CN202039929U - 一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，它包括：(1)一个过滤空气用的空气滤清器；(2)与空气滤清器的一个出口端相连通的混合装置；(3)左段和右段混合气输送管，该左段和右段混合气输送管之间连接有临界流文丘里流量计，在所述的左段混合气输送管内装有小孔临界流文丘里管；(4)一个设置有稀释排气样气采样袋、空气采样袋的采样袋单元；(5)一个分析仪器单元；(6)一个计算机控制和管理单元。采用本装置，跟踪国际上最新相关标准，满足国内企业产品大量出口美国和欧洲的排放检测要求。

Description

一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置
技术领域
本实用新型涉及测量装置，尤其涉及一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置。
背景技术
非道路点燃式发动机，俗称通用小型汽油机，大量用于园艺机械、水泵、小发电机，杀虫喷雾机、链锯等设备上。我国目前年产通用小汽油机2010年突破二千多万台。绝大部分用于出口，其中以出口美国为最多。欧、美对此类产品的排气污染物对大气的污染控制严格。欧、美各有通用小型汽油机排气污染物排放限值与测量方法的标准，国内此类产品只有通过按欧、美标准的严格发动机测试合格后才能出口。国内于2010年12月30日发布GB26133-2010“非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值与测量方法(中国第一、第二阶段)”标准，并在2011年3月1日开始实施。发明名称为“用于小型汽油机排气污染物测量装置”(专利号为ZL200820143002.6)的中国专利能满足GB26133-2010以及当前欧、美排放法规要求。美国EPA最近对现有法规进行了适时修改，并在2011年2月18日正式发布(EPA 40CFR part 1065)，根据规划，美国从2012年开始，对通用小型汽油机将执行EPA第三阶段排放法规。EPA 40CFR part 1065法规中对其排放的测量提出了新的要求，原有装置不能满足相关的技术要求，为此需要在原有设备基础上进行重新改进。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有技术的不足，提供一种符合美国最新EPA 40CFR part1065法规以及97/68/EC及2002/88/EC欧盟标准，对小型通用汽油机的排放污染物中的主要成分的排放物进行测量的一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，采用本测量装置也向下兼容满足GB26133-2010“非道路点燃式小型发动机排气污染物排放限值与测量方法(中国第一、第二阶段)”、以及不久后将升级为排放第三阶段的全部要求。
本实用新型的一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，它包括：
(1)一个过滤空气用的空气滤清器，在所述的空气滤清器上连接有大气气象站以及反映过滤阻力的微压计；
(2)与空气滤清器的一个出口端相连通的混合装置，该混合装置与汽油机通过汽油机排气管相连通；
(3)左段和右段混合气输送管，该左段和右段混合气输送管之间连接有流量为3～4.5m3/min的临界流文丘里流量计，在所述的左段混合气输送管上连接有第一压力计、第一温度计并且在其管内装有小孔临界流文丘里管以保证等比例采样，所述的左段混合气输送管的入口端通过其上装有自动控制阀的进气管路与混合装置的出气口相连通，所述的右段混合气输送管上设置有第二压力计并且其出气口通过风机与大气相连通；
(4)一个设置有稀释排气样气采样袋、空气采样袋的采样袋单元，该稀释样气采样袋的入口经其上设置有第二阀的第二管路与样气采样泵出口相连，所述的样气采样泵进口经样气采样管路与所述的小孔临界流文丘里管的样气采样口相连；所述的空气采样袋的入口经设置有第一阀的第一管路与空气采样泵出口相连，所述的空气采样泵入口经空气采样管路与所述的空气滤清器的空气取样口相连；
(5)一个分析仪器单元，该分析仪器单元包括碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪、与一个冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪，所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第一取样泵和第四阀的第四管路与稀释排气样气采样袋的出口相连通；并且所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第二取样泵和第三阀第三管路与所述的空气采样袋的出口相连；
(6)一个计算机控制和管理单元，该计算机控制单元通过传感器用于接收各个温度计、压力计和大气气象站输出的温度和压力信号、所述步骤(5)中的每一分析仪输出的气体成分浓度信号以及来自被测量汽油机的工作负荷状态信号，并计算和直接输出汽油机各排气污染物的测量排放值。
本实用新型装置满足19kW以下通用小型汽油机的排放型式核准和生产一致性检查要求，适用范围宽广。
本实用新型装置，跟踪国际上最新相关标准(美国EPA于2011年2月18日发布40CFR part1065法规；美国2012年执行通机排放三阶段)，满足国内企业产品大量出口美国和欧洲的排放检测要求。并改变此类测量装置依赖国外进口的局面，带来有利于国内技术发展和促进国外产品价格降低的有益竞争。
本实用新型产品提供一种符合美国最新EPA 40CFR part 1065法规、以及97/68/EC及2002/88/EC欧盟标准，对小型通用汽油机的排放污染物中的主要成分HC、NOx、CO等的排放物进行测量，该测量装置也完全兼容满足GB26133-2010“非道路点燃式小型发动机排气污染物排放限值与测量方法(中国第一、第二阶段)”、以及不久后将升级为排放第三阶段的全部要求。是通用汽油机企业和相关部门满足出口要求、进行产品排放物测量的必备的(或老排放设备须更新换代的)设备。
附图说明
附图为一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步详细描述。
美国最新EPA 40CFR part 1065法规(相对于先前的法规)，对通用小型汽油机排放检测装置关键器件的结构和性能要求进行了提升，在本实用新型技术方案中均作了切实的改进和提高，以保证满足美国EPA新标准的要求。
如本实用新型附图所示的一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，它包括：(1)一个过滤空气用的空气滤清器，在所述的空气滤清器上连接有大气气象站(B、T、P)以及反映过滤阻力的微压计(dp)；优选的空气滤清器4为三层滤芯空气滤清器(包括粗滤、细滤和活性炭吸附)；(2)与空气滤清器4的一个出口端相连通的用于被测量的汽油机排气稀释混合的混合装置，所述的混合装置与汽油机2通过汽油机排气管3相连通；(3)左段和右段混合气输送管6，该左段和右段混合气输送管之间连接有流量为3～4.5m3/min的临界流文丘里流量计10，左段和右段混合气输送管与临界流文丘里流量计10的连接可以采用快速接头。在所述的左段混合气输送管上连接有第一压力计(P1)8、第一温度计(T1)9，并且在其管内装有小孔临界流文丘里管7以保证等比例采样，所述的左段混合气输送管的入口端通过其上装有自动控制阀5的进气管路与混合装置的出气口相连通，所述的右段混合气输送管上设置有第二压力计(P2)11并且其出口通过与其相连的风机12与大气相连通。风机要求有足够的负压和规定流量，以保证达到临界流状态；(4)一个设置有稀释排气样气采样袋、空气采样袋的采样袋单元17。该稀释样气采样袋的入口经其上设置有第二阀19的第二管路与样气采样泵16出口相连，所述的样气采样泵16进口经样气采样管路13与所述的小孔临界流文丘里管7的样气采样口相连；所述的空气采样袋的入口经设置有第一阀18的第一管路与空气采样泵15出口相连，所述的空气采样泵15入口经空气采样管路14与所述的空气滤清器4的空气取样口相连；(5)一个分析仪器单元24，该分析仪器单元包括碳氢化合物分析仪(FID，火焰离子化型检测器)、氮氧化物分析仪(CLD，化学发光型分析仪)、氧气分析仪(PMA，顺磁法)以及与一个冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪(NDIR，不分光红外线分析仪)，所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第四阀23和第一取样泵的第四管路21与稀释排气样气采样袋的出口相连通；所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第二取样泵26和第三阀22的第三管路20与所述的空气采样袋的出口相连。上述的各成分的分析仪器可以采用本公司OEM自制的，也可采用美国CAI公司的分析仪器产品；(6)一个计算机控制和管理单元27，该计算机控制单元27通过传感器用于接收各个温度计、压力计和大气气象站输出的温度(T)和压力(P)信号、所述步骤(5)中的每一分析仪输出的气体成分浓度信号、以及来自被测量汽油机的工作负荷状态信号，并计算和直接输出汽油机各排气污染物的测量排放值。
在使用过程中为了保证测量精度，设备中与测量气体接触部分使用的材料均不得与被测气体发生不明的化学作用或吸附，所有气流管路采用不锈钢或PTFE(聚四氟乙烯，或同类材料)制造。
本装置的操作模式为：自动、手动(含部分手动)，可以任选。自动操作包括测量过程自动化和分析仪器检测标定自动化、临界流文丘里流量计定期标定自动化。
为了保证测量精度和操作方便，分析仪器通常选择具有自动检测和标定功能，能按每次测量试验或规定周期进行法定项目的检测和标定。
临界流文丘里流量计10需要定期(每6个月)自动标定，所述的自动控制阀5的入口通过其上装有调节阀32的连接管路与一个用于临界流文丘里流量计10标定的标定装置31相连(标定装置31可择一配置亚音速文丘里管SAO或者层流流量计LFE，由用户选用)。附图中28是高精度压力计(P3)、29是高精度温度计(T2)，用以测量SAO(或LFE)进口端的压力、温度，30是压差计(P4)，32是安装在连接管路上的调节阀，通过改变管路流通面积调节被测的流量。在进行标定时，变换自动控制阀5的位置，标定装置31-自动控制阀5-混合气输送管6-离心风机12形成一个测量通路，用标定装置(SAO或LFE)31的测量值和临界流文丘里流量计10的实际测量值进行比较，要求临界流文丘里流量计10的测量精度保持在±3.0％。
本装置与ZL200820143002.6的结构区别在于：对装置内发动机稀释排气流程、采样和取样流程管路进行了优化设计，缩短气流流程和减小微泄漏；提升分析仪器的部分技术指标满足EPA标准中新要求；临界流文丘里管流量计的测量精度达到EPA标准新要求(±3.0％)；装置的运行与标定可以全部自动化(包括正常测量流程、分析仪器的测量与标定、临界流文丘里流量计标定等)。从而能更好满足美国最新EPA 40CFR part 1065法规、以及97/68/EC及2002/88/EC欧盟标准要求，对小型通用汽油机的排放污染物中的主要成分HC、NOx、CO等的排放物进行测量。
本装置的工作流程为：
被测试的汽油机2的汽油机排气管3与空气滤清器4相连，排气与经过三级滤芯过滤的清洁空气混合成稀释排气后进入混合气输送管6，经风机12抽吸通过临界流文丘里流量计10计量稀释排气流量(m3/min)。稀释排气绝大部分排到大气，很小一部分用样气采样泵16抽出，经第二阀19及第二管路送入采样袋单元17中的稀释样气采样袋储存；同时，用空气取样泵15抽取经空气采样管路14将空气过滤器4中的清洁空气经第一阀18送入采样袋单元17中的空气采样袋中储存。采集样气的时间及被测试的汽油机2的工作状态是按照试验工况共可分为6工况法和2工况法。其中，6工况法汽油机分别按照100％、75％、50％、25％、10％和0％加载载荷，稳定工作36秒。工作过程中，采集每个工况的稀释排气及清洁空气，分别存入采样袋单元17中。采样结束后，用分析仪器单元24中的第一取样泵25经其上装有第四阀23的第四管路21从采样袋单元17的稀释样气采用袋抽取稀释排气；用第二取样泵26经其上装有第三阀22的第三管路20从采样袋单元17的空气采样袋中抽取空气，分别送入分析仪器单元24中测量HC、CO、CO2、NOX、O2的含量，其单位为ppm(百万分之一)。上述经临界流文丘里计10计量的稀释排气的体积流量(m3/min)乘以各气体成分的ppm值(百万分之一)，再乘以此状态下的比质量即可测出各气体成分排出的流量克数。
汽油机2的负载(功率)由发动机试验台测功机1(不属本实用新型，由客户自行配备)测得千瓦数(kW)及运行采样的时间(s)均输入计算机27，经运算最后得出(克/千瓦.小时)，即分别为汽油机HC、CO、CO2、NOX的排放测量值(g/kW.h)。并可判定测量结果与中国法规、美国EPA法规、欧洲法规的各自排放限值比较是否合格，全部试验数据存入数据库，随时可以调用。

Claims (2)

1.一种改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，其结构特征在于它包括：
(1)一个过滤空气用的空气滤清器，在所述的空气滤清器上连接有大气气象站以及反映过滤阻力的微压计；
(2)与空气滤清器的一个出口端相连通的混合装置，该混合装置与汽油机通过汽油机排气管相连通；
(3)左段和右段混合气输送管，该左段和右段混合气输送管之间连接有流量为3～4.5m3/min的临界流文丘里计，在所述的左段混合气输送管上连接有第一压力计、第一温度计并且在其管内装有小孔临界流文丘里管以保证等比例采样，所述的左段混合气输送管的入口端通过其上装有自动控制阀的进气管路与混合装置的出气口相连通，所述的右段混合气输送管上设置有第二压力计并且其出气口通过风机与大气相连通；
(4)一个设置有稀释排气样气采样袋、空气采样袋的采样袋单元，该稀释样气采样袋的入口经其上设置有第二阀的第二管路与样气采样泵出口相连，所述的样气采样泵进口经样气采样管路与所述的小孔临界流文丘里管的样气采样口相连；所述的空气采样袋的入口经设置有第一阀的第一管路与空气采样泵出口相连，所述的空气采样泵入口经空气采样管路与所述的空气滤清器的空气取样口相连；
(5)一个分析仪器单元，该分析仪器单元内包括碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪、与一个冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪，所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第一取样泵和第四阀的第四管路与稀释排气样气采样袋的出口相连通；并且所述的碳氢化合物分析仪、氮氧化物分析仪、氧气分析仪入口和所述的第一冷凝器的入口分别通过其上装有第二取样泵和第三阀第三管路与所述的空气采样袋的出口相连；
(6)一个计算机控制和管理单元，该计算机控制单元通过传感器用于接收各个温度计、压力计和大气气象站输出的温度和压力信号、所述步骤(5)中的每一分析仪输出的气体成分浓度信号以及来自被测量汽油机的工作负荷状态信号，并计算和直接输出汽油机各排气污染物的测量排放值。
2.根据权利要求1所述的改进的非道路点燃式发动机排气污染物测量装置，其特征在于：所述的自动控制阀的入口通过其上装有调节阀的连接管路与一个用于临界流文丘里流量计自动标定的高精度标定装置相连。
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