CN111465835A - 废气取样系统 - Google Patents

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Abstract

一种废气取样系统，具有主输送管路(18)、主输送泵(24)，通过所述主输送泵(24)能够将样品气体输入主输送管路(18)中，所述废气取样系统还具有至少一个第一文丘里喷嘴(30)和至少一个第二文丘里喷嘴(32)，其中，所述第一文丘里喷嘴(30)和第二文丘里喷嘴(32)并联连接并且相对于主输送泵(24)处于上游地布置在主输送管路(18)中，其中，所述第一文丘里喷嘴(30)配有第一调节阀(31)，并且所述第二文丘里喷嘴(32)配有第二调节阀(33)。这种废气取样系统的缺点是，调节阀(31、33)的设计是耗费和麻烦的，因而废气取样系统的制造成本增加。此外，这样设计的调节阀(31、33)具有较大的结构空间。因此按照本发明建议，这些调节阀(31、33)设计为夹管阀(40)，其中，每个调节阀(31、33)均具有柔性的、软管状的控制元件(44)和包围所述控制元件(44)的压力室(46)，其中，所述压力室(46)能够被填充流体。

Description

废气取样系统
本发明涉及一种废气取样系统或者说废气采样系统，其具有主输送管路、主输送泵、通过所述主输送泵能够将样品气体输入主输送管路中，所述废气取样系统还具有至少一个第一文丘里喷嘴和至少一个第二文丘里喷嘴，其中，所述第一文丘里喷嘴和第二文丘里喷嘴并联连接并且相对于主输送泵处于上游地布置在主输送管路中，其中，所述第一文丘里喷嘴配有第一调节阀，并且所述第二文丘里喷嘴配有第二调节阀。
在大多数国家或地区存在排放法规，这些排放法规规定在机动车销售前必须进行类型认证。在类型认证中，内燃机或机动车的型号关于排出的有害物质量被检查和认证。在排放法规中还规定了废气测量的方式和方法。在此，基本上有两种不同的测量方法，其中，在第一种测量方法中，分析由内燃机排放的、未稀释的废气并且在知道废气体积流量的情况下确定有害物质量。在第二种测量方法中，将内燃机排放的废气用空气稀释，方式是将该废气引入所谓的CVS(定容取样，英文：constant volume sampling)设备中。在CVS设备中，稀释的废气的体积流量通过文丘里喷嘴保持恒定，其中，由于引入CVS设备中且变化的废气体积流量和稀释的废气的恒定的体积流量之差或多或少地将空气吸入CVS设备中，从而废气根据废气体积流量或多或少地被稀释。在此，当废气体积流量较小时，稀释度较高，并且当废气体积流量较大时，稀释度较低。以此方式得出稀释的废气的有害物质浓度与未稀释的废气浓度和总废气体积流量的乘积之间的比例。在这种情况下，在整个行驶循环中，少量的稀释废气被引入并收集在废气袋中。对收集在废气袋中的稀释的废气进行分析，其中，检测稀释的废气的有害物质浓度并且在知道总废气体积流量的情况下确定包含在废气中的不同的有害物质例如二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物或氮氧化物的废气排放质量。
例如，专利文献EP 2 811 280A1公开了具有稀释通道的这种CVS设备，该稀释通道具有废气进口和空气进口。通过伸入稀释通道中的取样探针提取稀释的废气的样品并且将该样品通过取样管路引入废气袋中。四条彼此分开且并联连接的废气管路在稀释通道的下游延伸。在每条废气管路中分别布置有文丘里喷嘴和调节阀，其中，调节阀分别配属于文丘里喷嘴。分别根据待测试的内燃机改变需要的稀释度。通过调节阀可以启用或禁用个别的废气管路，从而可以分别根据待测试的内燃机调节稀释的废气的体积流量。
气动操纵的活门通常用作调节阀。具有这种调节阀的废气取样系统的缺点是，这种调节阀的设计复杂且昂贵，从而增加了废气取样系统的制造成本。此外，这样设计的调节阀具有较大的结构空间。
因此，本发明所要解决的技术问题是，改进废气取样系统和调节阀，使得调节阀和因此废气取样系统的结构空间以及重量被减小，并且调节阀和废气取样系统能够简单且廉价地制造。
所述技术问题通过按照本发明的根据权利要求1的废气取样系统解决。
所述调节阀设计为夹管阀，其中，每个调节阀均具有柔性的、软管状的控制元件和包围所述控制元件的压力室，其中，所述压力室能够被填充流体，由此实现一种结构简单且工作方式简单的调节阀，这种调节阀具有减小的结构空间和减小的重量。以此方式减小了废气取样系统的结构空间、重量和制造成本。
控制元件由高弹性的弹性体制造，控制元件居中地布置在阀壳体中并且在两端分别通过法兰或套筒固定在阀壳体上。阀壳体和控制元件的外周面限定压力室的边界。通过将流体输送到压力室中，控制元件如此变形，使得由未变形的控制元件形成的通流开口被阻塞并且调节阀的通流横截面被关闭。为了打开调节阀，对压力室通风或排空，其中，控制元件由于其弹性完全变形回到未变形的初始状态，在该初始状态下通流开口打开。
所述调节阀优选设计为气动的夹管阀，其中，各个调节阀的压力室与压缩空气管路流体连通。由此，调节阀能够以简单且廉价的方式被操纵。
在优选的设计方案中，压缩空气管路具有压力开关。由此能够以廉价的方式检测调节阀的开关状态，其中，压力开关仅检测压力腔填充有流体还是被通风。由此例如识别压缩空气源的故障。
优选地，压力室通过压缩空气管路能够可选地与加压腔或真空腔连接。当压力室与真空腔连接时，在压力室和主输送管路之间产生这样的压力差，使得控制元件径向向外承受载荷并且确保夹管阀的可靠的打开。
调节阀优选设计为液压的夹管阀，其中，所述压力室能够被填充液体。由此，在调节阀的关闭状态下实现更好的密封。
优选地，第一文丘里喷嘴的通流横截面设计为大于第二文丘里喷嘴的通流横截面，从而能够以简单的方式调节稀释的废气的两种以上的恒定的体积流量，方式是，第一调节阀打开并且第二调节阀关闭、第二调节阀打开并且第一调节阀关闭或者两个调节阀都打开。
在优选的设计方案中，软管状的控制元件在调节阀的打开位置中与邻接的管段齐平地连接。由此防止流动损失。
优选地，在所述调节阀的打开位置中，所述控制元件的内径等于与之邻接的管段的内径。由此防止在调节阀的打开位置中的流动损失。
优选设有四个并联连接的、分别具有调节阀的文丘里喷嘴。优选地，所述四个并联连接的文丘里喷嘴具有不同的直径。
由此可以调节稀释的废气的15种不同的、恒定的体积流量。以此方式，这种废气取样系统可以用于多种不同的内燃机的废气测量。
在优选的设计方案中，所述调节阀相对于文丘里喷嘴布置在下游，从而防止稀释的废气在样品气体提取装置附近受到不利的流动影响。
由此提供一种废气取样系统，该废气取样系统具有能简单且廉价地制造的调节阀，这些调节阀具有较小的结构空间和减小的重量。
以下结合附图根据优选实施方式对本发明进行更详尽的阐述。
图1示出按照本发明的废气取样系统的流动线路示意图，和
图2示出在图1中示出的废气取样系统的调节阀的示意图。
按照本发明的废气取样系统2包括空气进口10，在空气进口10上布置有空气过滤器12。空气进入空气通道14，空气取样探针15伸入该空气通道14中，通过空气取样探针15持续地在测量过程中提取空气样品。空气通道14通入混合区16中，在混合区16内空气与来自废气源20的废气均匀混合，废气源20连接到与废气通道22连通的废气进口21上。混合区16是主输送管路18的第一区段，由空气和废气组成的样品气体流过主输送管路18。在主输送管路18中可以布置用于调节样品气体的器件、例如用于调节样品气体的固定温度的热交换器。另外，在主输送管路18中布置有测量仪器23，测量仪器23用于主输送管路18内的温度测量和压力测量并且因此用于测量主输送管路18中的体积流量。样品气体的输送通过主输送泵24实现。
一个或多个取样探针27伸入主输送管路18中，通过取样探针27可以提取样品气体的代表性的样品。主输送泵24确保主输送管路18中的足够的通流量。在主输送泵24的前方紧邻地布置有压力测量装置28，通过该压力测量装置28测量主输送泵24前方的压力。
沿流动方向在取样探针27和主输送泵24之间在主输送管路18中布置有四个文丘里喷嘴30、32、34、36。文丘里喷嘴30、32、34、36在超临界范围内运行，其中，由主输送泵24确保该超临界范围。文丘里喷嘴30、32、34、36的通流根据流体力学定律进行，从而通过文丘里喷嘴30、32、34、36在足够的输送压力下调节样品气体的恒定的体积流量。
当测试不同的内燃机时，由于内燃机的尺寸不同，从废气源20排出并且引入主输送管路18中的废气体积流量改变。在此，在废气体积流量较低的情况下，在样品气体中的废气份额下降，其中，样品气体中的有害物质浓度可能下降到临界值以下，因此不再能进行可靠的有害物质测量。在相反的情况下，样品气体中的废气份额升高，使得溶在废气中的水蒸气冷凝并且测量结果因此失真。
为了建立样品气体中的废气量和空气量之间的最佳比例，在主输送管路18中布置四个彼此并联的文丘里喷嘴30、32、34、36，其中，每个文丘里喷嘴30、32、34、36分别配有调节阀31、33、35、37。
每个调节阀31、33、35、37可以在打开位置和关闭位置之间被调节，由此可以根据需要调节样品气体的用于废气测量的恒定的体积流量。另外，四个文丘里喷嘴30、32、34、36具有不同的通流横截面，从而通过相应的调节阀31、33、35、37的关闭或打开结合文丘里喷嘴30、32、34、36的不同的通流横截面可以调节样品气体的15种不同的体积流量。
按照本发明，调节阀31、33、35、37设计为夹管阀40。这种夹管阀40在图2中示意性地示出，其中，打开位置用实线示出，并且关闭位置用虚线示出。夹管阀40设计为气动的夹管阀40并且具有阀壳体42，在阀壳体42中布置有控制元件44，控制元件44设计为管状并且是高弹性的，例如由高弹性的弹性体构成。此外，在阀壳体42中构造有压力室46，压力室46由控制元件44和阀壳体42限定边界。压力室46通过压缩空气管路48和布置在压缩空气管路48中的调节阀50可选地能与加压腔52或真空腔54流体连通。此外，压缩空气管路48具有压力开关51，通过压力开关51检测夹管阀40的开关状态。
在气动的夹管阀40的关闭位置中，压力室46充有压缩空气，其中，高弹性的控制元件44径向向内均匀地变形并且夹管阀40的通流横截面关闭。当从夹管阀40的关闭位置切换到打开位置时，压力室46被通风并且与真空腔54流体连通，其中，高弹性的控制元件44由于其弹性而变形到初始位置中。由于压力室46与真空腔54流体连通，在压力室46中存在着比主输送管路18中更低的压力，从而由于压力差，控制元件44径向向外承受载荷并且确保了夹管阀40的可靠的打开。
经由至少一个取样探针27和样品气体提取管路26，样品气体借助于样品气体输送泵68通过样品气体提取管路66被输入一个或多个样品气体袋70中。
此外，样品气体袋70还通过样品气体分析管路72与一个或多个分析仪76连接，在样品气体分析管路72中布置有样品气体输送装置74。在该分析仪76中确定废气中的有害物质、尤其碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物的份额。
通过空气取样探针15提取的空气经由空气样品管路56借助于空气输送泵58被输入空气袋62中。为了能够稳定且干净地提取该空气流，在空气样品管路56中布置有与流量测量装置64连接的流量调节器60。对收集在空气袋62中的空气关于有害物质浓度进行分析，并且通过所得到的空气中有害物质浓度的值对样品气体的有害物质浓度进行修正。
废气取样系统2如此运行，使得测试循环以废气源20的启动开始。在该时间点，主输送泵24输送样品气体通过主输送管路18，其中，在充足的输送压力下并且通过文丘里喷嘴30、32、34、36产生恒定的体积流量。单独的文丘里喷嘴30、32、34、36根据需要由相应的调节阀31、33、35、37启用或禁用，由此调节测量所需的体积流量。在此，设计为气动的夹管阀40的调节阀31、33、35、37在关闭位置中分别通过压缩空气管路48与加压腔52流体连通，因此压力室46被填充以压缩空气，高弹性的控制元件44径向向内变形，并且夹管阀40的通流横截面被关闭。在单独的调节阀31、33、35、37的打开位置中，相应的夹管阀40的压力室46被通风并且与真空腔54连接，因此在压力室46中存在比在主输送管路18中更低的压力，从而高弹性的控制元件44由于控制元件44的弹性和存在于压力室46中的压力发生变形，并且夹管阀40的通流横截面被打开。调节阀31、33、35、37的开关位置通过相应的压力开关51检测。
通过空气取样探针15从空气通道14将样品空气流通过空气样品管路56借助于空气输送泵58输送至空气袋62。同时，样品气体经由一个或多个取样探针27借助样品气体输送泵68通过样品气体提取管路66输送至一个或多个样品气体袋70。在测试循环结束时，关闭样品气体输送泵68。另外，在该第二步骤中，启动样品气体输送装置74，从而将收集的样品气体从样品气体袋70通过样品气体分析管路72输送至分析仪76。在该过程中，主输送泵24继续运转，以便将存在于主输送管路18中的残余废气排出。
由此提供一种废气取样系统，该废气取样系统具有能简单且廉价地制造的调节阀，这些调节阀具有较小的结构空间和减小的重量。应当清楚的是，本申请独立权利要求的保护范围不被局限于所述设备的实施例。

Claims (11)

1.一种废气取样系统，具有
主输送管路(18)；
主输送泵(24)，通过所述主输送泵(24)能够将样品气体输入主输送管路(18)中；和
至少一个第一文丘里喷嘴(30)和至少一个第二文丘里喷嘴(32)，其中，所述第一文丘里喷嘴(30)和第二文丘里喷嘴(32)并联连接并且相对于主输送泵(24)处于上游地布置在所述主输送管路(18)中，其中，所述第一文丘里喷嘴(30)配有第一调节阀(31)，并且所述第二文丘里喷嘴(32)配有第二调节阀(33)，
其特征在于，这些调节阀(31、33)设计为夹管阀(40)，其中，每个调节阀(31、33)均具有柔性的、软管状的控制元件(44)和包围所述控制元件(44)的压力室(46)，其中，所述压力室(46)能够被填充流体。
2.根据权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，所述调节阀(31、33)设计为气动的夹管阀(40)，其中，各个调节阀(31、33)的压力室(46)与压缩空气管路(48)流体连通。
3.根据权利要求2所述的废气取样系统，其特征在于，所述压缩空气管路(48)具有压力开关(51)。
4.根据权利要求2或3所述的废气取样系统，其特征在于，所述压力室(46)通过所述压缩空气管路(48)能够可选地与加压腔(52)或真空腔(54)连接。
5.根据权利要求1所述的废气取样系统，其特征在于，所述调节阀(31、33)设计为液压的夹管阀(40)，其中，所述压力室(46)能够被填充液体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的废气取样系统，其特征在于，所述第一文丘里喷嘴(30)的通流横截面设计为大于所述第二文丘里喷嘴(32)的通流横截面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的废气取样系统，其特征在于，软管状的控制元件(44)在调节阀(31、33)的打开位置中与邻接的管段齐平地连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的废气取样系统，其特征在于，在调节阀(31、33)的打开位置中，所述控制元件(31、33)的内径等于与之邻接的管段的内径。
9.根据前述权利要求中任一项所述的废气取样系统，其特征在于，设有四个并联连接的、分别具有调节阀(31、33、35、37)的文丘里喷嘴(30、32、34、36)。
10.根据权利要求9所述的废气取样系统，其特征在于，四个并联连接的文丘里喷嘴(30、32、34、36)具有不同的直径。
11.根据前述权利要求中任一项所述的废气取样系统，其特征在于，所述调节阀(31、33)相对于所述文丘里喷嘴(30、32)布置在下游。
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