汽车气候室氢排放系统实验装置模型的测定

1、汽车气候室氢排放系统实验装置模型的测定马丁威廉曼恩，克里斯丁巴赫，菲利普诺瓦克，安德烈菲舍尔，马提亚希尔。EMPA，瑞士联邦材料测试与研究实验室，发动机实验室，CH-8600，2006年9月，瑞EMPA，瑞士联邦材料测试与研究实验室，空气污染 /环境技术实验室，CH-8600，2006年9月，瑞士文章信息文章历史：2007年3月21日收到；2007年9月28日收到修改稿（2007年9月28日）；2007年11月26日在线截止。关键词：燃料电池气体燃料氢系统排放测试单元浓度测量摘要由于空气质量，温室气体二氧化碳的排放和化石燃料短缺的问题，许多车用气体燃料（天然气、沼气、氢气等）正在研究和开发。汽

2、车必须证明他们的排气排放量和系统的整体排放量 （包括运行损耗）仍低于一定的安全范围后才可使用。本文提出一个成本效益即通过监测系 统排放的气态氢或其他燃料动力汽车在一个装有空调的底盘测功机测试单元，常用于低环境要求的汽油车废气排放测试。唯一额外需要的设备是一个能感知低浓度气体（如氢气）的传感器。该方法是基于浓度测量和动态质量平衡的模型。实验研究表明，非常低的排放量可 以被记录下来。此外，如空气交换率的误差范围和灵敏度可被量化。1。引言气体燃料车辆越来越常见，这是因为他们相比汽油车和柴油车表现出许多优点1。在一些国家，液化石油气的价格显著低于于液体燃料，因为它在炼油工艺中是当成“废物”丢掉 的。天

3、然气作为燃料所提供的C02和废气排放效益要高于汽油和柴油。此外，生物甲烷作 为天然气使用显示了 一个最高的磁场对轮的效率和最佳的合作效率和使生物能源之间 的CO2得到最好的平衡以及高效利用废物1。氢作为燃料用于燃料电池和内燃机内，其可能在未来汽车技术发展中起到重要的推进性作用。氢动力汽车的发展也受限于空气质 量因素，CO2和其他温室气体的排放及化石燃料供应等问题2,3。所有这些气态燃料都有不同的燃料储存方式，如高压气化，低温液化，金属氢化物或 其他的，均在一定压力下操作完成。开发商拥有极大的兴趣，因为制造商和立法者能够监 控这些气态燃料系统的真是整体排放情况。这适用于以下两种情况，已停的汽车要

4、改变周 围环境和刚启动运行或停止的汽车要改变废气排放 4,5。所有这些情况都可以在嵌入人工气候室的底盘测功机中模拟。但是，这需要耗费大的力量去确保气候室的密封性，这样蒸发排放量就可以通过直接检测室内气体浓度的增加 量获得。这种测试汽油车蒸发碳氢化合物的排放量的方法必须在6,7密闭的测量室中进行（严格密封）或采用所谓的点光源的测量法。然而棚式方法适用于测试停驻的汽车，运行 损耗会产生一些严重的的密封性问题，因此在底盘测功机内需要密封棚。由于氢的特殊性， 很难使壳体的严格密封以进行蒸发排放的碳氢化合物的测量。在备选点源上油箱所有潜在 的泄漏点需要配备漏斗或通风口保证适当的空气流通，强大的分析仪会收

5、集所有的排放气 体，并能测量其浓度。因此，这种方法需要被扩展延伸以适应各种车辆的需要，并且一个测试系统并不能确保测量的总蒸发排放量的准确性。另外，本文提出的这种测量运行损耗和应用质量平衡法与气候试验的通风设备测量汽 车气体燃料的系统排放的方法。它显示了什么样的传感器设备是必要的，源排放量是如何 计算的。该方法是通过实验验证的，敏感性分析也提出了进行一定质量的测量时限制条件 必须得到满足。2.方法论2.1质量平衡这种方法的基本思路是质量守恒。如图1所示气候室内的底盘测功机，导出质量平衡方程（1 ）。流入和流出室内的气态物质（称之为 G）的质量的变化时不同的。假设气体和其他物质之间没有发生化学反应

6、。这是氢气，甲烷和丙烷在室温下浓度低于1ppm的条件 8。mGmG,inmG,outtmGm G, vent,inm G,carm G,out（1）t表示室内G气体变化的质量，mGin表示流入室内的G气体的总质量，mGout表t示流出室内的G气体的总质量，movent表示从通风设备中流入室内的 G气体质量，mar 流入汽车内G气体的质量。所有变量均为时间函数大规模的燃气G将流入气候室。因此，通风空气的质量和进入空气中的气体 G的浓度需 要被测量。进入室内另一部分气体是从汽车里蒸发出来的，这是有利的不同情况下流入气候室的G气体:预期的空气流通。泄漏。室门以及渠道电缆和管道不密闭，所以有些漏气。多

7、数人工气候室有微压以确保所有开口空气能流出，由于流入潮湿的空气中，在低温下操作时，会导致危险物冰的形成，另外扰乱室内湿度的控制（图1 ）。Jg如果车辆正在运行，并且由一个消耗空气的系统进行驱动（发动机或燃料电池系统），相应的空气供给可以从腔室外部或腔室内部被使用。由于气体通常被排出室外并在室外测量，后者也是一个流出的气体 G的质量平衡的情况。测量所有的流出位置处的G气体的质量和浓度显然是不可能的，但是这个问题可以通 过以下的方法变向解决。底盘测功器对废气排放测量的车辆配有风扇。连同的通风的空调室，这可能会导致高的 湍流，腔内气体G的浓度可以被认为是均匀的。换句话说,混合时间常数在腔必须明显低于空 气汇率常数。必须保证气候室内无通风不良的死区。在大多数情况下，底盘测功器是安装在 气候室，室内的测功器作为破坏电动机的加强室，是包含在室内的。因此，它必须可使舱内的 通风设备打开并增加额外的通风设备。如果室内的G气体确实是均匀分布的，则这个浓度测量也适用所有的室外测试。只要压力能保持室内外通风稳定，流出室内的气体总质量等于流入室内的气体总质量。因此，这是足以