CN104220860B - 用于从内燃机获取废气样本的设备 - Google Patents

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Abstract

已知用于从内燃机获取废气样本的设备，该设备带有通过废气入口(10)与废气源(14)流体连通的废气通道(12)，在其内通过空气过滤器(28)可吸入环境空气的空气通道(20)，布置在废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游的混合区(36)，被废气空气混合物流动通过的稀释隧道(38)，其中废气通道(12)的流出横截面(18)基本上与空气通道(20)同心地布置且在废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游在稀释隧道(38)内设有环形挡板(34)。当然，两个气体流动的混合经常不充分。为保证良好的混合和代表性的取样，因此建议在挡板(34)的流动上游且废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游布置装置(32、44、50)，通过装置(32、44、50)将废气流偏转为，使得废气流在装置(32、44、50)流动下游立即轴线对称地离开稀释隧道(38)的中心轴线。

Description

用于从内燃机获取废气样本的设备
技术领域
本发明涉及一种用于从内燃机获取废气样本的设备，所述设备带有通过废气入口与废气源流体连通的废气通道，在其内通过空气过滤器可吸入环境空气的空气通道，布置在废气通道的流出横截面的流动下游的混合区，被废气空气混合物流动通过的稀释隧道，其中废气通道的流出横截面基本上与空气通道同心地布置且在废气通道的流出横截面的流动下游在稀释隧道内设有环形挡板。
背景技术
此类设备例如通过CVS设备(恒定体积取样)已知。在此设备中，废气总是被混入空气，使得形成空气-废气混合物的恒定的总体积流量。对于通过此设备获取的样本随后进行其有害物成分分析。尤其是测量二氧化碳含量、一氧化碳含量、碳氢化合物含量、氧化氮含量以及微粒物载荷。测量的类型在法律上要按例如欧洲区域的ECE法规R83或美国区域的联邦法规第40条规定。
因此，在DE 10 2009 015 188 A1中描述一种用于获取废气样本的设备，所述设备可连接在两个不同的废气源上，使得通过设备可测量柴油发动机以及汽油发动机的微粒物载荷。设备的来自柴油发动机的废气通道同心地在空气通道内在挡板流动上游终止。在废气通道的出口横截面和挡板之间的区域内形成了混合区，在所述混合区内废气与空气混合。
但已显示在此类系统中可能出现流动集束，其中废气混合比在另外的区域内更差。因此，均匀的混合即使在相对长的行程内也不形成，使得测量结果可能出错。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是开发一种设备，以所述设备通过避免形成废气混合较差的区域而保证根据法规规定的代表性的取样。同时，设备应可廉价制造和运行，尤其是应使得带有相对小的功率的输送泵足以输送两个气流。
此技术问题通过一种带有主权利要求的特征的用于获取内燃机废气样本的设备解决。通过在挡板流动上游且在废气通道的流出横截面的流动下游布置装置以用于偏转废气流而使得废气流在所述装置的流动下游立即轴线对称地离开稀释隧道的中心轴线，将废气直接导入到先前由于突伸入空气通道内的废气通道挤压到稀释隧道的外部区域内的空气流内，以此明显地提高了混合。通过挡板，然后提高了废气-空气混合物的速度，以此形成了附加的湍流，这导致混合流动的附加的均匀化。
优选地，用于偏转流动的装置通过具有球状区且同心地布置在稀释隧道内的主体形成。通过球状区，在废气流偏转时的压力损失不明显地升高，使得驱动的压降且因此输送泵的功耗不必升高。以此主体也实现了两个气体流的特别好的混合。
在对此进一步的实施形式中，球状区是半球。此构造导致在混合均匀化时的特别好的结果和同时压力损失的降低。
为防止微粒沉积，球状区的表面被电解抛光。另外防止随后与偏转装置分离的微粒使测量结果出错。
在球状区的有利的构造中，球状区具有中心孔。通过此孔避免形成明显升高压力损失的滞点而不明显使混合变差。
此外，球状区或挡板优选可被加热。这通过在球状区或挡板的流动下游表面上布置加热膜而特别简单地实现，使得所述加热膜不直接受到废气流，而是通过流动上游的表面被保护。因此，避免了在入流表面上的凝结物形成，这又导致沉积的降低。
当球状区的在中心轴线的方向上的投影面至少相当于废气通道的流出横截面时，实现了特别好的结果，因为一方面保证整个废气流在空气流的方向上被偏转且另一方面防止了将导致压力损失的附加的收缩。
在本发明的另外的优选设计中，挡板的流过横截面为用于偏转流动的装置的横截面的1.2至1.8倍。因此，流过速度升高且产生湍流，所述湍流进一步加强了混合，但不导致过大的压力损失。
在进一步的构造中，用于偏转流动的装置距废气管道的流出横截面的距离等于空气通道的直径和废气通道的直径的差的三分之一至五分之一。因此保证在废气流入到空气流内时的压力损失不过大。一方面为废气流提供足够的流出面积，且另一方面偏转角度足够高以产生湍流且可因此防止集束形成。
因此通过使得用于偏转流动的装置距挡板的距离为空气通道的直径的三分之一至五分之一而防止了在流过挡板时的过大的流动损失。因此，一方面提供了用于废气-空气混合的足够的面积且另一方面通过在相反的方向上的相对靠近的相继偏转产生湍流的形成。
在本发明的作为此构造的替代构造中，用于偏转流动的装置通过多个相对于中心轴线对称地相互布置的流出管形成。因此，附加地降低了压力损失，因为在废气通道后不布置流动阻碍物作为挡板。但废气流在空气流的方向上被改向。
优选地，四个流出管相互以90度错开布置。因此形成了在整个横截面上的足够恒定的废气引入，但构造成本低。此实施方式也容易安装。
在此发明的扩展中，四个流出管在紧邻废气通道之处或在废气通道内首先平行于中心轴线延伸，且在废气通道外的随后的走向中持续地远离中心轴线地弯曲。通过此持续的弯曲降低了压力损失。
在有利的构造中，流出管的出口横截面相对于稀释隧道的中心轴线形成30度至80度的角度，以此一方面保证足够用于增大混合的偏转且另一方面将两个气体流相遇时的压力损失维持在合理的界限内，使得不必进一步匹配用于输送气体流的吹风机的总压力升高。
当用于偏转流动的装置通过至少一个优选三个保持件固定在挡板上时实现了特别简单的固定和安装，因为安装与挡板安装一起在一个步骤中进行。
因此获得一种用于从内燃机获取废气样本的设备，以此设备保证从稀释隧道可获取代表性样本，因为保证了两个气体流的很好的混合。另一方面，设备可廉价地制造和运行，因为安装简单且可使用相对小的输送吹风机，因为保持了低的附加的压力损失。
附图说明
根据本发明的用于获取气体样本的设备的两个实施例在附图中图示且在后文中描述。
图1在侧视图中示意性地示出了用于获取废气样本的根据本发明的设备。
图2在放大的图示中以三维图示出了在混合区的区域内的图1的设备的截面。
图3以三维图示出了根据本发明的混合区的备选实施方式。
具体实施方式
根据本发明的用于从柴油发动机或汽油发动机的内燃机中获取废气样本的设备包括通过其将废气通道12与废气源14流体连通的废气入口10，该流体源14通过车辆的内燃机形成。
此废气通道12具有带有流出横截面18的端部16，该流出横截面18在空气通道20内同心地开口。为此，此空气通道20在其边界壁24内具有开口22，通过该开口22废气通道12垂直地突出到空气通道20内。为同心地在空气通道20内开口，废气通道12具有90度的偏转。
在废气通道12的流动上游，空气通道20具有入口26，在该入口26上设有通常由三个过滤器形成的第一空气过滤器28，通过该第一空气过滤器28可将空气吸入到空气通道20内。废气通道12的偏转构造为使得废气的流出方向指向与空气过滤器28相反的一侧，从而空气流和废气流在废气通道12的流出横截面18上具有共同的流动方向，所述流动方向基本上平行于空气通道20的中心轴线。
在流动方向上在废气通道12的流出横截面18后方设有用于偏转废气流的装置32。此装置32可构造不同，如从图2和图3的随后的描述中表明。与装置32的实施方案无关，此装置用于将废气流在空气流的方向上偏转到空气流内，即偏转为带有在空气通道20的径向方向上的分量，因此形成湍流且出现混合的改进。
在此用于偏转流动的装置32后方设有挡板34，通过所述挡板34将空气通道的可自由流过的横截面缩小，使得流动速度提高且产生附加的湍流。此湍流区形成混合区36，在该混合区36内进行废气流在空气流内的尽可能完全地混合，且该混合区36延伸直至挡板34后方。
在此混合区36上连接有稀释隧道38，在此稀释隧道38内存在废气-空气混合物的均匀流动而无集束形成。在稀释隧道38内，相对于中心轴线在中心设有用于从混合区获取样本的取样探头40。通过取样探头40获取的样本流可通过可加热的微粒过滤器被提供到通过其确定废气内的碳氢化合物的火焰离子化检测器，以确定废气内的氧化氮、一氧化碳和二氧化碳的成分。通过取样探头40获取微粒排放物且将其提供到微粒测量装置。分析流的输送分别通过未图示的分开的泵进行。
多余的混合气体流从稀释隧道38到达可调节的输送泵42，该输送泵42确定为用于产生足够用来输送空气和废气的压力。在此，排出混合气体流。除被调节的输送泵42外，也可在输送泵前布置文丘里嘴以用于调节希望的输送流量。
还应注意的是通过输送泵在恒定的温度和恒定的压力或恒定的体积流量下测量气体通过量。在每个情况中，废气以限定的比例以环境空气稀释。取样分别与输送泵42的通过量成比例地进行。为此，也已知带有可变的稀释和挤压泵的取样系统，如带有临界流通文丘里管的稀释系统，如例如在ECE法规R83中描述。在此设备中使用的通过量调节器、阀、通过量、压力和温度测量装置的布置也是已知的，且根据所使用的系统不同，使得此调节可能性在此作为专业知识作为前提条件。本发明适合于取样的所有此形式。
但仅当保证在取样测量位置处存在尽可能均匀的流动时，即保证废气流在空气流内的良好混合且可靠地避免集束形成时，此设备的取样的结果才是实际上代表性的。如已论述，这根据本发明借助于用于偏转流动的装置32实现。此装置在根据图2的构造中通过球状区形的主体形成，在本情况中通过半球44形成，所述半球44的凸出的表面向废气通道12指向。
此半球44与废气通道12的流出横截面18相距45mm且具有大约95mm的直径，而废气通道12的流出横截面大约为90mm。半球44又与挡板34相距大约70mm，其自由流过直径大约为150mm。此尺寸根据空气通道20的直径确定，所述直径在本实施例中为273mm，从而挡板34的流过横截面大约为用于偏转流动的装置32的横截面的1.6倍，用于偏转流动的装置32与废气通道12的流出横截面18的距离大约为废气通道20的直径和废气通道12的直径的差的四分之一，且用于偏转流动的装置32与挡板34的距离大约为空气通道20的直径的四分之一。
此所述的比例一方面保证，可供使用的用于废气从废气通道12和半球44之间的中间空间流出的自由柱面大于从废气通道12的流出面积，以此保持低的压力损失；而另一方面保证，距离保持足够小以在半球44上产生径向向外的明显的流动偏转，使得废气流被压入到空气流内，以此形成湍流。此外，供废气-空气混合物流过使用的空间保持为足够大，方式是挡板34和半球44之间的柱面保持为与在半球44的高度处平行于中心轴线的自由流过横截面一样大，从而在此也不出现过高的压力损失。总还是带有涡流的废气-空气混合物的流动在此区域内通过挡板34又径向向内指向，以此在相反的方向上形成涡流，这最终导致湍流，所述湍流保证了很好的混合。此湍流仍然在挡板后方保持一定的距离。其中废气流入到空气内且与空气混合的此区域形成混合区36。
半球44此外具有中心孔46，所述中心孔46防止滞点的形成且因此也避免了另外的压力损失。半球44的表面在其指向流动的侧上被电解抛光而在其相反的侧上涂层以加热膜，从而避免了废气的凝结物。半球44通过三个撑杆48固定在挡板34上，使得半球44以简单的方式与挡板34预安装且与挡板34一起与稀释隧道38同心地可插入在所述稀释隧道38内。通过此装置32及其在通道20内的布置，保证实现与中心轴线对称的废气流偏转，这保证了与空气的均匀的混合。
图3示出了备选的实施方式。在废气通道12的流出横截面18内具有四个错开90度相互对称布置的流出管50，该流出管50首先平行于废气通道12的流过方向走向且在废气通道12的端部16后方径向向外弯曲，使得管50在其在流动方向上的走向中持续地远离中心轴线。流出管50的流出横截面在此与稀释隧道38的中心轴线成45度的角度。此流出管50事先固定在环52上，所述环52在安装时固定在废气通道12上。备选地，也可通过撑杆固定在挡板34上。
用于偏转流动的装置32的此实施方式保证，废气流以一定的角度轴线对称地流入到空气流内，从而废气流产生径向分量，所述径向分量导致在一个方向上形成涡流，所述涡流抵抗通过挡板的收缩导致的涡流，使得产生了大的涡流，该大的涡流在两个气体流中导致很好的混合。持续的偏转保证低的压力损失。
两个实施方式相应地适合于改进废气流的混合和均匀化，从而实现了代表性的取样。这导致在分析有害物含量时的更好的实验结果，而不必提高输送泵的功率，因为所存在的压力可保持尽可能小。
应显见的是本发明不限制于所述的实施例，而是在主权利要求的保护范围内可进行不同的修改。

Claims (16)

1.一种用于从内燃机获取废气样本的设备，所述设备带有：
通过废气入口(10)与废气源(14)流体连通的废气通道(12)，
能够通过空气过滤器(28)将环境空气吸入其内的空气通道(20)，
布置在所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游的混合区(36)，
被废气空气混合物流动通过的稀释隧道(38)，
其中，所述废气通道(12)的流出横截面(18)基本上同心地布置在所述空气通道(20)内且在所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游在所述稀释隧道(38)内设有环形挡板(34)，
其特征在于，
在所述挡板(34)的流动上游且所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游布置用于偏转流动的装置(32)，所述用于偏转流动的装置(32)通过多个关于中心轴线相互对称布置的流出管(50)形成，废气流流动通过所述流出管(50)，其中通过所述用于偏转流动的装置(32)将废气流偏转到空气流中，使得所述废气流在所述用于偏转流动的装置的流动下游立即轴线对称地离开稀释隧道(38)的中心轴线。
2.一种用于从内燃机获取废气样本的设备，所述设备带有：
通过废气入口(10)与废气源(14)流体连通的废气通道(12)，
能够通过空气过滤器(28)将环境空气吸入其内的空气通道(20)，
布置在所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游的混合区(36)，
被废气空气混合物流动通过的稀释隧道(38)，
其中，所述废气通道(12)的流出横截面(18)基本上同心地布置在所述空气通道(20)内且在所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游在所述稀释隧道(38)内设有环形挡板(34)，
其特征在于，
在所述挡板(34)的流动上游且所述废气通道(12)的流出横截面(18)的流动下游布置用于偏转流动的装置(32)，所述用于偏转流动的装置(32)通过主体形成，所述主体具有球状区(44)且同心地布置在所述稀释隧道(38)内，其中通过所述用于偏转流动的装置(32)将废气流偏转到空气流中，使得所述废气流在所述用于偏转流动的装置的流动下游立即轴线对称地离开稀释隧道(38)的中心轴线。
3.根据权利要求2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述球状区(44)是半球。
4.根据权利要求2或3所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述球状区(44)被电解抛光。
5.根据权利要求2或3所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述球状区(44)具有中心孔(46)。
6.根据权利要求2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，所述球状区或所述挡板(34)可加热。
7.根据权利要求2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，在所述球状区(44)或所述挡板(34)的流动下游表面上布置加热膜。
8.根据权利要求2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述球状区(44)的在中心轴线的方向上的投影面至少相当于废气通道(12)的流出横截面(18)。
9.根据权利要求1或2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述挡板(34)的流过横截面为用于偏转流动的装置的横截面的1.2至1.8倍。
10.根据权利要求1或2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，用于偏转流动的装置(32)距所述废气通道(12)的流出横截面(18)的距离等于所述空气通道(20)的直径和所述废气通道(12)的直径的差的三分之一至五分之一。
11.根据权利要求1或2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，用于偏转流动的装置(32)距所述挡板(34)的距离为所述空气通道(20)的直径的三分之一至五分之一。
12.根据权利要求1所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，四个流出管(50)相互以90度错开布置。
13.根据权利要求12所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述四个流出管(50)在紧邻所述废气通道(12)之处或在所述废气通道内首先平行于中心轴线延伸，且在废气通道(12)外的随后的走向中持续地远离中心轴线地弯曲。
14.根据权利要求13所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，所述流出管(50)的出口横截面相对于稀释隧道的中心轴线形成30度至80度的角度。
15.根据权利要求1或2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，用于偏转流动的装置(32)通过至少一个撑杆(48)固定在所述挡板(34)上。
16.根据权利要求1或2所述的用于从内燃机获取废气样本的设备，其特征在于，用于偏转流动的装置(32)通过三个撑杆(48)固定在所述挡板(34)上。
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