車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的製作方法

2023-10-28 11:58:37 2

本發明涉及機動車檢測技術領域，尤其涉及一種車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置。

背景技術：

隨著中國城市化水平的不斷提高，大氣汙染由傳統的煤煙型汙染轉為煤煙與機動車尾氣複合型汙染，並且頻繁發生以二次生成物質為主因的重汙染過程。

機動車尾氣中的碳氫化合物、炭黑等多種汙染物最終轉化為PM2.5和臭氧，在保有量飛速增長的背景下，機動車排放已經成為我國大氣汙染的主要來源。據估算，2010年我國機動車排放的Nox、VOC、CO三種汙染物分別佔全國排放總量的24％、29％和20％。2015年4月公布的我國9個城市源解析結果顯示，北京、廣州、深圳、杭州PM2.5的首要汙染源均來自於機動車。2012年環境保護部發布《關於加強機動車汙染防治工作推進大氣PM2.5治理進程的指導意見》中明確了建立環保信息管理系統和推進環保監管能力建設。2013年國務院頒布的《大氣汙染防治行動計劃》中明確了「強化移動源汙染防治」，「加強機動車環保管理」，機動車汙染治理已逐步成為城市治霾的關鍵。中國從2000年起開始實施輕型汽油車的國I排放標準開始，逐步經歷了國I、國II、國III、國IV和國V排放標準的實施。

然而，發明人在實施本發明的實施例的過程中發現，現有的機動車排放測試主要採取的是實驗室工況測試方法，即將被測車輛固定在實驗室轉鼓上，按規定的測試循環運轉，以測量整個測試循環的排放尾氣流量。而由於車輛在實際行駛過程中的工況變化較實驗室法規測試工況要複雜很多，所以實驗室工況測試方法無法準確測量出車輛的實際排放水平。

技術實現要素：

針對現有實驗室工況測試方法無法準確測量出車輛的實際排放水平的缺陷，本發明提出一種車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，其特徵在於，包括壓力採集單元以及數據處理單元；

所述壓力採集單元用於採集待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

所述數據處理單元用於根據所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量；

所述壓力採集單元通過壓力傳輸管線與所述數據處理單元相連。

可選地，所述數據處理單元包括多個壓差傳感器；

每個所述壓差傳感器具有和其他傳感器不同的兩個量程。

可選地，所述壓力採集單元包括低壓腔，以及位於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採集單元，用於採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以使所述數據處理單元根據所述溫度對確定的所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的流量進行補償處理；

所述尾氣溫度採集單元與所述低壓腔相連。

可選地，所述壓力採集單元包括：

總壓採集器，用於通過總壓採樣孔採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的動壓；

靜壓採集器，用於通過靜壓採樣孔採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。

可選地，所述總壓採集器包括皮托管；

所述皮托管位於所述低壓腔內部，且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個壓差傳感器相連

所述皮托管上設有用於採集所述總壓的多個所述總壓採樣孔。

可選地，所述靜壓採集器的一端連於所述低壓腔。

可選地，所述裝置還包括調零及吹洗裝置；

所述調零及吹洗裝置用於對所述壓差傳感器的初始測量數值進行調零，和/或，分別對所述靜壓採樣孔和所述動壓採樣孔進行顆粒物吹洗。

可選地，所述調零及吹洗裝置包括反吹泵以及與所述反吹泵對應的第一閥門和第二閥門；

所述反吹泵經由所述第一閥門通向所述壓差傳感器；

所述反吹泵經由所述第二閥門分別通向所述靜壓採樣孔和所述動壓採樣孔。

可選地，所述數據處理裝置包括微處理單元MCU。

本發明的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，包括壓力採集單元以及數據處理單元，通過所述壓力採集單元採集待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓，所述數據處理單元用於根據所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量，所述壓力採集單元通過壓力傳輸管線與所述數據處理單元相連，可以消除實驗室工況測試方法無法準確測量出車輛的實際排放水平的弊端，實現車輛實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確度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一個實施例的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結構示意圖；

圖2為本發明另一個實施例的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結構示意圖；

圖3為本發明一個實施例的車輛實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為本發明一個實施例的數據測量盒的結構示意圖；

圖5為本發明一個實施例的尾氣流量測量比對結果示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1為本發明一個實施例的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結構示意圖，如圖1所示，該裝置包括壓力採集單元10以及數據處理單元20，其中：

壓力採集單元10用於採集待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

具體地，壓力採集單元10可以在所述待測車輛在實際駕駛過程中，採集該車輛所排放的尾氣的總壓PT和靜壓PS；

數據處理單元20用於根據所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量；

具體來說，數據處理單元20用於根據下述公式確定所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量：

其中，c為量綱常數，ρ為流體密度。

壓力採集單元10通過壓力傳輸管線30與所述數據處理單元20相連。

本實施例的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置，包括壓力採集單元以及數據處理單元，通過所述壓力採集單元採集待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓，所述數據處理單元用於根據所述總壓和靜壓確定所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量，所述壓力採集單元通過壓力傳輸管線與所述數據處理單元相連，可以消除實驗室工況測試方法無法準確測量出車輛的實際排放水平的弊端，實現車輛實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確度。

進一步地，作為上述實施例的優選，數據處理單元20可以包括多個壓差傳感器；

所述多個壓差傳感器分別具有各自對應的兩個量程。

具體來說，因此本實施例可採用4個壓差傳感器，每個傳感器有兩個量程(二級放大)，從而可以得到8個測量區間。其中，壓差傳感器的最小壓差範圍為25Pa，最大壓差範圍為16.5kPa，採用4個不同測量範圍的壓差傳感器，準確獲得不同壓力值，因此能夠準確測量車輛從怠速到最大排氣流速的尾氣流量。

關於本實施例的壓差傳感器的採樣率，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模塊進入數據處理裝置，採樣率一般要大於2f(尼奎斯)才滿足需求。機動車尾氣流量測量中，流速信號變化比較大，尤其是低轉速時，因此壓差傳感器的採樣率應足夠大才可以看到變化過程，進而更能反映出真實情況。因而，作為本實施例的優選，上述壓差傳感器採用2500Hz的採樣率，數據輸出率最大為500Hz。

在此基礎上，由上式(1)可知，2500Hz的原始壓差數據，通過計算均方根可以得到2500Hz流速數據，進而由該流速數據計算平均值可得到期望的數據。

進一步地，作為上述實施例的優選，所述裝置還可以包括調零及吹洗裝置；

所述調零及吹洗裝置用於對所述壓差傳感器的初始測量數值進行調零，和/或，分別對所述靜壓採樣孔和所述動壓採樣孔進行顆粒物吹洗。

可以理解的是，採用自動清零的方法可以克服壓差傳感器的零點漂移的問題。舉例來說，本實施例的自動清零的方法可以為：在傳感器的數據開始記錄前，每隔5分鐘控制調零及吹洗裝置自動開啟，氣體同時接入總壓和靜壓，以使此時的壓差為零，壓差傳感器自動標零，在數據開始記錄時，即不再進行自動清零。

具體來說，上述調零及吹洗裝置包括反吹泵，以及所述反吹泵對應的第一閥門和第二閥門；

所述反吹泵經由所述第一閥門通向所述壓差傳感器；

所述反吹泵經由所述第二閥門分別通向所述靜壓採樣孔和所述動壓採樣孔。

具體來說，通過測量反吹泵和閥門的開關實現顆粒反吹。例如，當反吹泵開啟時，通向壓差傳感器的閥門關閉，通向所述靜壓採樣孔和所述動壓採樣孔方向的閥門開啟，以實現對採樣點的顆粒物反吹清洗的功能。

進一步地，作為上述實施例的優選，所述壓力採集單元包括低壓腔，以及位於所述低壓腔外部的壓力輸出裝置；

進一步地，作為上述實施例的優選，所述裝置還可以包括尾氣溫度採集單元，用於採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以使所述數據處理單元根據所述溫度對確定的所述待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的流量進行補償處理；

所述尾氣溫度採集單元與所述低壓腔相連。

具體來講，本實施例通過尾氣溫度採集單元(例如溫度傳感器)採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的溫度，以進行氣體溫度、壓力、熱膨脹的補償校正。具體地，可通過測量的溫度及靜壓數據選擇上式(1)中的量綱常數c來對溫度和壓力產生的偏差進行補償校正，提高尾氣流量測量的準確度。

進一步地，作為上述各個實施例的優選，所述壓力採集單元包括：

總壓採集器，用於通過總壓採樣孔採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的動壓；

靜壓採集器，用於通過靜壓採樣孔採集所述待測車輛在所述實際駕駛條件下所排放氣體的靜壓。

進一步地，作為上述各個實施例的優選，所述總壓採集器包括皮托管；

所述皮托管上設有用於採集所述總壓的多個所述總壓採樣孔。

具體來說，所述皮托管可以設置於所述低壓腔內部，且所述皮托管的一端通過所述壓力輸出裝置與所述多個壓差傳感器相連。

進一步地，作為上述實施例的優選，所述靜壓採集器的一端連於所述低壓腔。

可以理解的是，上述皮托管，又名「空速管」，「風速管」，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。嚴格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時測量總壓、靜壓的才稱風速管，但習慣上多把風速管稱作皮托管。

特別說明的是，本實施例的皮托管和壓力管線部分在測量過程中可處於保溫狀態，以避免在寒冷天氣條件下發生冷凝和冷凍，其中，壓力管線的作用是將採樣點的氣體壓力傳導到壓差傳感器。

進一步地，作為上述各個實施例的優選，所述數據處理裝置包括微處理單元MCU，用於對採集的數據進行處理。

下面以一具體的實施例來說明本發明，但不限定本發明的保護範圍。

圖2為本發明另一個實施例的車輛實際駕駛條件下排放尾氣流量的測量裝置的結構示意圖，如圖2所示，該裝置包括按照氣流方向依次設置的壓力採集單元100、壓力管線200以及測量數據盒300，其中：

壓力採集單元100用於採集待測車輛在實際駕駛條件下所排放氣體的總壓和靜壓；

其中壓力採集單元100包括皮托管110(參見圖3)

壓力採集單元100通過壓力傳輸管線200與測量數據盒300相連；

測量數據盒300中設置有4個不同測量範圍的壓差傳感器、反吹泵以及該反吹泵對應的閥門(參見圖4)。

具體地，本實施例可採用伯努利公式來計算流體流速，採用皮托管的方法獲得動壓和靜壓通過以下公式計算流體流速：

其中，PT為總壓，PS為靜壓，c為量綱常數，ρ為流體密度。

參見圖3所示的測量流量原理圖，動壓部分開有5個孔(圖3中標號5和6的位置)用於測量均壓(動壓)，裝置的背部(圖3中標號1的位置)設有用於測量靜壓的一個孔，進而根據上述伯努利方程可以得到管道內的流量。可知，壓差的均方根與流速成正比，可以根據測量到的壓差，從而可以計算出流速大小，並通過採用可更換橫截面大小的管道，可以計算出體積流量。

進一步地，壓差的均方根與流速成正比，這同時也限值了流速的動態測量範圍。因此本實施例採用了4個壓差傳感器，且每個傳感器均具有兩個量程(二級放大)，從而可以得到8個測量區間。其中，最小壓差範圍25Pa，最大壓差範圍16.5kPa。每個壓差傳感器的量程分別為25～1250Pa；1250～5000Pa；5000～11500Pa；11500～16500Pa，採用這4個壓差傳感器能夠覆蓋25～16500Pa的測量範圍，使測量的流量在100℃時範圍達到15.8-535kg/hr，在400℃時範圍達到23.9～402kg/hr，因此採用4個壓差傳感器，壓差傳感器及反吹顆粒系統均在數據測量及控制盒中。

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模塊進入MCU，採樣率一般要大於2f(尼奎斯)才滿足需求。在機動車尾氣流量測量過程中，流速信號變化比較大(尤其是低轉速時)，因此採樣率應足夠大才可以看到變化過程，進而更能反映出真實情況，因而本實施例採用了2500Hz的採樣率，數據輸出率最大為500Hz。

進一步地，2500Hz的原始壓差數據，均方根可得到2500Hz流速數據，由該流速數據計算平均值即可得到所期望的數據。

圖5為本發明一個實施例的尾氣流量測量比對結果示意圖，如圖5所示，本發明測量的流量結果與標準流量值線性相關性R2達到0.9999，說明測量結果能夠反映出真實的流量結果，達到相應的測試標準。

進一步地，本實施例的車輛實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動車尾氣流量信息，能夠為準確測量機動車尾氣排放數據提供流量信息，整個裝置的量程範圍內準確度優於±2.5％、線性優於1％，多傳感器的設計可以實現單臺儀器測量範圍涵蓋怠速至最高速度，並可實現氣體溫度、壓力、熱膨脹的補償校正，通過溫度(如圖3中標號4的位置的溫度)及靜壓數據選擇公式(1)中的量綱常數，可對溫度和壓力產生的偏差進行補償校正，進而，可以實現自動調零及顆粒反吹清洗功能(顆粒反吹主要通過測量數據盒300中的反吹泵和閥門的開關實現。具體地，當反吹泵開啟時，通向壓差傳感器的閥門關閉，通向圖3中1、5、6位置方向的閥門開啟，實現對採樣點的顆粒物反吹清洗的功能。

進一步地，本實施例的流量採樣管道可以採用不鏽鋼材質，實現車載測試及實驗室測試。

在此基礎上，本實施例的裝置具有獨立的控制軟體，可單獨測量流量或者同其他的儀器(例如機動車排放的氣態汙染物及顆粒物分析儀)聯用。

作為上述實施例的優選，皮托管和壓力管線部分處於保溫狀態，可以避免在寒冷天氣條件下發生冷凝和冷凍。其中，壓力管線的作用是將採樣點的氣體壓力傳導到壓差傳感器。

以上實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。