UA135786U

UA135786U - METHOD OF DIFFERENTIAL MEASUREMENT OF EXHAUST SAMPLE CONSUMPTION OF VEHICLE ENGINES OF VEHICLES IN PARTICULAR FLOW SYSTEMS DETERMINATIONS

Info

Publication number: UA135786U
Application number: UAU201904885U
Authority: UA
Inventors: Олексій Андрійович Клименко; Анатолій Михайлович Редзюк
Original assignee: Державне Підприємство "Державний Автотранспортний Науково-Дослідний І Проектний Інститут"
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-07-10

Abstract

Спосіб частково-потокового визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів транспортних засобів, 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 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 витратоміру та витратоміру 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.A method of partial flow determination of mass specific emissions of particles from the exhaust gases of vehicle engines, which uses a method of differential measurement of the flow rate of the exhaust sample. Measurement of the flow of a mixture of exhaust gases and air and air flow for dilution of exhaust gases is carried out simultaneously by a thermal mass flowmeter and a laminar flow flowmeter, according to the readings of which calculate the ratio of the current heat capacity and the current value of dynamic viscosity. accordingly, the heat capacity and dynamic viscosity of the gas mixture used in the calibration of the thermal mass flowmeter and laminar flow flowmeter, the obtained ratios are used to adjust the measurement results of the gas mixture flow by thermal mass flowmeter and volume flowmeter depending on its chemical composition, sample flow exhaust gases are calculated as the difference between the arithmetic mean of the flow rates of the mixture of exhaust gases and air and the arithmetic mean values of the flow of air flow, measured by the thermal mass flowmeter and flowmeter laminar flow, which are thus adjusted according to the current chemical composition of the gas mixtures.

Description

Корисна модель належить до частково-потокових способів визначення масових питомих викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів транспортних засобів.The useful model belongs to the partial-flow methods of determining mass specific emissions of particles with exhaust gases of vehicle engines.

Відомий спосіб частково-потокового визначення масових викидів частинок з відпрацьованими газами двигунів транспортних засобів 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 мікротунеля потік суміші розбавлених та охолоджених відпрацьованих газів направляють через фільтри уловлювання частинок, за відносною зміною маси яких визначають масові викиди частинок.The known method of partial flow determination of mass emissions of particles with exhaust gases of vehicle engines is based on the method of proportional sampling from the flow of engine exhaust gases and its dilution with air. The sample flow of exhaust gases and the flow of air for their dilution and cooling are fed into the mixing chamber, and the mixture obtained from it is fed into the microtunnel. From the microtunnel, the flow of a mixture of diluted and cooled exhaust gases is directed through particle capture filters, the mass emissions of particles are determined by the relative change in their mass.

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.The air flow rate at the inlet to the mixing chamber is measured and set, with a constant flow rate of the mixture of exhaust gas and air, so that the ratio of the flow rate of the full flow of exhaust gases to the flow rate of the sample exhaust gas remains unchanged during the engine test procedure.

Постійну витрату суміші відпрацьованих газів і повітря встановлюють використанням витратоміру та керованого насосу.The constant flow rate of the mixture of exhaust gases and air is set using a flow meter and a controlled pump.

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.The flow rate of the engine exhaust gas sample, which must be proportional to the flow rate of the exhaust gas flow, is defined as the difference between the flow rate of the mixture of exhaust gases and air and the flow rate of the air flow.

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 (СЕК-40), Глобальних Правилах за Угодою 1998 року Мо 4 і Мо11.The above method is described in detail in current international technical regulations, in particular, in UN Regulations No. 49 and No. 96 under the Geneva Agreement of 1958 on uniform technical prescriptions for wheeled vehicles, and corresponding EU directives, US technical regulations (SEC-40), Global Rules under the 1998 Agreement Mo 4 and Mo 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 5 7,243,559 В2, МПК О0ІМ1/0О, виданий 17 липня 2007 р., "ЕХНАО5БТ САЗThe description of the method of partial flow determination of mass emissions of particles with exhaust gases of engines and various variants of systems that implement it, in addition to the above modern international technical regulations (standards), is also given in known patents for inventions (USA 5 7,243,559 B2, IPC О0ИМ1/0О , issued on July 17, 2007, "EHNAO5BT SAZ

РАКТІСОГАТЕ МЕАЗОКІМО 5УЗТЕМ"; США 05 7.404,340 В2, Б0ІМ1/0), виданий 29 липня 2008 р., "ЕХНАО5БТ БАЗ РАКТІСШОЇ АТЕ МЕАЗИОКІМО 5УЗТЕМ"; Еигореап Раїепі Ойісе Мо ЕР 2 302 354 ВІ, МПК 501М15/06, МПК 501Мм27/62, МПК 501М1/22, МПК 501М15/10, МПК 501 М 27/70,RAKTISOGATE MEAZOKIMO 5UZTEM"; USA 05 7.404,340 B2, B0IM1/0), issued on July 29, 2008, "EHNAO5BT BAZ RAKTISSHOI ATE MEAZOKIMO 5UZTEM"; Eigoreap Raiepi Oyise Mo ER 2 302 354 VI, MPK 501M15/501M, MPKm706 /62, IPC 501M1/22, IPC 501M15/10, IPC 501 M 27/70,

Зо виданий 9 вересня 2015 р., "РАЕТІСО АТЕ МАТТЕК МЕАЗОКЕМЕМТ ОЕМІСЕ" які є найбільш близькими за технічною суттю до запропонованого способу.From issued on September 9, 2015, "RAETISO ATE MATTEK MEAZOKEMEMT OEMISE" which are the closest in technical essence to the proposed method.

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.The flow rate of the full exhaust gas flow during the engine test can vary rapidly within wide limits and, accordingly, the flow rate of the exhaust gas sample must vary rapidly in a constant proportion. Accordingly, the dilution factor of exhaust gases varies widely.

Витрата проби відпрацьованих газів двигуна, що визначають як різницю між витратою потоку суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря, за великих значень коефіцієнту 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 коефіцієнту розбавлення.Engine exhaust gas sample consumption, defined as the difference between the flow rate of the mixture of exhaust gases and air and the flow rate of the air flow, at large values of the dilution factor of the exhaust gases, is small compared to the flow rate of the air and the flow rate of the mixture of exhaust gases and air. Therefore, even a relatively small error in measuring and setting the air flow and the flow of its mixture with exhaust gases can lead to an unacceptably large error in determining the flow rate of the exhaust gas sample and the dilution factor.

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 витратоміру, та це є джерелом внесення додаткової невизначеності у вимірювання.An additional factor causing the increase in uncertainty in measurements by this method is the constant and rapid change in the chemical composition of exhaust gases and, accordingly, their mixture with air, during engine tests. A change in the chemical composition of the gas mixture, the flow of which is measured, affects its physical properties, on which the principle of operation of the flowmeter is based, and this is a source of introducing additional uncertainty into the measurement.

Все це обмежує максимальні значення коефіцієнту 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.All this limits the maximum values of the dilution factor of exhaust gases that can be set in practice, that is, it limits the dynamic range of the specified method of partial-flow determination of mass specific emissions of pollutants, which, however, is desirable to have a large one when testing engines according to modern test procedures (transient cycles ), especially modern engines that use alternative fuels with a high content of biofuels for power.

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 коефіцієнту розбавлення відпрацьованих газів та неприйнятно велика похибка вимірювання витрати потоку проби відпрацьованих газів за великих значень коефіцієнту розбавлення.Therefore, the main drawback of the described method of partial flow determination of mass emissions of particles with exhaust gases of engines, considered in detail in the international technical regulations and patents cited above, is the limited dynamic range of the dilution coefficient of exhaust gases and an unacceptably large error in measuring the flow rate of the exhaust gas sample at large values dilution factor.

Задачею даного винаходу є розширення динамічного діапазону коефіцієнту 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.The task of this invention is to expand the dynamic range of the dilution factor of exhaust gases in the method of partial flow determination of mass emissions of particles with exhaust gases of engines with a decrease in the measurement error of the flow rate of the exhaust gas sample.

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 витратоміру та витратоміру 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.The problem is solved by the fact that, in the method of partial-flow determination of mass specific emissions of particles with exhaust gases of engines, a method of differential measurement of the flow of a sample of exhaust gases is used, according to which the measurement of the flow of a mixture of exhaust gases and air and the flow of air for dilution of exhaust gases is carried out simultaneously by thermal mass flowmeter and laminar flow flowmeter, based on the ratio of the readings, the ratio of the current value of the heat capacity and the current value of the dynamic viscosity of the gas mixture, the flow of which is measured, to the values, respectively, of the heat capacity and dynamic viscosity of the gas mixture, which is used in the process of calibrating the thermal mass flowmeter and laminar flow flowmeter, the obtained ratios are used to correct the results of measuring the flow rate of a mixture of gases with a thermal mass flowmeter and a volumetric flowmeter depending on its chemical composition, the flow rate of the working sample of exhaust gases is calculated as the difference between the arithmetic mean of the flow rate of the mixture of exhaust gases and air and the arithmetic mean of the flow rate of the air measured by the thermal mass flow meter and the laminar flow meter, which are thus corrected according to the current chemical composition of the gas mixtures.

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 витратоміру та витратоміру 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 витратиThe new thing is that the method of differential measurement of the sample flow of exhaust gases is used, according to which the measurement of the flow of the mixture of exhaust gases and air and the flow of air for dilution of exhaust gases is carried out simultaneously with a thermal mass flow meter and a laminar flow meter, based on the ratio of the readings, the ratio of the current value of the heat capacity and of the current value of the dynamic viscosity of the mixture of gases, the flow of which is measured, to the values, respectively, of the heat capacity and dynamic viscosity of the mixture of gases, which are used in the process of calibrating the thermal mass flowmeter and the laminar flow flowmeter, the obtained ratios are used to adjust the results of the measurement of the flow of the gas mixture thermal mass flow meter and volume flow meter depending on its chemical composition, the flow rate of the sample of exhaust gases is calculated as the difference between the arithmetic mean of the flow values

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.From the flow of the mixture of exhaust gases and air and the arithmetic mean of the air flow rate measured by the thermal mass flow meter and the laminar flow meter, adjusted according to the current chemical composition of the gas mixtures.

На Фіг. 1 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 Овг;In Fig. 1 shows a functional diagram of the method of differential measurement of engine exhaust gas sample flow in partial-flow systems for determining particle emissions with an image of the main elements of the partial-flow sampling system that implements it, containing: 1 - a pipeline through which the full flow of exhaust gases from the engine is supplied to the system; 2 - the pipeline of the full flow of exhaust gases Ovg;

З - трубопровід відбору проби відпрацьованих газів Спвг; 4 - змішувальна камера; 5 - трубопровід подачі потоку повітря Спов; 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 фільтру 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 насосу та системи регулювання його продуктивності;C - exhaust gas sampling pipeline Spvg; 4 - mixing chamber; 5 - Spov air flow supply pipeline; b - gas flow temperature sensor; 7 - gas flow absolute pressure sensor; 8 - pressure drop sensor in the gas flow; 9 - a system for measuring the volume flow rate of gas flow by the pressure drop on the laminar flow element, the absolute pressure and temperature of the gas flow (laminar flow flow meter); 10 - laminar flow element; 11 - thermal mass flow meter of part of the gas flow, which is proportional to the gas flow through the laminar flow element; 12-heat exchange, liquid-gas apparatus for stabilizing the gas flow temperature; 13 - microtunnel; 14 - a particle capture system, consisting of a particle capture filter, and may also contain flow distribution elements between the main (flow supply to the particle capture filters) and bypass channel (not shown in the diagram); 15 - gas sampling system, diluted with air, consisting of a pump and a system for regulating its performance;

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 витратоміру та витратоміру 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 вхідним параметром системи; 21 - обчислювальний блок, що розраховує масову витрату потоку суміші відпрацьованих газів і повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового витратоміру та витратоміру 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;16 - an air supply system for diluting exhaust gases, consisting of a controlled valve or a group of controlled valves, which provides variable throttling of the air flow supplied under stabilized pressure and rapid change of its flow rate; 17 - a computing unit that calculates the mass flow rate of the air flow at the same time based on the information signals of the thermal mass flow meter and the laminar flow flow meter; 18 - control unit for the flow of the mixture of exhaust gases and air and the flow of air; 19 - information signal of the measured flow rate of the exhaust gas sample; 20 - the information signal of the consumption of the full flow of exhaust gases from the engine, which is an input parameter of the system; 21 - a computing unit that calculates the mass flow rate of the mixture of exhaust gases and air at the same time based on the information signals of the thermal mass flow meter and the laminar flow meter; 22 - pressurized air inlet to the system; 23 - container with liquid (thermostat); 24 - liquid pump; 25 - output sample of the mixture of exhaust gases and air;

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.The exhaust pipe of an engine installed on a motor loading stand, or from an engine that is loaded in any other way according to a procedure that involves a change in time of its operation mode, the consumption of exhaust gases, the concentrations of pollutants in the exhaust gases, and, accordingly, the mass emissions of pollutants substances, through the sample pipeline 1 is connected to the inlet of the pipeline of the full flow of exhaust gases 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.The exhaust gas sampling pipeline is connected to the first inlet of the mixing chamber 4. The air supply pipeline 5 is connected to the second inlet of the mixing chamber 4.

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, датчику перепаду тиску у потоці газів 9, датчику абсолютного тиску потоку газів 7, датчику температури потоку газів 6, за інформаційними сигналами яких розраховують об'ємну витратуThe output of the mixing chamber 4 is connected to the input of the system 14 of catching particles, the output of which is connected to the system 15 of sampling gases diluted with air. The system 9 for measuring the volume flow rate of the gas flow according to the pressure drop on the laminar flow element, the absolute pressure and temperature of the gas flow (laminar flow flow meter) consists of, respectively, the pressure drop sensor in the gas flow 9, the absolute pressure sensor of the gas flow 7, the temperature sensor gas flow 6, based on the information signals of which volume consumption is calculated

Зо потоку газів. Основна частина потоку газів проходить через елемент 10 ламінарного потоку, вхід та вихід якого приєднані до теплового масового витратоміру 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 якої є стабілізованою. Потік Осм суміші відпрацьованих газів і повітря через вихід 25 відводять до атмосфери.From the flow of gases. The main part of the gas flow passes through the laminar flow element 10, the input and output of which are connected to the thermal mass flow meter of the gas flow part 11, which is proportional to the gas flow through the laminar flow element. The output of the air supply system 16 for diluting the exhaust gases and the output of the system 15 for sampling gases diluted with air are connected to the elements of the laminar flow 10 through the heat exchange, liquid-gas device for stabilizing the gas flow temperature 12. The heat exchange, liquid-gas device for stabilizing the flow temperature gas 12 is connected by pipelines through the liquid pump 24 to the container 23, the temperature of the liquid in which is stabilized. Flow Osm of the mixture of exhaust gases and air is discharged to the atmosphere through outlet 25.

Спосіб диференційного вимірювання витрати проби відпрацьованих газів двигунів в частково-потокових системах визначення викидів частинок та система, яка його реалізує, працює наступним чином:The method of differential measurement of the sample flow of exhaust gases of engines in partial flow systems for determining particle emissions and the system that implements it works as follows:

Витрату повітря ОСлов встановлюють за незмінної витрати суміші відпрацьованих газів і повітря Осм, таким чином, щоб відношення витрати повного потоку відпрацьованих газів Овг до витрати проби відпрацьованих газів Спвг залишалося незмінним протягом процедури випробування двигуна.The air consumption OSlov is set at a constant flow rate of the mixture of exhaust gases and air Osm, so that the ratio of the flow rate of the full flow of exhaust gases Ovg to the flow rate of the sample of exhaust gases Spvg remains unchanged during the engine test procedure.

Витрату проби відпрацьованих газів двигунів Спвг, яка має бути пропорційною витраті потоку відпрацьованих газів Свг, визначають як різницю між витратою потоку Осм суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря Опов.The flow rate of the engine exhaust gas sample Spvg, which must be proportional to the flow rate of the exhaust gas flow Svg, is defined as the difference between the flow rate Osm of the mixture of exhaust gases and air and the flow rate of the air flow Opov.

Витрату потоку Осм суміші відпрацьованих газів і повітря та витрату потоку повітря Опов 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.The flow rate Osm of the mixture of exhaust gases and air and the air flow rate Opov are determined by two identical measurement systems, the temperature of the elements of which is maintained the same and constant, the temperature of the gases at the entrance to which is maintained the same and constant by passing gases through heat exchange, liquid-gas devices for stabilizing the temperature of the gas flow 12.

Витрату потоку Осм 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 витратоміру та витратоміру ламінарного потоку.The flow rate Osm of the mixture of exhaust gases and air is determined in the computing unit 21, which calculates the mass flow rate of the mixture of exhaust gases and air at the same time based on the information signals of the thermal mass flow meter and the laminar flow meter.

Витрату потоку повітря Спов визначають в обчислювальному блоці 17, що розраховує масову витрату потоку повітря одночасно за інформаційними сигналами теплового масового бо витратоміру та витратоміру ламінарного потоку.The air flow rate Spov is determined in the computing unit 17, which calculates the mass flow rate of the air flow simultaneously based on the information signals of the thermal mass flow meter and the laminar flow flow meter.

Інформаційні сигнали від теплового масового витратоміру 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 - Ссм(м)) та до обчислювального блока 17 (масова витрата повітря - Спов(м)).Information signals from the thermal mass flow meter 11 of the part of the gas flow, which is proportional to the gas flow through the laminar flow element 10, are fed to the computing unit 21 (mass flow rate of the mixture of exhaust gases and air - Ccm(m)) and to the computing unit 17 (mass flow rate of air - Spov(m)).

За відомим співвідношенням потоку газів через елемент ламінарного потоку 10 ї 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.According to the known ratio of the gas flow through the laminar flow element 10 and through the thermal mass flow meter part of the gas flow 11, in blocks 21 and 17, the mass flow rate is calculated, respectively, of the flow of the mixture of exhaust gases and air and the air flow. These measured mass flow values are, in particular, a function of the heat capacity of the gas mixture, which varies depending on the chemical composition of the gas mixture, which is not constant.

Тепловий масовий витратомір налаштовують та калібрують на відомий середній хімічний склад суміші газів з, відповідно, відомою теплоємністю. Зміна хімічного складу ії, 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 витратоміру.The thermal mass flow meter is adjusted and calibrated to the known average chemical composition of the mixture of gases with, accordingly, the known heat capacity. A change in the chemical composition and, accordingly, the heat capacity of the mixture of the gas flow being measured leads to a measurement error that is proportional to the ratio of the actual heat capacity of the gas mixture to the heat capacity of the gas mixture used in the process of calibrating the flowmeter.

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 - Ссму)) та до обчислювального блока 17 (об'ємна витрата повітря - Спов (м). 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.Information signals from the system 9 measuring the volume flow rate of the gas flow according to the pressure drop on the laminar flow element, the absolute pressure and the temperature of the gas flow are fed to the computing unit 21 (the volume flow rate of the mixture of exhaust gases and air - Ссму)) and to the computing unit 17 (volume flow of air - Spov (m). These measured values of volume flow are, in particular, a function of the dynamic viscosity of the gas mixture, which varies depending on the chemical composition of the gas mixture, which is not constant.

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.The system for measuring the volumetric flow rate of a mixture of gases based on the pressure drop across the laminar flow element, the absolute pressure and temperature of the gas flow (laminar flow flow meter) is adjusted and calibrated to the known average chemical composition of the gas mixture with, accordingly, the known dynamic viscosity.

Зміна хімічного складу і, відповідно динамічної в'язкості суміші газів, що вимірюють, призводить до похибки вимірювання, що є пропорційною відношенню фактичної динамічної в'язкості суміші газів, витрату якої вимірюють, до динамічної в'язкості суміші газів, яку використовують в процесі калібрування витратоміру.,A change in the chemical composition and, accordingly, the dynamic viscosity of the gas mixture being measured leads to a measurement error that is proportional to the ratio of the actual dynamic viscosity of the gas mixture, the flow of which is measured, to the dynamic viscosity of the gas mixture used in the calibration process flow meter.,

За виміряною об'ємною витратою потоку суміші газів також розраховують масову витрату заBased on the measured volumetric flow rate of the mixture of gases, the mass flow rate is also calculated by

Зо густиною суміші газів, яка також є функцією його хімічного складу суміші газів за відомих абсолютного тиску і температури.With the density of the gas mixture, which is also a function of its chemical composition of the gas mixture at known absolute pressure and temperature.

Теплоємність, динамічна в'язкість і густина суміші газів є взаємно пов'язаними величинами для суміші газів певного хімічного складу.Heat capacity, dynamic viscosity and density of a mixture of gases are interrelated quantities for a mixture of gases of a certain chemical composition.

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.Calculate the ratio of the mass flow rate of the gas mixture measured by the thermal mass flow meter and the mass flow rate of the gas mixture calculated according to the data of the volumetric flow rate measurement system (laminar flow flow meter). This ratio depends on the difference between the current chemical composition of the gas mixture, the flow of which is measured, and the chemical composition of the gas mixture used in the process of calibrating the flow meters.

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 витратоміру та витратоміру ламінарного потоку.Based on the ratio of the mass flow rate of the gas mixture measured by the thermal mass flow meter and the mass flow rate of the gas mixture calculated from the data of the laminar flow flow meter, the ratio of the current value of the heat capacity and the current value of the dynamic viscosity of the gas mixture, the flow of which is measured, to the values, respectively, of the heat capacity and of the dynamic viscosity of the gas mixture, which is used in the process of calibrating the thermal mass flowmeter and laminar flow flowmeter.

Отримані співвідношення використовують для коригування результатів вимірювання витрати суміші газів тепловим масовим витратоміром та об'ємним витратоміром залежно від її хімічного складу.The obtained ratios are used to adjust the results of gas mixture flow measurement with a thermal mass flowmeter and a volumetric flowmeter, depending on its chemical composition.

Усереднену в часі витрату проби відпрацьованих газів Сявг розраховують як різницю між середнім арифметичним значень витрати потоку Осм суміші відпрацьованих газів і повітря та середнім арифметичним значень витрати потоку повітря Сов, виміряних тепловим масовим витратоміром і витратоміром ламінарного потоку, скоригованих відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів.The time-averaged flow rate of the exhaust gas sample Syavg is calculated as the difference between the arithmetic mean of the flow rate Osm of the mixture of exhaust gases and air and the arithmetic mean of the air flow rate Sov, measured by the thermal mass flow meter and the laminar flow meter, adjusted according to the current chemical composition of the gas mixtures.

Миттєву витрату проби відпрацьованих газів Спвг розраховують як різницю між витратою потоку Осм суміші відпрацьованих газів і повітря та витратою потоку повітря Св, виміряних витратоміром ламінарного потоку, що є витратоміром швидкої дії, скоригованих відповідно до поточного хімічного складу сумішей газів.The instantaneous flow rate of the exhaust gas sample Spvg is calculated as the difference between the flow rate Osm of the mixture of exhaust gases and air and the flow rate of the air flow Sv, measured by the laminar flow flow meter, which is a fast-acting flow meter, adjusted according to the current chemical composition of the gas mixtures.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of partial-flow determination of mass specific emissions of particles with exhaust gases of vehicle engines, in which the method of differential measurement of the flow rate of the sample of exhaust gases is used, which differs in that the measurement of the flow of the mixture of exhaust gases and air and the flow of air for dilution of exhaust gases is carried out at the same time, a thermal mass flow meter and a laminar flow flow meter, based on the ratio of the readings, the ratio of the current value of the heat capacity and the current value of the dynamic viscosity of the gas mixture, the flow of which is measured, to the values, respectively, of the heat capacity and dynamic viscosity of the gas mixture used in the process is calculated calibration of a thermal mass flowmeter and a laminar flow flowmeter, the obtained ratios are used to adjust the results of measuring the flow rate of a gas mixture by a thermal mass flowmeter and a volumetric flowmeter depending on its chemical composition, the flow rate of the exhaust gas sample is calculated as the difference between the arithmetic mean of the flow rate of the mixture of exhaust gases and air and the arithmetic mean of the air flow rate measured by the thermal mass flow meter and the laminar flow meter, which are thus adjusted according to the current chemical composition of the mixtures gases