CN108414033B - 排气流量测定单元和排气分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供排气流量测定单元和排气分析装置，通过消除安装配管内流通的排气的流速分布的紊乱，准确测定排气流量。所述排气流量测定单元(2)装载在车辆上，测定从车辆(V)的排气管(EH)排出的、排气的流量，所述排气流量测定单元(2)包括：安装配管(3)，连接在排气管(EH)上并且形成排气所流通的流道(R)；流量计(4)，设置在流道(R)上并测定流道(R)中流通的、排气的流量；以及整流机构(5)，在流道(R)中设置在流量计(4)的上游侧。

Description

排气流量测定单元和排气分析装置
技术领域
本发明涉及装载在车辆上、用于测定从车辆的排气管(排气尾管)排出的排气流量的排气流量测定单元、以及采用所述排气流量测定单元的排气分析装置。
背景技术
作为现有的汽车排气试验，是使车辆在底盘测功机上模拟行驶来进行台上试验。在所述台上试验中，模拟行驶时把从车辆的排气管排出的排气用CVS(Constant VolumeSampler)稀释，并把所述稀释排气采集到取样袋中，通过分析该被采集的稀释排气所含的各成分浓度，计算出排气所含的各成分的排出质量。
近年，在上述的台上试验以外，还推行RDE(Real Driving Emission)试验。RDE试验如专利文献1(日本专利公开公报特开2004-144574号)所示，在车辆上装载车载型分析仪并在实际路面上行驶，此时对从排气管排出的排气取样，并分析所述排气所含的各成分浓度。此外，排气管上设有用于测定排气流量的例如皮托管式流量计，根据由所述流量计得到的排气流量和由所述车载型分析仪得到的各成分浓度，计算各成分的排出质量。此时，流量计安装在排气管上并且设置在用于形成从排气管排出的、排气的流道的安装配管上。
此外，为提高所述RDE试验中的各成分的排出质量测定结果的可靠性，进行采用车载型分析仪的排出质量与采用CVS和取样袋的排出质量的相关试验。所述相关试验中，让装载车载型分析仪的车辆在底盘测功机上模拟行驶，并比较此时得到的、采用车载型分析仪的排出质量与采用CVS和取样袋的排出质量。而后，判断相对采用CVS和取样袋的排出质量、采用车载型分析仪的排出质量是否在规定的误差范围内(例如±10％以内)，如果在规定的误差范围内，则对装载了所述车载型分析仪的车辆进行RDE试验。
可是，尽管车载型分析仪和流量计分别都正常，但是装载到车辆上进行相关试验时，相对采用CVS和取样袋的排出质量、采用车载型分析仪的排出质量有时也会在规定的误差范围外。其主要原因可以认为是：如图5所示，由于流过安装配管的流道的、排气的流速分布偏离流道的中心等紊乱，因此由流量计得到的排气流量产生了测定误差。图5表示了在具有分别连接多个排气管的多个支管以及上述多个支管汇合的合流管的安装配管中，合流管的流道中的、排气的流速分布(流速的矢量分布)的模拟结果。另外，流速分布偏向等紊乱，因流速而各不相同。所述测定误差的结果，导致各成分的排出质量上也会产生测定误差。
发明内容
因此为解决上述问题，本发明的主要目的是通过降低流过连接于车辆的排气管的安装配管的流道的、排气的流速分布的紊乱，从而提高排气流量的测定精度。
即，本发明的排气流量测定单元，装载在车辆上，测定从车辆的排气管排出的排气的流量，所述排气流量测定单元中，包括：安装配管，连接在所述排气管上，并且形成所述排气所流通的流道；流量计，设置在所述流道上，测定所述流道中流通的、所述排气的流量；以及整流机构，在所述流道中设置在所述流量计的上游侧，所述车辆具有多个排气管，所述安装配管具有与所述多个排气管连接的多个支管、以及所述多个支管汇合的合流管，所述流量计和所述整流机构设置在所述合流管上，从所述多个排气管排出的排气在所述合流管中的比所述流量计和所述整流机构更靠上游侧汇合。
按照这种排气流量测定单元，由于在安装配管的流道中、在流量计的上游侧设置整流机构，所以通过降低流入流量计的、排气的流速分布偏置等流速分布的紊乱，能够降低流量计的测定误差。因此，可以高精度测定从车辆的排气管排出的排气流量。
当流量计为皮托管式流量计时，可以使本发明的效果更显著。皮托管式流量计检测排气的全压与静压的压差ΔP，并具有皮托管，所述皮托管具备用于检测全压的全压孔和用于检测静压的静压孔。由于全压孔和静压孔的位置在流道内固定，所以当排气的流速分布紊乱时，容易受到所述影响、使压差ΔP改变，因而不能准确检测压差。
这里，如本发明所述，通过在皮托管式流量计的上游侧设置整流机构来消除排气的流速分布的紊乱，即使是容易受到排气的流速分布影响的皮托管式流量计，也可以高精度测定排气流量。
优选所述安装配管具有直管部，所述流量计和所述整流机构设置在所述直管部上。
按照上述结构，由整流机构整流过的排气保持原状态流入流量计，可以进一步提高排气流量的测定精度。
此外，所述安装配管在所述直管部的上游侧具有曲管部或合流部时，可以使设有整流机构的效果显著。
优选所述车辆具有多个排气管时，所述安装配管具有连接于所述多个排气管的多个支管、以及所述多个支管汇合的合流管，所述流量计和所述整流机构设置在所述合流管上。
按照上述结构，可以一举测定从多个排气管排出的排气的合计流量。此外，由于合流管中流入来自多个支管的排气，所以在合流管的流道中容易产生排气的流速分布的紊乱和排气的螺旋流，但是由于在合流管中的流量计的上游侧设有整流机构，所以能够提高利用流量计得到的排气流量的测定精度。
此外，为了将本发明的排气流量测定单元良好地应用于车载型排气分析系统，优选其还具备排气取样部，所述排气取样部设置在所述流道上，对所述排气进行取样。
而且，优选本发明的排气分析装置包括：上述的排气流量测定单元；以及排气分析仪，测定所述排气所含的规定成分的浓度，所述安装配管上设有排气取样部，所述排气取样部对所述排气进行取样并将所取样的排气导向所述排气分析仪。
按照所述排气分析装置，由于可以提高排气流量测定单元中的排气流量的测定精度，所以能够高精度地得到利用排气分析装置获取的、各排气成分的排出质量，从而可以提高RDE试验的可靠性。
按照上述结构的本发明，由于在安装配管的流道中在流量计的上游侧设有整流机构，因此可以消除流入流量计的排气的、流速分布的紊乱，从而能够提高流量计的测定精度。
附图说明
图1是表示本实施方式的排气分析装置的结构的示意图。
图2是表示该实施方式的排气流量测定单元的结构的示意图。
图3是表示流量计和整流机构的位置关系的示意图。
图4是表示整流机构的一例的主视图和侧视图。
图5是没有整流机构时的、安装配管内的排气的流速分布的模拟结果。
附图标记说明
100 排气分析装置
V 车辆
EH 排气管
2 排气流量测定单元
3 安装配管
31 多个支管
32 合流管
32x 直管部
4 流量计
5 整流机构(上游侧)
6 整流机构(下游侧)
7 排气分析仪
8 导入配管
9 排气取样部
具体实施方式
以下，参照附图说明采用本发明的排气流量测定单元的、排气分析装置的一个实施方式。
(装置结构)
本实施方式的排气分析装置100为车辆装载型装置，例如装载在车辆V上，在路上行驶的过程中，实时分析所述车辆V在路上行驶时从车辆V的发动机E排出的排气。所述排气分析装置100是直接取样方式装置，即不对取样的排气进行稀释、直接进行浓度测定。另外，排气分析装置100还可以在模拟行驶中对从底盘测功机上模拟行驶的、车辆的发动机E排出的排气进行实时分析。
具体如图1所示，所述排气分析装置100包括：排气流量测定单元2，安装在连接发动机E的、排气管EH的开口部EH1上，测定从所述排气管EH排出的排气的流量；以及气体分析仪7，用于测定从排气管EH排出的、排气所含的测定对象成分的浓度。
如图2所示，排气流量测定单元2包括：安装配管3，连接于排气管EH并且形成排气所流通的流道R；流量计4，设置在流道R上，测定流过流道R的所述排气的流量；以及整流机构5，在流道R中设置在流量计4的上游侧。
安装配管3用于把从排气管EH排出的排气全部导向流量计4，并以覆盖排气管EH的开口部EH1的外侧周面的方式安装。
具体来说，安装配管3具有与车辆V上设置的多个排气管EH(本实施方式中4汽缸)连接的多个支管31，以及所述多个支管31汇合的合流管32。合流管32汇合了流过多个支管31的全部排气，并具有呈直管形状的直管部32x。而且，多个支管31的上游开口部安装在排气管EH的开口部EH1中，并且合流管32的下游开口部敞开，排气从合流管32的下游侧开口部向外部排出。
流量计4用于测定从多个排气管EH排出的全部排气的流量，本实施方式中采用压差式(皮托管式)装置。此外，流量计4设置在安装配管3的合流管32中的直管部32x上。另外，除了流量计4，安装配管3上还设置有检测排气的温度的排气温度计(未图示)，以及测定排气压力的绝对压力计(未图示)。在安装配管3上设置流量计4时，除了像本实施方式这样、设置流量计4的传感器部等的一部分之外，还包括设置包含流量计算部的流量计4整体。
具体来说，流量计4通过检测排气的全压与静压的压差ΔP、计算排气的流量，流量计4包括：皮托管41，具备用于检测全压的全压孔和用于检测静压的静压孔；压差传输器等的压差传感器42，借助所述皮托管41检测排气的全压与静压的压差ΔP；以及流量计算部43，采用由压差传感器42得到的压差ΔP计算排气的流量。另外，皮托管41设置成：其全压孔和静压孔相对流道R的中心、处于对称位置或对称位置附近的位置。
整流机构5通过对流入流量计4的设置部位的排气进行整流，消除排气的流速分布的紊乱和/或螺旋流，使排气的流速分布相对流道R的中心成为对称的状态。另外，整流机构5还可以消除排气的波动。所述整流机构5和流量计4同样，设置在合流管32的直管部32x上。具体来说，如图3所示，当设合流管32的流道直径(内径)为D时，整流机构5以距离流量计4达到4D以上的方式、设置在流量计4的上游侧。通过这样配置，可以充分发挥整流机构5的整流效果。另外，根据同样的理由，也可以将流量计4与整流机构5的距离设置在150mm以上。
作为整流机构5的具体示例，将合流管32的流道R沿所述流道方向分割为多个分割流道。例如图4所示，整流机构5包括：主体51，具有沿周向将流道R分割为多个的多个叶片511；以及分别设置在所述主体51的两端面上的端面板52。另外，各叶片511大体呈矩形，并形成有多个通孔511h。此外，端面板52大体呈圆形，端面板52的周向边缘部上沿周向形成规则的凹凸形状。此外，作为整流机构5，也可以具有多个毛细管。
此外，在流量计4的下游侧中，也可以设置和上述同样的整流机构6。通过这样在流量计4的下游侧设置整流机构6，尽管压力损失变大，但是即便在流量计4的上游侧成为负压、排气逆流的情况下，也可以对所述排气进行整流。
此外，气体分析仪7连续测定排气所含的测定对象成分(例如CO、CO2、NOX、THC、CH4等)的浓度，或测定PN(颗粒数)、PM(颗粒状物质)。另外，测定CO、CO2的浓度时，气体分析仪7可以采用利用非分散型红外吸收法(NDIR法)的NDIR检测器，测定NOX的浓度时，气体分析仪7可以采用使用化学发光分析法(CLD)的CLD检测器，测定THC、CH4的浓度时，气体分析仪7可以采用使用氢火焰离子化分析法(FID)的FID检测器。气体分析仪7可以具有上述任意的检测器，也可以具有上述检测器中的多种检测器。此外，当测定PN(颗粒数)时，气体分析仪7为CPC(颗粒数计数器)，测定PM(颗粒状物质)时，气体分析仪7采用捕集过滤器。此外，气体分析仪7可以是对应测定对象成分、采用各种分析法的检测器。
而且，所述气体分析仪7上连接用于导入采集的排气的导入配管8。导入配管8的一端部与气体分析仪7连接，导入配管8的另一端部设有用于对排气取样的排气取样部9。排气取样部9设置在上述的安装配管3上。所述排气取样部9由用于对流过安装配管3的排气的一部分取样的取样管构成。另外，排气取样部9在安装配管3中，设置在比皮托管41更靠下游侧，从而使压力变动等不会对皮托管41的压差检测产生影响。
利用所述气体分析仪7得到的各成分的浓度信号，被送到上位的计算装置10，和从所述流量计4的流量计算部43输出的流量信号一起，用于各成分的排出质量的计算。
(本实施方式的效果)
按照上述结构的本实施方式的排气分析装置100，由于在安装配管3的流道R中、整流机构5设置在流量计4的上游侧，所以通过降低流入流量计4的排气的、流速分布偏置等流速分布的紊乱，能够降低流量计4的测定误差。特别是在RDE试验中，因为难以充分保证安装配管3的直管部的长度，所以设置整流机构5十分有效。因此，可以高精度测定从车辆V的排气管EH排出的排气流量。这样，能够高精度得到由排气分析装置100获得的各排气成分的排出质量，从而可以提高RDE试验的可靠性。
此外，在RDE试验前进行的、与采用CVS的取样袋测量的相关试验中，由于可以高精度得到采用车载型分析仪(排气分析装置100)获得的排出质量，所以能够准确判断相对采用CVS和取样袋的排出质量、其是否处于规定的误差范围内(例如±10％以内)。
而且，由于流量计4设置在安装配管3的合流管32上，所以能由一个流量计4一举测定从多个排气管EH排出的、排气的合计流量。此外，由于合流管32中流入来自多个支管31的排气，所以在合流管32的流道中容易产生排气的流速分布的紊乱和排气的螺旋流，但是因为合流管32中的流量计4的上游侧设有整流机构5，所以能提高利用流量计4得到的、排气流量的测定精度。
(其他实施方式)
另外，本发明不限于上述实施方式。
例如，所述实施方式的安装配管连接多个排气管，但是也可以只连接一个排气管。
此外，除皮托管式流量计以外，流量计也可以采用测流嘴(flow nozzle)等压差流量计、超声波流量计、涡流量计等其他测定原理的流量计。
而且，可以在安装配管上设置多个流量计。此时，通过取得由多个流量计得到的、排气流量的合计和平均等，计算出从排气管排出的排气的流量。
此外，上述实施方式的排气流量测定单元除了RDE试验以外，还可以用于实验室等的车辆等的开发试验中。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的发明思想的范围内可以进行各种变形。

Claims (8)

1.一种排气流量测定单元，装载在车辆上，测定从车辆的排气管排出的排气的流量，
所述排气流量测定单元的特征在于，包括：
安装配管，连接在所述排气管上，并且形成所述排气所流通的流道；
流量计，设置在所述流道上，测定所述流道中流通的、所述排气的流量；以及
整流机构，在所述流道中设置在所述流量计的上游侧，
所述车辆具有多个排气管，
所述安装配管具有与所述多个排气管连接的多个支管、以及所述多个支管汇合的合流管，
所述流量计和所述整流机构设置在所述合流管上，
从所述多个排气管排出的排气在所述合流管中的比所述流量计和所述整流机构更靠上游侧汇合。
2.根据权利要求1所述的排气流量测定单元，其特征在于，
所述安装配管具有直管部，
所述流量计和所述整流机构设置在所述直管部上。
3.根据权利要求2所述的排气流量测定单元，其特征在于，所述安装配管在所述直管部的上游侧具有曲管部或合流部。
4.根据权利要求1所述的排气流量测定单元，其特征在于，用于所述车辆的实际路上行驶试验。
5.根据权利要求1所述的排气流量测定单元，其特征在于，所述流量计为皮托管式流量计。
6.根据权利要求1所述的排气流量测定单元，其特征在于，还具备排气取样部，所述排气取样部设置在所述流道上，对所述排气进行取样。
7.一种排气分析装置，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的排气流量测定单元；以及
排气分析仪，测定所述排气所含的规定成分的浓度，
所述安装配管上设有排气取样部，所述排气取样部对所述排气进行取样并将其导入所述排气分析仪。
8.根据权利要求7所述的排气分析装置，其特征在于，是车辆装载型的装置。
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