CN110579379A - 一种机动车尾气柔性采样系统及采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车尾气柔性采样系统及采样方法，所述采样系统包括混合气缓冲罐，该混合气缓冲罐连接有尾气进口、空气进口、混合气采样口和尾气出口，还包括控制单元以及与该控制单元连接的尾气流量计、空气流量控制阀和混合气采样控制阀，所述尾气流量计设置于尾气进口和混合气缓冲罐之间，所述空气流量控制阀设置于空气进口和混合气缓冲罐之间，所述混合气采样控制阀设置于混合气采样口和混合气缓冲罐之间；所述采样方法通过以下三种采样模式之一进行机动车尾气采样：a)定稀释比变流量控制模式，b)定流量变稀释比控制模式，c)稀释比和流量柔性调节控制模式。与现有技术相比，本发明具有结构简单、易实现、方便操作等优点。

Description

一种机动车尾气柔性采样系统及采样方法
技术领域
本发明属于机动车排放测试领域，涉及一种尾气采集装置，尤其是涉及一种机动车尾气柔性采样系统及采样方法。
背景技术
随着科技的发展，机动车已成为我们生活不可缺少的交通工具，但是机动车辆排放的尾气已成为空气重要污染源之一。机动车尾气中含有大量的有害物质，包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物、有机离子等。降低机动车排气污染物、满足越来越严格的排放法规要求是机动车行业迫切需要解决的关键技术问题。在此背景下，需要对机动车尾气污染物进行实验室和实际道路试验测量，了解和评价机动车尾气污染物排放状态。除此之外，还需要大量的机动车污染物组分构成、生成机理、净化措施等研究和开发试验，研发机动车尾气污染物净化技术。以上两种情况都需要对机动车尾气进行采样，需要机动车尾气采样装置。
目前，国内外常用的尾气采样装置主要包括定稀释比采样流量变化、定流量采样稀释比变化两种类型，第一种类型稀释比分级变化，稀释气流量与稀释比直接相关，便携性好，适合在实验室或实际道路试验采样，存在采样流量不能柔性可调的缺点；第二种类型稀释气流量固定，稀释比根据尾气流量变化而变化，例如定容稀释采样系统(ConstantVolume Dilution Sampling System，CVS)等。CVS系统测量精度高，常用于机动车污染物法规限值测量，设备体积大，移动不便，仅适合在实验室应用。以上两种采样方式都有一定局限性，无法实现稀释比和采样流量同时柔性可调，不满足机动车污染物组分构成、生成机理、净化措施等试验采样要求。
如中国专利申请CN109655317A公开一种基于动态稀释法的机动车尾气车载测试平台，包括车载OBD解码器、机动车尾气流量测量系统、加热保温采样管和尾气动态稀释系统。车载OBD解码器用来读取实时发动机参数；机动车尾气流量测量系统由不锈钢管、温度传感器、皮托管流量计、压差传感器组成；机动车尾气流量测量系统中的不锈钢管利用机动车排气余热进行加热保温，减少尾气在内壁的凝结损失；加热采样管由聚四氟管、加热和保温层、温度传感器组成，可进行加热保温至60℃，减少污染物的冷凝损失；所述的尾气动态稀释系统包括质量流量计、一级稀释器、二级稀释器、电磁阀、温湿度传感器和气泵，其中，一级稀释器和二级稀释器均包括样气入口、零气入口和稀释腔；在零气进入一级稀释器和二级稀释器前分别设有质量流量计进行流量控制，实现流量精准控制。但该平台无法实现采样稀释比和流量的同时自动调节。
如何实现机动车尾气采样稀释比和采样流量同时柔性可调，满足机动车尾气污染物组分、生成机理、尾气净化装置研发试验采样要求，采取措施控制机动车污染物排放，减少机动车排放对大气环境污染的贡献，已经成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可同时对尾气采样稀释比和采样流量进行柔性调节的机动车尾气柔性采样系统及采样方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种机动车尾气柔性采样系统，包括混合气缓冲罐，该混合气缓冲罐连接有尾气进口、空气进口、混合气采样口和尾气出口，还包括控制单元以及与该控制单元连接的尾气流量计、空气流量控制阀、混合气采样控制阀，所述尾气流量计设置于尾气进口和混合气缓冲罐之间，所述空气流量控制阀设置于空气进口和混合气缓冲罐之间，所述混合气采样控制阀设置于混合气采样口和混合气缓冲罐之间。
进一步地，所述尾气流量计实时采集的信息包括尾气气压、温度和流量。
进一步地，所述混合气缓冲罐外包裹有电热丝和保温层。
进一步地，该系统还包括尾气出口控制阀，所述尾气出口控制阀、尾气出口和混合气缓冲罐依次连接。
进一步地，该系统还包括安装于混合气缓冲罐上的气压温度传感器，该气压温度传感器与控制单元连接。
本发明还提供一种采用上述机动车尾气柔性采样系统的采样方法，所述采样方法通过以下三种采样模式之一进行机动车尾气采样：
a)定稀释比变流量控制模式，b)定流量变稀释比控制模式，c)稀释比和流量柔性调节控制模式。
进一步地，所述定稀释比变流量控制模式下，控制单元根据尾气流量计的实时采集信息和所要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀的空气进量，控制单元控制尾气出口控制阀和混合气采样控制阀的开度。
进一步地，所述定流量变稀释比控制模式下，控制单元控制尾气出口控制阀关闭，固定混合气采样控制阀的开度，控制单元根据尾气流量计的实时采集信息和所要求的采样流量控制调整空气流量控制阀的空气进量。
进一步地，所述稀释比和流量柔性调节控制模式下，控制单元根据尾气流量计的实时采集信息和所要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀的空气进量，同时控制单元根据所要求的采样流量控制尾气出口控制阀和混合气采样控制阀的开度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明设置有多个控制阀，能够实现机动车尾气采样稀释比和采样流量同时柔性可调，满足机动车尾气污染物组分、生成机理、尾气净化装置研发试验采样要求，有利于减少机动车排放对大气环境污染。
2)本发明各部位传感器和控制阀通过控制单元链接，进行实时控制调整，系统结构简单，易实现，方便操作，便携性好。
3)本发明混合气缓冲罐包裹有电热丝和保温层，可根据需求对混合气缓冲罐中的混合气进行加热和保温。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为控制单元及其输入输出信号示意图；
图3为工作过程的流程图。
附图标记说明：
1.尾气进口，2.空气进口，3.尾气流量计，4.空气流量控制阀，5.混合气缓冲罐，6.混合气采样控制阀，7.尾气出口，8.混合气采样口，9.尾气出口控制阀，10.控制单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种机动车尾气柔性采样系统，包括混合气缓冲罐5，该混合气缓冲罐5连接有尾气进口1、空气进口2、混合气采样口8和尾气出口7，所述采样系统还包括控制单元10以及与该控制单元10连接的尾气流量计3、空气流量控制阀4和混合气采样控制阀6，尾气流量计3设置于尾气进口1和混合气缓冲罐5之间，空气流量控制阀4设置于空气进口2和混合气缓冲罐5之间，混合气采样控制阀6设置于混合气采样口8和混合气缓冲罐5之间。尾气流量计3实时采集的信息包括尾气气压、温度和流量。
在另一实施例中，该系统还包括尾气出口控制阀9，尾气出口控制阀9、尾气出口7和混合气缓冲罐5依次连接。
在另一实施例中，该系统还包括安装于混合气缓冲罐5上的气压温度传感器，该气压温度传感器与控制单元10连接。
在另一实施例中，混合气缓冲罐包裹有电热丝和保温层，可根据需求对混合气缓冲罐中的混合气进行加热和保温。
如图2所示，控制单元10输入信号Input1为尾气流量计3实时采集的尾气气压、温度和流量等信号，Input2为混合气缓冲罐5的气压和温度信号；输出信号Output1为控制空气流量控制阀4的流量控制信号，Output2为混合气缓冲罐5的温度控制信号，Output3为尾气出口控制阀9的开度控制信号，Output4为混合气采样控制阀6的流量控制信号。
采用上述机动车尾气柔性采样系统的采样方法中，通过以下三种采样模式之一进行机动车尾气采样：
a)定稀释比变流量控制模式，b)定流量变稀释比控制模式，c)稀释比和流量柔性调节控制模式。
各控制模式的流程如图3所示。
(一)定稀释比变流量控制模式
该模式下，控制单元10根据尾气流量计3实时采集的温度、气压和流量等输入信号和所要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀4的空气进量，达到实时满足要求的采样稀释比，控制单元10控制尾气出口控制阀9和混合气采样控制阀6的开度，混合气采样口8处的气体为采样气体。
(二)定流量变稀释比控制模式
该模式下，控制单元10控制尾气出口控制阀9关闭，混合气采样控制阀6开度固定，控制单元10根据尾气流量计3实时采集的温度、气压和流量等输入信号和所要求的采样流量控制调整空气流量控制阀4的空气进量，达到实时满足所确定的采样流量的要求，混合气采样口8处的气体为采样气体。
(三)稀释比和流量柔性调节控制模式
该模式下，控制单元10根据尾气流量计3实时采集的温度、气压和流量等输入信号和实时要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀4的空气进量，混合气满足实时要求的采样稀释比；同时，控制单元10根据实时采样流量要求控制尾气出口控制阀9开度，以及混合气控制阀6的开度，满足实时要求的采样流量，混合气采样口8处的气体为采样气体。
另外，控制单元10可根据要求控制混合气缓冲罐5的温度，实现混合气的加热及保温。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由本发明所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机动车尾气柔性采样系统，其特征在于，包括混合气缓冲罐(5)，该混合气缓冲罐(5)连接有尾气进口(1)、空气进口(2)、混合气采样口(8)和尾气出口(7)，
还包括控制单元(10)以及与该控制单元(10)连接的尾气流量计(3)、空气流量控制阀(4)和混合气采样控制阀(6)。所述尾气流量计(3)设置于尾气进口(1)和混合气缓冲罐(5)之间，所述空气流量控制阀(4)设置于空气进口(2)和混合气缓冲罐(5)之间，所述混合气采样控制阀(6)设置于混合气采样口(8)和混合气缓冲罐(5)之间。
2.根据权利要求1所述的机动车尾气柔性采样系统，其特征在于，所述尾气流量计(3)实时采集的信息包括尾气气压、温度和流量。
3.根据权利要求1所述的机动车尾气柔性采样系统，其特征在于，所述混合气缓冲罐(5)外包裹有电热丝和保温层。
4.根据权利要求1所述的机动车尾气柔性采样系统，其特征在于，该系统还包括尾气出口控制阀(9)，所述尾气出口控制阀(9)、尾气出口(7)和混合气缓冲罐(5)依次连接。
5.根据权利要求1所述的机动车尾气柔性采样系统，其特征在于，该系统还包括安装于混合气缓冲罐(5)上的气压温度传感器，该气压温度传感器与控制单元(10)连接。
6.一种采用如权利要求4所述的机动车尾气柔性采样系统的采样方法，其特征在于，所述采样方法通过以下三种采样模式之一进行机动车尾气采样：
a)定稀释比变流量控制模式，b)定流量变稀释比控制模式，c)稀释比和流量柔性调节控制模式。
7.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，所述定稀释比变流量控制模式下，控制单元(10)根据尾气流量计(3)的实时采集信息和所要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀(4)的空气进量，控制单元(10)控制尾气出口控制阀(9)和混合气采样控制阀(6)的开度。
8.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，所述定流量变稀释比控制模式下，控制单元(10)控制尾气出口控制阀(9)关闭，固定混合气采样控制阀(6)的开度，控制单元(10)根据尾气流量计(3)的实时采集信息和所要求的采样流量控制调整空气流量控制阀(4)的空气进量。
9.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，所述稀释比和流量柔性调节控制模式下，控制单元(10)根据尾气流量计(3)的实时采集信息和所要求的采样稀释比控制调整空气流量控制阀(4)的空气进量，同时控制单元(10)根据所要求的采样流量控制尾气出口控制阀(9)和混合气采样控制阀(6)的开度。
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