一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，包括以下步骤：通过遥感检测设备的探测器检测得到道路背景光信号；通过遥感检测设备的探测器检测得到机动车尾气光信号；根据机动车尾气光信号与道路背景光信号的差值，获得机动车尾气中CO、HC、NO、NH

Vehicle exhaust remote sensing detection method based on combustion equation correction algorithm

The invention relates to a combustion exhaust remote sensing detection method equation based on the improved algorithm, which comprises the following steps: background light signal by remote sensing detection equipment detector; get the vehicle exhaust light signal by remote sensing detection equipment detector; according to the difference between the vehicle exhaust light signal and road background light signal, obtained in vehicle exhaust CO, HC, NO, NH

【技术实现步骤摘要】
一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法
本专利技术涉及一种机动车尾气遥感监测方法，尤其涉及一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法。
技术介绍
机动车尾气遥感检测技术实际上测量的是气体间相对浓度的比值，而将测量得到的比值转化为尾气浓度，需要借助发动机燃烧过程中的燃烧方程理论及C、H、O、N四种原子质量守恒原理。所以，尾气检测数据准确度一方面取决于遥感设备检测灵敏度，另一方面取决于理论模型算法的合理性。现有遥感检测技术在利用燃烧方程计算尾气浓度时，通常假设发动机处在最佳空燃比条件下即燃油在发动机中燃烧时氧气被完全消耗，同时假设燃油组成为CH2。其中，燃烧方程通常为：CH2+m*(0.21O2+0.79N2)→a*CO+b*CO2+c*CH2+d*H2O+e*NO+(0.79m–e/2*N2式中，m代表1摩尔燃油燃烧需要的空气摩尔数；a、b、c、d、e、(0.79m–e/2分别代表1摩尔燃油燃烧生成的CO、CO2、剩余HC(HC是指总碳氢化合物，成分非常复杂难以量化，故遥感检测中常以丙烷C3H8代表，一般燃烧方程中则以CH2简化表示)、H2O、NO和剩余N2的摩尔数。由此可以获得尾气中CO2、CO、HC、NO的干基体积浓度如下所示：式中，CCO、CHC、CNO分别代表尾气中CO2、CO、HC、NO的浓度，单位均为％；QCO、QHC、QNO分别代表尾气中CO浓度、HC浓度、NO浓度与CO2浓度的比值。进一步，可以得到基于燃油的各气态污染物的排放因子，单位为千克燃油排放的污染物克数g/Kg，具体如下所示：式中，EFCO、EFHC、EFNO分别代表尾气中CO、HC、NO的排放因子，即1千克燃油分别排放CO、HC、NO浓度的克数，单位均为g/Kg；mCO、mHC、mNO、m燃油分别代表尾气中CO、HC、NO的克数及燃油千克数。例如专利号为US5498872和US5831267的美国专利中所公开的方法，两者技术方法相类似，都是基于最佳空燃比条件下燃烧方程和元素物料守恒定理获得，只是在US5498872专利中假设燃料及尾气中燃油组成均为CH2，而在US5831267的专利中假设燃料及尾气中燃油组成不同。通过这两种方法都能够获得尾气各组分浓度，但是基于假设的方法对机动车工况使用性范围单一，非最佳空燃比条件下计算方法误差很大。此外，申请号为CN102116735A、名称为“一种汽车排放物遥感监测系统及方法”的专利，通过CO2浓度与CO浓度和CO2浓度比值之间的非线性二次拟合来计算CO2浓度，理论上无需求解化学计量燃烧方程及假设燃料或尾气燃油组成，但是通过二次拟合得到的系数未知，并不能直接获得CO2浓度。实际上，机动车尤其是重型柴油车在道路上正常行驶时，随着车辆行驶工况不同，尾气中往往会含有过量氧气，导致利用上述假设燃油在发动机中燃烧时氧气被完全消耗的方法计算尾气浓度时可能高估排放值；此外，不同的燃油类型(汽油、柴油、天然气等)其燃油组成也不同，并且在《GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放量限值及测量方法(中国第五阶段)》中提到汽油、柴油、液化石油气和天然气的燃料组成分别为CH1.85，CH1.85，CH2.525和CH4，故采用上述假设燃油组成为CH2的方法获得的尾气浓度以及基于燃油的污染物排放因子不能真实的反映出尾气实际排放。另外，根据《GB3847-2005车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》可知，目前机动车尾气颗粒物检测主要基于不透光烟度计或滤纸式烟度计测量颗粒物的光吸收系数，适用于在密闭气室中固定光程条件下测量柴油车尾气中的颗粒物含量。而在开放式光路下使用的遥感技术的光程未知，直接测量不透光烟度不确定性很大，且无法与《GB3847-2005车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》中规定的光吸收系数直接对比。为此，美国ESP公司提出了基于油耗的尾气颗粒物烟度因子及特定O2浓度(3.7％)下的光吸收系数，相比不透光烟度能更好的表征机动车尾气中的颗粒物含量；其中，光吸收系数为K230nm＝9SF，烟度因子表示每100克燃油转化为颗粒物的克数，即式中，Tuv代表230nm紫外光的透光度,单位为％；ncO、nHC分别代表机动车尾气中CO2、CO、HC的烟团值,即百分比浓度乘以吸收光程长度，单位均为％.cm。但其仍是建立在假定汽油和柴油的燃料组成为CH2及特定含氧量的前提下，未能给出适用于不同O2浓度的通用公式，不确定度较大，实际应用受到较大限制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，通过重新修正燃烧方程计算方法，适用于不同空燃比操作条件下机动车行驶工况及不同燃油组成类型，能够更加准确地测量尾气污染物浓度及排放因子，同时由修正的颗粒排放因子转化成修正后的光吸收系数，较常规烟度计测得的光吸收系数更具说服力。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，包括以下步骤：1)通过遥感检测设备的探测器检测得到道路背景光信号；2)通过遥感检测设备的探测器检测得到机动车尾气光信号；3)根据机动车尾气光信号与道路背景光信号的差值，获得机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2的气体烟团值以及颗粒物不透光烟度，并分别将机动车尾气中CO、HC、NO、NH3的气体烟团值与CO2的气体烟团值相比，计算机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2相对体积浓度的比值；4)根据所获得的机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2相对体积浓度的比值，通过修正后的燃烧方程计算机动车尾气中CO2、CO、HC、NO、NH3的体积浓度，并计算基于燃油的机动车尾气中各气态污染物的排放因子；其中，修正后的汽、柴油机动车燃烧方程为：CH1.85+m1*(0.21O2+0.79N2)→a1*CO+b1*CO2+c1*CH1.85+d1*H2O+e1*NO+(0.79m1-e1/2)*N2+n1*O2式中，m1代表1摩尔汽、柴油燃烧需要的空气摩尔数；a1、b1、C1、d1、e1、(0.79m1–e1/2)及n1分别代表1摩尔汽、柴油燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、O2的摩尔数；修正后的液化石油气机动车燃烧方程为：CH2.525+m2*(0.21O2+0.79N2)→a2*CO+b2*CO2+c2*CH2.525+d2*H2O+e2*NO+(0.79m2-e2/2)*N2+n2*O2式中，m2代表1摩尔液化石油气燃烧需要的空气摩尔数；a2、b2、c2、d2、e2、(0.79m2-e2/2)及n2分别代表1摩尔液化石油气燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、O2的摩尔数；修正后的天然气机动车燃烧方程为：CH4+m3*(0.21O2+0.79N2)→a3*CO+b3*CO2+c3*CH4+d4*H2O+e3*NO+(0.79m3-e3/2)*N2+n3*O2式中，m3代表1摩尔液化石油气燃烧需要的空气摩尔数；a3、b3、c3、d3、e3、(0.79m3-e3/2)及n3分别代表1摩尔液化石油气燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，包括以下步骤：1)通过遥感检测设备的探测器检测得到道路背景光信号；2)通过遥感检测设备的探测器检测得到机动车尾气光信号；3)根据机动车尾气光信号与道路背景光信号的差值，获得机动车尾气中CO、HC、NO、NH

【技术特征摘要】
1.一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，包括以下步骤：1)通过遥感检测设备的探测器检测得到道路背景光信号；2)通过遥感检测设备的探测器检测得到机动车尾气光信号；3)根据机动车尾气光信号与道路背景光信号的差值，获得机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2的气体烟团值以及颗粒物不透光烟度，并分别将机动车尾气中CO、HC、NO、NH3的气体烟团值与CO2的气体烟团值相比，计算机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2相对体积浓度的比值；4)根据所获得的机动车尾气中CO、HC、NO、NH3与CO2相对体积浓度的比值，通过修正后的燃烧方程计算机动车尾气中CO2、CO、HC、NO、NH3的体积浓度，并计算基于燃油的机动车尾气中各气态污染物的排放因子；其中，修正后的汽、柴油机动车燃烧方程为：CH1.85+m1*(0.21O2+0.79N2)→a1*CO+b1*CO2+c1*CH1.85+d1*H2O+e1*NO+(0.79m1–e1/2)*N2+n1*O2式中，m1代表1摩尔汽、柴油燃烧需要的空气摩尔数；a1、b1、c1、d1、e1、(0.79m1–e1/2)及n1分别代表1摩尔汽、柴油燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、O2的摩尔数；修正后的液化石油气机动车燃烧方程为：CH2.525+m2*(0.21O2+0.79N２)→a2*CO+b2*CO2+c2*CH2.525+d2*H2O+e2*NO+(0.79m2–e2/2)*N2+n2*O2式中，m2代表1摩尔液化石油气燃烧需要的空气摩尔数；a2、b2、c2、d2、e2、(0.79m2–e2/2)及n2分别代表1摩尔液化石油气燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、O2的摩尔数；修正后的天然气机动车燃烧方程为：CH4+m3*(0.21O2+0.79N2)→a3*CO+b3*CO2+c3*CH4+d4*H2O+e3*NO+(0.79m3–e3/2)*N2+n3*O2式中，m3代表1摩尔液化石油气燃烧需要的空气摩尔数；a3、b3、c3、d3、e3、(0.79m3–e3/2)及n3分别代表1摩尔液化石油气燃烧生成的CO、CO2、剩余HC、H2O、NO和剩余N2、O2的摩尔数。2.如权利要求1所述的一种基于燃烧方程修正算法的机动车尾气遥感检测方法，其特征在于，所述步骤4)中由修正后的燃烧方程得到的机动车尾气中各气体体积浓度的计算公式分别为：修正后的汽、柴油机动车尾气中各种气体的浓度分别为：式中，分别代表汽、柴油机动车尾气中经O2修正后的CO2、CO、HC、NO、NH3的浓度，单位均为％；QCO1、QHC1、QNO1、分别代表汽、柴油机动车尾气中CO浓度、HC浓度、NO浓度、O2浓度、NH3浓度与CO2浓度的比值，直接通过步骤3)计算得到；修正后的液化石油气机动车尾气中各种气体的浓度分别为：式中，分别代表液化石油气机动车尾气中经O2修正后的CO2、CO、HC、NO、NH3的浓度，单位均为％；Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄子龙，王坤，余学春，
申请(专利权)人：浙江多普勒环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33