汽車(chē)排放氣體流量分析儀設計

1、引言

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

2、流量分析儀工作原理

VMAS測試系統的結構如圖1所示。

圖1 VMAS測試系統組成

汽車(chē)在底盤(pán)測功機上按國標要求的特定工況行駛，底盤(pán)測功機模擬車(chē)輛在不同工況下的加速慣量和道路行駛的瞬態(tài)工況負荷，汽車(chē)原始排放尾氣一部分通過(guò)采樣探頭直接進(jìn)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(shí)，其余全部尾氣經(jīng)過(guò)收集裝置，由周?chē)諝膺M(jìn)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(shí)五氣分析儀的氣體濃度分析結果和底盤(pán)測功機的行駛速度和里程也送入主控計算機，計算機根據氣體濃度、體積、稀釋比、速度、時(shí)間計算出汽車(chē)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根據空氣中的氧濃度、混合氣的氧濃度以及汽車(chē)原始排放氣體中的氧濃度按式1計算得到。
（1）

3、流量分析儀的結構設計

通用的渦街流量?jì)x表,因表體大、結構復雜，無(wú)法安裝在氣體流量分析儀上，為滿(mǎn)足使用要求,采用新的設計思路，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，設計成一體化的結構形式，因而結構更加緊湊。

流量分析儀的整體結構如圖2所示，取樣管總長(cháng)為800mm，根據工作時(shí)氣體的流量范圍，確定流量分析儀的管道內直徑D為 100mm，各傳感器的安裝位置見(jiàn)圖中標注。
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構

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(diǎn)是固定的，所以斯特羅哈爾數相對恒定，大約為S1=0.16，渦街頻率與流量的線(xiàn)性關(guān)系好。將三角柱垂直安裝在氣體管道中，氣體繞過(guò)擾流柱時(shí)，出現附面層分離，在擾流柱的左右兩側后方會(huì )交替產(chǎn)生旋渦，根據卡門(mén)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D、d值，確定三角柱的參數L1，L2及θ值，如圖3。