CN201004045Y - 颗粒物车载排放测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种颗粒物车载排放测量系统，包括有排气流量计、采样稀释器、颗粒物浓度测试仪依次连接形成气体流量通路；排气流量计和颗粒物浓度测试仪分别通过导线与数据记录及处理装置相连。所述的排气流量计包括有壳体，在位于排气流量计进气口一侧的壳体上设置有压差传感器；在位于排气流量计出气口一侧的壳体上设置有绝对压力传感器；在压差传感器和绝对压力传感器之间的壳体上设置有温度传感器，压差传感器、温度传感器和绝对压力传感器分别通过导线与数据记录及处理装置相连。本实用新型结构简单，使用方便，实现了对车辆的颗粒物排放总量的测量，从而深入了解车辆实际道路排放特性；进而为制定有效的控制策略，起着极其重要的作用。

Description

颗粒物车载排放测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种汽车尾气测量装置，特别是涉及一种能够实现基于真实运行环境的车辆道路排放特性的颗粒物车载排放测量系统。

背景技术

车载排放测试技术是一种能够实时测量实际道路行驶车辆排放的装置。对于排放气态污染物的车载排放测试技术已经成熟，但由于颗粒物的测量不仅要解决与排放法规的基于滤纸称重方法的一致性，并实现实时测量，而且还要解决颗粒物的成分及质量的多变性问题。所以对于颗粒物的车载排放测量还是基本处于研究阶段，国内外都还未有可行及成熟的技术手段。

基于底盘测功机、发动机台架的机动车排放试验室检测方法是我们准确地了解各类型车辆排放水平重要的基础手段。但是试验室检测手段的局限性在于：

(1)对于轻型车，依据试验室的法规测量方法只能测量特定工况下(如NEDC，FTP75等)车辆的排放水平。这些工况只是针对特定的地区和特定的环境开发的，很难复现实际道路复杂的工况情况。这种手段获取的车辆排放测量数据，只能表明车辆在当前测试工况下的排放状态。而在车辆的实际使用中，不同区域不同环境条件，车辆的行驶工况的差异，这些因素都会对车辆排放水平产生重要影响。大量研究已经表明，城市车辆实际的道路行驶排放值要比法规程序下试验室测量所得的排放值高得多。

(2)对于重型车来说，我国现行的重型车排放法规中规定的发动机测试循环是遵循欧洲ECE R49十三工况法。该测试方法只是测量发动机在十三个工况点的排放。即便是将来(2008年)实行欧III标准——对重型发动机实行稳态测试循环(ESC)和瞬态测试循环(ETC)而言，其测量工况测试覆盖面也非常有限。

(3)对于重型混合动力车辆来说，由于它是在常规发动机基础上，增添配置了一套动力辅助装置，这种装置被设计成根据车辆的实际行驶工况，采取针对性的控制策略，实现车辆节能和降低排放的目的。对于这种车辆，单从结构上看(多了一套动力辅助装置)，依据发动机来评价就不合适；更何况由于辅助动力装置的工作，发动机的实际运行工况分布与欧洲稳态循环(ESC)相差很大，所以混合动力车辆实际的排放仅仅依据发动机排放水平来评价是不合适的。

为了解决试验室测量机动车排放检测手段存在的问题，研究车辆实际道路排放特性，量化城市车辆的具体排放情况。急迫需要使用车载排放测试技术进行道路车辆排放情况的测量及评估，从而实现了基于真实运行环境的车辆道路排放特性的研究。有助于我们从宏观上了解移动源排放对空气污染的分担率；分析不同类型车辆在各种工况下的车辆排放，从而深入了解车辆实际道路排放特性；进而为制定有效的控制策略，起着极其重要的作用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够实现基于真实运行环境的车辆道路排放特性的颗粒物车载排放测量系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种颗粒物车载排放测量系统，包括有颗粒物浓度测试仪，排气流量计，采样稀释器，数据记录及处理装置，其中，排气流量计、采样稀释器、颗粒物浓度测试仪依次连接形成气体流量通路；排气流量计和颗粒物浓度测试仪分别通过导线与数据记录及处理装置相连。

所述的排气流量计包括有壳体，在位于排气流量计进气口一侧的壳体上设置有压差传感器；在位于排气流量计出气口一侧的壳体上设置有绝对压力传感器；在压差传感器和绝对压力传感器之间的壳体上设置有温度传感器，压差传感器、温度传感器和绝对压力传感器分别通过导线与数据记录及处理装置相连。

所述的压差传感器包括有总压管和静压管，其中，总压管的一端固定在壳体的侧壁上，另一端沿壳体的径向连接在对应的侧壁上，并在总压管的迎流方向上开有多个测量流体总压的取压孔；静压管固定在壳体的侧壁上，并开有与流体流向相反的测量流体静压的取压孔。

所述的温度传感器采用热电偶。

本实用新型的颗粒物车载排放测量系统，结构简单，使用方便，实现了对车辆的颗粒物排放总量的测量，从而实现了基于真实运行环境的车辆道路排放特性的研究，以及使用车载排放测试技术进行道路车辆排放情况的测量及评估，分析不同类型车辆在各种工况下的车辆排放，从而深入了解车辆实际道路排放特性；进而为制定有效的控制策略，起着极其重要的作用。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图；

图2是本实用新型中的排气流量计的结构示意图。

其中：

1：汽车尾气排气管        2：排气流量计

3：采样稀释器            4：颗粒物浓度测试仪

5：数据记录及处理装置    6：壳体

7：压差传感器            8：温度传感器

9：绝对压力传感器        10：进气口

11：出气口               12：总压管

13：静压管       P₁：流体总压

P₂：流体静压

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型是如何实现的。

如图1所示，本实用新型的颗粒物车载排放测量系统，包括有颗粒物浓度测试仪(ELPI)4，排气流量计2，采样稀释器3，数据记录及处理装置5，其中，排气流量计2、采样稀释器3、颗粒物浓度测试仪4依次连接形成气体流量通路；排气流量计2和颗粒物浓度测试仪4分别通过导线与数据记录及处理装置5相连。排气流量计2的进气口10连接在汽车尾气排气管1上。

ELPI(Electrical Low Pressure Impactor)是芬兰DEKATI生产的用于实时监控并可测量瞬态颗粒物排放浓度的设备，其分辨率达到秒级。它可以测量空气动力学直径(Aerodynamic diameter，Dp)在28nm～9.9μm之间的颗粒物。并且再加载过滤级，能够测试到的颗粒物最小粒径可以达到7nm。以每级吸收率50％的颗粒物粒径为标记，一共分13级。

测试过程中，尾气被抽入ELPI之前需要经过加热稀释(试验一般采用两级稀释)。稀释后的气体在放电室内，经过单正极性荷电器时，电晕放电产生的离子使样气中的颗粒带电。之后，在共13级的级联撞击器中下落。不同粒径大小的带电颗粒物由于惯性不同，下落过程中会被不同的撞击级收集，分析仪依据各级的电流信号大小，从而测出不同粒径的颗粒物数目及质量浓度。

由于ELPI设备只能测量颗粒的浓度，对于车载排放单单测量浓度是不够的，还要测量排气流量，才能实现对颗粒物排放总量的测量，从而得出车辆实际道路行驶排放的颗粒物状况，实现完整的车载颗粒排放测量的目的。所以在本发明中还采用了排气流量计。

如图2所示，所述的排气流量计2采用皮托管(Pitot)流量计，包括有壳体6，在位于排气流量计进气口10一侧的壳体6上设置有压差传感器7；在位于排气流量计出气口11一侧的壳体6上设置有绝对压力传感器9；在压差传感器7和绝对压力传感器9之间的壳体6上设置有温度传感器8，压差传感器7、温度传感器8和绝对压力传感器9分别通过导线与数据记录及处理装置5相连。所述的温度传感器8采用热电偶。

所述的压差传感器7包括有总压管12和静压管13。其中，总压管12的一端固定在壳体6的侧壁上，另一端沿壳体6的径向连接在对应的侧壁上，并在总压管12的迎流方向上开有多个测量流体总压P1的取压孔；静压管13固定在壳体6的侧壁上，并开有与流体流向相反的测量流体静压P2的取压孔，两取样孔测量的压差用来计算排气流量。

从而得出气体流速的计算：

根据伯努利方程

$P_1-P_2=\mathrm{\Δh}\left(t\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}\×{Q_{\mathrm{exh}\left(t\right)}}^2$

(式1)

式中：P1：总压[KPa]；ρ为气体密度[g/m3]；

P2：静压[KPa]；      Q_exh(t)：气体流速[m3/min]；

Δh(t)：压差[KPa]；

则 $\mathrm{\ν}=K\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{\Δh}\left(t\right)}$    式中  K：Pitot管标定系数。    (式2)

那么：总方程式为：

$Q_{\mathrm{exh}\left(t\right)}=K\×\sqrt{\frac{P_{\mathrm{exh}\left(t\right)}}{101.3}\×\frac{293.15}{T_{\mathrm{exh}\left(t\right)}}\×\frac{\mathrm{\Δh}\left(t\right)}{\mathrm{\ρ}}}$   (式3)

式中：Q_exh(t)：标准状态下的气体流速[m3/min]；

Pexh(t)：由绝对压力传感器测得的排气压力；

Texh(t)：测量的排气温度[K]

注：系统中的ρ是指在标准状态的排气气体的密度，默认值为1.20kg/m3而颗粒物总量计算方法是：

颗粒物实时质量排放量(g/s)＝实时测量的颗粒物质量浓度(g/m³)×稀释器稀释比×排气流量(转化为m³/s)。

本实用新型的颗粒物车载排放测量系统中：颗粒物浓度测试仪采用芬兰DEKATI生产的型号为：ELPI的产品；采样稀释器芬兰DEKATI生产的型号为：Diluter L7的产品；绝对压力传感器采用日本SMC生产的型号为：PSE510的产品。

Claims (4)

1.一种颗粒物车载排放测量系统，包括有颗粒物浓度测试仪(4)，其特征在于，还设置有排气流量计(2)，采样稀释器(3)，数据记录及处理装置(5)，其中，排气流量计(2)、采样稀释器(3)、颗粒物浓度测试仪(4)依次连接形成气体流量通路；排气流量计(2)和颗粒物浓度测试仪(4)分别通过导线与数据记录及处理装置(5)相连。

2.根据权利要求1所述的颗粒物车载排放测量系统，其特征在于，所述的排气流量计(2)包括有壳体(6)，在位于排气流量计进气口(10)一侧的壳体(6)上设置有压差传感器(7)；在位于排气流量计出气口(11)一侧的壳体(6)上设置有绝对压力传感器(9)；在压差传感器(7)和绝对压力传感器(9)之间的壳体(6)上设置有温度传感器(8)，压差传感器(7)、温度传感器(8)和绝对压力传感器(9)分别通过导线与数据记录及处理装置(5)相连。

3.根据权利要求2所述的颗粒物车载排放测量系统，其特征在于，所述的压差传感器(7)包括有总压管(12)和静压管(13)，其中，总压管(12)的一端固定在壳体(6)的侧壁上，另一端沿壳体(6)的径向连接在对应的侧壁上，并在总压管(12)的迎流方向上开有多个测量流体总压(P₁)的取压孔；静压管(13)固定在壳体(6)的侧壁上，并开有与流体流向相反的测量流体静压(P₂)的取压孔。

4.根据权利要求2所述的颗粒物车载排放测量系统，其特征在于，所述的温度传感器(8)采用热电偶。