[發(fā)明專利]機(jī)動(dòng)車尾氣污染物全組分排放測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711466467.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN108181432B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳燁;何立強(qiáng);胡京南;鄭軒;李振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00;G01N15/06;G01N15/02;G01N1/24;G01D21/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

1.機(jī)動(dòng)車尾氣污染物全組分排放測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、搭建機(jī)動(dòng)車尾氣污染物全組分車載排放測(cè)試平臺(tái)；

所述機(jī)動(dòng)車尾氣污染物全組分車載排放測(cè)試平臺(tái)包括控制主機(jī)(8)和均與控制主機(jī)(8)相連的、并行設(shè)置且與機(jī)動(dòng)車尾氣排氣管(7)相連通的機(jī)動(dòng)車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車載排放測(cè)試系統(tǒng)(1)、VOCs和SVOCs在線分析儀(5)、非常規(guī)氣體分析系統(tǒng)(2)、離線組分采樣系統(tǒng)(4)以及在線顆粒物測(cè)量系統(tǒng)(3)；

所述非常規(guī)氣體分析系統(tǒng)(2)包括并列設(shè)置的通過加熱采樣管線(6)與機(jī)動(dòng)車尾氣排氣管(7)相連通的CH₄分析儀(21)、N₂O分析儀(22)和NH₃分析儀(23)；

所述離線組分采樣系統(tǒng)(4)包括等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)、顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)污染物采樣系統(tǒng)；等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)的輸入端通過加熱采樣管線(6)與機(jī)動(dòng)車尾氣排氣管(7)相連通，輸出端與顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)污染物采樣系統(tǒng)的入口端相連通；

所述在線顆粒物測(cè)量系統(tǒng)(3)包括固定流量采樣稀釋器(31)、顆粒物粒徑譜儀(34)、黑碳分析儀(32)和在線顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量?jī)x(33)；固定流量采樣稀釋器(31)的輸入端通過加熱采樣管線(6)與機(jī)動(dòng)車尾氣排氣管(7)相連通，顆粒物粒徑譜儀(34)、黑碳分析儀(32)和在線顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量?jī)x(33)并列設(shè)置且與固定流量采樣稀釋器(31)的輸出端相連通；

步驟2、控制主機(jī)(8)采集步驟1所搭建的機(jī)動(dòng)車尾氣污染物全組分車載排放測(cè)試平臺(tái)中各測(cè)試模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)；

步驟3、控制主機(jī)(8)將所述測(cè)試數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的測(cè)試時(shí)間進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊；

步驟3.1測(cè)試數(shù)據(jù)分類；

第一類，機(jī)動(dòng)車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車載排放測(cè)試系統(tǒng)(1)的測(cè)試數(shù)據(jù)；

第二類，排氣流量計(jì)的在線測(cè)量數(shù)據(jù)，包括排氣質(zhì)量流量、排氣體積流量、排氣溫度、排氣壓力和排氣密度；

第三類，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括扭矩、速度、溫度、燃油消耗率以及來自于ECU數(shù)據(jù)讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)車速；

第四類，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)收集的在線數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)車速、經(jīng)度、緯度、海拔；

第五類，非常規(guī)氣體分析系統(tǒng)(2)、在線顆粒物測(cè)量系統(tǒng)(3)、VOCs和SVOCs在線分析儀(5)的測(cè)試數(shù)據(jù)；

步驟3.2參數(shù)選擇；

每一個(gè)類別測(cè)試數(shù)據(jù)與其他類別測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)齊優(yōu)先選擇共有的測(cè)試數(shù)據(jù)，或者選擇相關(guān)性最高的測(cè)試數(shù)據(jù)作為相關(guān)性系數(shù)計(jì)算的參數(shù)；

步驟3.3數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)齊；

步驟3.3.1同步開啟測(cè)試平臺(tái)中各測(cè)試儀器，進(jìn)行初步數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)齊；

步驟3.3.2利用MATLAB中的函數(shù)R＝CORRCOEF(x，move_y)進(jìn)行不同測(cè)試儀器間的數(shù)據(jù)對(duì)齊，其中x，move_y均為一個(gè)n*1的列向量，分別代表兩臺(tái)設(shè)備共有或相關(guān)的瞬態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)，所述n為測(cè)試時(shí)長(zhǎng)，單位為s；

步驟3.3.3以x為基準(zhǔn)，與move_y±15s的測(cè)試數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，當(dāng)相關(guān)性最大時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)間達(dá)到最終對(duì)齊；

步驟4、控制主機(jī)(8)計(jì)算瞬態(tài)排放結(jié)果；

步驟4.1氣態(tài)污染物瞬態(tài)排放結(jié)果計(jì)算：

排氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0℃和101.3kPa下的密度為1.293kg/m³，利用下列公式計(jì)算:

式中：

i為CO₂、CO、NO、NO₂、THC、CH₄、N₂O或NH₃；

gER_i為氣態(tài)污染物i的瞬時(shí)質(zhì)量排放速率，g/s；

M_i為氣態(tài)污染物i的摩爾質(zhì)量，g/mol；

Cg_i為車輛原始排氣中氣態(tài)污染物i的瞬時(shí)排放濃度，ppm；所述車輛原始排氣是指未稀釋的車輛尾氣；

F_m為車輛瞬時(shí)排氣質(zhì)量流量,kg/h；

步驟4.2顆粒物粒數(shù)瞬態(tài)排放結(jié)果計(jì)算：

式中：

nER_i為顆粒物粒數(shù)的瞬時(shí)排放速率，#/s；

為稀釋排氣的顆粒物粒數(shù)濃度，并校正至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)0℃和101.3kPa，#/cm³；

DF為樣氣相對(duì)于原始排氣的稀釋倍數(shù)，無量綱；

F_v為瞬時(shí)排氣體積流量，L/s；

步驟4.3PM、SVOCs、VOCs及其組分的瞬時(shí)排放結(jié)果計(jì)算：

4.3.1利用下式計(jì)算修正系數(shù)k_0j：

4.3.2利用下式計(jì)算修正后的污染物j的瞬時(shí)排放質(zhì)量cER_j：

式中：

j為PM、SVOCs或VOCs及其組分；

k_0j為修正系數(shù)，無量綱；

m_j為試驗(yàn)期間離線采樣儀器采集得到的污染物j的質(zhì)量，mg；

k′_j為污染物j的等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)流量與離線采樣設(shè)備采樣流量比值，無量綱；

k″_j為機(jī)動(dòng)車尾氣排放流量與等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)采樣流量的比值；

Cm_j為污染物j的瞬時(shí)質(zhì)量排放濃度，mg/m³；

Q_j為污染物j的瞬時(shí)采樣流量，m³/min；

k_1j為污染物j的固定流量采樣稀釋器(31)流量與在線測(cè)量設(shè)備采樣流量比值，無量綱；

k_2j為車輛尾氣排放流量與固定流量采樣稀釋系統(tǒng)采樣流量的比值，無量綱；

當(dāng)在線測(cè)量設(shè)備從原始排氣直接采樣時(shí)k_1j×k_2j取值為1；

t為污染物j的離線設(shè)備采樣時(shí)間，s；

cER_j為校正后的污染物j瞬時(shí)排放質(zhì)量，g/s；

步驟5、排放因子計(jì)算；

式中：

EF為污染物排放因子，單位根據(jù)X確定，為g/km，g/kWh或g/kg-fuel；

ER為步驟4中計(jì)算的污染物排放速率，具體指步驟4中計(jì)算得到的gER_i、nER_i或cER_j；

X為瞬時(shí)車速，km/s；或者為瞬時(shí)功，kWh/s；或者為瞬時(shí)油耗kg/s；

T為污染物測(cè)試時(shí)間，s；

上述步驟1中采用的顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)污染物采樣系統(tǒng)為分工況采樣系統(tǒng)，包括均與所述控制主機(jī)(8)相連的分工況VOCs離線采樣儀(41)、分工況PM和SVOCs離線采樣儀(42)；所述分工況VOCs離線采樣儀(41)包括第一分工況采樣控制器(413)和三個(gè)并行設(shè)置的VOCs采樣通道，分別對(duì)應(yīng)低速、中速、高速三個(gè)車速段，或者分別對(duì)應(yīng)低、中、高三個(gè)尾氣流量段；

所述第一分工況采樣控制器(413)用于獲取瞬態(tài)車速/尾氣流量，根據(jù)所獲取的信息控制所述VOCs采樣通道的啟閉；

每個(gè)VOCs采樣通道的入口端均通過第一分工況采樣控制器(413)與所述等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)連通，每個(gè)VOCs采樣通道的出口端均連接有VOCs真空采樣罐(411)；每個(gè)VOCs采樣通道上均設(shè)置有與所述控制主機(jī)(8)相連的流量控制閥(412)；

所述分工況PM和SVOCs離線采樣儀(42)包括顆粒物預(yù)分級(jí)器(423)、第二分工況采樣控制器(424)，以及三個(gè)并行設(shè)置的PM和SVOCs采樣通道；三個(gè)PM和SVOCs采樣通道分別對(duì)應(yīng)低速、中速、高速三個(gè)車速段，或者分別對(duì)應(yīng)低、中、高三個(gè)尾氣流量段；

所述第二分工況采樣控制器(424)用于獲取瞬態(tài)車速/尾氣流量，根據(jù)所獲取的信息控制所述PM和SVOCs采樣通道的啟閉；

每個(gè)PM和SVOCs采樣通道的入口端均通過第二分工況采樣控制器(424)與所述顆粒物預(yù)分級(jí)器(423)的出口端連通，顆粒物預(yù)分級(jí)器(423)的入口端與所述等比例采樣稀釋系統(tǒng)(43)連通，所有PM和SVOCs采樣通道出口處均設(shè)置有真空氣泵(421)，或者所有PM和SVOCs采樣通道出口匯聚于同一管路，所述管路上設(shè)置有真空氣泵(421)；所述真空氣泵(421)與所述控制主機(jī)(8)相連；

每個(gè)PM和SVOCs采樣通道上還設(shè)置有PM和SVOCs采樣單元(425)以及與所述控制主機(jī)(8)相連的流量控制器(422)，并位于所述顆粒物預(yù)分級(jí)器(423)和真空氣泵(421)之間；

所述第一分工況采樣控制器(413)和第二分工況采樣控制器(424)均與所述控制主機(jī)(8)相連；

所述步驟3.2的參數(shù)選擇具體為：

(a)第一類與第二類數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)齊選用參數(shù)：CO₂濃度和排氣質(zhì)量流量；

(b)第一類和第三類數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)齊選用參數(shù)：CO₂濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率；

(c)第三類和第四類數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)齊選用參數(shù)：來自于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)車速和來自于ECU數(shù)據(jù)讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)車速；

(d)第一類與第五類之間數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)齊，或者第五類各測(cè)試數(shù)據(jù)間的數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)齊選用參數(shù)：不同設(shè)備相關(guān)的測(cè)試參數(shù)，包括THC濃度和VOCs濃度，CO濃度和黑碳濃度，顆粒物質(zhì)量排放濃度和黑碳濃度。