴热管线。
3.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述第二管路上位于所述颗粒物测量单元之前的部分设置有第二伴热管线。
4.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述第一管路与所述第二管路之间设置有一溢流阀。
5.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述HFID分析仪还连通有一丙烷管路，所述丙烷管路包括丙烷气源和丙烷电磁阀，所述丙烷电磁阀设置于所述丙烷气源与所述HFID分析仪之间。
6.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述HFID分析仪还连通有一空气管路，所述空气管路包括空气气源和空气电磁阀，所述空气电磁阀设置于所述空气气源与所述HFID分析仪之间。
7.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述HFID分析仪还连通有一氢气管路，所述空气管路包括氢气气源和氢气电磁阀，所述氢气电磁阀设置于所述氢气气源与所述HFID分析仪之间。
8.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，还包括排气管差压传感器、排气管温度传感器和排气管压力传感器；所述排气管差压传感器、所述排气管温度传感器和所述排气管压力传感器用于依次设置于所述发动机排气管路上。
9.根据权利要求1所述的车辆尾气污染物测量装置，其特征在于，所述控制模块还电连接有一上位机和一GPS/北斗单元。
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