汽車排放氣體流量分析儀設(shè)計

1、引言

汽車污染是當(dāng)前人們最為關(guān)心和急需解決的重要課題之一。作為汽車排氣污染物的檢測的重要方法,簡易瞬態(tài)工況法（VMAS法，IG法）可以統(tǒng)計排放總質(zhì)量，監(jiān)控車輛的真實排放情況，設(shè)備成本不高，測量比較準(zhǔn)確，與新車認(rèn)證檢測結(jié)果具有相關(guān)性，可以檢測NO相關(guān)因子等一系列優(yōu)點，成為人們研究的熱點。VMAS（Vehicle Mass Analysis System）檢測方法在美國和歐洲都有很好的應(yīng)用基礎(chǔ)，而目前我國應(yīng)用的VMAS測試系統(tǒng)的流量分析儀基本上都是進口的，尤其以美國sensors公司的產(chǎn)品最多，該產(chǎn)品不僅價格高，維護修理很不方便,而且不利于與底盤測功機、氣體分析儀等組成完整的測試系統(tǒng)完成二次開發(fā)。為此，我們進行了流量分析儀的研究，旨在降低設(shè)備成本、促進產(chǎn)品的國產(chǎn)化。

2、流量分析儀工作原理

VMAS測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 VMAS測試系統(tǒng)組成

汽車在底盤測功機上按國標(biāo)要求的特定工況行駛，底盤測功機模擬車輛在不同工況下的加速慣量和道路行駛的瞬態(tài)工況負(fù)荷，汽車原始排放尾氣一部分通過采樣探頭直接進入高精度五氣分析儀，分析尾氣排放中CO、CO2、HC、NOX、O2的濃度值。同時，其余全部尾氣經(jīng)過收集裝置，由周圍空氣進行稀釋后在風(fēng)機的作用下送入流量分析儀測量稀釋氣的體積流量，并將體積流量測量值送入主控計算機，同時五氣分析儀的氣體濃度分析結(jié)果和底盤測功機的行駛速度和里程也送入主控計算機，計算機根據(jù)氣體濃度、體積、稀釋比、速度、時間計算出汽車尾氣中有害氣體CO、CO2、HC、NOX的總體排放量(g/km)。其中稀釋比Ｄil根據(jù)空氣中的氧濃度、混合氣的氧濃度以及汽車原始排放氣體中的氧濃度按式1計算得到。
（1）

3、流量分析儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計

通用的渦街流量儀表,因表體大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法安裝在氣體流量分析儀上，為滿足使用要求,采用新的設(shè)計思路，將三角柱式渦街發(fā)生體和壓電式渦街檢測探頭直接安裝在氣體流量分析儀的取樣管上，設(shè)計成一體化的結(jié)構(gòu)形式，因而結(jié)構(gòu)更加緊湊。

流量分析儀的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，取樣管總長為800mm，根據(jù)工作時氣體的流量范圍，確定流量分析儀的管道內(nèi)直徑D為 100mm，各傳感器的安裝位置見圖中標(biāo)注。
1-氧濃度傳感器2-壓力取樣孔 3-三角柱渦街發(fā)生體
4-壓電式渦街檢測探頭 5-溫度傳感器

圖2 流量分析儀的整體結(jié)構(gòu)

選擇三角柱式渦街發(fā)生體，這種發(fā)生體產(chǎn)生的渦街信號強，因為漩渦在它的邊界層分離點是固定的，所以斯特羅哈爾數(shù)相對恒定，大約為S1=0.16，渦街頻率與流量的線性關(guān)系好。將三角柱垂直安裝在氣體管道中，氣體繞過擾流柱時，出現(xiàn)附面層分離，在擾流柱的左右兩側(cè)后方會交替產(chǎn)生旋渦，根據(jù)卡門渦街理論，渦街頻率與流速的關(guān)系為，其中：d-三角柱的底邊寬度，取為28mm；u-流體流速。根據(jù)D、d值，確定三角柱的參數(shù)L1，L2及θ值，如圖3。