重型汽车快速车载排放测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种重型汽车快速车载排放测试系统及方法，本系统及方法利用快速车载排放测试系统重点对尾气中NOx和CO2浓度开展测试，使用尾气NOx和CO2浓度来测算基于单位CO2排放的NOx排放系数，再通过与功基窗口NOx比排放之间的数量转换关系，推导出可与参考限值直接比较的重型汽车排放值。本发明专利技术与相对成熟的欧洲功基窗口法相比，省去了对功基窗口的大小以及滑动平均的功基窗口比排放等的测算，大大简化了数据分析工作；能够更加便捷和快速地判断重型汽车的NOx排放水平，用于重型汽车排放的现场抽查和路检等。

【技术实现步骤摘要】
重型汽车快速车载排放测试方法
本专利技术涉及一种重型汽车排放测试方法，尤其涉及一种重型汽车车载排放测试方法。
技术介绍
重型汽车排放测试的法规方法主要是在实验室发动机台架上进行模拟测试。发动机台架测试容易控制测试工况，其测试结果具有较好的重复性，是目前重型汽车排放检测中最常用的方法。但台架模拟测试是按设定的工况测试发动机的排放，不能真正反映重型汽车在实际道路上行驶时的排放特征。对在用重型汽车进行排放测试时，发动机台架测试方法也存在操作复杂、耗时长、费用高等问题。针对日益突出的重型汽车实际道路排放监管需求，国内外开发了车载排放测试系统(portableemissionsmeasurementsystem，PEMS)。重型汽车车载排放测试示意图如图1所示，该系统一般采用：1、不分光红外分析法(NDIR)测量CO和CO2；2、用氢火焰离子检测器(FID)测量THC(总碳氢化合物)；3、不分光紫外分析法(NDUV)或化学发光法(CLD)测量NO和NO2；4、用电化学法(EC)测量O2；5、用尾气流量计测量排气流量；6、用全球卫星定位系统(GPS)，逐秒记录重型汽车行驶过程中的地理位置(即经度、纬度和海拔高度)和行驶速度；7、用OBD读码器(即ECU通讯模块)读取发动机的运行参数(如转速、扭矩、负荷等)。车载测试得到的是单辆车在实际道路上的排放情况，可以为实际行驶条件下机动车排放特征的分析和模拟提供有效的数据支持，但其设备组件较多，操作较为复杂，耗时较长(约需1天)，主要应用于法规要求的重型汽车排放在用符合性监管，但难以做到快速检测。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种能够快速测试大量样本、能在庞大的车队中及时发现超标车辆的重型汽车快速车载排放测试方法。本专利技术的技术解决方案是：首先先介绍一下本专利技术采用的重型汽车快速车载排放测试系统，其包括气路系统、尾气分析系统、数据采集和处理系统；所述气路系统包括零气或量距气气路、样气处理单元、废水和废气单元；所述样气处理单元包括依次串联的采样管、冷凝管、除水器、样气泵；所述废水和废气单元包括废水管和废气管；所述采样管的入口与重型汽车尾气管出口相通；所述除水器的出气口与样气泵的入口相通，其出水口与废水管相通；所述尾气分析系统包括控制阀单元、颗粒物过滤器、常规尾气分析仪；所述控制阀单元包括单向阀和三通阀；所述单向阀的入口和零气或量距气气路相通；所述三通阀A、B、C口分别与单向阀的出口、样气泵的出口、颗粒物过滤器的入口相通；所述常规尾气分析仪的入口与颗粒物过滤器出口相通，其出口与废气管相通；所述数据采集和处理系统包括数据存储器、数据处理和输出设备；上述常规尾气分析仪为常规的汽车尾气五气分析仪，其采样频率≥1Hz，采用不分光红外法测试CO2/CO/HC浓度，采用电化学法测试NOx和O2浓度。上述三通阀用于实现单一的A口进C口出或单一的B口进C口出。本专利技术的测试方法有两种：第一种重型汽车快速车载排放测试方法，包括以下步骤：1)确定转换系数K：1.1)选取有代表性的n辆重型汽车，先采用车载排放测试系统对第i辆重型汽车尾气开展测试，获得以g/kWh为单位的功基窗口NOx比排放Ai；n≥1，i≤n；1.2)在第i辆重型汽车上安装重型汽车快速车载排放测试系统，测量该重型汽车尾气的NOx和CO2浓度，再按下式求出以g/kgCO2为单位的NOx排放系数Bi；式中：和分别为NO2和CO2的摩尔质量；为第i辆重型汽车尾气排放NOx的平均瞬时体积浓度，ppm；为第i辆重型汽车尾气排放CO2的平均瞬时体积浓度，％；1.3)按下式计算第i辆重型汽车转换系数ki：ki＝Ai/Bi；1.4)对步骤1.1中的n辆有代表性的重型汽车开展测试，获得k1、k2……kn，计算转换系数K：2)对重型汽车开展快速车载排放测试：在被检重型汽车上安装重型汽车快速车载排放测试系统，测量重型汽车在实际道路行驶中不少于20min的尾气NOx和CO2浓度并记录所有测量数据，再按照步骤1.2的公式求出以g/kgCO2为单位的NOx排放系数B检测值；3)按下式推导被检重型汽车以g/kWh为单位的功基窗口NOx比排放A推导值：A推导值＝K×B检测值；4)对测试结果进行判定：若推导出的A推导值比功基窗口NOx比排放的参考限值小，可初步判定被检重型汽车的尾气NOx净化装置工作正常，否则工作不正常。上述步骤1.2和/或步骤2还包括测试数据甄选环节：若测量数据中存在CO2浓度小于设定阈值的数据点，则认定为低负荷工况点，该数据点不参与NOx排放系数B检测值的计算。上述CO2浓度的最优设定阈值为6％。第二种重型汽车快速车载排放测试方法，包括以下步骤：1)对重型汽车开展快速车载排放检测：在被检重型汽车上安装重型汽车快速车载排放测试系统，测量重型汽车在实际道路行驶中不少于20min的尾气NOx和CO2浓度并记录所有测量数据，再按照下式求出以g/kgCO2为单位的NOx排放系数B检测值：式中：和分别为NO2和CO2的摩尔质量；为尾气排放NOx的平均体积浓度，ppm；为尾气排放CO2的平均体积浓度，％。2)按下式推导被检重型汽车的功基窗口NOx比排放：以g/kWh为单位的功基窗口NOx比排放：A推导值＝K×B检测值；其中，K＝0.82±0.13；3)对检测结果进行判定：若推导出的A推导值比功基窗口NOx比排放的参考限值小，可初步判定被检重型汽车的尾气NOx净化装置工作正常，否则工作不正常。上述步骤1和/或步骤2还包括测试数据甄选环节：若测量数据中存在CO2浓度小于设定阈值的数据点，则认定为低负荷工况点，该数据点不参与NOx排放系数B检测值的计算。上述CO2浓度的最优设定阈值为6％。上述K优选0.82，或根据实际情况选取0.69～0.95之间某一数值。本专利技术的优点：1、本专利技术采用的测试系统的结构简单、成本低。本专利技术快速车载排放测试方法可省去法规PEMS系统中的尾气流量计、GPS等设备，仅需尾气分析仪一台、数据输出设备一台(如图2所示)，其中尾气分析仪选择常用的汽车尾气五气分析仪,可以使用车载供电或体积较小的电池。2、本专利技术方法可大大缩短仪器预热时间，检测周期短，小于30min。3、本专利技术方法使用过程简单。可大大简化法规PEMS方法，利用快速车载排放测试系统重点对尾气中NOx和CO2浓度开展测试，能够更加便捷和快速地判断重型汽车的NOx排放水平，用于重型汽车排放的现场抽查和路检等。4、本专利技术方法将测量数据中CO2浓度小于6％的数据点，认定为低负荷工况点，不参与NOx排放系数B检测值的计算，提高了分析结果的可靠性。5、本专利技术采用n(n≥1)辆有代表性的重型汽车进行预先测试，并通过特定公式计算转换系数K，保证了K值的代表性和准确性。附图说明图1是现有重型汽车车载排放测试示意图；图2是本专利技术重型汽车快速车载排放测试示意图；图3是本专利技术采用的重型汽车快速车载排放系统原理示意图；图4是参数K拟合曲线示例。具体实施方式本专利技术快速车载排放测试系统仅需尾气分析仪一台、数据输出设备一台，可用于重型汽车排放的现场抽查和路检等。本专利技术快速车载排放测试系统包括气路系统包括零气或量距气气路、样气处理单元、废水和废气单元；样气处理单元包括依次串联的采样管、冷凝管、除水器、样气泵；废水和废本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重型汽车快速车载排放测试系统，其特征在于：包括气路系统、尾气分析系统、数据采集和处理系统；所述气路系统包括零气或量距气气路、样气处理单元、废水和废气单元；所述样气处理单元包括依次串联的采样管、冷凝管、除水器、样气泵；所述废水和废气单元包括废水管和废气管；所述采样管的入口与重型汽车尾气管出口相通；所述除水器的出气口与样气泵的入口相通，其出水口与废水管相通；所述分析系统包括控制阀单元、颗粒物过滤器、常规尾气分析仪；所述控制阀单元包括单向阀和三通阀；所述单向阀的入口和零气或量距气气路相通；所述三通阀A、B、C口分别与单向阀的出口、样气泵的出口、颗粒物过滤器的入口相通；所述常规尾气分析仪的入口与颗粒物过滤器出口相通，其出口与废气管相通；所述数据采集和处理系统包括数据存储器、数据处理和输出设备。

【技术特征摘要】
1.一种重型汽车快速车载排放测试方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定转换系数K：1.1)选取有代表性的n辆重型汽车，先采用车载排放测试系统对第i辆重型汽车尾气开展测试，获得以g/kWh为单位的功基窗口NOx比排放Ai；n≥1，i≤n；1.2)在第i辆重型汽车上安装重型汽车快速车载排放测试系统，测量该重型汽车尾气的NOx和CO2浓度，再按下式求出以g/kgCO2为单位的NOx排放系数Bi；式中：和分别为NO2和CO2的摩尔质量；为第i辆重型汽车尾气排放NOx的平均瞬时体积浓度，ppm；为第i辆重型汽车尾气排放CO2的平均瞬时体积浓度，％；1.3)按下式计算第i辆重型汽车转换系数ki：ki＝Ai/Bi；1.4)对步骤1.1中的n辆有代表性的重型汽车开展测试，获得k1、k2……kn，计算转换系数K：2)对重型汽车开展快速车载排放测试：在被检重型汽车上安装重型汽车快速车载排放测试系统，测量重型汽车在实际道路行驶中不少于20min的尾气NOx和CO2浓度并记录所有测量数据，再按照步骤1.2的公式求出以g/kgCO2为单位的NOx排放系数B检测值；3)按下式推导被检重型汽车以g/kWh为单位的功基窗口NOx比排放A推导值：A推导值＝K×B检测值；4)对测试结果进行判定：若推导出的A推导值比功基窗口NOx比排放的参考限值小，可初步判定被检重型汽车的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡京南，鲍晓峰，何立强，郭兴，祖雷，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11