轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放检测系统 - 文章

轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放检测系统

作者：姚圣卓刘昭度齐志权

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摘要：北京金铠星科技有限公司和北京理工大学联合开发的“轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放检测系统”，填补了国内空白，其性能指标和功能特点完全满足DB11/123－2000《轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放标准》的要求。该系统基于污染物质量排放测试，具有测试方法简单、测试结果准确、排放判定方法科学的独特特点，对于有效控制减少车辆污染物的排放，改善大气空气质量，具有重要的现实意义。
关键词：质量测试简易瞬态工况排放 VMAS 设备

引言

轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放检测系统（简称VMAS 系统），是基于汽车污染物质量排放的测试系统。与基于浓度排放测试的稳态加载工况法相比，质量排放测试能够直接获取汽车污染物的排放总克数，可以更为准确地模拟车辆的实际工作状态，更为客观、公正地判断车辆的排放状况，不会因车型和排量等方面的差异造成误判。与IM240 排放检测系统相比，检测时间短，检测效率高，检测费用低，成本低，维修费用低，使用方便，适于汽车检测站使用。与双怠速法相比，不仅能检测出CO 和HC 的浓度，还能检测出NO 的浓度，对汽车排放状况的检测更准确。

本系统采用了195s 短工况测试，该工况取自欧洲ECE R15-03 法规测试工况4 个工作循环中的一个循环，车辆为热启动状态，测试过程涵盖车辆怠速、加速、减速、匀速等多种工况，VMAS 系统的性能指标和功能完全依据DB11/123－2000《轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放标准》的要求开发。

1 VMAS 检测系统的硬件组成和功能

VMAS 系统的硬件主要由底盘测功机、五气仪、流量计和主控计算机等4 部分组成，如图1 所示。

图1 VMAS 排放检测系统的硬件组成

底盘测功机由滚筒、功率吸收单元、惯量模拟装置、举升器和转速测量系统等组成，用于模拟车辆在道路上行驶的瞬态工况负荷，并实时测取当前车速。

五气仪通过采样探头直接获得汽车原始排放气体的浓度值，其中，CO、CO2 和HC 采用不分光红外法（NDIR），NO 和O2 采用电化学法测量，测得的浓度值根据使用的燃料种类进行稀释修正和湿度修正计算。

流量由流量采集软管、风机、流量传感器、O2 传感器、温度和压力传感器等组成，用于测量经风机吸入的稀释气体的流量，稀释气体由排放剩余尾气和环境空气混和而成，通过计算气体中O2 稀释比，可以得到尾气的实际流量，再经温度和压力修正，获得标准体积流量。

依据所述采集的标准体积流量值和修正后的各污染物浓度值，再乘以各污染物在标准状态下的密度值。可实时计算出各污染物气体的排放质量。

主控计算机和五气仪、流量计之间采用RS-232 串行端口进行通信，是检测系统的核心，负责发送控制指令、接收数据、计算分析、显示和打印排放测试结果等工作。

2 VMAS 检测系统的软件功能和特点

自主开发的VMAS 测试系统软件，基于微软视窗平台的全简体中文界面，软件操作流程全部采用了顺序式的工作模式，界面简单、明了，易于操作。软件的主要功能包括：底盘测功机、五气仪、流量计等硬件设备的自检，各硬件设备及其传感器的标定，操作权限设置及三级密码管理，时钟管理；排放限值管理，安全操作，被试车辆信息录入，设备、仪器、被试车辆和操作规程状态显示，195s 简易瞬态工况测试，测试过程数据和测试结果的记载和查询，12 种测试结果曲线回放及打印，联网数据库和单机数据库管理等。

适用于《标准》规定的各类汽油、甲醇或乙醇、压缩天然气、液化石油气以及双燃料车辆。

VMAS 测试系统软件的一些主要功能及其特点如下所述。

2.1 硬件设备自检

VMAS 系统在进行195s 简易瞬态工况测试之前，首先对网络服务器、底盘测功机、五气仪、流量计进行自检，以确保各设备工作的正常性。为防止操作失误带来的问题，提高系统工作的可靠性，系统允许首次自检失败后，提供一次重试的机会，并提示错误信息和相应帮助文件，引导操作员及时发现和解决问题。

底盘测功机自检的内容包括：通信检测，举升器升、降检测，驱动电机检测和速度传感器检测。五气仪自检的内容包括：通信检测，设备预热检测，HC、CO、CO2、NO 调零，O2 量程校准，低流量检测，HC 残留量检测等。流量计自检的内容包括：风机流量测试；环境O2 测试。

2.2 硬件设备及其传感器标定

VMAS 系统对每一设备设置了具体的标定限定时间，并将其写入注册表，以实现设备的定期标定。标定时间按日计算，以倒计时方式进行。限时到期，系统转入标定程序，标定完成后，标定限定时间自动恢复，程序继续工作。

底盘测功机标定的内容包括：压力计标定，转速传感器标定，加载滑行测试，寄生功率测试，变载荷测试等；五气仪标定的内容包括：HC、CO、CO2、NO 零点标定，O2 量距点标定，HC、CO、CO2、NO高量程和低量程标定。流量计标定的内容主要是稀释O2 传感器的标定。考虑到设备标定过程中需要操作员有大量的手动操作参与，系统软件中在每一步中都给予了详尽的提示信息，引导操作员顺利完成标定工作。

2.3 操作权限设置及三级密码管理

主控计算机启动后，不进入Windows O/S 操作系统，直接进入VMAS 系统，其目的是为了避免操作人员通过Windows操作系统对VMAS 系统信息的无意修改，从而提高了系统使用的安全性。每台VMAS设备都设置了认证编号，由认证单位输入并锁死，保证了排放测试系统使用的合法性。

系统软件根据管理权限，采用了三级密码，即环保局级、检查站主任级和操作员级，权限从高至低，以保证规范操作。操作员级密码用于限定合法操作员使用，密码输入错误超过三次，系统锁止，此时，只有更高级别的密码输入才可以解锁。对于可更改参数表，环保局级和检查站主任级都可以访问，但访问的对象不同，输入环保局级密码后，可更改参数表全部显示，并有权修改所有参数，而输入检查站主任级密码后，只有有权修改的参数框显现。同样地，统计报表和日常运行日志也具有密码保护，只有一定权限的相关人员才可进入查看。

2.4 时钟管理和排放限值管理

时钟管理也是系统安全性的一个重要部分，主要目的是防止操作人员篡改检测时间和日期，以保证排放检测的有效性。为此，在系统软件中，专门设置了时钟管理模块，可以准确地判断出计算机时钟是否被调校，一旦发现时钟被调校，系统将立即恢复正确的时钟。

排放限值管理，是根据被检测车辆的具体参数来决定采用何种排放限值判断车辆是否超标排放。决定排放限值的车辆参数有：车辆的基准质量、领取牌照日期、车辆类型、有无环保绿标等。

2.5 195s 简易瞬态工况测试

195s 简易瞬态工况测试，是对车辆尾气排放数据实时采集、计算，监测整个检测过程系统状态，并且以动态图形显示整个检测过程。系统的排放数据采集频率为1Hz，测功机加载、车速采集和图形显示刷新频率为40Hz。实时采集得到的排放数据主要有：原始HC、CO、CO2、NO、O2 和稀释O2 的浓度，稀释气体的流量、温度和压力。系统计算过程如下：

首先，将稀释气体的流量通过温度和压力修正转换为标准流量，通过原始O2 和稀释O2 的浓度计算稀释比R，进一步计算出标准尾气排放流量；然后，根据HC、CO、CO2、NO 的浓度结果及环境大气参数计算气体稀释修正系数DCF 和湿度修正系数KH，空燃比?，并得到修正后的HC、CO、CO2、NO 的浓度；最后，根据修正后的气体浓度、尾气排放流量以及标准状态下各气体的密度，计算出各排放气体的质量。

整个检测过程中需要监测的系统状态主要有：通信状况，抗稀释状况，原始气体采样的低流量状况，稀释气体采样的低流量状况、车速连续3s 超差、车速累计15s 超差，扭矩加载连续3s 超差、扭矩加载累计15s 超差等。其中，抗稀释状况是判断采样探头是否松脱，一旦采样探头松脱，环境空气被吸入，气体中CO+CO2 势必小于判定限值，一旦小于判定限值，该组采样数据无效。原始气体采样出现低流量的主要原因是采样探头、滤芯堵塞或严重污染，或采样软管受到挤压、弯折造成的。稀释气体采样出现低流量则多半是由于风机电源失效引起的。系统一旦检测到上述状态异常，将迅速停止采集，向操作人员发出报警信息，并提示重新进行195s 简易瞬态工况测试。

整个195s 简易瞬态工况测试过程车速工作曲线都是以动态的图形方式滚动显示的，图中除了绘有醒目的理论车速、工作车速、车速指示光标和公差带曲线外，还有详尽的司机助提示，提醒驾驶员何时进行离合器和换档操作。由于195s 简易瞬态工况测试的车辆为热启动状态，需要40s 的怠速热机，为此，系统特别制作了40s 倒计时的表盘，给驾驶员一个更为直观的印象，怠速结束后，表盘自动消失，195s 简易瞬态工况测试开始。

2.6 12 种测试结果曲线回放及打印

195s 简易瞬态工况测试结束，系统将对12 种测试结果曲线进行回放及打印，这12 种测试曲线分别为：HC、CO、CO2、NO 的4 条浓度曲线和4 条质量曲线，原始O2 和稀释O2 的浓度曲线，实际车速曲线，以及空燃比? 曲线。测试结果曲线的一个显著特点是可以实时缩放局部曲线，为准确分析曲线中各点值的变化情况提供了便利。

2.7 联网数据库和单机数据库管理

本系统软件具有联网数据库和单机数据库双重功能。

网络功能可以将系统同车辆信息公共数据库（VID）连接，使用VID 中的车辆信息，保证了操作员正确操作，提高了检测效率，便于车辆管理机构对检测工作和车辆排放状况的管理。

考虑到网络故障和某些汽车排放检测部门目前尚不具备网络化管理的情况，本软件具有单机数据库使用功能，把被检测车辆的信息和检测结果都存储在本地计算机上。

数据库结构根据环保局的统一规定设计，检测数据可按照车主信息/车辆信息/检测结果/检测顺序号查询。

具有本机数据库的信息7 次备份功能。以防止由于对数据库的误操作造成数据的丢失。备份超过7 次，自动覆盖第一次的备份内容，并可根据检测站的使用要求增加备份次数。

日常运行日志的内容包括被试车辆信息，检测过程参数等，便于对检测过程监控。

车辆信息录入时，以车牌号为关键字对数据库查询，查询到的信息自动填写到车辆信息表中，提高了检测效率。调出被试车辆信息后，对于需要更新的数据，如里程表读数、车辆所有权的变更等，均可在车辆信息表中直接更改，更改后数据库自动更新。

可按年、月和日查看和打印检测统计报表。

具有实时时钟和日历。每次与中央数据库通信时，保持测试系统的时间和日期与中央数据库一致，避免人为修改检测时间和日期的行为。

3 结论

轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放检测系统，由于具有很强的科学性、客观性和公正性，填补了我国在汽车尾气简易工况法排放总质量检测的空白。该系统的普遍应用对提高我国城市环境空气质量，降低汽车尾气污染排放等方面起到积极的作用。

参考文献
1 北京市地方标准. DB11/123-2000. 轻型汽油车简易瞬态工况污染物排放标准. 2000
2 Evaluation of Real -Time and Composite Mass Emissions Data from a VMAS, New York Department of Environment Conservation, Bureau of Mobile
Source, Sept., 1998.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/17/2005)


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