本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車檢測技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置。
背景技術(shù):
隨著中國城市化水平的不斷提高,大氣污染由傳統(tǒng)的煤煙型污染轉(zhuǎn)為煤煙與機(jī)動(dòng)車尾氣復(fù)合型污染,并且頻繁發(fā)生以二次生成物質(zhì)為主因的重污染過程。
機(jī)動(dòng)車尾氣中的碳?xì)浠衔?、炭黑等多種污染物最終轉(zhuǎn)化為PM2.5和臭氧,在保有量飛速增長的背景下,機(jī)動(dòng)車排放已經(jīng)成為我國大氣污染的主要來源。據(jù)估算,2010年我國機(jī)動(dòng)車排放的Nox、VOC、CO三種污染物分別占全國排放總量的24%、29%和20%。2015年4月公布的我國9個(gè)城市源解析結(jié)果顯示,北京、廣州、深圳、杭州PM2.5的首要污染源均來自于機(jī)動(dòng)車。2012年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車污染防治工作推進(jìn)大氣PM2.5治理進(jìn)程的指導(dǎo)意見》中明確了建立環(huán)保信息管理系統(tǒng)和推進(jìn)環(huán)保監(jiān)管能力建設(shè)。2013年國務(wù)院頒布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確了“強(qiáng)化移動(dòng)源污染防治”,“加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車環(huán)保管理”,機(jī)動(dòng)車污染治理已逐步成為城市治霾的關(guān)鍵。中國從2000年起開始實(shí)施輕型汽油車的國I排放標(biāo)準(zhǔn)開始,逐步經(jīng)歷了國I、國II、國III、國IV和國V排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。
然而,發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的過程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的機(jī)動(dòng)車排放測試主要采取的是實(shí)驗(yàn)室工況測試方法,即將被測車輛固定在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)鼓上,按規(guī)定的測試循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn),以測量整個(gè)測試循環(huán)的排放尾氣流量。而由于車輛在實(shí)際行駛過程中的工況變化較實(shí)驗(yàn)室法規(guī)測試工況要復(fù)雜很多,所以實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的缺陷,本發(fā)明提出一種車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置,其特征在于,包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元;
所述壓力采集單元用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓;
所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量;
所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連。
可選地,所述數(shù)據(jù)處理單元包括多個(gè)壓差傳感器;
每個(gè)所述壓差傳感器具有和其他傳感器不同的兩個(gè)量程。
可選地,所述壓力采集單元包括低壓腔,以及位于所述低壓腔外部的壓力輸出裝置。
可選地,所述裝置還包括尾氣溫度采集單元,用于采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度,以使所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述溫度對確定的所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量進(jìn)行補(bǔ)償處理;
所述尾氣溫度采集單元與所述低壓腔相連。
可選地,所述壓力采集單元包括:
總壓采集器,用于通過總壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的動(dòng)壓;
靜壓采集器,用于通過靜壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。
可選地,所述總壓采集器包括皮托管;
所述皮托管位于所述低壓腔內(nèi)部,且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個(gè)壓差傳感器相連
所述皮托管上設(shè)有用于采集所述總壓的多個(gè)所述總壓采樣孔。
可選地,所述靜壓采集器的一端連于所述低壓腔。
可選地,所述裝置還包括調(diào)零及吹洗裝置;
所述調(diào)零及吹洗裝置用于對所述壓差傳感器的初始測量數(shù)值進(jìn)行調(diào)零,和/或,分別對所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔進(jìn)行顆粒物吹洗。
可選地,所述調(diào)零及吹洗裝置包括反吹泵以及與所述反吹泵對應(yīng)的第一閥門和第二閥門;
所述反吹泵經(jīng)由所述第一閥門通向所述壓差傳感器;
所述反吹泵經(jīng)由所述第二閥門分別通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔。
可選地,所述數(shù)據(jù)處理裝置包括微處理單元MCU。
本發(fā)明的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置,包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元,通過所述壓力采集單元采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓,所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量,所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連,可以消除實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的弊端,實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量,提高車輛尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的原理示意圖;
圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)測量盒的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的尾氣流量測量比對結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示,該裝置包括壓力采集單元10以及數(shù)據(jù)處理單元20,其中:
壓力采集單元10用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓;
具體地,壓力采集單元10可以在所述待測車輛在實(shí)際駕駛過程中,采集該車輛所排放的尾氣的總壓PT和靜壓PS;
數(shù)據(jù)處理單元20用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量;
具體來說,數(shù)據(jù)處理單元20用于根據(jù)下述公式確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量:
其中,c為量綱常數(shù),ρ為流體密度。
壓力采集單元10通過壓力傳輸管線30與所述數(shù)據(jù)處理單元20相連。
本實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置,包括壓力采集單元以及數(shù)據(jù)處理單元,通過所述壓力采集單元采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓,所述數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量,所述壓力采集單元通過壓力傳輸管線與所述數(shù)據(jù)處理單元相連,可以消除實(shí)驗(yàn)室工況測試方法無法準(zhǔn)確測量出車輛的實(shí)際排放水平的弊端,實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量,提高車輛尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。
進(jìn)一步地,作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,數(shù)據(jù)處理單元20可以包括多個(gè)壓差傳感器;
所述多個(gè)壓差傳感器分別具有各自對應(yīng)的兩個(gè)量程。
具體來說,因此本實(shí)施例可采用4個(gè)壓差傳感器,每個(gè)傳感器有兩個(gè)量程(二級放大),從而可以得到8個(gè)測量區(qū)間。其中,壓差傳感器的最小壓差范圍為25Pa,最大壓差范圍為16.5kPa,采用4個(gè)不同測量范圍的壓差傳感器,準(zhǔn)確獲得不同壓力值,因此能夠準(zhǔn)確測量車輛從怠速到最大排氣流速的尾氣流量。
關(guān)于本實(shí)施例的壓差傳感器的采樣率,可以理解的是:一般壓差傳感器出來的信號是電壓信號,通過AD模塊進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置,采樣率一般要大于2f(尼奎斯)才滿足需求。機(jī)動(dòng)車尾氣流量測量中,流速信號變化比較大,尤其是低轉(zhuǎn)速時(shí),因此壓差傳感器的采樣率應(yīng)足夠大才可以看到變化過程,進(jìn)而更能反映出真實(shí)情況。因而,作為本實(shí)施例的優(yōu)選,上述壓差傳感器采用2500Hz的采樣率,數(shù)據(jù)輸出率最大為500Hz。
在此基礎(chǔ)上,由上式(1)可知,2500Hz的原始壓差數(shù)據(jù),通過計(jì)算均方根可以得到2500Hz流速數(shù)據(jù),進(jìn)而由該流速數(shù)據(jù)計(jì)算平均值可得到期望的數(shù)據(jù)。
進(jìn)一步地,作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,所述裝置還可以包括調(diào)零及吹洗裝置;
所述調(diào)零及吹洗裝置用于對所述壓差傳感器的初始測量數(shù)值進(jìn)行調(diào)零,和/或,分別對所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔進(jìn)行顆粒物吹洗。
可以理解的是,采用自動(dòng)清零的方法可以克服壓差傳感器的零點(diǎn)漂移的問題。舉例來說,本實(shí)施例的自動(dòng)清零的方法可以為:在傳感器的數(shù)據(jù)開始記錄前,每隔5分鐘控制調(diào)零及吹洗裝置自動(dòng)開啟,氣體同時(shí)接入總壓和靜壓,以使此時(shí)的壓差為零,壓差傳感器自動(dòng)標(biāo)零,在數(shù)據(jù)開始記錄時(shí),即不再進(jìn)行自動(dòng)清零。
具體來說,上述調(diào)零及吹洗裝置包括反吹泵,以及所述反吹泵對應(yīng)的第一閥門和第二閥門;
所述反吹泵經(jīng)由所述第一閥門通向所述壓差傳感器;
所述反吹泵經(jīng)由所述第二閥門分別通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔。
具體來說,通過測量反吹泵和閥門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)顆粒反吹。例如,當(dāng)反吹泵開啟時(shí),通向壓差傳感器的閥門關(guān)閉,通向所述靜壓采樣孔和所述動(dòng)壓采樣孔方向的閥門開啟,以實(shí)現(xiàn)對采樣點(diǎn)的顆粒物反吹清洗的功能。
進(jìn)一步地,作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,所述壓力采集單元包括低壓腔,以及位于所述低壓腔外部的壓力輸出裝置;
進(jìn)一步地,作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,所述裝置還可以包括尾氣溫度采集單元,用于采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度,以使所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)所述溫度對確定的所述待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的流量進(jìn)行補(bǔ)償處理;
所述尾氣溫度采集單元與所述低壓腔相連。
具體來講,本實(shí)施例通過尾氣溫度采集單元(例如溫度傳感器)采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的溫度,以進(jìn)行氣體溫度、壓力、熱膨脹的補(bǔ)償校正。具體地,可通過測量的溫度及靜壓數(shù)據(jù)選擇上式(1)中的量綱常數(shù)c來對溫度和壓力產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償校正,提高尾氣流量測量的準(zhǔn)確度。
進(jìn)一步地,作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選,所述壓力采集單元包括:
總壓采集器,用于通過總壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的動(dòng)壓;
靜壓采集器,用于通過靜壓采樣孔采集所述待測車輛在所述實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。
進(jìn)一步地,作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選,所述總壓采集器包括皮托管;
所述皮托管上設(shè)有用于采集所述總壓的多個(gè)所述總壓采樣孔。
具體來說,所述皮托管可以設(shè)置于所述低壓腔內(nèi)部,且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個(gè)壓差傳感器相連。
進(jìn)一步地,作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,所述靜壓采集器的一端連于所述低壓腔。
可以理解的是,上述皮托管,又名“空速管”,“風(fēng)速管”,英文是Pitot tube,是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。嚴(yán)格地說,皮托管僅測量氣流總壓,又名總壓管;同時(shí)測量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管,但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。
特別說明的是,本實(shí)施例的皮托管和壓力管線部分在測量過程中可處于保溫狀態(tài),以避免在寒冷天氣條件下發(fā)生冷凝和冷凍,其中,壓力管線的作用是將采樣點(diǎn)的氣體壓力傳導(dǎo)到壓差傳感器。
進(jìn)一步地,作為上述各個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選,所述數(shù)據(jù)處理裝置包括微處理單元MCU,用于對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
下面以一具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明,但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
圖2為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2所示,該裝置包括按照氣流方向依次設(shè)置的壓力采集單元100、壓力管線200以及測量數(shù)據(jù)盒300,其中:
壓力采集單元100用于采集待測車輛在實(shí)際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓;
其中壓力采集單元100包括皮托管110(參見圖3)
壓力采集單元100通過壓力傳輸管線200與測量數(shù)據(jù)盒300相連;
測量數(shù)據(jù)盒300中設(shè)置有4個(gè)不同測量范圍的壓差傳感器、反吹泵以及該反吹泵對應(yīng)的閥門(參見圖4)。
具體地,本實(shí)施例可采用伯努利公式來計(jì)算流體流速,采用皮托管的方法獲得動(dòng)壓和靜壓通過以下公式計(jì)算流體流速:
其中,PT為總壓,PS為靜壓,c為量綱常數(shù),ρ為流體密度。
參見圖3所示的測量流量原理圖,動(dòng)壓部分開有5個(gè)孔(圖3中標(biāo)號5和6的位置)用于測量均壓(動(dòng)壓),裝置的背部(圖3中標(biāo)號1的位置)設(shè)有用于測量靜壓的一個(gè)孔,進(jìn)而根據(jù)上述伯努利方程可以得到管道內(nèi)的流量。可知,壓差的均方根與流速成正比,可以根據(jù)測量到的壓差,從而可以計(jì)算出流速大小,并通過采用可更換橫截面大小的管道,可以計(jì)算出體積流量。
進(jìn)一步地,壓差的均方根與流速成正比,這同時(shí)也限值了流速的動(dòng)態(tài)測量范圍。因此本實(shí)施例采用了4個(gè)壓差傳感器,且每個(gè)傳感器均具有兩個(gè)量程(二級放大),從而可以得到8個(gè)測量區(qū)間。其中,最小壓差范圍25Pa,最大壓差范圍16.5kPa。每個(gè)壓差傳感器的量程分別為25~1250Pa;1250~5000Pa;5000~11500Pa;11500~16500Pa,采用這4個(gè)壓差傳感器能夠覆蓋25~16500Pa的測量范圍,使測量的流量在100℃時(shí)范圍達(dá)到15.8-535kg/hr,在400℃時(shí)范圍達(dá)到23.9~402kg/hr,因此采用4個(gè)壓差傳感器,壓差傳感器及反吹顆粒系統(tǒng)均在數(shù)據(jù)測量及控制盒中。
需要說明的是,一般壓差傳感器測量出來的信號是電壓信號,通過AD模塊進(jìn)入MCU,采樣率一般要大于2f(尼奎斯)才滿足需求。在機(jī)動(dòng)車尾氣流量測量過程中,流速信號變化比較大(尤其是低轉(zhuǎn)速時(shí)),因此采樣率應(yīng)足夠大才可以看到變化過程,進(jìn)而更能反映出真實(shí)情況,因而本實(shí)施例采用了2500Hz的采樣率,數(shù)據(jù)輸出率最大為500Hz。
進(jìn)一步地,2500Hz的原始壓差數(shù)據(jù),均方根可得到2500Hz流速數(shù)據(jù),由該流速數(shù)據(jù)計(jì)算平均值即可得到所期望的數(shù)據(jù)。
圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的尾氣流量測量比對結(jié)果示意圖,如圖5所示,本發(fā)明測量的流量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)流量值線性相關(guān)性R2達(dá)到0.9999,說明測量結(jié)果能夠反映出真實(shí)的流量結(jié)果,達(dá)到相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。
進(jìn)一步地,本實(shí)施例的車輛實(shí)際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置,還能夠快速捕捉到高速變化的機(jī)動(dòng)車尾氣流量信息,能夠?yàn)闇?zhǔn)確測量機(jī)動(dòng)車尾氣排放數(shù)據(jù)提供流量信息,整個(gè)裝置的量程范圍內(nèi)準(zhǔn)確度優(yōu)于±2.5%、線性優(yōu)于1%,多傳感器的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)儀器測量范圍涵蓋怠速至最高速度,并可實(shí)現(xiàn)氣體溫度、壓力、熱膨脹的補(bǔ)償校正,通過溫度(如圖3中標(biāo)號4的位置的溫度)及靜壓數(shù)據(jù)選擇公式(1)中的量綱常數(shù),可對溫度和壓力產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償校正,進(jìn)而,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零及顆粒反吹清洗功能(顆粒反吹主要通過測量數(shù)據(jù)盒300中的反吹泵和閥門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)。具體地,當(dāng)反吹泵開啟時(shí),通向壓差傳感器的閥門關(guān)閉,通向圖3中1、5、6位置方向的閥門開啟,實(shí)現(xiàn)對采樣點(diǎn)的顆粒物反吹清洗的功能。
進(jìn)一步地,本實(shí)施例的流量采樣管道可以采用不銹鋼材質(zhì),實(shí)現(xiàn)車載測試及實(shí)驗(yàn)室測試。
在此基礎(chǔ)上,本實(shí)施例的裝置具有獨(dú)立的控制軟件,可單獨(dú)測量流量或者同其他的儀器(例如機(jī)動(dòng)車排放的氣態(tài)污染物及顆粒物分析儀)聯(lián)用。
作為上述實(shí)施例的優(yōu)選,皮托管和壓力管線部分處于保溫狀態(tài),可以避免在寒冷天氣條件下發(fā)生冷凝和冷凍。其中,壓力管線的作用是將采樣點(diǎn)的氣體壓力傳導(dǎo)到壓差傳感器。
以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。