TW201504625A

TW201504625A - 車載動態排氣污染分析裝置及其檢測方法

Info

Publication number: TW201504625A
Application number: TW102127074A
Authority: TW
Inventors: zheng-yu Li; zhi-wei Zhuang
Original assignee: Weier Well Ltd Company
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-02-01

Abstract

本發明係一種車載動態排氣污染分析裝置，包含有一控制器、一氣體感測器、一氣體流量計與一車速計算模組，該氣體感測器、氣體流量計與車速計算模組分別與控制器電連接，氣體感測器用以取得車輛廢氣之污染物的種類與數值，氣體流量計供取得廢氣的流速，車速計算模組係取得車輛行駛的車速，該控制器則整合計算廢氣流速以及將污染物的濃度以轉換為污染物的體積與重量，並搭配車輛的車速與行駛里程而可得到車輛動態行駛時的排放污染物資訊，解決現有以靜態排氣檢測方式不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題。

Description

車載動態排氣污染分析裝置及其檢測方法

本發明係一種排氣污染分析裝置，尤指一種裝設於車輛上並以動態檢測方式分析該車輛於行進間排氣成份的排氣污染分析相關技術。

為了滿足人們可以隨時與任意移動的目地，因此很多人都擁有一台以上的汽車或機車，由於車輛總數日漸增加，造成汽機車引擎排放廢氣的總量隨之提高，受限於無法大幅降低汽機車數量的情況下，於是政府便提高車輛廢氣污染排放標準的門檻，希望透過法規限制以降低汽機車引擎排放廢氣之各種污染物的濃度，進而保護環境，因此如何正確檢測車輛廢氣中各種污染物的種類與濃度，即成為分析車輛廢氣是否符合標準的重要技術。

現有檢測車輛廢氣排放時是於檢測站設置氣體分析儀，並將其檢測管連接至車輛的排氣管，透過分析車輛排出的廢氣而可得到污染物的種類與濃度，不過現有氣體分析儀是檢測車輛靜止狀態(靜態檢測)時所排出的廢氣，而當車輛是實際行駛於道路上時，受到車輛荷重高低(載人或載貨)、路況起伏(上坡或下坡)、車輛速度(市區道路或高速公路)或駕駛人習慣(重踩油門)的不同，使得車輛排出廢氣的污染物有不同濃度，因此靜態檢測所得的各種污染物資料並非完全對應車輛實際動態行駛於道路時所排放的污染物濃度，產生不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題。

如前揭所述，現有以靜態檢測方式具有不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題，因此本發明主要目的在提供一車載動態排氣污染分析裝置及其檢測方法，主要是於車輛上裝設移動式的排氣污染分析裝置，直接分析車輛於實際道路行駛的動態排放污染物濃度，解決現有以靜態排氣檢測方式不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述車載動態排氣污染分析裝置包含有：一連接件，其與車輛的排氣管連接；一控制器，其具有多數訊號埠，該控制器用以整合分析、計算與記錄多種排氣污染物的種類與數值；一個以上的氣體感測器，其具有一個以上的連接埠與一個以上的氣體感測端，該連接埠是與控制器的訊號埠電連接，該氣體感測端是與連接件連接，該氣體感測器用以偵測通過連接件的複數種污染物濃度；一氣體流量計，其具有一氣體輸入端、一氣體輸出端與一信號端，該氣體輸入端與氣體輸出端分別連接至連接件，該信號端是與控制器的訊號埠電連接，該氣體流量計用以取得通過連接件的污染物的流速；一溫度感測模組，其包含有一溫度探頭與一信號端，該信號端是與控制器的訊號埠電連接，該溫度探頭是與連接件連接，該溫度感測模組用以取得通過連接件的污染物溫度；以及一車速計算模組，其與控制器的訊號埠電連接，該車速計算模組用以偵測車輛的行駛速度或里程。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述車載動態排氣污染分析檢測方法，是令一車載排氣污染分析裝置裝設於車輛且與車輛的排氣管連接，並執行下列步驟：設定系統參數；偵測車輛動態行駛時通過排氣管之廢氣，以取得系統分析參數，該系統分析參數包含有排放廢氣的溫度與流量、污染物種類與濃度以及車速；根據系統分析參數中的濃度與流量計算污染物排放的體積與重量；以及顯示或記錄上述各項系統參數、系統分析參數與對應數值。

利用前述元件組成的車載排氣污染分析裝置，該氣體感測器是取得通過連接件廢氣的各種污染物的種類與數值，該氣體流量計是取得通過連接件廢氣的速度，該溫度感測模組是取得通過連接件廢氣的溫度，該車速計算模組是取得車輛行駛的車速，該控制器整合計算通過連接件的廢氣流速以及將污染物的濃度轉換為污染物體積與重量，並搭配車輛的車速與行駛里程而可得到車輛動態行駛的排放污染物資訊，解決現有以靜態排氣檢測方式不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題。

10‧‧‧控制器

11‧‧‧訊號傳輸埠

12‧‧‧複數資料傳輸埠

13‧‧‧控制埠

14‧‧‧網路通訊埠

20‧‧‧氣體感測器

21‧‧‧連接埠2

22‧‧‧氣體感測端

31‧‧‧溫度感測模組

311‧‧‧溫度探頭

312‧‧‧信號端

32‧‧‧氣體流量計

321‧‧‧氣體輸入端

322‧‧‧氣體輸出端

323‧‧‧信號端

33‧‧‧大氣壓力感測器

34‧‧‧溫溼度感測器

35‧‧‧車速計算模組

351‧‧‧近接感測器

352‧‧‧緩衝電路單元

353‧‧‧頻率轉換器

36‧‧‧GPS接收器

40‧‧‧連接件

50‧‧‧排氣管

61‧‧‧三通電磁閥

62‧‧‧加壓幫浦

圖1是本發明較佳實施例的電路方塊圖。

圖2是本發明較佳實施例之車載動態排氣污染分析裝置裝設於機車的示意圖。

圖3是本發明較佳實施例之連接件與排氣管連接的示意圖。

圖4是本發明較佳實施例之氣體流量計管路的排水管路示意圖。

圖5是本發明較佳實施例之車速計算模組的電路圖。

圖6是本發明較佳實施例的流程圖。

本發明主要係將一車載動態排氣污染分析裝置可拆卸地安裝在機車上，以動態擷取方式分析機車在行進時排放的污染物。關於該車載動態排氣污染分析裝置的一較佳實施例，請參閱圖1至3所示，包含有一控制器10、一氣體感測器20、一溫度感測模組31、一氣體流量計32、一大氣壓力感測器33、一溫溼度感測器34、一車速計算模組35與一GPS接收器36，該氣體感測器20、溫度感測模組31、氣體流量計32、大氣壓力感測器33、溫溼度感測器34、車速計算模組35以及GPS接收器36是分別與控制器10電連接；該氣體感測器20、溫度感測模組31與氣體流量計32是設於一連接件40上，在本實施例中，該連接件40是由一中空的尾管構成，該連接件40連接至車輛的排氣管50使車輛排放廢氣得以通過連接件40，以便由上述車載動態排氣污染分析裝置擷取並分析廢氣中之污染物的種類、濃度、溫度與流速。

該控制器10具有一訊號傳輸埠11、複數資料傳輸埠12、一控制埠13與一網路通訊埠14，該控制器10係由該訊號傳輸埠11與資料傳輸埠12傳送前述感測器的各項數值，使該控制器10可整合分析、計算與記錄車輛廢氣中各種污染物的種類與濃度。該訊號傳輸埠11包含六組成對的接點Vin0(Vin0+與Vin0-)、接點Vin1(Vin1+與Vin1-)、接點Vin2(Vin2+與Vin2-)、接點Vin3(Vin3+與 Vin3-)、接點Vin4(Vin4+與Vin4-)、接點Vin5(Vin5+與Vin5-)以及接點IN 0(IN 0+與IN 0-)；兩個資料傳輸埠12皆為RS232資料傳輸埠(COM4、COM5)；該控制埠13包含七個接點(DI COM、DI 0、DO 0、DO 1、DO 2、DO G與DO POWER)，該DI COM接點是與DO POWER接點連接並透過一電阻(1KΩ)連接至直流12V電源，該DI 0接點是連接一啟動開關(S1)以令控制器10開始或停止運轉，該DO 0接點是連接一警示器(Buzzer)以發出聲音警示，該DO 1接點是連接一繼電器(Purge Relay)以發出控制信號，該DO 2接點是連接一指示燈(LED)以發出燈光指示；該網路通訊埠14係為乙太網路(LAN)以與外部電腦連結。

該氣體感測器20具有一個以上的連接埠21與一個以上的氣體感測端22，該連接埠21是與控制器10的資料傳輸埠12(COM5)電連接，該氣體感測端22是與連接件40連接，該氣體感測器20用以偵測連接件40排出的複數種污染物濃度並分析各污染物的濃度。該氣體感測器20主要係針對氣狀的污染物進行分析，例如：一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)與氮氧化物(NO)進行分析。於本較佳實施例中，該氣體感測器20是一氣體分析儀(MEXA-584L)，其可同時分析上述氣狀污染物，但該氣體感測器20也可以是由多個偵測單一污染物質的感測器組合而成，本發明在此不加以限制。

該溫度感測模組31包含有一溫度探頭311與一信號端312，該信號端312是與控制器10的訊號傳輸埠11的接點Vin0(Vin0+與Vin0-)電連接，該溫度探頭311是與連接件40連接，使溫度感測模組31可偵測排氣的溫度。於本較佳實施例中，該溫度探頭311是一K-Type熱電偶。

請配合參閱圖4所示，該氣體流量計32具有一氣體輸入端321、一氣體輸出端322與一信號端323，該氣體輸入端321與氣體輸出端322是設於連接件40中，且氣體輸入端321是朝向進氣方向，而氣體輸出端322是朝向排氣方向，該信號端323是與控制器10的訊號傳輸埠11的接點Vin1(Vin1+與Vin1-)電連接。於本較佳實施例中，該氣體輸入端321是一動壓管，該氣體輸出端322是一靜壓管，該氣體流量計32是一壓差感測器，其利用廢氣通過連接件40產生的壓力差經過轉換得到廢氣排放的流速。

由於空氣中或車輛排出的廢氣含有水份，因此會影響氣體流量計32感測的結果，為避免水分影響準確性，可使一低壓的乾燥空氣通過氣體流量計32，減少水份的影響，因此於氣體流量計32與氣體輸入端321之間串接有一三通電磁閥61與一加壓幫浦62，該三通電磁閥61的共同端(COM)與氣體輸入端321(動壓管)連接，該三通電磁閥61的常閉端(NC)是與氣體流量計32連接，該三通電磁閥61的常開端(NO)是與加壓幫浦62連接；當控制器10欲清除氣體輸入端321(動壓管)中的積水時，透過DO 1接點使繼電器(Purge Relay)驅動三通電磁閥61，使加壓幫浦62產生加壓空氣而逆向朝向氣體輸入端321(動壓管)吹氣，即可使氣體輸入端321(動壓管)中的水氣向外排出。

該大氣壓力感測器33是與控制器10的訊號傳輸埠11的接點Vin3+電連接，其係偵測車輛周遭的大氣壓力；該溫溼度感測器34是與控制器10的訊號埠11的接點Vin4+與接點Vin5+接點電連接，其係偵測車輛周遭的溫度與濕度。

該車速計算模組35是分別與控制器10的訊號埠11的接點Vin2(Vin2+與Vin2-)以及接點IN 0(IN 0+與IN 0-)電連接，其係偵測車輛的速度並由控制器10將車速轉換為行駛距離或里程；請配合參閱圖1與圖5所示，該車速計算模組35包含有一近接感測器351、一緩衝電路單元352與一頻率轉換器353，該緩衝電路單元352是分別與近接感測器351、頻率轉換器353及控制器10的接點IN 0(IN 0+與IN 0-)電連接，該頻率轉換器353是與控制器10的接點Vin2(Vin2+與Vin2-)電連接。該近接感測器351是偵測設於車輪或剎車盤上的標記(圖中未示)，當車輪旋轉一圈時，使標記通過近接感測器351即會產生一個訊號，該緩衝電路單元352具有多個電晶體(C1959)，其接受近接感測器351產生的訊號後即產生對應訊號並分別送至頻率轉換器353及控制器10。該車速計算模組35亦可直接連接至車輛的速度表或碼表，以直接獲得車輛速度；或是由GPS衛星訊號計算出車輛移動的速度。

該GPS接收器36是與控制器10的另一資料傳輸埠12(COM4)電連接，其接收衛星信號而可得到座標，並可配合電子地圖以偵測車輛的實際位置，並記錄道路的類型，例如市區道路、山路或高速公路等。

請參閱圖6所示，該控制器10欲偵測車輛排氣污染分析時，係執行下列步驟：讀取系統設定參數(601)；初始化系統及檢查與系統連接的裝置是否正常？(602)；若系統不正常則顯示異常原因(603)並中止系統運作(604)；若系統正常則取得下列系統分析參數，包含：取得排氣分析數據(605)、取得排氣溫度及流量(606)、取得車輛行駛速度及里程(607)、取得GPS軌跡資訊(608)、取得環境溫溼度及大氣壓力(609)；控制器根據上述步驟所得數據資料，整合計算排氣污染的排放值與行駛油耗(610)；顯示各項量測數據(611)；記錄各項量測數據(612)；判斷是否需要清除氣體取樣流量計中的積水？(613)；若需清除積水則執行清除積水步驟(614)；若不須清除積水，則判斷是否結束記錄步驟(615)；若選擇結束記錄則終止系統操作，若否則到步驟(605)至(609)。

前述控制器10是依據下列公式算出氣體的流量與體積，在已知連接件40(尾管)截面積的條件下，流量(Q)=氣體取樣流量計截面積(A)×流速(S)，排氣體積(V)=流量(Q)×時間(T)。又透過廢氣中的碳(C)含量可計算得到車輛實際的油耗值。

由上述可知，利用氣體感測器20取得通過連接件40廢氣的各種污染物的種類與數值，該氣體流量計32是取得通過連接件40廢氣的速度，該溫度感測模組31是取得通過連接件40廢氣的溫度，該車速計算模組35是取得車輛行駛的車速，該控制器10整合計算通過連接件40的廢氣流速與體積以及將污染物的濃度轉換為污染物重量，並搭配車輛的車速與行駛里程而可得到車輛動態行駛的排放污染物資訊，解決現有以靜態排氣檢測方式不易正確取得車輛於實際道路行駛狀態的污染物濃度資訊的問題。