UA126445C2 - Спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів двигунів в частково-потокових системах визначення викидів частинок - Google Patents

Abstract

Винахід "Спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів двигунів в частково-потокових системах визначення викидів частинок", що ґрунтується на способі частково-потокового визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів, в якому застосовують спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів. Вимірювання потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та потоку повітря для розбавлення відпрацьованих газів здійснюють одночасно тепловим масовим витратоміром та витратоміром ламінарного потоку. За відношенням показань одночасно теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку розраховують співвідношення поточного значення теплоємності та поточного значення динамічної в'язкості суміші газів, витрату яких вимірюють, до значень, відповідно, теплоємності та динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку. Отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу. Витрату проби відпрацьованих газів розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря, що вимірюють тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку.

Description

Винахід належить до частково-потокових способів визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів.

Відомий спосіб частково-потокового визначення масових викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів грунтується на способі пропорційного відбору проби з потоку відпрацьованих газів двигунів та її розбавленні повітрям. Потік проби відпрацьованих газів і потік повітря для їх розбавлення та охолодження подають у змішувальну камеру та з неї отриману суміш подають в мікротунель. З мікротунелю потік суміші розбавлених та охолоджених відпрацьованих газів направляють через фільтри уловлювання частинок, за відносною зміною маси яких визначають масові викиди частинок.

Витрату повітря на вході в змішувальну камеру вимірюють та встановлюють, за незмінної витрати суміші відпрацьованих газів і повітря, таким чином, щоб відношення витрати повного потоку відпрацьованих газів до витрати проби відпрацьованих газів залишалося незмінним протягом процедури випробування двигуна.

Постійну витрату суміші відпрацьованих газів і повітря встановлюють використанням витратоміра та керованого насоса.

Витрату проби відпрацьованих газів двигуна, яка має бути пропорційною витраті потоку відпрацьованих газів, визначають як різницю між витратою потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря.

Наведений вище спосіб детально описаний в чинних міжнародних технічних регламентах, зокрема, в Правилах ООН Мо 49 і Мо 96 за Женевською Угодою 1958 року щодо єдиних технічних приписів до колісних транспортних засобів, та відповідних ним директивам ЄС, технічних регламентах США (СЕВ-40), Глобальних Правилах за Угодою 1998 року Мо 4 і Мо 11

Опис способу частково-потокового визначення масових викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів та різних варіантів систем, що його реалізують, крім наведених вище сучасних міжнародних технічних регламентів (стандартів), також наведено у відомих патентах на винаходи: США 05 7,243,559 В2, МПК С01М 1/00, виданий 17 липня 2007 р., "ЕХНАО5Т СА

РАВТІСШ АТЕ МЕАБИОВІМО ЗМОЗТЕМ"; США 5 7,404,340 В2, С201М 1/00, виданий 29 липня 2008 р., "ЕХНАОВЗТ АБ РАВТІСОГ АТЕ МЕАБОВІМО 5МЗТЕМ"; Етореап Раїєпі ОПісе Мо ЕР 2302354 ВІ, МПК СО1М 15/06, МПК СО1М 27/62, МПК СО1М 1/22, МПК СО1М 15/10, МПК сої

Зо 27/10, виданий 9 вересня 2015 р., """АВТІСОШ АТЕ МАТТЕВ МЕАЗОВЕМЕМТ ОЕМІСЕ", які є найбільш близькими за технічною суттю до запропонованого способу.

Витрата повного потоку відпрацьованих газів під час випробування двигуна може швидко змінюватися в широких межах, та, відповідно, витрата проби відпрацьованих газів має швидко змінюватися у незмінній пропорції. Відповідно, в широких межах змінюється коефіцієнт розбавлення відпрацьованих газів.

Витрата проби відпрацьованих газів двигуна, що визначають як різницю між витратою потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря, за великих значень коефіцієнта розбавлення відпрацьованих газів є невеликою у порівнянні з витратою повітря і витратою суміші відпрацьованих газів повітря. Тому, навіть відносно невелика похибка вимірювання та встановлення потоку повітря та потоку його суміші з відпрацьованими газами може приводити до неприйнятно великої похибки визначення витрати проби відпрацьованих газів та коефіцієнта розбавлення.

Додатковим фактором, що зумовлює збільшення невизначеності у вимірюваннях за цим способом, є постійна та швидка зміна хімічного складу відпрацьованих газів та, відповідно, їх суміші з повітрям, під час випробувань двигуна. Зміна хімічного складу суміші газів, потік якої вимірюють, впливає на її фізичні властивості на яких побудований принцип роботи витратоміра, та це є джерелом внесення додаткової невизначеності у вимірювання.

Все це обмежує максимальні значення коефіцієнта розбавлення відпрацьованих газів, що можуть бути встановлені на практиці, тобто обмежує динамічний діапазон зазначеного способу частково-потокового визначення масових питомих викидів забруднювачів, який, однак, бажано мати великим під час випробування двигунів за сучасними випробувальними процедурами (транзієнтними циклами), особливо сучасних двигунів, що використовують для живлення альтернативні палива з високим вмістом біопалив.

Отже, основним недоліком описаного способу частково-потокового визначення масових викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів, детально розглянутого в наведених вище міжнародних технічних регламентах і патентах, є обмежений динамічний діапазон коефіцієнта розбавлення відпрацьованих газів та неприйнятно велика похибка вимірювання витрати потоку проби відпрацьованих газів за великих значень коефіцієнта розбавлення.

Задачею даного винаходу є розширення динамічного діапазону коефіцієнта розбавлення бо відпрацьованих газів у способі частково-потокового визначення масових викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів зі зменшенням похибки вимірювання витрати потоку проби відпрацьованих газів.

Поставлена задача вирішується тим, що, у способі частково-потокового визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів застосовують спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів, за яким вимірювання потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та потоку повітря для розбавлення відпрацьованих газів здійснюють одночасно тепловим масовим витратоміром та витратоміром ламінарного потоку, за відношенням показань яких розраховують співвідношення поточного значення теплоємності та поточного значення динамічної в'язкості суміші газів, витрату яких вимірюють, до значень, відповідно, теплоємності та динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку, отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу, витрату проби відпрацьованих газів розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря, що вимірюють тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку, які, таким чином, коригують відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів.

Новим є те, що застосовують спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів, за яким вимірювання потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та потоку повітря для розбавлення відпрацьованих газів здійснюють одночасно тепловим масовим витратоміром та витратоміром ламінарного потоку, за відношенням показань яких розраховують співвідношення поточного значення теплоємності та поточного значення динамічної в'язкості суміші газів, витрату яких вимірюють, до значень, відповідно, теплоємності та динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку, отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу, витрату проби відпрацьованих газів розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати

Зо потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря, виміряних тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку, скоригованих відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів.

На кресленні приведена функціональна схема способу диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів двигунів в частково-потокових системах визначення викидів частинок з зображенням основних елементів частково-потокової системи відбору проб, яка його реалізує, що містить: 1 - трубопровід через який повний потік відпрацьованих газів від двигуна подають до системи; 2 - трубопровід повного потоку відпрацьованих газів Сівг;

З - трубопровід відбору проби відпрацьованих газів Сіпвг; 4 - змішувальна камера; 5 - трубопровід подачі потоку повітря Сіпов; б - датчик температури потоку газів; 7 - датчик абсолютного тиску потоку газів; 8 - датчик перепаду тиску у потоці газів; 9 - система вимірювання об'ємної витрати потоку газів за перепадом тиску на елементі ламінарного потоку, абсолютним тиском і температурою потоку газів (витратомір ламінарного потоку); 10 - елемент ламінарного потоку; 11 - тепловий масовий витратомір частини потоку газів, що є пропорційною потоку газів через елемент ламінарного потоку; 12 - теплообмінний, рідинно-газовий апарат стабілізації температури потоку газу; 13 - мікротунель; 14 - система уловлювання частинок, що складається з фільтра уловлювання частинок, та може містити також елементи розподілу потоків між основним (подача потоку на фільтри уловлювання частинок) та байпасним каналом (на схемі не показані); 15 - система відбору проби газів, розбавлених повітрям, що складається з насоса та системи регулювання його продуктивності;

16 - система подачі повітря для розбавлення відпрацьованих газів, що складається з керованого клапана або групи керованих клапанів, що забезпечує змінне дроселювання потоку повітря, що подають під стабілізованим тиском, та швидку зміну його витрати; 17 - обчислювальний блок, що розраховує масову витрату потоку повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку; 18 - блок керування потоком суміші відпрацьованих газів і повітря та потоком повітря; 19 - інформаційний сигнал виміряної витрати потоку проби відпрацьованих газів; 20 - інформаційний сигнал витрати повного потоку відпрацьованих газів від двигуна, що є вхідним параметром системи; 21 - обчислювальний блок, що розраховує масову витрату потоку суміші відпрацьованих газів і повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку; 22 - вхід повітря під тиском до системи; 23 - ємність з рідиною (термостат); 24 - рідинний насос; 25 - вихід проби суміші відпрацьованих газів і повітря.

Вихлопна труба двигуна, встановленого на моторному навантажувальному стенді, або від двигуна, що в будь який інший спосіб навантажується за процедурою, що передбачає зміну у часі режиму його роботи, витрати відпрацьованих газів, концентрацій забруднювальних речовин у відпрацьованих газах, та, відповідно масових викидів забруднювальних речовин, через трубопровід проби 1 приєднана до входу трубопроводу повного потоку відпрацьованих газів 2.

Трубопровід З відбору проби відпрацьованих газів приєднаний до першого входу змішувальної камери 4. До другого входу змішувальної камери 4 приєднано трубопровід 5 подачі повітря.

Вихід змішувальної камери 4 приєднано до входу системи 14 уловлювання частинок, вихід якої приєднано до системи 15 відбору проби газів, розбавлених повітрям. Система 9 вимірювання об'ємної витрати потоку газів за перепадом тиску на елементі ламінарного потоку, абсолютним тиском і температурою потоку газів (витратомір ламінарного потоку) складається з, відповідно, датчика перепаду тиску у потоці газів 9, датчика абсолютного тиску потоку газів 7, датчика

Зо температури потоку газів 6, за інформаційними сигналами яких розраховують об'ємну витрату потоку газів. Основна частина потоку газів проходить через елемент 10 ламінарного потоку, вхід та вихід якого приєднані до теплового масового витратоміра частини потоку газів 11, що є пропорційною потоку газів через елемент ламінарного потоку. Вихід системи 16 подачі повітря для розбавлення відпрацьованих газів та вихід системи 15 відбору проби газів, розбавлених повітрям, з'єднані з елементами ламінарного потоку 10 через теплообмінний, рідинно-газовий апарат стабілізації температури потоку газу 12. Теплообмінний, рідинно-газовий апарат стабілізації температури потоку газу 12 з'єднано трубопроводами через рідинний насос 24 з ємністю 23, температура рідини в якій є стабілізованою. Потік Сісм суміші відпрацьованих газів і повітря через вихід 25 відводять до атмосфери.

Спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів двигунів в частково-потокових системах визначення викидів частинок та система, яка його реалізує, працює наступним чином:

Витрату повітря Сілов встановлюють за незмінної витрати суміші відпрацьованих газів і повітря Сісм, таким чином, щоб відношення витрати повного потоку відпрацьованих газів Свг до витрати проби відпрацьованих газів Слпвг залишалося незмінним протягом процедури випробування двигуна.

Витрату проби відпрацьованих газів двигунів Сіпвг, яка має бути пропорційною витраті потоку відпрацьованих газів Свг, визначають як різницю між витратою потоку Ссм суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря Сіпов.

Витрату потоку Сісм суміші відпрацьованих газів і повітря та витрату потоку повітря Сов визначають двома ідентичними системами вимірювання, температуру елементів яких підтримують однаковою та постійною, температуру газів на вході до яких підтримують однаковою та постійною пропусканням газів через теплообмінні, рідинно-газові апарати стабілізації температури потоку газу 12.

Витрату потоку Сісм суміші відпрацьованих газів і повітря визначають в обчислювальному блоці 21, що розраховує масову витрату потоку суміші відпрацьованих газів і повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку.

Витрату потоку повітря Слов визначають в обчислювальному блоці 17, що розраховує масову витрату потоку повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку.

Інформаційні сигнали від теплового масового витратоміра 11 частини потоку газів, що є пропорційною потоку газів через елемент ламінарного потоку 10, подають до обчислювального блока 21 (масова витрата суміші відпрацьованих газів і повітря - Сісммму) та до обчислювального блока 17 (масова витрата повітря - Спов(му)"

За відомим співвідношенням потоку газів через елемент ламінарного потоку 10 і через тепловий масовий витратомір частини потоку газів 11 у блоках 21 і 17 розраховують значення масової витрати, відповідно, потоку суміші відпрацьованих газів і повітря і потоку повітря. Ці, виміряні значення масової витрати є, зокрема, функцією від теплоємності суміші газів, яка змінюється залежно від хімічного складу суміші газів, що не є постійним.

Тепловий масовий витратомір налаштовують та калібрують на відомий середній хімічний склад суміші газів з, відповідно, відомою теплоємністю. Зміна хімічного складу і, відповідно, теплоємності суміші потоку газів, що вимірюють, призводить до похибки вимірювання, що є пропорційною відношенню фактичної теплоємності суміші газів до теплоємності суміші газів, яку використовують в процесі калібрування витратоміра.

Інформаційні сигнали від системи 9 вимірювання об'ємної витрати потоку газів за перепадом тиску на елементі ламінарного потоку, абсолютним тиском і температурою потоку газів подають до обчислювального блока 21 (об'ємна витрата суміші відпрацьованих газів і повітря - Сему)) та до обчислювального блока 17 (об'ємна витрата повітря - Сповс-у)). Ці, виміряні значення об'ємної витрати є, зокрема, функцією від динамічної в'язкості суміші газів, яка змінюється залежно від хімічного складу суміші газів, що не є постійним.

Систему вимірювання об'ємної витрати потоку суміші газів за перепадом тиску на елементі ламінарного потоку, абсолютним тиском і температурою потоку газів (витратомір ламінарного потоку) налаштовують та калібрують на відомий середній хімічний склад суміші газів з, відповідно, відомою динамічною в'язкістю.

Зміна хімічного складу і, відповідно динамічної в'язкості суміші газів, що вимірюють, призводить до похибки вимірювання, що є пропорційною відношенню фактичної динамічної

Зо в'язкості суміші газів, витрату якої вимірюють, до динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування витратоміра.

За виміряною об'ємною витратою потоку суміші газів також розраховують масову витрату за густиною суміші газів, яка також є функцією його хімічного складу суміші газів за відомих абсолютного тиску і температури.

Теплоємність, динамічна в'язкість і густина суміші газів є взаємно пов'язаними величинами для суміші газів певного хімічного складу.

Розраховують співвідношення масової витрати суміші газів, виміряної тепловим масовим витратоміром і масової витрати суміші газів, розрахованої за даними системи вимірювання об'ємної витрати потоку газів (витратоміром ламінарного потоку). Це співвідношення залежить від відмінності поточного хімічного складу суміші газів, витрату якої вимірюють, до хімічного складу суміші газів, яку використовують в процесі калібрування витратомірів.

За співвідношенням масової витрати суміші газів, виміряної тепловим масовим витратоміром і масової витрати суміші газів, розрахованої за даними витратоміра ламінарного потоку, розраховують співвідношення поточного значення теплоємності та поточного значення динамічної в'язкості суміші газів, витрату яких вимірюють, до значень, відповідно, теплоємності та динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку.

Отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу.

Усереднену в часі витрату проби відпрацьованих газів Спвг розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати потоку Сісм суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря Сіюв, виміряних тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку, скоригованих відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів.

Миттєву витрату проби відпрацьованих газів Спвг розраховують як різницю між витратою потоку Сісм суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря Сіюв, виміряних витратоміром ламінарного потоку, що є витратоміром швидкої дії, скоригованих відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів. (510)

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб частково-потокового визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів, в якому застосовують спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів, який відрізняється тим, що вимірювання потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та потоку повітря для розбавлення відпрацьованих газів здійснюють одночасно тепловим масовим витратоміром та витратоміром ламінарного потоку, за відношенням показань яких розраховують співвідношення поточного значення теплоємності та поточного значення динамічної в'язкості суміші газів, витрату яких вимірюють, до значень, відповідно, теплоємності та динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування теплового масового витратоміра та витратоміра ламінарного потоку, отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу, витрату проби відпрацьованих газів розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря, що вимірюють тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку, які, таким чином, коригують відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів. г шкожджиж ж й кож юю ж ж ж єю Ж ж ж жах жу ню кю ня ве; Коко вх еденк й фе же тжі тяж сю Ж тям ШЕТЖ Ж Кс Же ст ж ск. ! із з З фев 1 жк ш ЗЕ ШЕ ав й й х к ї тод ще и "Як за ва Мен, РКК Х З с: етно Джен ; Й КА є ЗАД : Щ си ЖЕ Клео: і ! ск 20007 Ме: : ше яке . З ме : лк КК З сей Дрю: в А ЧИ аве ок нка : Хек «в З З уч лак. : а ННЯ Де Б» ШО 000 Компютернаверстка!, Скворцова.дГ (00000000 ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул.

   Глазунова, 1, м.

   Київ - 42, 01601