CN201000394Y - 一种机动车污染物排放总量的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种机动车污染物排放总量的测量装置，涉及一种测量机动车污染物排放总量的装置。它由带喇叭口的稀释采样管、风机、计算机测控系统、底盘测功机、风机流量调节装置，流量、温度、压力测量装置、五组分尾气分析装置、O₂气体分析装置和CO₂气体分析装置组成。本装置采用风机流量调节装置自动控制抽排风机抽排风量的大小，并测量稀释尾气的流量、温度、压力、O₂、CO₂体积浓度；采用五组分尾气分析装置测量未经稀释的尾气中各气体体积浓度，通过未经稀释的尾气及稀释尾气中的O₂、CO₂的体积浓度比值，计算未经稀释的尾气流量，而得到机动车污染物排放总量。本实用新型对尾气检测测量精度高，可应用于机动车工况法尾气检测线或修理厂污染物排放总量的检测。

Description

一种机动车污染物排放总量的测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量机动车污染物排放总量的装置。

背景技术

随着近年来汽车产销量快速递增，大量汽车排放污染物的产生已经成为一个普遍的社会问题，有些城市机动车排放污染已成为城市第一污染源。现有的汽车排气污染物排放量检测法有FTP、ASM和IM240法。ASM检测方法基于污染物排放浓度而不是排放总量，对不同发动机排量的车辆是欠公允的，且无法进行污染物总量统计；IM240方法对HC、CO、三种污染物的测试结果相对于FTP结果的离散性很小，错判率很低，但IM240工况法设备费用比较昂贵，日常运行维护比较复杂，很难大面积推广。为了克服ASM与FTP相关性差、IM240费用太高而不利于推广的困难，现有IG240(VMAS)的检测方法，该方法有关技术核心可以参考美国专利号：US6387706和US6085582(VEHICNOLE MASS EMISSION MEASUREMENT)。国内也有企业在该专利基础上提出了基于CO₂示踪的专利《一种机动车排放污染物总量的测量装置及其方法》(专利申请号CN200410051631.2)，以上专利方法实质原理一样：包括一个收集尾气和空气的稀释收集软管、风机、稀释尾气流量测量装置，一个测量未经稀释的尾气的符合BAR97标准的五组分气体分析的第一气体分析模块，一个测量稀释气体的O₂或者CO₂浓度的第二气体分析模块，通过两个分析模块中O₂或者CO₂浓度经计算得到稀释尾气的稀释比，并计算得到未经稀释的尾气流量，从而得到尾气的质量流量。但是其抽取稀释尾气的流量是固定的(约为120L/s)，对于不同排量的机动车，稀释比变化很大，当抽气流量在120L/s时，2.4L排量的机动车在怠速时的稀释比为3％左右，0.8L排量的机动车其稀释比只有1％左右。作为示踪气体的O₂或者CO₂浓度变化很小，极小的误差(如O₂误差为绝对百分比含量0.1％时，CO₂误差为绝对百分比含量0.04％时)可能造成计算的稀释比的误差很大。此外，国外专利对稀释尾气采用氧化锆氧气传感器作为示踪方法，但是未经稀释的尾气氧气检测采用电化学传感器，两者响应时间相差很大，很难实现瞬态响应。而且稀释尾气中的CO、HC对氧化锆氧气传感器影响很大，容易造成较大误差。国内采用CO₂示踪的方法虽然解决了瞬态响应的问题，但是CO₂示踪容易造成较大的稀释比误差，这也被国内大量的试验证明。以上分析表明：以往方法不适合用于我国大量0.8L-1.8L排量的机动车尾气的测量，同时也无法满足我国在用车简易瞬态工况法的要求。因此国内急需一种新型的机动车污染物排放总量测试装置。

发明内容

本实用新型的目的旨在提供一种可根据被检测机动车发动机排量大小自动调整稀释尾气抽排流量，并测量稀释尾气的流量、温度、压力、O₂体积浓度、CO₂体积浓度；同时采用五组分尾气分析装置测量未经稀释的尾气的CO、HC、CO₂、NO和O₂的体积浓度，通过未经稀释的尾气以及稀释尾气中的O₂、CO₂的体积浓度比值，采用O₂、CO₂两种气体作为示踪气体计算未经稀释的尾气在稀释尾气中的稀释比例并得到未经稀释的尾气流量，进而得到机动车污染物排放总量，测量精度高的测量装置。

本实用新型目的的实现方式为，一种机动车污染物排放总量的测量装置，带喇叭口的稀释采样管2入口连接被测机动车的排气管，出口连接到风机3，风机3接风机流量调节装置4，计算机测控系统9的控制接口接底盘测功机1和风机流量调节装置4，流量、温度、压力测量装置5、五组分尾气分析装置6、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8的接口接计算机测控系统9。取样探头10输出端连接五组分尾气分析装置6，输入端位于机动车的排气管内。

本实用新型由于采用了自动流量调节装置，克服了以往固定抽排流量不适合国内小排量车辆测量、单一采用O₂或者CO₂示踪计算稀释比测量精度低的缺点，采用了抽气流量自动调整以及O₂、CO₂两种气体示踪计算稀释比的技术，使得一套装置可以适合测量排量为0.8L-6.0L的所有车辆，测量精度高，更加适合瞬态响应的要求，提高了测试的准确性，为我国机动车工况法尾气检测提供了一种新的装置。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图

具体实施方式

参照附图，带喇叭口的稀释采样管2入口连接被测机动车的排气管，出口连接到风机3，风机3接风机流量调节装置4，计算机测控系统9的控制接口接底盘测功机1和风机流量调节装置4，流量、温度、压力测量装置5、五组分尾气分析装置6、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8的接口接计算机测控系统9。取样探头10输出端连接五组分尾气分析装置6，输入端位于机动车的排气管内。

O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8从位于流量、温度、压力测量装置5的后端取样口取样，直接测量稀释尾气中的O₂、CO₂的体积浓度。五组分尾气分析装置6通过取样探头10插入被测机动车排气管中，直接抽取未经稀释的尾气，分析尾气中的CO、HC、CO₂、NO、O₂的体积浓度。

针对不同排量的被测车辆，本实用新型通过风机流量调节装置4控制风机3的流量，使得各种排量的车辆在怠速时，CO₂气体分析装置8测得的稀释尾气中的CO₂体积浓度与五组分尾气分析装置6测得的未经稀释的尾气中的CO₂体积浓度比值在3％～5％之间，不至于造成小排量车稀释尾气中尾气过稀、大排量车稀释尾气中尾气过浓的现象。稀释后的尾气通过带喇叭口的稀释采样管2和流量、温度、压力测量装置5、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8后将测量信号发送到计算机测控系统7，五组分尾气分析装置6通过取样探头10从被测机动车排气管中直接抽取未经稀释的尾气进行分析，并将CO、HC、CO₂、NO、O₂的体积浓度信号发送到计算机测控系统7。计算机测控系统7自动计算稀释尾气的标准流量、稀释比、未经稀释的尾气流量，并根据未经稀释的尾气流量和气体体积浓度，自动计算机动车污染物排放的总量。

风机流量调节装置4可以是电子控制的变频器或电子控制的变压器。采用电子控制的变频器或电子控制的变压器控制风机的流量属于公知技术。流量、温度、压力测量装置5、五组分尾气分析装置6、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8需要的流量传感器、温度传感器、压力传感器、NDIR红外气体传感器、电化学气体传感器、氧化锆氧气传感器以及需要的电信号转换机构都属于公知技术中的测量设备。底盘测功机1、风机流量调节装置4、流量、温度、压力测量装置5、五组分尾气分析装置6、O₂气体分析装置7和CO₂气体分析装置8与计算机测控系统9的接口，可以为RS232、RS485等接口，也可以采用A/D、D/A数据采集控制卡等接口，这些都属于公知技术。

用本实用新型测量机动车污染物排放总量按以下步骤进行：

1)CO₂气体分析装置8抽取经过CO₂过滤器过滤的空气进行调零，CO₂为0；O₂气体分析装置7通过抽取环境空气进行调零，O₂为20.90％；五组分尾气分析装置6通过抽取经过HC过滤的环境空气进行调零，CO、HC、NO为0，CO₂为0.04，O₂为20.90％，

2)将带喇叭口的稀释采样管2的喇叭口正对被测机动车的排气管管口，通过风机3抽取机动车全部排气以及参与稀释的空气，并将稀释尾气输送到流量、温度、压力测量装置5，五组分尾气分析装置6的取样探头10插入被测机动车排气管中，直接抽取未经稀释的尾气，

3)计算机测控系统9通过风机流量调节装置4控制风机3的抽气流量，使得当机动车在怠速状态时，CO₂气体分析装置8与五组分尾气分析装置6分别得到的CO₂体积浓度比在3％～5％之间，

4)计算机测控系统9控制底盘测功机1并将机动车实时速度V_i发送到计算机测控系统9，

5)流量、温度、压力测量装置5测量稀释尾气的流量Q、温度T、压力P，O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8分别测量稀释尾气中的O₂的体积浓度D_O2和CO₂的体积浓度D_CO2，并将以上信号通过接口发送到计算机测控系统9，

6)五组分尾气分析装置6通过插入机动车排气管的取样探头10以标准流量Q_e抽取未经稀释的尾气，并实时测量未经稀释的尾气中的CO、HC、CO₂、NO、O₂的体积浓度C_i，并将信号通过接口发送到计算机测控系统9，

7)计算机测控系统9根据五组分尾气分析装置6以及流量、温度、压力测量装置、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8发送过来的信号进行数据处理，得到标准状态下的稀释尾气的流量Q_s；通过五组分尾气分析装置6、O₂气体分析装置7、CO₂气体分析装置8分别得到未经稀释的尾气的CO₂体积浓度R_CO2和O₂体积浓度R_O2及稀释尾气的CO₂体积浓度D_CO2和O₂体积浓度D_O2，计算稀释尾气的稀释比R，并计算得到未经稀释的尾气的标准流量Q_ss；通过五组分尾气分析装置6得到未经稀释的尾气的CO、HC、CO₂、NO的实时体积浓度Ci，结合未经稀释的尾气的标准流量Q_ss，得到CO、HC、CO₂、NO单位时间的质量M_i，进而得到污染物的总的排放M_total；对底盘测功机1发送过来的实时速度V_i进行累加得到机动车行驶的距离d，最后计算得到机动车每千米污染物排放量M。

具体计算方法如下：

标准状态下的稀释尾气的流量Q_s(L/s)通过如下公式计算：

$Q_s=Q\×\frac{P}{T}\×\frac{T_0}{P_0}$

式中：

Q——流量、温度、压力测量装置中流量传感器测得的流量L/s，

P——流量、温度、压力测量装置中压力传感器测得的压力kPa，

T——流量、温度、压力测量装置中温度传感器测得的温度K，

P₀——标准状态下的压力，101.325kPa，

T₀——标准状态下的温度，273.15K。

稀释尾气的稀释比R和未经稀释的尾气的标准流量Q_ss通过如下公式计算：

$R_1=\frac{D_{\mathrm{CO}2}}{R_{\mathrm{CO}2}}$

D_CO＝R_CO×R₁

D_HC＝R_HC×R₁

T_O2＝D_O2+D_CO(a+b×D_CO)+D_HC(c+d×D_HC)

$R_2=\frac{20.9-T_{O2}}{20.9-R_{O2}}$

$R=\frac{R_1+R_2}{2}$

Q_ss＝Q_s×R+Q_e

式中：

R₁——通过CO₂示踪计算的稀释比，

R₂——通过O₂示踪计算的稀释比，

D_CO2——通过CO₂气体分析装置测量的稀释尾气中的CO₂含量，

D_O2——通过O₂气体分析装置测量的稀释尾气中的O₂含量，

D_CO——通过R₁推算的稀释尾气中的CO含量，

D_HC——通过R₁推算的稀释尾气中的HC含量，

T_O2——通过计算的稀释尾气中的O₂含量，

R_O2——通过五组分尾气分析装置测量的未经稀释的尾气中的O₂含量，

R_CO2——通过五组分尾气分析装置测量的未经稀释的尾气中的CO₂含量，

R_CO——通过五组分尾气分析装置测量的未经稀释的尾气中的CO含量，

R_HC——通过五组分尾气分析装置测量的未经稀释的尾气中的HC含量，

Q_e——五组分尾气分析装置抽取的未经稀释的尾气的标准流量，

a，b，c，d——修正系数，为稀释尾气中HC、CO体积浓度对采用O₂气体分析装置测得的O₂体积浓度的影响的修正系数。

以下举出一计算修正系数a，b，c，d的例子：

往O₂气体分析装置中通入包含CO、HC、O₂，浓度分别为D_CO、D_HC、T_O2的混合气体，O₂气体分析装置的读数为D_O2，得到下表：

No	DHC(10-6)	DCO(10-2)	TO2(10-2)	DO2(10-2)
					1	0.000	0.000	20.900	20.900
2	148.200	0.000	19.860	19.690
					3	296.400	0.000	18.810	18.580
4	444.600	0.000	17.820	17.540
					5	592.800	0.000	16.820	16.470
6	742.000	0.000	15.730	15.390
					7	889.200	0.000	14.630	14.300
8	0.000	.250	19.860	19.740
					9	0.000	.500	18.810	18.590
10	0.000	.750	17.820	17.430
					11	0.000	1.000	16.820	16.270
12	0.000	1.250	15.730	15.120
					13	0.000	1.500	14.630	13.950

因此通过实验可以从O₂气体分析装置的读数D_O2及D_CO、D_HC、T_O2得到通过回归计算得到的稀释尾气中的O₂含量：

回归方程：

T_O2＝D_O2+D_CO(a+b×D_CO)+D_HC(c+d×D_HC)

回归结果：修正系数a，b，c，d为

a＝0.5647，b＝-0.0648，c＝0.000996，d＝-0.000001。

HC、NO的单位时间的质量M_i(g/s)通过如下公式计算：

$M_i=C_i\×{10}^{-6}\×Q_{\mathrm{ss}}\×\frac{\mathrm{FZL}}{K_1}$

式中：

C_i——校正后的HC或NO的百万分比体积浓度，

Q_ss——标准状态下的稀释尾气的流量L/s，

FZL——HC或NO的克分子量，分别为86g/mol和30g/mol，

K₁——理想气体的克分子体积，22.4136L/mol。

8、根据权利要求4所述的一种机动车污染物排放总量的测量方法，其特征在于CO、CO₂的单位时间的质量M_i(g/s)通过如下公式计算：

$M_i=C_i\×{10}^{-2}\×Q_{\mathrm{ss}}\×\frac{\mathrm{FZL}}{K_1}$

式中：

C——校正后的CO或CO₂的百分比体积浓度，

Q_ss——标准状态下的稀释尾气的流量，L/s，

FZL  CO或CO₂的克分子量，分别为28g/mol和44g/mol，

K₁——理想气体的克分子体积，22.4136L/mol。

9、根据权利要求4所述的一种机动车污染物排放总量的测量方法，其特征在于机动车在0-t时间内的某种污染物的总的排放M_total(g)通过如下公式计算：

$M_{\mathrm{total}}=\underset{i=0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i$

式中：

M_i——单位时间某种污染物的总的排放量g，

0-t时间内机动车行驶的距离d(km)通过如下公式计算：

$d=\underset{0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i$

式中：

V_i——机动车实时速度km/s。

10、根据权利要求4所述的一种机动车污染物排放总量的测量方法，其特征在于机动车每千米污染物排放量M(g/km)通过如下公式计算：

$M=\frac{M_{\mathrm{total}}}{d}$

式中：

M_total——0-t时间内的某种污染物的总的排放量g，

d——0-t时间内机动车行驶的距离km。

Claims (3)

1、一种机动车污染物排放总量的测量装置，其特征在于带喇叭口的稀释采样管(2)入口连接被测机动车的排气管，出口连接到风机(3)，风机(3)接风机流量调节装置(4)，计算机测控系统(9)的控制接口接底盘测功机(1)和风机流量调节装置(4)，流量、温度、压力测量装置(5)、五组分尾气分析装置(6)、O₂气体分析装置(7)、CO₂气体分析装置(8)的接口接计算机测控系统(9)，取样探头(10)输出端连接五组分尾气分析装置(6)，输入端位于机动车的排气管内。

2、根据权利要求1所述的一种机动车污染物排放总量的测量装置，其特征在于O₂气体分析装置(7)、CO₂气体分析装置(8)连接位于流量、温度、压力测量装置(5)的后端的取样口。

3、根据权利要求1所述的一种机动车污染物排放总量的测量装置，其特征在于风机流量调节装置(4)是电子控制的变频器或电子控制的变压器。

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