CN201075065Y - 发动机排气颗粒部分稀释取样系统 - Google Patents
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Abstract
一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是解决目前因没有单独为发动机颗粒数量排放测试的稀释系统，从而无法对纳米/亚微米颗粒排放物粒度分布进行测量的问题，本系统包括：在发动机的排气管内置有一排气取样探头，将取到的发动机排放颗粒通过排气传输管送到一连接空气过滤器并带有节流装置的稀释风道内进行稀释，通过一稀释后颗粒取样管输出该稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布，并进行测量，由一CO2分析仪测量计算出稀释风道内稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要，本系统取样量大，测量迅速。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是属于汽车以及环保领域的技术。
背景技术
目前汽车发动机排放颗粒的测试仅限于柴油机的颗粒质量排放。
为了对发动机排放颗粒的数量浓度进行测量，尤其针对纳米/亚微米级颗粒物排放的测量，就需要对发动机排气进行稀释和冷却，例如将发动机排气中的部分气体抽取出来，与稀释空气进行混合，达到颗粒部分稀释取样，从而达到对发动机排放颗粒的数量浓度进行测量的目的。
上述针对发动机颗粒排放测试是只限于质量排放，而无单独为发动机颗粒数量排放测试需要设计的发动机稀释系统，从而无法对纳米/亚微米颗粒排放物粒度分布的测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于测量发动机排放的颗粒数量和粒度分布的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是一种单独为汽车发动机颗粒数量排放测试需要设计的发动机稀释系统，本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于包括：
发动机的排气管有一段区域为不弯曲的直管段；
一排气取样探头，置于所述直管段内的管向中心线位置，是一端为开口的管子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口，该取样口面向排气管上游，以排气取样探头的取样口为界限，面向该取样口的直管段为上游段，背向该取样口的直管段为下游段；
一空气过滤器，过滤空气中的颗粒物；
一稀释风道，与所述空气过滤器连接，所述空气过滤器过滤后的空气作为稀释风道内的稀释用空气；
一排气传输管，输入端与所述排气取样探头的出口端连接，出口端连接所述稀释风道，并穿过所述稀释风道的管壁于该稀释风道的管内径中心处直角转弯向该稀释风道的下游方向延伸成一段节流段，该节流段的出口端为开口端，从该节流段的出口端流出发动机排放颗粒；
一节流装置，置于所述稀释风道内壁的所述节流段的出口端，该节流装置的中心处有孔洞，该孔洞对准所述节流段的出口端，该孔洞的直径大于所述节流段出口端的口径，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口；
一离心风机，置于所述稀释风道的下游的终端处，使所述节流装置的孔洞处形成真空度，从而将所述发动机排气管的直管段中发动机排放颗粒通过所述排气取样探头及所述排气传输管抽吸入所述稀释风道内；
一稀释后颗粒取样管，从所述稀释风道的下游近终端处引出，该稀释后颗粒取样管在所述稀释风道内的一端延伸到该稀释风道内的管向中心处直角转弯向稀释风道的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头，开口端为稀释后的发动机排放颗粒的取样口，该稀释后颗粒取样管的另一端连接一颗粒数量分析仪，测量稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布；
一CO2分析仪，通过一根传输空气中CO2的传输管与所述稀释风道于接近空气过滤器处连接；通过一根传输发动机排放颗粒中CO2的传输管与所述排气传输管连接；通过一根传输稀释后颗粒中CO2的传输管与所述稀释风道于接近稀释后颗粒取样头处连接，以此，该CO2分析仪通过对空气中CO2、发动机排放颗粒中CO2以及稀释颗粒中CO2的测试后计算出稀释风道中的发动机排放颗粒的稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。
所述排气管的直管段的长度为所述直管段的管内径的9倍。
所述上游段的长度为所述直管段的管内径的6倍，所述下游段的长度为所述直管段的管内径的3倍。
所述排气管的直管段的管内径与所述排气取样探头的管管内径比大于4，其中所述排气取样探头的管内径最小为4mm，。
所述稀释风道的管内径不大于200mm，当所述稀释风道管内径采用大于75mm时，稀释风道的壁厚与管内径之比大于0.025；当所述稀释风道管内径采用等于或小于75mm时，所述稀释风道壁厚不小于1.5mm。
所述节流装置采用有中心孔的孔板或采用文氏管。
所述稀释后颗粒取样头的取样口到所述节流段的出口端的距离最小为所述稀释风道管内径的10倍。
所述稀释风道内的雷诺数不低于4000。
本实用新型效果：
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统是单独为汽车发动机颗粒数量排放测试需要设计的发动机稀释系统，本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
本稀释系统尺寸小，投资少，适用于各种排量的汽车发动机，稀释系统取样量大，测量迅速。
为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细的描述。
附图说明
图1为本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的结构图。
附图中主要部件的标记说明：
10，空气过滤器 20，稀释风道 21，传输空气中CO2的传输管
22，传输稀释后颗粒中 CO2的传输管 30，离心风机
40，节流装置 50，CO2分析仪 60，排气取样探头
70，直管段 701，上游段 702，下游段
80，排气传输管 80′，节流段
81，传输发动机排放颗粒中 CO2的传输管 90，稀释后颗粒取样管
90′，稀释后颗粒取样头 100，发动机排气颗粒部分稀释取样系统
200，发动机 210，排气管 300，颗粒数量分析仪
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的具体实施方式进行详细说明。
参见图1，图1为本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的结构图。
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统100主要包括空气过滤器10、稀释风道20、离心风机30、节流装置40，CO2气体分析仪50及排气取样探头60。
下面对组成本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的上述部件的结构及功能以及各部件之间的连接关系进行详细说明。
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统要求发动机200的排气管210有一段区域为不弯曲的直管段70，该段直管段70内壁光滑，以减少惯性损失和保持压力稳定，直管段70的长度为排气管的直管段70的管内径D1的9倍为佳(图1为示意图，没按此比例制图)。
沿排气管的直管段70内的管向中心线位置上置有排气取样探头60，排气取样探头60是一端为开口的管子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口，取样口面向排气管上游(即面向发动机排气口)。
上述排气取样探头60的在排气管的直管段70中心线的位置这样决定的：以排气取样探头60的取样口为界限，面向取样口的直管段70的这一段为上游段701，上游段701的长度是6D1为佳，背向取样口的直管段70的这一段为下游段702，下游段702的长度是3D1为佳(如上所述，D1为直管段70的管内径，图1为示意图，没按此比例制图)。
排气取样探头60的管内径最小为4mm，排气管的直管段70的管内径D1与排气取样探头60的管内径比大于4(图1为示意图，没按此比例制图)。
一空气过滤器10连接一稀释风道20。该空气过滤器10的过滤效率为99.99％(针对0.3um颗粒物)，过滤后的空气作为稀释风道20内的稀释用空气。
稀释风道20为不锈钢管，内部光滑，耐腐耐温，绝热，以减少热泳损失和扩散损失。如果稀释风道管内径采用大于75mm时，壁厚与稀释风道管内径之比大于0.025。如果稀释风道管内径采用等于或小于75mm时，一般壁厚不小于1.5mm。考虑空间布置，稀释风道的管内径不大于200mm为佳。
排气取样探头60的出口端连接一排气传输管80的输入端，排气传输管80采用绝热材料，如果长于1米，为了减少传输管传输过程中颗粒的热泳损失，此时宜将其加热保温，最高温度达到250℃。
排气传输管80的出口端连接上述稀释风道20，并穿过稀释风道20的管壁于稀释风道20的管内径中心处直角转弯向稀释风道20的下游方向延伸成一段节流段80′，节流段80′的出口端为开口端，这样，使排气取样探头60取到的发动机排放颗粒通过排气传输管80传输到稀释风道20内。为了减少排气传输管80中的颗粒损失，排气传输管80中的气体流速大于10m/s。
在稀释风道20内壁于节流段80′的出口端处置有一个节流装置40，节流装置40的中心处有孔洞，孔洞的直径大于节流段80′的出口端的口径(孔洞的直径的大小，取决于下面要说明的所需的稀释比的大小)，该孔洞对准节流段80′的出口端，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口。本实施例的节流装置40采用有中心孔的孔板，也可采用文氏管。
在稀释风道20的下游的终端连接一离心风机30，使节流装置40的孔洞处形成真空度，从而将发动机200排气管210的直管段70中的废气通过排气取样探头60以及排气传输管80抽吸入稀释风道20内。
在稀释风道20的下游近终端处引出一根稀释后颗粒取样管90，稀释后颗粒取样管90在稀释风道20内的一端延伸到稀释风道20内的管向中心处直角转弯向稀释风道20的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头90′，开口端为稀释后的发动机排放颗粒的取样口，稀释后颗粒取样管90的另一端连接一颗粒数量分析仪300，由稀释后颗粒取样头90′将稀释后的发动机排放颗粒取样后通过稀释后颗粒取样管90传送到颗粒数量分析仪300进行发动机排放的颗粒数量和粒度分布的测量。
上述稀释后颗粒取样头90′的设置位置是这样决定的：设稀释风道20的管内径为D2，稀释后颗粒取样头90′的取样口到上述节流段80′的出口端的距离为10D2为佳(图1为示意图，没按此比例制图)，以保证排气和稀释空气充分混合。
上述颗粒数量分析仪300测定的颗粒数量和粒度分布是稀释风道20将发动机排放颗粒稀释后的数据，发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据是由颗粒数量分析仪300测定的颗粒数量和粒度分布再乘以稀释比。
该稀释比的标定由下述部件完成。
上述稀释风道20于接近空气过滤器10处引出一根传输空气中CO2的传输管21，传输空气中CO2的传输管21的出口端与一CO2分析仪连接。
上述排气传输管80引出一根传输发动机排放颗粒中CO2的传输管81，传输发动机排放颗粒中CO2的传输管81的出口端与上述CO2分析仪连接。
上述稀释风道20于接近稀释后颗粒取样头90′处引出一根传输稀释后颗粒中CO2的传输管22，传输稀释后颗粒中CO2的传输管22的出口端与上述CO2分析仪连接。
CO2分析仪分别测定排气管传输管80中的CO2浓度(等同于发动机排放管中发动机排放颗粒中的CO2)，稀释风道20中稀释后颗粒中的CO2浓度和稀释风道20中的空气中的CO2浓度，根据这三个不同位置的CO2的测试，计算出所述稀释风道20中发动机排放颗粒的稀释比。
而稀释比的大小是取决于上述节流装置40的孔洞大小，因此不同尺寸的节流装置40，导致不同的稀释比，这样，在测试中，可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
上述稀释风道20内的雷诺数不能低于4000，一般应大于10000。
上述稀释后颗粒取样头90′的取样口的气体温度不能高于51℃，一般10倍管道直径已可满足稀释降温的要求。针对特殊情况，可以调整节流装置或改变传输管直径来增加增大稀释比以及延长取样位置，从而保证取样温度要求。
以下简单说明本实用新型的工作原理：
当高压离心风机30抽气时，在节流装置40的孔洞处形成真空度，从而将发动机200排气管210的直管段70中的废气通过排气取样探头60以及排气传输管80抽吸入稀释风道20内。稀释用空气通过空气过滤器10过滤，从而去除环境大气颗粒物对测量结果的影响。从排气传输管80中引入的高温气溶胶在与稀释用空气进行混合后，达到降低温度和降低排气颗粒浓度的效果，从而满足后续颗粒数量测试设备的需求。稀释风道20内稀释后发动机排放颗粒，经过稀释后颗粒取样头90′以及稀释后颗粒取样管90送到颗粒数量分析仪300进行发动机排放的颗粒数量和粒度分布的测量，将该测量值乘以由CO2分析仪50计算出的稀释比就是发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据
本系统尺寸小，投资少，适用于各种排量的发动机，取样量大，此外，由于本系统是直接进行测试，测量迅速。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型权利要求书的范围内。
Claims (8)
1.一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于包括：
发动机的排气管有一段区域为不弯曲的直管段；
一排气取样探头，置于所述直管段内的管向中心线位置，是一端为开口的管子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口，该取样口面向排气管上游，以排气取样探头的取样口为界限，面向该取样口的直管段为上游段，背向该取样口的直管段为下游段；
一空气过滤器，过滤空气中的颗粒物；
一稀释风道，与所述空气过滤器连接，所述空气过滤器过滤后的空气作为稀释风道内的稀释用空气；
一排气传输管，输入端与所述排气取样探头的出口端连接，出口端连接所述稀释风道，并穿过所述稀释风道的管壁于该稀释风道的管内径中心处直角转弯向该稀释风道的下游方向延伸成一段节流段，该节流段的出口端为开口端，从该节流段的出口端流出发动机排放颗粒；
一节流装置，置于所述稀释风道内壁的所述节流段的出口端，该节流装置的中心处有孔洞，该孔洞对准所述节流段的出口端，该孔洞的直径大于所述节流段出口端的口径，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口；
一离心风机，置于所述稀释风道的下游的终端处，使所述节流装置的孔洞处形成真空度，从而将所述发动机排气管的直管段中发动机排放颗粒通过所述排气取样探头及所述排气传输管抽吸入所述稀释风道内；
一稀释后颗粒取样管，从所述稀释风道的下游近终端处引出，该稀释后颗粒取样管在所述稀释风道内的一端延伸到该稀释风道内的管向中心处直角转弯向稀释风道的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头，开口端为稀释后的发动机排放颗粒的取样口，该稀释后颗粒取样管的另一端连接一颗粒数量分析仪，测量稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布；
一CO2分析仪，通过一根传输空气中CO2的传输管与所述稀释风道于接近空气过滤器处连接；通过一根传输发动机排放颗粒中CO2的传输管与所述排气传输管连接；通过一根传输稀释后颗粒中CO2的传输管与所述稀释风道于接近稀释后颗粒取样头处连接，以此，该CO2分析仪通过对空气中CO2、发动机排放颗粒中CO2以及稀释颗粒中CO2的测试后计算出稀释风道中的发动机排放颗粒的稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。
2.如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述排气管的直管段的长度为所述直管段的管内径的9倍。
3.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述上游段的长度为所述直管段的管内径的6倍，所述下游段的长度为所述直管段的管内径的3倍。
4.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述排气管的直管段的管内径与所述排气取样探头的管管内径比大于4，其中所述排气取样探头的管内径最小为4mm，。
5.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述稀释风道的管内径不大于200mm，当所述稀释风道管内径采用大于75mm时，稀释风道的壁厚与管内径之比大于0.025；当所述稀释风道管内径采用等于或小于75mm时，所述稀释风道壁厚不小于1.5mm。
6.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述节流装置采用有中心孔的孔板或采用文氏管。
7.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述稀释后颗粒取样头的取样口到所述节流段的出口端的距离最小为所述稀释风道管内径的10倍。
8.，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于：
所述稀释风道内的雷诺数不低于4000。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080618 Termination date: 20090917 |