CN1110704C - 排气测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可连续测定排气中含有的液体颗粒物质的排气测定装置。利用高温颗粒过滤器(34)除去由抽出管(47)抽出的排气中的煤烟颗粒，用通过冷却用稀释空气供给管50供给的空气将其冷却到52℃以下，使上述气体通过由氟化树脂构成的液体颗粒状物质用过滤器(48)，利用压差计(49)测量由过滤器(48)产生的与液体颗粒状物质的捕获量成比例的压差。

Description

排气测定装置

本发明涉及排气测定装置，尤其涉及测定发动机的排出气体中液体颗粒状物质的排气测定装置。

在例如特原平7-84900号文献中公开了测定由内燃机组成的发动机特别是柴油机的排出气体的排气测定装置。该装置从排气管抽出发动机排出的气体的一部分，并将其导入小型稀释管，在该稀释管中以空气稀释排气，测定其中的氮氧化物等。

现有的这类测定装置的主要用途是测定排气中所含的有害物质中特别重要的氮氧化物。可是，在柴油发动机的排气中常含有煤烟颗粒(SOOT)和液体颗粒状物质(SOF)，在此，将它们统称为颗粒物质。对于这类颗粒物质，借助于在被小型稀释导管稀释的排气的一部分的计量测定用抽出管的管路中设置颗粒过滤器，通过颗粒过滤器捕集上述颗粒物质，再用微感量天平测量被捕集的颗粒物质的重量。

利用现有的这类颗粒过滤器捕获颗粒物质，再用微感量天平称重，因为分批进行测定，效率非常低，并且不能进行连续测定，即不能准确测量发动机在运行状态下排出的液体颗粒物质。

虽然曾尝试将使用过滤器的差压测定法用于测量颗粒物质，但对液体颗粒物质而言，因为其含量与压差之间呈现的不是线性关系，所以对液体颗粒物质尤其不能用差压法进行测定。

本申请的发明人就捕集液体颗粒状物质的过滤器的上游和下游间的差压与被捕捉的液体颗粒状物质的量之间不成线性关系的原因进行了一些调查研究，查出其原因是由于液体颗粒状物质浸透过滤材料而引起的。即在过滤器差压测定法中虽然适合测定煤烟颗粒(SOOT)，但因液体颗粒状物质(SOF)浸透到过滤材料中，使排出气体中的液体颗粒状物质的含量与通气阻力不成正比，因此，在过滤器的上游和下游之间不能产生准确的压差，故而，不能测定排气中的颗粒状物质。

根据上述见解，本发明的目的是提供可以连续精确测定尤其是发动机的排气中的液体颗粒状物质的测定装置。

本发明的测定发动机的排出气体中的液体颗粒状物质的排气测定装置的特征在于包括：

与流过含有上述液体颗粒状物质的排出气体的管路相连接并由不被上述液体颗粒状物质浸透的材料构成的过滤器；

测量上述管路的上述过滤器的上游和下游侧的压差的压差计；

根据上述压差计的测量值测定排出气体中的液体颗粒状物质的含有量。

可以把除去排气中煤烟颗粒的过滤器连在测定上述管路的上述液体颗粒状物质的过滤器的上游侧。

可以在除去上述煤烟颗粒的过滤器与测定上述液体颗粒状物质的过滤器之间连接向上述排气中供给稀释空气使温度降低到上述液体颗粒物质的液化温度以下的冷却装置。

图1是排出气体测定装置的整体结构的配管图；

图2是用于抽出排气的主要连接部分的放大配管图；

图3是用于测定液体颗粒状物质的主要结构的放大配管图；

图4为测定液体颗粒状物质用的过滤器的平面图；

图5是图4的剖视图；

图6为表示液体颗粒状物质的捕集量与压差的关系的曲线。

图中符号说明10.发动机、11.排气歧管、12.排气管、13.排气压调整用蝶阀、14.消音器、15.排气管、16.共振器、17.烟道、18.排气鼓风机、19.吸气管、20.流量计、22.小型稀释管、23.空气导入管、24.空气泵、25.稀释空气供给管、26.稀释空气压力调整阀、27.热交换器、28.鼓风机、29.旁路测试孔、30.取样管、31.采样测试孔、32.取样泵、33.NOx计、34.颗粒过滤器、35.取样泵、36.流量计、37.前处理装置、38.NOx计、39、40.压差计、41.燃料计、42.电动机、43.变换器、44.计算机、47.抽出管、48.液体颗粒物质(SOF)用过滤器、49.压差计、50.冷却用稀释空气供给管、51.泵、52.流量计、53.温度计、54.温度/电信号转换器、55.记录仪

图1是与本发明的一个实施例有关的排气测定装置的整体结构图，安装在柴油机10的侧面上的排气岐管11与排气管12相连，排气管12与调整排气压用的蝶阀13和消音器14相连。

消音器14的出口侧与另一根排气管15相连，该排气管15与防止脉动用的共振器16以分支方式相连。另外，排气管15的上端与大气相通，同时，该管的通向大气的部分靠近烟道17的入口部分。烟道17的前端侧与排气鼓风机18相连。

吸气岐管安装在上述发动机10的另一侧，吸气管19与该吸气岐管的前端相连，吸气管19还与流量计20相连。

另外，该排气测定装置装有小型稀释管22。该小型稀释管22的入口部分与空气导入管23相连。在空气导管23的前端侧设有用于导入稀释空气的空气泵24。设有这种空气泵24的空气导入管23的前端侧在开放状态下与稀释空气供给管25的端部对置。另外，在空气导入管23的中间位置装有稀释空气压力调整阀26。

与此相应，在小型稀释导管22的下游侧装有热交换器27，鼓风机28与热交换器27的下游侧相连。鼓风机28是以一定转速转动的鼓风机。

在与消音器14的下游侧相连的排气管15的直立部分上设有旁路测试孔29，取样管30的一端插入低于该测试孔29的下侧部分，通过取样管30抽出排气，并将其导入小型稀释导管22中，采样测试孔31位于取样管30上。

排气管15的测试孔29和取样管30的测试孔31分别起节流阀的作用，根据这两个测试孔29和31的空气阻力比分配流出各孔的排出气体流量。因为各测试孔29，31的输入压力在同样的采样点处是一定的，所以通过控制输出压力可以改变排出气体的分配率。

在微型稀释导管22中插有小直径细管，该细管上装有用于对被小型稀释导管22稀释的排气的一部分进行采样的取样泵32。该取样泵32的下游侧装有NOx计33。NOx计33还与控制用计算机44相连。

颗粒过滤器34、液体颗粒状物质用过滤器48、取样泵35、流量计36分别与插入小型稀释导管22中的另一细管相连。

前处理装置37与插在比上述消音器14的出口侧的直立排气管15低的下侧部分细管相连。NOx计38连接在前处理装置37的下游侧，Nox计38与控制用计算机44相连。

如放大图2所示，为了检测设置在上述排气管15直立部分上的旁路测试孔29的两侧压力差，设置了压差计39。另外，在抽出排气的取样管30上设置检测在其途中的取样测试孔31两侧压差的压差计40。将上述压差计39、40检测的压力同时输入控制用计算机44。

上述吸气管19的流量计20和测定供给发动机10的燃料量的燃料计41均与控制用计算机44相连。计算机44根据流量计20和燃料计41的测定值计算出发动机10的总排出量即排出气体的流量。鼓风机28的转速计与计算机44相连。计算机44根据上述鼓风机28的转数计算出小型稀释管22的流量。

下面结合图3说明用于分别测定包含在排气中的煤烟颗粒(SOOT)和液体状颗粒物质(SOF)的装置。用于液体颗粒状物质(SOF)的过滤器48在与用于测定煤烟颗粒状物质的过滤器34相连的管路47的下游侧相连。还设置了测定过滤器48的上游侧与下游侧的压力差的压差计419。处于过滤器34的下游侧的冷却用稀释空气供给管50与过滤器48的上游侧相连。泵51和流量计52分别与供给管50相连。

流量计52的输出和泵35的下游侧的流量计36的检测输出分别输入控制用计算机44。记录仪55与该计算机44相连。温度计53安装在液体颗粒状物质用过滤器48的上游侧，该温度计53的输出通过温度/电变换器54变换成电信号输入控制用计算机44。

下面参照图4和5说明上述液体颗粒状物质(SOF)用过滤器48，该过滤器是用含氟树脂(如商品名聚四氟乙烯)的片料构成，片料上加工有无数直径约10μm的孔，由于由氟树脂构成的这种过滤器不能吸收液体颗粒状物质(SOF)，因此在其两侧产生精确的与排气中含有的液体颗粒状物质的量成正比的压差。

在上述结构中，因图1所示的发动机10的运行所产生的排出气体通过排气岐管11和排气管12取出。此时，通过用于调节排气压的蝶阀13可对排气压进行调节，同时通过消音器14降低排气脉动。然后，流过排气管15的排出气体的一部分由取样管30抽出，并导入小型稀释导管22。

在小型稀释导管22中；利用通过空气导入管23导入的大气稀释排出气体，用于稀释的大气由稀释空气供给管25供给，空气泵24将供给管25供给的空气吸入空气导入管23。

利用取样泵32对已稀释的排气采样，并将其导入NOx计33，对氮氧化物含量进行测定。另外，通过取样泵35抽取的已稀释的排气通过颗粒过滤器34，计量此时由过滤器34捕集的颗粒量。然后，在液体颗粒状物质用过滤器48内计量此时由过滤器48捕集的液体颗粒状物质的量。

在消音器14的出口侧从排气管15直接抽出稀释前的发动机10的排气，在通过前处理装置37前处理后，由Nox计38进行测定。

下面说明用于通过空气导入管23调整吸入到小型稀释导管22中的空气量的结构，这时与空气导入管23连接的空气泵24通过电动机42驱动。电动机42的转数通过变换器43控制。变换器43根据计算机44的信号进行调整。

小型稀释导管22内的流量、排出气体的流量、小型稀释导管22内的NOx浓度、稀释前的排气的NOx浓度均分别输入计算机44而被存贮起来。小型稀释导管22内的流量按照小型稀释导管的流量测定法测定。排放气体的流量作为吸入空气量和燃料流量之和测定。小型稀释导管22内的NOx浓度由NOx计33测定，稀释前的排气中的NOx浓度由NOx计38测定。

如果把示踪气体作为氮氧化物，则可根据发动机10排出的气体中的氮氧化物的全量与小型稀释导管22内的稀释气体中的氮氧化物的全量比进行计算，图1所示的排气测定装置的小型稀释导管22内的排出气体的分割比可用下式表示：

下面说明对排出气体中含有的液体颗粒状物质(SOF)的测定。通过如图3所示的抽出管47抽出在小型稀释导管22中已稀释的排出气体，同时，利用颗粒过滤器34除去其中含有的煤烟颗粒(SOOT)。过滤器34由190℃的高温型煤烟颗粒除去用过滤器构成。除去煤烟颗粒后，通过冷却用稀释空气供给管50稀释上述除去煤烟颗粒后的气体，并使其温度冷却至液体颗粒状物质的液化温度52℃。是否在正确的温度下冷却通过温度计53进行测量，其温度值通过变换器54变换成电信号后输入控制用计算机44。因此，计算机44根据测定温度控制泵51的转数，借此调整到合适的温度。

将降温至适合温度下的稀释的排出气体供给到液体颗粒状物质用过滤器48。液体颗粒状物质(SOF)附着在图4和图5所示的氟化树脂片料的微孔的内周面上，在该过滤器48的两侧形成与过滤器48捕集的液体颗粒状物质的量相应的压差。上述压差由压差计49测量。在将此测量值输入控制用计算机44的同时，由该计算机44驱动记录仪55，以便连续测量上述测量值。

为了如此测定排气中的液体颗粒物质，使由抽出管47从稀释导管22中抽出的排气通过用于除去煤烟颗粒的过滤器34，再利用通过冷却用稀释空气供给管50供给的空气使其冷却至52℃，供给到用于液体颗粒状物质的过滤器48。

该过滤器48如图4和图5所示由在氟化树脂片料上均匀加工出无数小孔的过滤材料构成，以便捕集排气中含有的液体颗粒状物质(SOF粒子)。捕集的液体颗粒附着在过滤器48的孔的内周面上，如图6所示，产生与液体颗粒状物质(SOF)的捕获量相应的通气阻力。该通气阻力通过压差计49测定过滤器48上、下游之间的压差确定。因此，可以连续测量液体颗粒状物质。

这样，通过由加热过滤器构成的颗粒过滤器34除去排气中的煤烟颗粒，为了液化产生液体颗粒状物质(SOF)而进行必要冷却后捕集上述颗粒状物质而形成压差，采用不浸透液体颗粒状物质的膜过滤器48。当排气中的液体颗粒状物质通过该过滤器48时，借助该过滤器的小孔部分捕集液体颗粒状物质而形成压差，根据所形成的压差可连续精确地测定液体颗粒状物质的含量。

本发明包括在含有液体颗粒状物质的排气流过的管路上事先安装的由不浸透液体颗粒状物质的材料构成的过滤器，测量连在管路上的该过滤器的上游和下游之间的压差的压差计，根据压差计的测量值测定排气中液体颗粒状物质的含量。

按照本发明，当含有液体颗粒状物质的排气通过该过滤器时，该过滤器捕集液体颗粒状物质，使其附着在过滤器表面上，在该过滤器的上游和下游侧之间形成压差，利用压差计测量此压差，便可连续测定排气中的液体颗粒物质的浓度。

如果将除去排气中煤烟颗粒的过滤器连在测定管路中液体颗粒状物质的过滤器的上游侧，则可精确地测定除去了煤烟颗粒的排气中的液体颗粒状物质。

如果向处于除去煤烟颗粒的过滤器与测定液体颗粒状物质的过滤器之间的排气供给稀释空气，通过冷却装置使温度降到液体颗粒状物质的液化温度以下，则可使液体颗粒状物质在测定液体颗粒状物质的过滤器的上游侧确实液化，从而在其通过该过滤器时能确实地被捕获。

Claims (3)

1、一种测定发动机排气中液体颗粒状物质的排气测定装置，其特征在于，包括：

与上述含有液体颗粒状物质的排气流过的管路(47)相连并由不浸透上述液体颗粒状物质的材料制成的过滤器(48)；

测量上述管路的上述过滤器(48)上游和下游侧之间的压差的压差计(49)；

在上述管路的过滤器的上游侧除去排出气体中的煤烟颗粒的过滤器(34)；

在上述过滤器(34)和过滤器(48)之间将稀释空气供给到上述排气中，使上述排气温度降低到上述液体颗粒状物质的液化温度以下的冷却装置(50)；

根据上述压差计的测量值测定排出气体中的液体颗粒状物质的含量。

2、如权利要求1所述的排气测定装置，其特征在于，所述过滤器(48)由含氟树脂构成。

3、如权利要求1所述的排气测定装置，其特征在于，用流量计(36，52)测量所述含有液体粒状物质的排出气体的流量和所述稀释空气的流量。

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