CN1287614A - 实时行驶车辆废气模块化流量计与排放报告系统 - Google Patents

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Abstract

一种车载排放测试系统,包括可卸地接到车辆废气管以提供废气流量的仪表模块。所述仪表模块包括确定废气流速的分压探头和向气体分析仪连续供给废气样品的气体采样管。此外,所述系统还包括弹性套管、气体分析仪和计算机,也可包括带第二气体采样管的粒子物质检测器。

Description

实时行驶车辆废气模块化流量计与排放报告系统
发明领域
本发明是一种便携式车辆废气测量系统，具体地说，是一种实时行驶车辆排放报告系统，它能速续地测量、显示和记录以克/英里计的气体排放量(HC、CO、CO2、NO与O2)以及燃油经济性、发动机与车辆操作参数、发动机气/油比率和道路等级，所有这些参数都以用户可选的更新速率连续地测量、显示和记录。本发明还涉及系统中应用的一种流量计模块。
背景技术
美国环保局(EPA)建立的数值废气排放标准适用于应用联邦测试步骤(FTP)测试的车辆。FTP是在受控的环境条件下，即在车辆驶过一条特定的速度一时间路线的同时，对排放进行采样的情况下，在实验室的测力计上进行的。同一条速度一时间路线被用于测试所有的客车和轻型卡车，并且理想地表示典型的使用的行驶。测试期间，测力计对车辆施加静态的惯性负载，模拟同一车速在行驶中遇到的实际道路负载和动态负载。在三个测试阶段的每个阶段内，恒定容量采样器(CVS)以某种方式用空气稀释废气，从而在车辆的废气流动速率变化时，使稀释的废气流的速率保持不变，并对稀释的废气作适动的采样。这样，样品中每种污染的的浓度就基本上正比于该污染物的质量排放。
在车辆应用大功率发动机的情况下，诸如牵引拖车和城市公交车，相关的EPA排放标准适用于在发动机测力上测试排放并工作于EPA“瞬时测试”的车辆的发动机。排放采样系统与CVS同上述客车的情况相似。不过，要将待测试的发动机连接到发动机测力计上施加规定的力矩和发动机速度。测试之前，必须将发动机从有关的车辆上取下(已安装的话)。在排放测试期间，有时必须断开装入发动机燃油系统的基于车辆的电子传感器，诸如车速传感器，或者所述传感器必须具有模拟的值，从而可能导致排放测量结果不同于真实的值。
对于要获得允许出售特定系列的车辆或发动机的合格证明的制造商而言，必须证明他们已遵循适用的EPA排放标准。对于客车和轻型车辆而言，证明的一个重要部分是通过ETP，而大功率发动机要通过瞬时测试。另外，通常与之对立的是，制造商追求的目标在于使车辆性能或燃油经济性最大。由于这两个目标通常互为对立，而且由于FTP与瞬间测试规定得很严密且能重现，所以要符合合格的排放标准常常变为一个为车辆的电子注油系统所使用的校正值“担扰”的过程，直到正好满足数值排放标准以“通过”FTP并在车辆“有效使用期”内保持“通过”的水平。
在担心特定系列的车辆的校正通过FTP时，即便是同样的环境条件和车速安排，测试结果不一定反映了同一辆车在行驶时产生的车辆排放情况。排放不仅依赖于车辆、里程数和行驶等级，还要取决于具体的司机、行驶路线的熟悉程度、交通状况等等。
作为一家负责的车辆制造商，重要的在于在各种竞争的校正和设计条件下，要了解车辆在行驶中实际的排放性能，从而有机会作一番环境研究，这是他们赖以选择最低设计或校正的参数之一。作为排放管理者，重要的在于要监视每家制造商的车辆在行驶中的排放性能。借助于当今复杂精巧的电子发动机控制装置，为了确定FTP和瞬时测试在帮助维护洁净空气方面的有效性以及评估排放总量，行驶测试数据是必需的。只有了解了车辆在行驶中实际的排放情况，才能为管理这些排放制订有效的政策。
为了监视车辆在行驶中的排放性能，要求有一种用户友好的、便携式的、便于转移的行驶中排放测量系统。理想的话，安装这种系统不要求对待测试车辆进行改装。另外，当两个系统同时工作时，任何系统的排放测量结果都必须符合实验室的FTP测试结果。
颁发给Fournier等人的美国专利5，099，680、颁发给Gutman的美国专利5，105，651和颁发给Harris等人的美国专利5，709，082，都揭示过车载排气监视系统。然而，这些原有技术的车载系统都测不出实际的废气流动速度，也未提供便于在各车辆之间转移的仪表模块。
美国专利5，099，680揭示的一种车载系统，可分析多种废气成分(第3栏，第45-47行)，并与发动机计算机接口(第3栏，第15-18行)。这种原有技术的系统以每英里克数计算车辆排放，显然是以车速与发动机容量为基础的，如第4栏第3-30行所述。
美国专利5，105，651揭示一种图2实施例中的车辆系统。它对废气的一氧化碳与碳氢化合物含量作一监视(第4栏第28-30行)，并将废气分析数据与车辆工作情况作了相关，如第6栏第42行至第7栏第23行所述。
美国专利5，639，957指出，由于废气流量的理论值与实际值有差异，所以计算的气态污染物排放的误差为30～50％。参照这种原有技术，建议改进计算确定理论废气流量的方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种移动的车载排放测试系统，所述系统能在不同的车辆之间转移，基于实际的废气流动速率实时地确定各种气态污染物的质量流量速率，且无须对待测试车辆进行改装。
本发明的另一个目的是提供这样一种排放测试系统，其中，将要求与废气接触的传感器都装在一个模块中，而模块可卸地装在车上，且便于在各车辆间转移。
本发明的再一个目的是提供这样一种系统，它能确定车辆的操作参数，并使这些操作参数实时地与污染物质量流量速率相关。
本发明还有一个目的是提供这样一种系统，它具有一个全球定位系统接收机，可连续监视车辆位置，并使所述污染物质量流量速率与车辆行驶周期或行驶调度相关。
为实现上述目的，本发明提供一种移动的车载测试系统，其中包括一个设计成可卸地装在待测试车辆止的模块和将该模块可卸地固定到车身部分的支承装置。最好包括一个弹性套管的连接装置将模块可卸地接至车辆的废气管，从而由集成一体装在模块里的流量敏感元件检测车辆废气的流动速率。同样装在模块里的是一根位于流量敏感元件附近的采样管，它连续地对废气采样，并将采集的废气送至下游的气体分析仪。下游气体分析仪检测通过下游采样管采集的废气中每种气态污染物的浓度，所述下游采样管即是处理装置(如催化转换器)后面处于废气下游的采样管。计算机作为计算装置，根据检出的浓度和废气流动速率，计算每一种气态污染物的质量流量速率。
还可将检测废气温度与绝对压力的各种探头装入该模块。将这类探头装得尽量靠近流量敏感元件，有利于使所有的读数同时对应于同一个废气样品。
另一方面，本发明提供了上述系统中所应用的依表模块。该仪表模块包含一个固定装在里面的元件和采样管，所述元件用于确定废气的流动速率(下称“流量敏感元件”，所述采样管对废气连续采样，并将采集的废气送至气体分析仪。如上所述，该模块还可含有固定在里面的探头，用于确定废气的温度与绝对压力。模块在探头的相对两侧包括一段直管，提供必要的上游和下游流量通路以实现精密的传感。另一个任选特征是在上述仪表探头的上游配备了流量平直装置，例如装在模块内的多个平行叶片。为进行粒子物质(PM)检测，模块还应配备第二根开口的气体采样管，将气体样品供给PM分析仪。
任选的粒子物质(PM)检测单元尤其适用于以柴油为动力的车辆。PM检测单元包括至少一个从废气样图中去除粒子物质的过滤元件，在接收发气样品并从中收集粒子物质的某一预定时间的前后，可以取下该元件进行称量。在包括PM检测器的某个实施例中，将第二根开口的气体采样管固定在上述模块内，对PM检测器提供样品，它与提供给气体分析仪的样品分开。
另外，系统配有第二台5气体分析仪，可作催化转换效率性能测试。送入一次分析仪的气体样品，来自催化转换器下游戏的车辆/发动机废气系统或处理装置后面的其它系统。送入二次分析仪的气体样品，来自催化转换器上游的车辆/发动机废气系统。对催化转换器上下游的气体浓度加以比较，便能实时地确定转换器效率。可以用汽车扫描工具监视由车辆的车载计算机所检测的输入。作为典型监视的被检测参数的例子，包括发动机转速(RPM)、分集管空气压力(MAP)、油门位置(TPS)、氧传感器电压等等。用户选择哪一个参数要监视。然后，像废气数据一样，把选择参数的值显示在同一显示屏上，并保持在同一个数据文件里(见图10)。将这些参数值与废气数据结合起来，有助于确定在何种条件下会产生大量废气排放(即污染物)，从而掌握大量排放的原因。
因此，本发明是一种设计供移动车辆使用的基于计算机的排放测量系统。它用来测量多种气体，例如碳氧化合物(HC)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)和氧化氮(NO)的实时质量排放(克)。利用5气体分析仪测量每次排放的浓度，用模块化废气流量计测量校正到标准状态(利用废气温度与压力的测量结果)的废气容积流动速率，并且掌握每次排放的密度，便可实现这种测量。
利用全球定位系统(GPS)和/或通过监视车载计算机检测的速度信号，还可测量车速和行驶距离。知道了车辆行驶的距离和实时质量排放，本发明的系统还以单位行驶距离的质量(每英里克数)计算排放情况，并应用碳平衡技术确定燃油经济性(英里/加仑)和发动机工作的气/油比率。质量测量、气体浓度、废气流动速率、气/油比率、燃油经济性等结果都在计算机上以实时方式显示和更新，并被存入计算机数据文件。
附图说明
图1是本发明整个排放报告系统的简图；
图2是图1实施例中模块流量计的简图；
图3是图2中部分模块流量计的简图；
图4是本发明第二实施例中模块流量计的简图，附带包括一粒子物质检测单元(PM检测器)设计供柴油机车使用；
图5是图4PM检测器中探头的截面图；
图6是应用于实施例1与2的换能器盒的电气图；
图7示出图2中装在客车上的模块流量计；
图8是本发明排放报告系统的较佳主操作程序的流程图；
图9是操作程序连续测量环路的子程序的流程图(步骤S4，图8)；及
图10表示提供图表用户界面的显示屏。
较佳实施例的描述
图1示出一整套系统，包括便于装到车辆尾管4的流量计与气体采样模块10和测量污染物浓度的气体分析仪30。图1还示出一车辆废气系统，它包括尾管4、回气管6与催化转换器7。排放计数机40接收流量计与气体采样模块10和气体分析仪30的输出，还接收来自键盘41或其它用户输入装置的信号。此外，扫描工具70接至发动机计算20的OBD或另一端口21，它具有串行输出，说明来自发动机计算机20的数据流，并将信号输出至排放计算机40。
另外，该系统还包括一个独立的气/油比率表26，它应用了废气流量的lambda传感器27和/或全球定位接收机60。
下面将对上述每个元件作一详述。
流量计模块10
图2示出了模块化废气流量计10的设计。模块化设计便于在不同的车辆之间转移。直管部分11用作外壳，可容纳平直器8(多块平行叶片)、流量敏感元件13、压力检测器14、热电偶15和封口废气采样管口，这些都装在单个组件里，便于在车辆间转移。如下所述，直管部分11还可提供设置在流量敏感元件13上下游的必需的直管。
较佳的流量敏感元件13由Dover工业公司的子公司Dieterich Standard ofBoulder(Colorado)制造，以ANNUBAR DIAMOND Ⅱ商标出售，是分压型式。这包括探头131，垂直于直管部分11装在废气流中。在探头131周围流动的废气在探头131上下游侧之间造成分压，分压的大小表示通过直管部分11的废气流动速率。
流量敏感元件
如图3更详细地显示，ANNUBAR流量敏感元件13的探头131具有高压(上游)纵向通道131c和低压(下游)纵向通道131d。探头131有着金刚石形状的截面，在直管部分11内定向后呈现出面向上游边缘131a和面向下游边缘131b。面向上游边缘131a有多个沿其长度方向间隔开的孔131e，在废气流与高压通道131c之间提供流体联系。同样地，面向下游边缘131b有多个沿其长度方向间隔的孔131f，在废气与低压通道131d之间提供流体联系。孔131e与131f的间隔在探头131的两端比其中心更紧密。通道131c与131d接着使上下游压力与流量敏元件13的头部132中的腔室132A与132B发生联系，并从这里通过管线134、135、同装在电子单元50中的单个分压换能器501发生联系。压力换能器501是一种PX164-010D5V的0-10英寸H2O分压换能器。在133处示出的是“weld-O-let”，实际上是焊接到直管部分11的螺纹钢管接头或接管，可以穿过接受和支承探头131。探头位于直管段“A”的下游和第二直管段“B”的上游，每段的长度都足以保证在探头位置处端直地流动。例如，对于外径为 3 1 2 或5英寸的直管部分，11“A”最好为最小34英寸，“B”最好为最小30英寸。外径小于 3 1 2 英寸的管子，应有更短的“A”与“B”最小尺寸。例如，外径为2英寸的管子，“A”的最小长度为17英寸，“B”的最小长度为12英寸。压力与温度检测
图3还示出压力检测器14的详细情况，它包括一个圆形套管141和多个钻透直管部分11壁并在首管部分11四周呈环形均匀间隔开的1/16英寸的孔142，让废气流体与套管141内部发生联系。废气压力经导管142送到电子单元50内的第二压力换能器502，后者是量程为0～15psia(Abs.)的PX142-015A5V型。
废气温度用丁型热电偶15检测，热电偶的探头151伸入直管部分11的废气流。热电偶15输出的非线性电压信号，在电子单元50内被TAC-386-JF转换器503转换成线性电压信号。之所以选用丁型热电偶，是因为在期望的废气温度范围内，对于每一度温度变化，它能提供很大的电压(信号)变化。
图6示出了电子单元50，它包括压力换能器502(PX142-015A5V，0-15PSIAA)、分压换能器501(PX164-010D5V，0-10英寸，H2O分压)、电压转换器503(TAC-386-JF)、调压器505(LM317T)和LED507(RS276-963)。
气体分析仪
气体分析仪30是Sun/Snapon出售的MT-3505型。它分析和显示废气样品中HC、C、CO2、O2与NO的浓度以及发动机RPM、分析仪热电偶检测的温度和根据测出的气体成分算出的气/油比率。显示在图表用户界面(GUI)上的气体浓度(图10)总是与显示在实际分析仪显示器上的气体浓度相同的。由于在采样探头上出现的排放样品与分析仪的浓度测量之间存在样品运送时延，所以分析仪的虚拟仪表对该时延(秒)有一用户输入端。应用的时延如图10所示。
使用SUN/Snap-On制造的SUN/Suap-on MT-3505型便携式排放分析仪30(带内装的采样泵)，连续测量每种气压污染物i的浓度Xi。分析仪应用非弥散红外(NDIR)方法分析HC(n-己烷)、CO和CO2，还提供电化学NO分析，并且氧传感器确定气体样品的氧浓度。
MT-3505分析仪30除了上述诸功能外，还根据废气成分的碳平衡，计算燃料混合物与车辆发动机的气/油比率。该分析仪还有一个K型热电偶输入端。这种K型热电偶用于对进入分析仪的气体样品测量其温度，以便确定水蒸汽校正系数，用于补偿样品沿长的采样软管凝结的水蒸汽。
分析仪30作为大型排放测试系统的一部分特别有用，因为它可以配置成在RS-232串行数据流中连续输出测量的浓度。
另外，还可应用与30一样的第二个气体分析仪32，其采样探头位于催化转换器的上游，可作催化剂效率检查。
如图2所示，连接至气体分析仪30的采样管线的探头12是一根不锈钢管(外径3/8英寸)，其远端密封，四周钻出6个3/32英寸的孔，所有的孔都位于1英寸的尖端内。探头12通过钢弯头16的壁进入，并与直管部分11同心。
扫描工具
扫描工具20是Monitor 4000增强型，由SPX公司的OTC分部销售。它是确定各种车辆和发动机操作参数的装置，参数包括车速、发动机转速，有时还包括发动机输出力矩等。
如下所述，较佳的操作程序可让用户选择哪些ECM数据流项是用户希望用相关的OTC扫描工具监视的。如图10所示，与所需的项相关的检查箱可让该项被选择、显示、记录和作其它运算。每车辆都有其有已相关的可选项清单。在下述的程序中，“文本-编号”阵列用数值代替布尔文本值，从准备存入文件的数据中去掉单位等。在将数据存入文件之前去掉非数字字符，更便于在完成测试后应用展开图表中的数据。在建立的每个数据文件中，记录了一张所有的转换与被删除字符的清单，因而数据的用户将明白这些约定。用户还可添加附加的布尔文本值以转换单位或删除单位。
质量排放的计算
流量计模块10能按每秒钟和每英里计算每种管理污染物的质量排放。以克/英里(gm/mi)为单位的测量结果可直接同采用FTP得到的联邦证明测试结果和EPA排放标准作比较。
某污染物的排放，例如在t时刻的污染物i，可按下式计算：
P：(t)=PlXi(t)Qs(t)·3600／V(t)    (1)其中的Pi(t)是在t时刻产生的排放，即污染物i(gm/mi)，Pi是污染物i在标准条件下的密度，Xi(t)是测得的污染物i的浓度，Qs(t)是废气在t(t)时刻在标准条件下的容积流动速率，而V(t)是于t时刻车辆在道路上的速度(mph)。这些变量都与时间相关。
公式(1)中的Qs可用ANNUBAR制造商提供的下式计算： Q s = C ′ hw Pf - - - - - - - - - - - ( 2 ) 其中的hw是流量计元件两端的分压，Pf是下述气体的绝对压力，而
C′=FNAKD2FRAYAFMFAAF1    (3)式中的各系数定义如下：
FNA-单位转换系数，常量。
K-基本流量系数，取决于Aunuabar型号，由FRA修正的常量。
D-管道在基础温度时的内径，由FAA修正的常量。
FRA-雷诺数系数，对这里使用的ANNUBAR DIAMOND Ⅱ型流量敏感元件而言，是个常量。
YA-扩展系数，用于校正流量元件周围气流密度因气体速度变化而发生的变化。在预期的整个流量条件范围内，该系数从0.9955变至1.0000(即0.5％)，可略而不计。
FM-与注液压力计配用的压力计系数，这里不适用。
FAA-热膨胀系数，用于校正管道在流量计元件处因温度作用而产生的流量面积的变化。对于钢质废气管，该系数在1.000@68F与1.009＠675F之间变动，预期有最大流量温度。
F1-量规定位系数，计入了重力常数在各种纬度与高度发生变化的影响。该系数在0.9982(0纬度@1000英尺)与1.0013(90纬度，海平面)之间变化。这样，地球上任意两点间的最大变化为0.3％，故可忽略。
最好不是将流量速率计算成上述各系数的乘积，而是可用下述的公式(4)校正已安装的整个流量计模块。按公式(4)校正可提供更高的精度，简化在各种流量条件下的流量计算，且与车辆安装情况无关。具体地说，流量计算简化成 Q s = CF AA hw Pf ( 293 / T + 273 ) ) 1 / 2 - - - - - - - - - ( 4 ) 其中的C是由流量计校正确定的常量，T是热电偶15检测的流动气体的温度(K)，Pf是压力检测器14检测的流动气体的绝对压力，而FAA同上。hw是来自流量元件131的分压，由分压换能器134检测，换能器134还输出正比于hw的模块电压，该信号由平行端口A/D转换器16转换成数字形式，以后由计算机40通过其平行端口读出，接着由下述的操作程序标定为压力物理单位。
如上所述，废气温度T由装在模块化废气流量计10中的丁型热电偶15检测。热电偶电压由热电偶作冷结补偿、线性化和放大后送给毫伏转换器。然后把输出电压送给平行端口A/D转换器16，接着由计算机40通过其平行端口读出。
用A/D转换器读出的模拟输入电压，全部由操作程序标定成温度(°F)与压力(英寸H2O和英寸Hg)的物理单位。必要的标定值通过换能器校正而确定，并通过图10中在“模拟分压输入”部分上显示的GUI输入操作程序。
流量计校正
每个流量计模块通过与已知的流量计算准和真空源(如压气机)串接，用空气单独校正。流量计模块的电气连接与一般的测试安装一样，故将流量传感器分压、气体绝对压力和温度都输入计算机。同时，在为此目的而编制的校正软件的控制下，由系统计算机同时读出确定流量标准的流量所需的所有压力值与。温度对于调节风门而选择的每一种流动速率，校正软件都通过该流量标准确定流量。在给定流量计模块所预期的流量范围内，可对每个流量设定值确定公式(2)中的常量C′。一般采用在整个预期流量范围内各个值的平均值。在预期的范围内，C′值只相差一点点。得到的C′校正值对被校正的流量计而言是独特的，而每当使用有关的流量计时输入操作程序的数据项，供以后的排放测试应用。
大多数轻型车辆的发动机控制系统现在都能连续输出含有各种发动机与车辆操作参数的串行数据流，这些操作参数有风门位置、致冷剂、温度车速等等。数据流格式是独特的。OTC Monitor 4000增强型扫描工具能输入这种独特的数据流，对它作出解释，并输出包含ASCII代码格式的车辆操作参数的第二RS232串行数据流。
本发明通过将扫描工具232端口与计算机相接口而利用了Monitor 4000增强型扫描工具70的能力，能遥控建立与访问扫描工具70的数据流。
对于具有这类数据流的车辆，可把该系统配置成监视车速v，并且在每次连续采样间隔△tj内，将这一车速用作确定该车辆行驶的增量距离△dj。增量距离可表示为：
△tj=ν△tj
对于不具有可访问的数据流的那些车辆，可从PATHFINDERTMTrimble全球定位接收机60的数据流中得到速度ν。
重型车辆一般在其访问流中都包括发动机力矩。将发动机力矩乘上发动机转速和时间，可得到功率值。因此，可把这类重型车辆的质量指放速率表达成每个制动马力小时的克数。
气/油比率计
如上所述，MT3505排放分析仪30根据气态排放浓度的碳平衡，连续地计算气/油比率。或者，独立的气/油NGK比率计26应用lambda传感器提供气/油比率。lambda传感器应在废气系统中装得尽可能靠近废近分集管，以将传感器的温度温度保持高于其操作阈值。NTK气/油比率计26或其它具有公共模拟输出的装置的模拟电压输出，可以连接至A/D转换器转换成数字数据，计算机通过其平行端口把它读出，然后以实时方式显示这一数据。
GPS接收机(任选)
全球定位系统(GPS)磁性安装天线60由Trimble Wavigation销售，与TrimlbePATHFINDERTMGPS PC卡115和Trimble GPS软件一起使用，当用户选择该软件时，可让下述的操作程序(ROVERTM软件)与它发生联系。
PM检测器(任选)
图4示出的本发明的另一实施例与所述的第一实施例雷同，不过是为柴油动力机车设计的，并增设了一个粒子物质(PM)检测器80。采用真空泵811通过开口的加热采样探以出原始废气样品。原始样品在通过两个过滤槽之一前，在混合器806中由质量流量控制器802用精确计量的可变数量的过滤空气稀释。上述的每个过滤槽包括两个串接的过滤器803、804。稀释空气泵816将稀释空气供给质量流量控制器802。利用第二个质量流量控制器805使稀释的样品质量流量保持恒定。稀释空气量以实时方式变化，使原始样品质量流量速率保持正比于总废气质量流量速率，以确保成比例的样品。或者，可用质量流量控制器805将稀释的质量流量控制成正比于总废气质量流量速率，同时用质量流量控制器802保持稀释空气的比例。按联邦步骤中一样的方法将粒子物质保持在过滤器上。在测试结束时，将过滤器803、804增加的质量与其初始质量作一比较，可确定车辆/发动机在测试中的粒子物质排放情况。在温度控制器817控制下，对原始样品和稀释样品温度进行监视，如果哪一个温度降到低于阈值水平，就通过采样探头加热元件(见图5中的镍铬丝813)对原样样品加热。一般而言，在测试“冷”发动机期间或确定可能在采样系统中形成凝结的任何时候作这种加热。还对绝对压力和过滤槽两端的压力降进行监视。对稀释样品流动速率作一选择，以在压力降超出阈值之前完成整个测试(取决于操作者考虑的是什么)。这样就确保了过滤的样品不处于低压力或高粘性的环境，而这种环境会使PM样器中的挥发性成份丢失。与联邦步骤相等效是极其重要的，因为联邦步骤是用来确定与联邦法规相一致的工具。还要将过滤器两端的压力降成双地记录在计算机数据文件中，这样不仅知道了在所选的测试期间的PM质量排放，还可对数据作后处理，从而确定何时，在怎样的发动机或车辆操作条件下(利用上述在车辆上检测出的参数值)发出PM排放，有助于以类似于上述气体排放的方法确定高PM排放的原因。
固态继电器810控制三通阈，该阀可在(1)过滤器803和804的第一槽与(2)过滤器803和804的第二槽之间切换来自探头801的气体样品流量。过滤器的第二槽也可用作旁通，以实现所需的采样暂停。
如图5所示，探头812包括一只与镍铬丝813隔离的采样探头，镍铬你埋在陶瓷814里对探头812加热，而绝缘体815的另一层减少对探头周围废气的热传导。
图4的实施例还包括图1中的其它系统元件。
烟雾计(任选)
该系统还可配用光能量计900(图4)。烟雾计头900以光学方法检测废气不透明度，并将模拟电压信号发送给A/D转换器16以传输给计算机40。最好将Telonic Berkeley 300型仪表用作烟雾计或光密度计900。
操作程序
图8和9的流程图示出了本发明系统的操作程序的较佳实施例。
图8的流程图示出了较佳的主操作程序(ROVERTM软件)，用于操作装上车辆后作流测的排放报告系统。通过有效地选择图10所示的图表用户界面，操作者指定要收集哪种数据(步骤S1)。于是，一启动该程序(步骤S2)，文件窗便打开，让技术人员输入有关车辆和要执行测试的说明(步骤S3)。说明用计算机键盘41输入。完成了预测试文件后，文件窗就关闭，程序不断地查询所需的数据，作必要的计算(步骤S4)，并在计算机屏上显示存贮在计算机文件中的排放与车辆数据。程序以这种操作方式继续下去(S4的环路)，直到操作者停止操作。一旦操作者选择了停止该程序(步骤S5)，在计算机屏上再次打开用户文件窗，允许输入测试后文件和有关车辆和刚作过的测试的说明(步骤S6)。
图9示出图8中“连续测量环路”的子程序(S4)。在每次迭代期间，在某一设置频率下(一般为1Hzj)，从每个源S401～S405收集原始数据，如图所示。由于存在与每个源有关的小的已知特性时延，所以要作时基调节(S406～S410)。另外，要对沿着采样软管进入分析仪的水蒸汽凝结校正分析仪测出的气体浓度(S411)。根据公式(4)，用标定成合适单位的模拟输入电压确定在标准条件下的废气流量(S412)。根据校正的气体浓度和废气流量，只用已知气体密度的附加参数作质量计算(S415)。通过加入速度信号(S413)和迭代次数(S414)，对迭代确定克数/英里(S415)。接着，数据被显示在计算机屏上(S416)，并保存在计算机数据文件中(S417)。
废气连接与模块支承
图7示出装在客车100后面的流量计/气体采样探头模块10。一例将本发明的模块10接到车辆100的废气管101的连接装置，被示为钢管弯头17和弹性套管90的组合，钢管弯头17夹持在直管部分11的上游端，而弹性套管90用软管夹头91与92连接到弯头17的上游端和废气管101。弹性套管可以是一种耐高温的硅橡胶管，将车辆废气管接到用于排放测度的普通(静止)测试架上。绝缘套管99将模块10的采样管送到气体分析仪30，并从压力换能器501、502、热电偶15等接到A/D转换器16，再接到计算机40。
从图7可以看出，支承本发明模块的装置是一对由杆95、96支撑的管件吊钩93、94，而杆95、96接至车辆100的底盘。橡胶带97、98再支持模块10。也可用其它装置紧固流量计模块使之安全。
在不偏离本发明精神或实质特征的前提下可以以其他特定形式实时本发明。目前的实施例只是被视为具有示意性质而无限定作用，本发明的范围由所附权利要求表示而非上述说明书，并且在权利要求意义和范围内的各种变化都属于本发明。

Claims (26)

1．一种实时的行驶车辆排放报告系统，其特征在于包括：
在道路上行驶期间确定废气流动速率的装置；
气体分析仪，用于检测废气中每种气态污染物的浓度；及
计算装置，根据确定的废流动速率和检测的浓度，以实时方式计算和报告气态污染的质量流量速率。
2．如权利要求1所述的移动车载测试系统，其特征在于，把质量流量速率每次计算为单位行驶距离的单位气态污染物质量，还包括连续检测车辆行驶距离的距离检测装置。
3．如权利要求2所述的移动车载测试系统，其特征在于，所述距离检测装置是一扫描工具，它接收来自车载发动机计算机的数据，并将接收的数据发送给所述计算装置。
4．如权利要求3所述的实时移动车载排放报告系统，其特征在于，根据从扫描工具接收的数据，所述计算装置使计算的质量流量速率与至少一个发动机操作参数相关。
5．如权利要求1所述的车辆排放报告系统，其特征在于，所述确定废气流动速率的装置是一个检测实际废气流动速率的流量计。
6．一种移动车载排放测试系统，所述系统包括：
模块，它可卸地装在待测试的车辆上，且含有一流量敏感元件；
支承装置，用于将所述模块装置车身部分；
连接装置，用于将所述模块可卸地接到车辆的废气管上，由此用所述流量敏感元件直接检测车辆废气的实际流动速率；
下游采样管，用于连续对车辆的废气采样；下游气体分析仪，用于检测通过所述下游采样管采集的废气内的每种气态污染物的浓度；及
计算装置，根据检测的浓度和检测的废气流动速率，计算每种所述气态污染物的质量流量速率。
7．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，其特征在于所述连接装置包括一弹性套管。
8．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，其特征在于所述采样管固定在所述模块内。
9．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，还包括：
上游采样管，用于连续采集催化转换器上游的车辆废气，所述下游采样管位于催化转换器的下游；及
上游气体分析仪，用于检测每种所述气体污染的浓度，所述计算装置通过将所述上游气体分析仪检测的浓度与所述下游气体分析仪检测的浓度作比较，确定催化转换器的效率。
10．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，另外还包括：
装在所述模块内的开口气体采样管，用于连续采集包括粒子的废气；及
至少一个可卸安装的过滤器元件，据此在废气从所述开口采样管通过所述一个过滤器的一段已知的时间之前和之后，可以称量所述一个过滤器元件。
11．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，把每种质量流量速率都计算成单位行驶距离的单位气态污染物质量，而且还包括用于连续检测车辆行驶距离的距离检测装置。
12．如权利要求11所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述距离检测装置是一扫描工具，它接收来自车载发动机计算机的数据，并将接收的数据发送给所述计算装置。
13．如权利要求12所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述计算装置根据从扫描工具接收的数据，使计算的质量流量速率与至少一个发动机操作参数相关。
14．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，另外还包括：
全球定位系统接收机，用于连续接收用于计算车辆当前位置的信号；及
其特征在于，所述计算装置根据来自所述接收机的信号反复地计算车辆的当前位置，并使计算的当前位置与计算的所述污染物的质量流量速率相关。
15．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述计算装置还实时地计算燃油经济性。
16．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，还包括支承装置，用于将所述模块连接固定于车辆的车身部分。
17．如权利要求6所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述模块包括：
模块外壳，包括具有敞开内部的直管部分；
装在所述直管部分内的流量敏感元件，用于确定废气通过所述直管部分敞开的内部流动的速度；及
气体采样管，它延伸至所述敞开内部相对于所述流量敏感元件固定的某一位置，用于获取废气样品，并将样品供给下游气体分析仪。
18．如权利要求17所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述模块还包括：
压力检测器，用于检测废气流量靠近所述流量敏感元件的压力；
温度探头，用于检测废气流量靠近所述流量敏感元件的温度；及
多个装在所述流量敏感元件上游的所述敞开内部内的平行叶片，使废气流平直。
19．如权利要求17所述的移动车载排放测试系统，其特征在于，所述压力检测器包括一个密封在所述直管部分外围的圆形套管和多个间隔开的孔，所述孔延伸通过所述直管部分呈圆形排列在所述直管部分的四周，在所述敞开的内部与所述圆形套管之间提供流体联系，而且压力检测器与所述圆形套管发生流体联系。
20．一种连接到在道路上行驶的车辆的废气管的流量计模块，所述流量计模块包括：
包括直管部分的模块外壳，所述直管部分具有截面直径为0的敞开的内部；
支承装置，用于把所述直管部分连接到车辆的车身部分；
连接装置，用于把所述直管部分的一端接到废气管，提供通过所述敞开内部从废气管流出的废气；
装在所述直管部分内的流量敏感元件，用于确定废气通过所述直管部分的敞开内部流动的速度；及
气体采样管，它延伸到所述敞开内部相对于所述流量敏感元件固定的某一位置，用于获取废气样品并将样品供给气体分析仪。
21．如权利要求20所述的流量计模块，其特征在于，所述流量敏感元件包括延伸到所述敞开内部并跨过至少大部分直接D的杆，所述杆的第一排开口面向所述直管部分的上游端，为废气与所述杆内纵向延伸的第二通道提供联系；及
压力换能器装置，用于在所述第一与第二通道内分别检测上游与下游压力之间的差压。
22．如权利要求21所述的流量模块，其特征在于还包括：
压力检测器，用于检测在所述流量敏感元件附近流动的废气的压力；
温度探头，用于检测在所述流量敏感元件附近流动的废气的温度；及
计算装置，用于根据所述上游和下游压力之间的差压计算气体流动速率，并根据检测出的温度与压力校正计算的气体流动速率。
23．如权利要求20所述的流量计模块，进一步包括多个装在所述流量敏感元件上游的所述敞开内部里的平行叶片，使废气流平直。
24．如权利要求20所述的流量计模块，进一步包括：
用于检测在流量敏感元件附近流动的废气的压力的压力检测装置，所述压力检测装置包括密封在所述直管部分部分周围的圆形套管和多个间隔开的孔，所述孔延伸通过所述直管部分呈圆形安排在所述直管部分的周围，在所述敞开内部与所述圆形套管之间提供流体联系，并使压力检测器与所述圆形套管发生流体联系。
25．如权利要求22所述的流量计模块，其特征在于，所述压力检测器包括密封在所述直管部分外围的圆形套管和多个孔，所述孔延伸通过所述直管部分呈圆形安置在所述直管部分的周围，在所述敞开内部与所述圆形套管之间提供流体联系，并使压力换能器与所述圆形套管发生流体联系。
26．一种连接到车辆废气管的流量计模块，所述流量计模块包括：
模块外壳，具有含敞开内部的直管部分；
支承装置，用于把所述直管部分装到车辆的本身部分；
连接装置，用于把所述直管部分的一端接至废气管，提供从废气管通过所述敞开内部流出的废气；
装在所述直管部分内的流量敏感元件，用于确定废气通过所述直管部分的敞开内部流动的速度；
压力检测装置，用于检测流量敏感元件附近废气流的压力，所述压力检测装置包括密封在所述直管部分外部周围的圆形套管和多个间隔开的孔，所述孔延伸通过所述直管部分呈圆形安置在所述直管部分的四周，在所述敞开内部与所述圆形套管之间提供流体联系，而且压力检测器与所述圆形套管发生流体联系；
温度探头，用于检测所述流量敏感元件附近废气流的温度；及
计算装置，用于根据所述上下游压力之间的差压计算气体流量速率，并根据检测的温度与压力校正计算的气体流量速率。
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