专利名称：甲醇汽车排气污染物排放的测试方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车排气污染物排放的测试方法及其装置，尤其涉及甲醇汽车排气污染物排放的测试方法及其装置。
背景技术：
目前，世界各国的环境保护意识日益增强，对于汽车排放污染物的限制也越来越严格。尤其是随着一些新能源汽车如燃气汽车、醇醚汽车、生物质燃料汽车等的研发和使用，人们不再仅仅关注汽车的常规排气污染物，如一氧化碳
(C0)、 二氧化碳(C02)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(N0x)和颗粒物(PM)的排放含量，同时也开始探索、研究汽车的非常规排放物，如甲醛的排放量。现在有中国专利申请"发动机尾气甲醛含量检测的采用装置及方法
(CN101042314A)"，该装置包括 一探头，进气恒温机构，尾气吸收衍生机构，采样气体流量控制机构；该采样方法包括以下步骤(1)配置吸收液；(2)将两个串联的U型多孔玻板吸收管分别注入适量吸收液；(3)干燥管内装入适量脱脂棉；(4)将进气恒温机构温度调整为80土2'C; (5)启动微型真空泵，维持在O. 12L/min 0. 15L/min流量范围内；(6)空抽5min; (7)开始连续采样，采样时间控制在10min 15min范围内；(8)采样完毕后，将吸收液倒入同一容量瓶中，静置，即得到甲醛的采样溶液。这种方法虽然提供了一种发动机尾气中甲醛的采集方法，但是具有以下的缺点1、此专利仅是针对发动机排气污染物中甲醛的检测，不适用于汽车；2、没有提出采集到的甲醛的定量计算方法，且甲醛排放量的量纲是未知的；3、试验中发动机排气管处温度极高，因此负责导入排气的探头位置难以安装，安装位置没有明确；4、试验发动机的运转情况没有明确，而不同的运转情况对于发动机排气污染物的排放相差较大；5、无法保证发动机排气污染物中的甲醛被全部吸附，引起试验误差，影响试验结果的准确性。
发明内容
本发明主要是提供一种能实现在同一试验循环过程中同时采集、分析汽车
尾气中排放的一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)常规污染物含量以及甲醛(HCH0)非常规排放污染物含量，能准确检测甲醇汽车尾气排放浓度的测试方法及装置；解决了现有技术中存在的对于汽车尾气中的甲醛排放浓度无法准确检测和定量评价的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的 一种甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，首先对甲醛采样泵进行参数设定，并对试验室空气进行基础背景采样；接着对采样袋抽取真空以检验采样系统的密封性；然后将试验甲醇汽车在底盘测功机上进行运转，在运转循环过程中将甲醇汽车尾气收集起来，并使用空气对收集的尾气进行连续稀释并混合，根据试验甲醇汽车不同的运转循环情况，将混合均匀的气体输入相应的采样袋内；在试验甲醇汽车运转循环结束后，先进行常规排气污染物的检测分析，分析完成后，再进行甲醛排气污染物的采样分析，所述的甲醛排气污染物采样分析是先打开参数设定好的采样泵对采样袋内的气体进行采集，采样泵中的采样管涂有2， 4_二硝基苯肼，可对甲醛进行吸附；采样结束后，用乙晴对吸附了甲醛的采样管进行洗脱，经色谱柱的分离，通过高效液相色谱仪进行测定，从而分析计算吸附甲醛的浓度。
作为优选，在试验前对试验甲醇汽车进行预处理，检查汽车的性能、状态，确保试验汽车机械状况良好、排气系统没有任何泄漏、进气系统的密封性好，试验甲醇汽车能够正常行驶，能够在冷态、热态条件下正常启动。根据试验甲醇汽车的具体情况，对底盘测功机的运转、惯量、载荷进行校正和设定。试验甲醇汽车在底盘测功机上运转、排气稀释、排气采集、温度和湿度控制，在试验前提前均设定好，提高测试结果的可靠性和准确度。
试验甲醇汽车完全模拟真实汽车的各种不同运转情况，在不同的运转情况下对车辆排放的尾气进行收集检测，提高了尾气检测的准确度；试验前，对试
验室的空气进行采样，确定空气中的甲醛浓度，具体方法是甲醛采样泵放置
在试验室排气取样系统中空气滤清器后，设定甲酸采样泵流量为400ml/min，采样时间30min，采样量12L。当然也可以根据甲醛采样泵的型号、采样泵中采样管的吸附能力不同，设定相应合适的采样参数，以使甲醇汽车尾气排放中的甲醛被全部吸附，确保试验结果的可靠和试验数据的真实性。
运转循环包括运转循环一部和运转循环二部两种工况，试验甲醇汽车在运转循环一部的排气输入到第一个采样袋内，试验甲醇汽车在运转循环二部的排气输入到第二个采样袋内。运转循环一部可以为低速市区运转循环的工况，运转循环二部可以为高速市郊运转循环的工况，低速和高速运转的工况分两个不
同的采样袋进行收集，并根据测试结果综合分析计算常规排放物和非常规排放物—甲醛的含量，符合车辆的运行特性，减小误差，提高准确性。采样结束后，
可以通过汽车排气取样系统，首先对常规排气污染物进行实时检测分析，然后再对非常规排气污染物甲醛进行采样分析。这样可以实现在同一试验循环对试验汽车常规排气污染物和甲醛的同时检测。甲醛采样结束后，向采样袋内充入氮气，对气袋进行冲洗，使得采样袋可以重复使用，并保证了下一次试验的准确性。
利用这种方法测试的结果可以达到与汽车常规排放污染物结果相同的量纲，单位为g/km，可以实现在同一试验循环过程中同时采集、分析汽车尾气中排放的一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM)常规污染物含量以及甲醛(HCHO)非常规排放污染物含量，实现了与汽车常规污染物排放检测方法相接轨，彻底解决现有技术所存在的对于汽车尾气中的甲醛排放浓度无法准确检测和定量评价的技术问题。作为优选，获得吸附甲醛的容积浓度后，根据其容积浓度和样气总容积，
以及甲醛在标准状态下气体密度，由公式^CH。二V^XCHCH。/d计算甲醛污染物的排放质量，其中MHCH。表示甲醛污染物的排放质量，单位为g/km; V^表示稀释排
气的容积，校正至标准状态下，即温度为273.2K，压力为101.33kPa，单位为
L; CHCH。表示稀释排气中的甲醛浓度，单位为g/L; d表示车辆按运转循环试验时
所行驶的距离，单位为km。利用上述公式计算甲醛的排放质量，能直观的了解尾气中甲醛的含量，达到与汽车按照GB18352. 3排放测试方法试验结果相同的量纲，与汽车排气污染物排放检测方法相接轨，为测试甲醇汽车尾气排放量中甲醛含量提供了科学有效的方法。
作为优选，所述的常规排气污染物分析为在线检测分析，甲醛排气污染物分析为离线检测分析，在常规排气污染物分析结束之后，关闭与常规排气污染物分析设备连接的阀门，打开与甲醛釆样泵连接的通气阀门进行甲醛排气污染物的检测分析。
作为优选，甲醛采样泵采样容量为12L，采样流量设定为400mL/min，采样时间设定30min。可以确保甲醛气体被全部吸附，确保试验的精度。
一种甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，包括试验甲醇汽车、底盘测功机、排气取样系统以及排气收集分析系统；
所述的试验甲醇汽车位于底盘测功机上，试验甲醇汽车的排气管通过管道与排气取样系统连接；
所述的排气取样系统包括与排气管相接的气体收集管道，在气体收集管道上连接有空气接入管，气体收集管道与空气接入管内的气体在混合气室相混合，混合气室连接有气泵，气泵上连接排气收集分析系统；
所述的排气收集分析系统包括与气泵相连的采样袋，所述的采样袋同时连接有常规气态污染物分析仪和甲醛采样泵，所述的甲醛采样泵在试验前进行设定参数，甲醛采样泵内的采样管吸附甲醛气体并通过高效液相色谱仪进行测定。作为优选，所述的甲醛采样泵与采样袋、采样袋与汽车排气取样系统之间的连接管为特氟隆塑料管，特氟隆塑料管与采样泵、采样袋、排气取样系统的连接端口用硅胶管连接并用封孔膜密封。特氟隆材质的管道对于试验甲醇汽车
排放的所有尾气成分具有很好的绝缘性，即不吸附排气中的一氧化碳(co)、 二
氧化碳(C02)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(N0x)和颗粒物(PM)以及甲醛(HCH0)气体，而硅胶管、封孔膜提高了密封效果，确保试验结果的准确性。因为试验汽车尾气排放量的量级较低，如果任何一部分材质对需要测量的试验汽车尾气
具有吸附性，或者系统密封性不好，就会严重影响测试的结果，引起较大的误差。
作为优选，在气泵和采样袋之间的管道上设有电磁阀。通过控制两个电磁阀分别控制在合适的时间向两个采样袋泵入低速混合气体和高速混合气体，从而对不同运行状况的尾气排放进行测试，提高测试结果的准确性。
作为优选，在采样袋的底部设有通气阀，采样袋通过通气阀与甲醛采样泵连接。打开两个采样袋底部的通气阀门，通过采样参数预先设定好的两个甲醛采样泵，分别抽取两个采样袋中的排气样气，气体通过甲醛采样泵中的采样管时，采样管对其中的甲醛进行吸附，两个甲醛采样泵的参数设定与基础采样时的甲醛采样泵参数设定相同，保证一致性，提高试验结果的准确性。
作为优选，所述的样气采样袋为两个且规格型号相同，同时并联在气泵上；所述的甲醛采样泵为三个，三个采甲醛样泵设定参数一致，其中一个为背景气体甲醛采样泵，另外两个分别与采样袋连接， 一个为运转循环一部排气的甲醛采样泵，另一个为运转循环二部排气的甲醛采样泵。 一个采样袋收集试验汽车低速运转的尾气，另一个采样袋收集试验汽车高速运转的尾气，分别对两个采样袋的混合气体进行分析检测。
作为优选，所述的甲醇汽车采用两套独立燃料供给系统，且两套独立的燃料系统由一个发动机电子控制系统集成控制， 一种是作为主要燃料系统的甲醇燃料供给系统； 一种是仅用于启动和应急的辅助燃料系统的汽油或柴油供给系统，辅助燃料箱容积不大于15L。其中，甲醇燃料系统为主要供给系统，甲醇燃料为主燃料，用于正常行驶驱动；汽油系统为辅助系统，汽油为辅助燃料，用于点火启动工况和应急。
因此，本发明的甲醇汽车排气污染物排放的测试方法及其装置具有下述优点1、利用参数设定好的甲醛采样泵对尾气进行采集，然后采用乙晴对涂有2，4一二硝基苯肼的采样管进行洗脱吸附，经色谱柱的分离，通过高效液相色谱仪测定，能准确测出尾气内的甲醛含量，计算得到的汽车排气污染物中的甲醛排放的质量，测试的结果可以达到与汽车常规排放污染物结果相同的量纲，为g/km; 2、实现在同一试验循环过程中同时采集、分析甲醇汽车尾气中排放的一氧化碳(C0)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(N0X)和颗粒物(PM)常规污染物含量以及甲醛(HCH0)非常规排放污染物含量，实现了与汽车常规污染物排放检测方法相接轨，彻底解决现有技术所存在的对于汽车尾气中的甲醛排放浓度无法准确检测和定量评价的技术问题。3、采用特氟隆塑料管作为连接管道，并且采用硅胶管和封孔膜进行密封，将尾气通过管道与采样袋连接，可实施度高，结构简单，而且特氟隆塑料管的材质好，不吸附甲醇汽车尾气成分，提高试验的准确度。4、本专利测试装置简便易行，操作方便，检测方法可靠性高，试验结果精确度高，可以用于汽油车、柴油车以及燃用其他燃料的车辆尾气中甲醛的检测和分析计算。
图1是本发明的甲醇汽车排气污染物排放测试方法的示意图；图2是本发明甲醇汽车排气污染物排放测试装置的示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例
如图l所示， 一种甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，
第一步，做试验前的准备，将试验甲醇汽车进行预处理，检査其性能和状态；同时对试验室内的空气进行采样，将甲醛采样泵放置在试验室中的空气滤
清器后，设定甲醛采样泵流速400ml/min，采样时间30min，釆样量12L，以测试空气中的甲醛浓度；将甲醛采样泵与采样袋相连，采样袋与排气取样系统连接好，对两个采样袋抽取真空，进行密封性检测，确保样气无泄漏。
第二步，试验开始，试验甲醇汽车在底盘测功机上开始运转，先进行低速市区运转循环，然后进行高速市郊运转循环。发动机启动后，立即开始低速市区运转循环。低速市区运转循环和高速市郊运转循环均包含怠速、减速、离合器脱开、换档、加速、等速、减速的工况。低速市区运转循环试验期间平均车速为19km/h，有效行驶时间为195s;高速市郊运转循环试验期间平均车速为62.6km/h，有效行驶时间为400s。
第三步，对试验气体进行采集，将第二步内汽车排放的尾气通过空气进行稀释后，将试验甲醇汽车在低速市区运转循环的排气输入到采样袋11内进行收集，试验汽车在高速市郊运转循环的排气输入到采样袋12内进行收集。两个采样袋的容积均为100L。
第四步，试验甲醇汽车在底盘测功机上的运转循环结束，对采样袋内的尾气利用常规气态污染物分析仪进行在线检测，常规气态污染物分析仪分析的常规排放物包括 一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)或颗粒物(PM);
第五步，在常规排气污染物分析结束之后，关闭与常规排气污染物分析设备的阀门，打开与甲醛采样泵连接的通气阀门，用参数事先设定好的甲醛采样泵13和甲醛采样泵14，同时开始采集采样袋11和采样袋12内的试验样气。采样泵中的采样管涂有2， 4一二硝基苯肼，可对甲醛进行吸附；采样结束后，用乙晴对吸附了甲醛的采样管进行洗脱，经色谱柱的分离，通过高效液相色谱 仪进行测定，从而分析吸附甲醛的浓度；
第六步，利用公式M^。-V^XdcH。/d计算甲醛污染物的排放质量，其中Mhch。
表示甲醛污染物的排放质量，单位为g/km; V^表示稀释排气的容积，校正至标 准状态下为273. 2K和101. 33kPa，单位为L; Go。表示稀释排气中的甲醛浓度即 由上述高效液相色谱仪分析甲醛浓度；单位为g/L; d表示车辆按运转循环试验 时所行驶的距离即为试验甲醇汽车在底盘测功机上低速市区运转循环和高速市 郊运转循环的距离，单位为km。采样结束后，向采样袋内充入氮气，对气袋进 行冲洗。
如图2所示，对应上述测试方法的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置， 包括试验的甲醇汽车l，底盘测功机2、排气取样系统3以及排气收集分析系统 4。甲醇汽车具备两套独立的燃料供给系统，即甲醇燃料供给系统和汽油供给系 统，且由一套发动机电子控制系统集成控制两种燃料的工作。其中，甲醇燃料 系统为主要供给系统，甲醇燃料为主燃料，用于正常行驶驱动；汽油系统为辅 助系统，汽油为辅助燃料，用于点火启动工况和应急，且汽油箱容积不大于15L。 试验甲醇汽车1位于底盘测功机2上，试验甲醇汽车1的排气管连接有排气取 样系统3，排气取样系统3包括与排气管相接的气体收集管道5，在气体收集管 道5上连接有空气接入管6，空气经由空气滤清器16进入空气接入管6，气体 收集管道5与空气接入管6内的气体在混合气室7相混合，混合气室7连接有 气泵8，气泵8通过低速运转循环的电磁阀9和高速运转循环的电磁阀10连接 排气收集分析系统4，气泵与电磁阀之间设有温度控制器18;排气收集分析系 统4包括与低速运转循环的电磁阀9相连的低速运转循环的采样袋11和与高速 运转循环的电磁阀10相连的高速运转循环的采样袋12，釆样袋11和采样袋12 上连接有常规气态污染物分析仪17，采样袋11连接有甲醛采样泵13，采样袋 12连接有甲醛采样泵14。试验结束时在线检测常规气态污染物后，打开与甲醛采样泵13和甲醛采样泵14连接的通气阀门，采样袋11和采样袋12通过通气 阀分别与甲醛釆样泵13和甲醛采样泵14连接，所述的甲醛采样泵13和甲醛采 样泵14在试验前进行设定参数，当试验甲醇汽车运转循环结束后，打开两个气 袋底部的通气阔门，由采样参数预先设定好的两个甲醛采样泵，分别抽取两个 气袋中的排气样气，气体通过采样泵中的采样管时，采样管对其中的甲醛进行 吸附，甲醛采样泵内的采样管吸附的气体通过高效液相色谱仪15进行测定。电 磁阀为两个，试验甲醇汽车在进行运转循环时，通过电磁阀的控制，分别向容 积为100L的采样袋输入排放的尾气。甲醛采样泵与采样袋、采样袋与汽车排气 取样系统之间的连接管均为特氟隆塑料管，特氟隆塑料管与甲醛采样泵、采样 袋、排气取样系统的连接端口均采用硅胶管连接并用封孔膜密封。
权利要求
1.一种甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，其特征在于首先对甲醛采样泵进行参数设定，并对试验室空气进行基础背景采样；接着对采样袋抽取真空以检验采样系统的密封性；然后将试验甲醇汽车在底盘测功机上进行运转，在运转循环过程中将甲醇汽车尾气收集起来，并使用空气对收集的尾气进行连续稀释并混合，根据试验甲醇汽车不同的运转循环情况，将混合均匀的气体输入相应的采样袋内；在试验甲醇汽车运转循环结束后，先进行常规排气污染物的检测分析，分析完成后，再进行甲醛排气污染物的采样分析；所述的甲醛排气污染物采样分析是先打开参数设定好的甲醛采样泵对采样袋内的气体进行采集，采样泵中的采样管涂有2，4-二硝基苯肼，可对甲醛进行吸附；采样结束后，用乙晴对吸附了甲醛的采样管进行洗脱，经色谱柱的分离，通过高效液相色谱仪进行测定，从而分析计算吸附甲醛的浓度。
2. 根据权利要求l所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，其特征在 于获得吸附甲醛的浓度后，根据其容积浓度和样气总容积，以及甲醛在标准 状态下气体密度，由公式MHCHc^V^XC,/d计算甲醛污染物的排放质量，其中 MHo,。表示甲醛污染物的排放质量，单位为g/km; V^表示稀释排气的容积，校正至标准状态273. 2K和101. 33kPa，单位为L; 0 。表示稀释排气中的甲醛浓度， 单位为g/L; d表示车辆按运转循环试验时所行驶的距离，单位为km。
3. 根据权利要求l所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，其特征在 于所述的常规排气污染物分析为在线检测分析，甲醛排气污染物分析为离线检测分析，在常规排气污染物分析结束之后，关闭与常规排气污染物分析设备 连接的阀门，打开与甲醛采样泵连接的通气阀门进行甲醛排气污染物的检测分 析。
4. 根据权利要求l所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试方法，其特征在 于甲醛采样泵釆样容量为12L，采样流量设定为400mL/min，采样时间设定 30min。
5. —种甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其特征在于 包括试验甲醇汽车、底盘测功机、排气取样系统以及排气收集分析系统； 所述的试验甲醇汽车位于底盘测功机上，试验甲醇汽车的排气管通过管道与排气取样系统连接；所述的排气取样系统包括与排气管相接的气体收集管道，在气体收集管道 上连接有空气接入管，气体收集管道与空气接入管内的气体在混合气室相混合， 混合气室连接有气泵，气泵上连接排气收集分析系统；所述的排气收集分析系统包括与气泵相连的采样袋，所述的采样袋同时连 接有常规气态污染物分析仪和甲酸采样泵，所述的甲醛采样泵在试验前进行设 定参数，甲醛采样泵内的采样管吸附甲醛气体并通过高效液相色谱仪进行测定。
6. 根据权利要求5所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其特征在 于所述的甲醛采样泵与采样袋、采样袋与汽车排气取样系统之间的连接管为 特氟隆塑料管，特氟隆塑料管与甲醛采样泵、采样袋、排气取样系统的连接端 口用硅胶管连接并用封孔膜密封。
7. 根据权利要求5或6所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其特 征在于在气泵和采样袋之间的管道上设有电磁阀。
8. 根据权利要求5或6所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其特 征在于在采样袋的底部设有通气阀，采样袋通过通气阀与甲醛采样泵连接。
9. 根据权利要求5或6所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其特征在于所述的样气采样袋为两个且规格型号相同，同时并联在气泵上；所述 的甲醛采样泵为三个，三个甲醛采样泵设定参数一致，其中一个为背景气体甲 醛采样泵，另外两个分别与采样袋连接， 一个为运转循环一部排气的甲醛采样 泵，另一个为运转循环二部排气的甲醛采样泵。
10.根据权利要求5或6所述的甲醇汽车排气污染物排放的测试装置，其 特征在于所述的甲醇汽车采用两套独立燃料供给系统，且两套独立的燃料系 统由 一个发动机电子控制系统集成控制， 一种是作为主要燃料系统的甲醇燃料 供给系统； 一种是仅用于启动和应急的辅助燃料系统的汽油或柴油供给系统， 辅助燃料箱容积不大于15L。
全文摘要
本发明涉及一种涉甲醇汽车排气污染物排放的测试方法及其装置。首先对甲醛采样泵进行参数设定，然后将试验甲醇汽车在底盘测功机上进行运转，在运转循环过程中将甲醇汽车尾气收集起来，并使用空气对收集的尾气进行连续稀释并混合，在试验甲醇汽车运转循环结束后，进行甲醛排气污染物的采样分析；经色谱柱的分离，通过高效液相色谱仪进行测定，从而分析计算吸附甲醛的浓度，由公式M<sub>HCHO</sub>＝V<sub>mix</sub>×C<sub>HCHO</sub>/d计算甲醛污染物的排放质量。本发明主要是提供一种能实现在同一试验循环过程中同时采集、分析汽车尾气中排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO<sub>X</sub>)和颗粒物(PM)常规污染物含量以及甲醛(HCHO)非常规排放污染物含量，能准确检测甲醇汽车尾气排放浓度的测试方法及装置；解决了现有技术中存在的对于汽车尾气中的甲醛排放浓度无法准确检测和定量评价的技术问题。
文档编号G01N30/02GK101661020SQ20091005469
公开日2010年3月3日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者宋金环, 金先扬 申请人:上海华普汽车有限公司