SU1767394A1 - Устройство дл измерени дымности отработанных газов - Google Patents

Abstract

Использование: дл  контрол  дымности отработавших газов автомобилей на линии, при испытании дизелей на заводе-изготовителе или после ремонта, дл  исследовани  дизелей на дымность. Сущность изобретени : конструкци  устройства создает воздушные защитные шторки дл  осветител  и фотоприемника. Эти шторки стабилизируют эффективную длину просвечиваемого газа. Продувочный воздух в измерительный качал не эффективной длине не попадает, он выт гиваетс  в дополнительный канал. 3 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к анализаторам отработавших газов двигателей внутреннего сгорани  и может быть использовано дл  контрол  дымности отработавших газов автомобилей на линии, при испытании дизелей на заводе-изготовителе или после ремонта, дл  исследовани  дизелей на дымность ,

Известен дымомер см. а.с. № 1203409, кл. G 01 N 21/53, содержащий пробоотбор- ную трубку, монтируемую на выхлопной трубе двигател , пробоотборную трубку-применик, св занную с измерительным каналом через наклонные патрубки, плавно сопр женные с измерительным каналом. На одном конце измерительного канала размещен источник света, на другом фотоприемник и регистрирующий прибор. Поступление отработавших газов в измерительный канал осуществл етс  за счет эжекционного эффекта .

Недостатком рассмотренного устройства  вл етс  значительна  инерционность измерени  вследствие сложного пути попадани  газа в измерительный канал. Кроме того, оптические элементы (осветитель и фотоприемник ) лишены защиты от загр знени , что существенно снижает точность измерени  и надежность устройства.

Известно устройство дл  измерени  оптической плотности отработавших газов двигателей внутреннего сгорани  см. а.с. по за вке № 4359310/25, кл. G 01 N 21/53, содер жащеё измерительную камеру с размещенными по ее торцам источником света и фотоприемником, патрубок подвода и патрубок отвода исследуемого газа, св занный с побудителем расхода, измерительна  камера снабжена установленными в ее торцах перед источником света и фотоприемником насадками в виде усеченных конусов, при этом насадки обращены меньшими основаХ|

О X

СО О

4

ни ми к центру камеры, патрубки подвода исследуемого газа установлены по торцам измерительной камеры, а патрубок отвода установлен в средней части камеры.

Недостатком рассмотренного устройст- ва  вл етс  низка  точность измерени  дымности, обусловленна  несовершенной системой защиты осветител  и фотоприемника от загр знени  отработавшими газами , выполненна  в виде конусных насадок, обращенных меньшими основани ми к центру камеры. А именно, на нестационарных режимах при избыточном давлении отработавших газов от двигател  внутреннего сгорани  возможно заполнение отработавшими газами пространства между насадками и осветителем (фотоприемником), увеличение эффективной длины просвечивани  и, как следствие этого, завышение результатов измерени . Кроме того, в этом случае также возможно загр знение осветител  и фотоприемника и искажение результатов измерени  в сторону завышени , что вызывает необходимость корректировки результатов измерени  и частой периодической очистки осветител  и фотоприемника. Другими сло- вами,необходима надежна  защита осветител  и фотоприемника от загр знени  отработавшими газами, стабильность эффективной длины просвечивани  и эффек- тивное удаление исследуемой пробы из измерительной камеры при избыточном давлении отработавших газов от двигател  внутреннего сгорани  на нестационарных режимах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  дымности отработавших газов, содержащем измеритель- ный канал, в противоположных торцах которого размещен источник света и фотоприемник , параллельный измерительному каналу дополнительный канал, сообщенный двум  соединительными патрубками, рас- положенными на его концах с измерительным каналом, входной патрубок, св занный с пробоотборником, выходной патрубок, снабженный побудителем расхода, выходной патрубок соединен со средней частью дополнительного канала, а входной патрубок со средней частью измерительного канала ,, при этом в измерительном канале выполнены два щелевых отверсти , первое из которых расположено между одним сое- динительным патрубком и осветителем,второе между другим соединительным патрубком и фотоприемником, а пробоотборник выполнен с внутренним сечением, ограниченным из услови 

-b -dl/л

о

dote

где а - ширина поперечного сечени  щелевого отверсти , мм;

Ь -длина поперечного сечени  щелевого отверсти , мм;

dK - диаметр измерительного канала, мм;

dors - диаметр входного отверсти  в измерительный канал со стороны защитного фильтра, мм;

d3-искомый диаметр внутреннего сечени  пробоотборника, мм;

Ґ - обобщенный фактор, характеризующий контролируемый двигатель и определ емый по зависимости:

у

V ( Ра Рвент ) РОГ

( Рогтах Рвент ) /Эв

где Ра - атмосферное давление, Па;

Рвент. - давление (разрежение) побудител  расхода газа, Па;

Ростах максимально-возможное давление отработавшего газа от двигател  автомобил , Па;

РОГ и /Эв - плотности отработавшего газа и воздуха, кг/м3.

При доказательстве соответстви  за вленного технического решени  критерию существенные отличи  не обнаружено технических решений, в которых имеютс  признаки, сходные с признаками, отличающими за вленное техническое решение от прототипа. Необходимо отметить, что в имеющихс  технических решени х - аналогах воздух дл  обдува оптических элементов подаетс  под давлением навстречу потоку отработавших газов, что вызывает необходимость уравнивани  встречных потоков. В предлагаемом же решении направление защитного потока воздуха совпадает с направлением потока отработавших газов, прот гиваемого электровентил тором, что само по себе освобождает от необходимости уравнивани  встречных потоков и обеспечивает эффективную продувку оптических элементов при различных режимах работы двигател  (при различной скорости потока отработавших газов из выходной трубы автомобил ).

Поэтому предлагаема  совокупность признаков обеспечивает устройству новое свойство - эффективную защиту оптических элементов устройства от загр знени  отработавшими газами, стабильность эффективной длины просвечивани  и эффективное удаление исследуемой пробы из измерительного канала при избыточном давлении отработавших газов от двигател  внутреннего сгорани  на нестационарных режимах.

Таким образом, совокупность новых признаков, которыми характеризуетс  предлагаемое устройство, отвечает критерию существенные отличи , т.е. они обеспечивают устройству повышение точности измерени .

На фиг. 1 представлена обща  схема конструкции устройства; на фиг. 2 представлена конструкци , вид спереди; на фиг. 3 показан вид сверху фиг. 2; на фиг. 4 пред- ставлена векторна  схема скоростей газов.

Устройство дл  измерени  дымности отработавших газов включает в себ  (см. фиг. 1) измерительный канал 1, на противоположных концах которого установлены ис- точник света 2 и фотоприемник 3, входной 4 и выходной 5 патрубки, дополнительный канал 6, параллельный измерительному каналу 1, соединительные патрубки 7, линзы 8, 9 и 10, установленные на концах измеритель- ного канала 1 между источником света 2 и фотоприемником 3, защитные стекла-фильтры 11 с щелевыми отверсти ми 12, согласующий светофильтр 13, побудитель расхода (выт жной злектровентил тор) 14, установленный на выходном патрубке 5, пробоотборник 15, присоединенный к входному патрубку 4 соединительным шлангом 16, регистрирующее устройство (микроамперметр ) 17 (см. фиг. 2), корпус 18, при этом защитные фильтры 11 установлены в гнезда 19 на концах измерительного канала 1, электродвигатель 20 (привод вентил тора 14), сальник 21 соединени  вентил тора 14 с патрубком 5. Измерительный 1 и дополни- тельный 6 каналы (см, фи г. 3) выполнены раздвижными телескопическими и состо т из неподвижной 22, 23 и подвижной 24, 25 частей, соединение неподвижной и подвижной частей выполнено в виде эластичной втулки 26 с гайкой 27.

Схема электрическа  принципиальна  устройства дл  измерени  дымности отработавших газов выполнена на стандартных элементах традиционными способами и со- стоит из схемы измерени , схемы стабилизации питани  и схемы подстройки.

Устройство работает следующим образом .

При проведении измерений пробоот- борник 15 присоедин етс  к выхлопной трубе автомобил , проводитс  отстройка прибора на О и дымности. Контролируемый двигатель запускаетс .

Работа устройства дл  измерени  дым- ности отработавших газов дизелей основана на принципе просвечивани  пробы отработавших газов, поступающих в измерительный канал. Свет от источника 2 (см. фиг, 1) линзами 8, 9 формируетс  в паралельный поток, который пройд  отработавшие газы в измерительном канале 1 фокуси- руетс  линзой 10 и попадает на фотодиод 3, который преобразует оптический сигнал в лектрический. Пропорциональный изменению светового потока электрический сигнал , снимаемый с фотодиода 3, усиливаетс  регистрируетс  на микроамперметре 17 от О до 100 мкА (пропорционально измер емой величине дымности).

Отработавшие газы от двигател  посту- пают в измерительный канал 1 под действием разрежени , создаваемо го электровентил тором 14. Электровентил ор 14 служит, кроме того, и дл  защиты птической системы от загр знени  и нагрева - в щелевые каналы 12 под действием разрежени  поступает воздух, который обувает защитные стекла-фильтры 11 и преп тствует их загр знению и нагреву. Вентил тор 14 приводитс  в действие элекродвигателем 20. Количество отработавших газов, поступающих к входному патрубку4 измерительного канала ограничиваетс  проходным сечением пробоотбор- ного зонда 15, исход  из услови , выраженного уравнением (1).

Доказательство обоснованности выбора внутреннего сечени  пробоотборника, а следовательно, и эффективной работы устройства , можно провести аналитически. Дл  обосновани  выбора внутреннего сечени  зонда рассмотрим режимы функционировани  дымомера. В установившемс  режиме расхода отработавших газов от двигател  автомобил  количество газов, прошедших через выт жной вентил тор дымомера, определ етс  выражением

Овент Qor + QB,(1)

где Qor - количество отработавших газов, поступивших через пробоотборник, м /с;

QB - количество воздуха, поступившего через щелевые каналы под действием разрежени  вентил тора (побудител  расхода), м3/с. Отсюда

Qor Овент -Ов.(2)

В общем случае, на переходном режиме , когда Qor измен етс  в широком диапазоне , защита оптических элементов за счет воздушных шторок из щелевых отверстий будет осуществл тьс  до тех пор, пока не наступит условие

Qor Овент-Ов,(3)

т.е. до тех пор, пока вентил тор будет успевать откачивать газы. Следовательно, предельный случай функционировани  продувки можно записать в виде

Qor QBeHT-QB.(4)

Переход  к параметрам конструкции дымомера, нужно учесть также, что дл  того,

чтобы отработавшие газы не попали на оптические элементы, необходимо, чтобы скорость потока продувочного воздуха (VBo) во входном отверстии измерительного канала была бы не меньше скорости отработавших газов (VOFK) в измерительном канале (см. векторную схему скоростей на фиг. 4):

VOPK VBO,(5)

Скорость отработавшего газа в сечении пробоотборника Vora определ етс  разностью давлени  отработавшего газа двигател  автомобил  и давлени  (разрежени ), создаваемого вентил тором,

V

( РОГ - Рвент ) 2 /Рог

(6)

где Рог - давление отработавших газов от двигател  автомобил , Па;

Рвент - давление (разрежение), создаваемое вентил тором, Па;

рог - плотность газа, кг/м3.

Количество отработавшего газа, проход щего в пробоотборнике и измерительном канале, св зано соотношением

Qor V0r3 -f3 V0rK -2тк,(7)

где Vora и VorK - скорости газа соответственно в пробоотборнике и измерительном канале , м/с;

f3 и f к - площади сечени  пробоотборника и канала,м . Следовательно,

VorK V0r3 -тз/2тк,(8)

или

ЧРог - Рвент ) 2/рог Гз/2тк VBO, @)

Скорость продувного воздуха в щелевом отверстии УВщ, будет определ тьс  разностью атмосферного давлени  и давлени  (разрежени ) вентил тора

V

( Ра - Рвент ) 2/рв

(10)

где Ра - атмосферное давление, Па; рв - плотность воздуха, кг/м3.

Количество продувочного воздуха, проход щего в щелевом отверстии и во входном отверстии в измерительном канале, будет св зано соотношением

QB Увщ 2тщ VBO 2foTB,(11)

где УВЩ и VBO - скорости воздуха соответственно в щели и в отверстии, м/с;

fin и fore площади сечений щели и отверсти . Отсюда

V8o VBm тщ/тотв(12)

или

VBO V( Pa -Рвент) 2/p, f4/fOTB, (13)

Подставл   (13) в (9), получим

9

V( Рог- Рвент )-2//Obr -fa/2fK V( Ра-Рвент) 2/рв VW (14)

Таким образом, искома  площадь сечени  пробоотборника (зонда), выраженна  через параметры конструкции дымомера, будет определ тьс  выражением:

5

0

5

0

5

f.-/:

(Ра Рвент ) РОГ . 2 fщ f к

(Р.

ormax

-Р

вент

) Л

ft

отв

(15) где Ра - атмосферное давление, Па;

Рвент - давление (разрежение) вентил тора , Па;

Ростах максимально-возможное давление отработавшего газа от двигател  автомобил , Па;

тщ - площадь сечени  щелевого канала в защитном фильтре, м2;

TK - площадь сечени  измерительного канала дымомера, м ;

fore - площадь сечени  входного отверсти  в измерительный канал, м ;

Рог и РВ - плотности газа и воздуха, кг/м .

Перейдем к линейным размерам конструкции , исход  из того, что

2

Тз - т мм

Ц а Ь, мм2,

JT dS ММ2

Тк-.- , мм

Тотв

П doiB

, ММ

40

А также, учтем в виде обобщенного параметра W вли ние параметров процесса

Ра, Рвент, Рогтах

V f ( Ра Рвент ) РОГ ( Рогтах Рвент ) РВ

Окончательно получим

(16)

d3 VV- a b dS/TT di

отв

)

(17)

где da диаметр внутреннего сечени  пробоотборника , мм;

а - ширина;

b - длина поперечного сечени  щелевого отверсти  в защитном фильтре, мм;

dote - диаметр входного отверсти  в измерительный канал со стороны защитного фильтра, мм;

die диаметр измерительного канала, мм;

обобщенный фактор, характеризующий контролируемый двигатель и определ емый по (16);

Ра - атмосферное давление, Па;

Рвент - давление (разрежение) вентил тора (побудител  расхода), Па;

Рогтах - максимально-возможное давление отработавшего газа от двигател  автомобил , Па;

РОГ и/Эв плотности отработавшего газа и воздуха, кг/м3.

Эффективна  работа системы защиты оптических элементов от загр знени  и запотевани , а следовательно, и точна  работа при измерении дымности отработавших газов, возможны лишь при выборе пропускного сечени  по зависимости (17).

Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решени  состо т в повышении точности измерени  дымности на нестационарных режимах работы дизел . А именно, вследствие по влени  воздушных шторок, образованных за счет разности давлени , создаваемого побудителем расхода (выт жным электровентил тором ) и давлени  атмосферного воздуха, происходит надежна  защита осве- титеп  и фотоприемника от загр знени  отработавшими газами, нагрева и т.д. Кроме того, воздушные шторки подрезают слой отработавших газов и тем самым стабилизируют эффективную длину просвечивани  газа . Сам продувочный воздух при такой организации газо-воздушного потока в измерительный канал на эффективной длине не попадает, т.к. он выт гиваетс  через соединительные патрубки в дополнительный канал. Также за счет эффективной продувки атмосферным воздухом расшир етс  температурный диапазон применени  устройства и по вл етс  возможность измерени  дымности при отрицательных температурах .

Подтверждением преимуществ предлагаемого решени  (а именно, высокой точности измерени ), основанного на выбранной схеме организации газовоздушного потока,  вл ютс  результаты сравнительных испытаний предлагаемого решени  с измерителем дымности МК-3 фирмы Hartridge (см. Акт испытаний), расхождение данных измерений составило менее 1% при коррел ции данных измерений 0,98.

При одном уровне точности предлагаемое устройство измерени  в 5 раз легче, имеет в два раза меньше габариты и обладает дополнительной функцией - автоном- ный электровентил тор может сам удал ть отработавшие газы из помещени , в котором производ тс  измерени .

10

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  дымности отработанных газов, содержащее измерительный канал, в противоположных торцах которого размещены источник света и фотоприемник , параллельный измерительному каналу дополнительный канал, сообщенный двум  соединительными патрубками, расположенными на его концах, с измерительным каналом, входной патрубок, св занный

   с пробоотборником, выходной патрубок, снабженный побудителем расхода, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, выходной патрубок соединен со средней частью дополнительного

   канала, а входной патрубок - со средней частью измерительного канала, при этом в измерительном канале выполнены два щелевых отверсти , первое из которых расположено между одним соединительным

   патрубком и осветителем, второе - между другим соединительным патрубком и фотоприемником , а пробоотборник выполнен с внутренним сечением da, ограниченным условием

   d3 b di/  dl

   отв

   где а и b -соответственно ширина и длина поперечного сечени  щелевых отверстий; cfK - диаметр измерительного канала;

   doiB диаметр входного отверсти  в измерительный канал;

   ijfL V ( На - Рвент ) рог ( Рогтах Рвент ) РВ

   где Ра - атмосферное давление;

   Рвент - давление, создаваемое побудителем расхода газов;

   Рогтах - максимально возможное давление отработанного газа;

   РОГ и/Эв - - плотности отработанного газа и воздуха соответственно.

   If

   /- V М б f 3

   fr6CA91l