专利名称：重型柴油机在用车的排气污染物测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涉及动力机械排放测量的装置，更具体的说，本发明涉及重型压燃式发 动机(通称柴油机)在用车排气污染物测量装置。
背景技术：
我国汽车保有量逐年增加，其排气污染物已经对环境品质造成了严重破坏。为此，国家 对汽车及发动机的排放采取了越来越严格的限值法规和检测规范，对在用车也有相应的检验
法规和强制维修制度等。
对装有重型柴油机的的汽车，国家已发布"车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽 车排气污染物排放限值及测量方法(中国III、 IV、 V阶段)"(GB17691-2005)，这个方法 规定只在发动机的台架上进行排放试验，不做整个汽车的试验。
对轻型汽车及发动机的排放出厂检测以及其在用车检测中的动力测量，都是在底盘测功 机上测量。而对大型车辆及发动机的排放检测，如果还在底盘测功机上测量，则设备庞大。 因此在国内、外标准中， 一般都采用直接在发动机试验台架上测量发动机的排气污染物，并 据此建立相应的测量方法和排放限值。
对重型汽车用柴油机的排气污染物测量，除了制造厂出厂检测外，在使用一段时间后， 要按规定进行在用车柴油机排放的检测。这时，必需将柴油机从车辆上拆卸下，在发动机试 验台架上进行排放测量，这样在实际操作上将极为麻烦、费时和成本高。因此必须寻求一种 就在在用车辆上(不必拆解柴油机)，能直接测量出柴油机排气污染物的装置。目前在国内 尚未见到这种报道
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种在不拆解柴油机条件下，测量出重型 柴油机在用汽车的柴油机排气污染物及颗粒物单位质量(以克每千瓦小时表示)的更为实 用、操作简便的重型柴油机在用车的排气污染物测量装置。
本发明的重型柴油机在用车的排气污染物测量装置，它包括
(1) 一个第一亚音速文氏管流量计，该流量计的进口端通过尾气排气管与发动机排气管
的出A相连并且其出口端连接有一个与大气相连通的出口管；
(2) —个空气与排气混合管，该空气与排气混合管的入口通过颗粒物取样管与所述的尾 气排气管相连通；
(3) —个其上依次设置有第一电磁阀、第二电磁阀、压电晶体阀、第二亚音速文氏管流 量计、第三电磁阀的稀释空气进口管路的出口与所述的空气与排气混合管相连通并且第一电' 磁阀的进口与稀释空气相连通， 一个其上依次装有第四电磁阀，临界流文氏管流量计的第一 管路与位于装有所述的第一电磁阔和第二亚音速文氏管流量计的稀释空气进口管路部分并 联设置， 一个其上装有第五电磁阀的流量计量管路的出口端与位于所述的并联管路的出口连 接点和第二亚音速文氏管流量计之间的所述的稀释空气进口管路相连通，并且其进口端与被 校准的流量计出口端相连；
(4) 三个彼此之间并联连接的颗粒物过滤支架，所述的每一颗粒物过滤支架上依次装有 进口阀、滤纸、出口阀，所述的颗粒物过滤支架的进口与所述的空气与排气混合管的出口相 连，所述的颗粒物过滤支架的出口与一个其上装有变频泵和第三亚音速文氏管流量计的第二 管路的一端相连通，所述的第二管路的另一端与大气相连；
(5)—个其上装有第六电磁阀的冲洗管路，该冲洗管路的一端与空气源连通，另一端与 所述的第三电磁阀相连；
(6) —个计算机，所述的计算机的第一信号端与模数转换器、微积分比例器、逆变器、 变频泵、变频泵驱动电机通过导线依次相连,其第二信号端通过所述的模数转换器分别与所 述的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计的流量信号输出端相连并且与所述的压电晶体阔 相连，并且其第三信号端与一个计算机控制单元的信号输入端相连，所述的计算机读取所述的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计输出的流量信号、压电晶体阀输出的流量信号并与 计算机中的设定值比较，然后输出信号给所述的变频泵驱动电机以控制变频泵的转速并输出 信号给压电晶体阔以控制其开度，同时根据稀释比公式、样气取样量及颗粒物质量计算出颗 粒物质量流量并输出给所述的计算机控制单元；
(7) —个加热型过滤器，该加热型过滤器的入口与所述的发动机排气管通过气体采样管 路相连通；
(8) —个加热型泵，该加热型泵的入口与所述的加热型过滤器的出口通过加热管相连；
(9) 一个分析仪器单元，所述的分析仪器单元包括加热型碳氢化合物分析仪、加热型氮 氧化物分析仪、氧气分析仪、其进气口分别与一个冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪和二 氧化碳分析仪，所述的冷凝器的入口、加热型碳氢化合物分析仪、加热型氮氧化物分析仪、 氧气分析仪的入口经由采样管路与所述的加热型泵的出口相连；
(10) —个计算机控制单元，用于接收所述的计算机输出的颗粒物质量流量信号、底盘测 功机的功率信号、分析仪器单元的每一分析仪输出的浓度信号，并计算出柴油机排气污染物 排放值。
本发明装置测量出的结果能和柴油机出厂测量的原始结果(g/kW.h)进行比对，据此还 可能建立相关的国家标准，本装置实用、操作简便。 ，
附图是本发明的重型柴油机在用车的排气污染物测量装置的原理图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
和实施实例对本发明作进一步说明。
本发明的重型柴油机的在用车排气污染物测量装置，它包括(l)一个第一亚音速文氏
管流量计2，该第一亚音速文氏管流量计2的进口端通过尾气排气管21与发动机排气管1的 出口相连并且其出口端连接有一个与大气相连通的出口管；(2)—个空气与排气混合管4，该空气与排气混合管4的入口通过颗粒物取样管3与所述的尾气排气管21相连通；(3)—个其 上依次设置有第一电磁阀、第二电磁阀、压电晶体阀IO、第二亚音速文氏管流量计8、第三 电磁阀的稀释空气进口管路的出口与所述的空气与排气混合管4相连通并且所述的第一电磁 阀的进口与稀释空气相连通， 一个其上依次装有第四电磁阀，临界流文氏管9的第一管路与 位于装有所述的第一电磁阀和第二亚音速文氏管流量计8的稀释空气进口管路部分并联设 置， 一个其上装有第五电磁阀的流量计量管路20的出口端与位于所述的并联管路的出口连 接点和第二亚音速文氏管流量计8之间的所述的稀释空气进口管路相连通，所述的流量计量 管路进口端与被校流量计的出口相连，所述的稀释空气为外界压縮空气，稀释比为经第二亚 音速文氏管流量计8测的空气流量与颗粒取样管3流过的排气量之比；(4)三个彼此之间并 联连接的颗粒物过滤支架5，所述的每一颗粒物过滤支架5上依次装有进口阀、滤纸、出口 阀，所述的颗粒物过滤支架5的进口与所述的空气与排气混合管4的出口相连，所述的颗粒 物过滤支架5的出口与一个其上装有变频泵6和第三亚音速文氏管流量计7的第二管路的一 端相连通，所述的第二管路的另一端与大气相连；(5)—个其上装有第六电磁阀的冲洗管路 19，该冲洗管路的一端与气源连通，另一端与所述的第三电磁阀相连，在清洗时第三电磁阀 打开清洗稀释空气进口管路，所述的气源可以为纯净空气或纯氮气；(6)—个计算机11，所 述的计算机ll的第一信号端与模数转换器、微积分比例器、逆变器、变频泵6、变频泵驱动 电机通过导线依次相连,其第二信号端通过所述的模数转换器分别与所述的第一、第二、第 三亚音速文氏管流量计2、 8、 7的流量信号输出端相连并且与所述的压电晶体阀10相连， 并且其第三信号端与一个计算机控制单元14的信号输入端相连，所述的计算机11读取上述 的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计2、 8、 7输出的流量信号、压电晶体阀IO输出的 流量信号并与计算机11中的设定值比较，然后输出信号给所述的变频泵驱动电机6以控制 变频泵6的转速并输出信号给压电晶体阀10以控制其开度，同时根据稀释比公式、样气取 样量及颗粒物质量计算出颗粒物质量流量并输出给所述的计算机控制单元14。通过调节压电 晶体阔10的开度和变频泵6的转速可以实现空气与排气混合管4的自动的稀释比(稀释空 气与排气量之比)。(7)—个加热型过滤器16，该加热型过滤器16的入口通过气体采样管路15与所述的发动机排气管相连通；(8)—个加热型泵17，该加热型泵17的入口通过加热管 与所述的加热型过滤器16 ^J出口相连；(9)一个分析仪器单元18，所述的分析仪器单元18 包括加热型碳氢化合物分析仪、加热型氮氧化物分析仪、氧气分析仪、其进气口分别与一个 冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪和二氧化碳分析仪，所述的冷凝器的入口、加热型碳氢 化合物分析仪、加热型氮氧化物分析仪、氧气分析仪的入口经由采样管路与所述的加热型泵 17的出口相连。所述的每一分析仪可以采用本申请人己上市的自制件(OEM)或美国CAI公 司的产品。(IO)—个计算机控制单元14，用于接收所述的计算机11输出的颗粒物质量流量 信号、底盘测功机13的功率信号、分析仪器单元18的每一分析仪输出的浓度信号，并计算 出柴油机排气污染物排放值(g/kw.h)。
在本装置中底盘测功机13为自动化的测量功率的装置。汽车动力轮12作用在底盘测功 机13的二个转鼓上。转鼓实为一台发电机，通过底盘测功机控制系统的数字变频装置按照 要求给发电机加载，使发动机发出的功率满足GB17691-2005标准中的表BA. l要求。发电机 可直接测得汽车动力轮轴的功率。根据反拖试验已存于数据库的参数及软件可以得出发动机 输出轴端的功率。表BA. l所示的是，对在用汽车所作排放试验循环的要求。为13工况，每 一个工况规定了发动机转速、发动机的负荷百分数、每一个工况的加权系数及每一个工况运 行的时间。每一个工况的加权功率为实测功率乘以每一工况的加权系数。实施本内容表述的 功率公式为
f每个工况实测功率X每一个工况的加权系数 (kW)
1
气体分析仪器单元18采用HC成分采用加热型氢离子火焰法(HFID)来测定；N0x成分采 用加热型化学发光光电探测仪(CLD)测定；C0/C02是经冷凝器后用红外分析仪(NDIR)测定。
从发动机排气管l中引出的气体采样管路15为加热型聚四氟乙烯管，温度在(190±2)
°C，该种加热型管路可采用本公司自制件或选购美国CAI公司产品。加热型过滤器16采用
加热型，温度控制在(190±2) 。C，该温度由加热过滤器上附带的温度控制器控制。上述控
制器控制线与电源控制开关相连，控制电流大小，实现对温度的控制。加热型过滤器可以采
用美国CAI公司的产品也可采用OEM方式自制，但加热型泵尚需选购国外，如德国KNF公司或美国CAI公司的产品。测得^^气污染物成分单位为ppm值。
汽车排气管的排气总量用与排气管1相连的第一亚音速文氏管流量计(SA0-1) 2-直接 测得，这种亚音速文氏管流量计2测量精度高，为0.2级，且流量测量范围宽，本身有温度、 压力补偿功能，因此测得的总排气量便不受时间和环境影响，可靠性、稳定性高。测得的总 排气量为体积流量，单位为m7min或m7hr。
根据GB17691-2005表BA. 1选取气体成分加权量乘以总排气流量乘以密度可得出每小 时克排量(g/hr)。再除以加权功率，则即得出每一工况的加权量(gi/kWih)，将各工况的 值迭加即为测量实测值。
柴油机颗粒物排放量，由柴油机排气分流稀释和全流取样的系统测得。
通过颗粒物取样管3，将排气引入空气与排气混合管4。尾气排气管1中流过的废气排 气流量经第二亚音文氏管流量计2测得。然后废气排至大气中。
一部排气从尾气排气管1中经颗粒物取样管3进入空气与排气混合管4内。稀释空气(大 气中)经过第一电磁阀分二路， 一路经临界流文氏管(CFV) 9， 一路经压电阔10 —起进入 第二文氏管(SA0-2) 8计量后经过第三电磁阀进入空气与排气混合管4，与」部排气混合后， 经颗粒过滤支架5中的过滤纸过滤，然后经泵6打入第三文氏管(SA0-3) 7流量计计量排气 与空气混合气的流量。第三文氏管(SA0-3) 7计量值减去第二文氏管(SA0-2) 8计量值即 为通过颗粒物取样管3的废气排气量。
过滤支架5中的滤纸经精密天平计量，可测得在取样时间内经管3的废气中的颗粒质量 值，单位克/小时(g/hr)。
亚音速文氏管流量计(SA0-1) 2测得的总废气排气量比上经管3的一部分废气流量再乘 以上述滤纸的质量(克)数即为总废气排气流量中颗粒物的质量数。再除以由底盘测功机13 测得功率数即为最终测得的(g/kw. hr)数。
一个计算机ll,所述的计算机ll的第一信号端与微积分比例器、逆变器、变频泵6、 变频泵驱动电机通过导线依次相连，其第二信号端分别与所述的第一、第二、第三亚音速文 氏管流量计2、 8、 7输出的流量信号端相连，并且其第三信号端与一个计算机控制单元14的信号输入端相连，所述的计算机ll读取所述的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计2、 8、 7输出的流量信号并与计算机中的设定值比较，然后输出信号给所述的变频泵驱动电机6 以控制其转速并输出信号给压电晶体阀10以控制其开度，同时根据稀释比公式、样气取样 量及颗粒物质量计算出颗粒物质量流量并输出给所述的计算机控制单元14。通过调节压电晶 体阀10的开度和变频泵驱动电机6的转速可以实现空气与排气混合管4的自动的稀释比(稀 释空气与排气量之比)。将此纸拿到精密天平室测得排气中的颗粒物质量(单位为克g)。计 算机11根据上述数字计算出颗粒物质量流量，g/h，输出给所述的计算机控制单元14;
计算机控制单元14接收计算机11的流量信号、分析仪器单元18的各成分浓度信号、 测功机13的柴油机的功率信号，经加权系数处理，计算出柴油机各排气污染物的排放值， 单位g/kw. h。
权利要求
1. 重型柴油机在用车的排气污染物测量装置，其特征在于它包括(1)一个第一亚音速文氏管流量计，该流量计的进口端通过尾气排气管与发动机排气管的出口相连并且其出口端连接有一个与大气相连通的出口管；(2)一个空气与排气混合管，该空气与排气混合管的入口通过颗粒物取样管与所述的尾气排气管相连通；(3)一个其上依次设置有第一电磁阀、第二电磁阀、压电晶体阀、第二亚音速文氏管流量计、第三电磁阀的稀释空气进口管路的出口与所述的空气与排气混合管相连通并且第一电磁阀的进口与稀释空气相连通，一个其上依次装有第四电磁阀，临界流文氏管流量计的第一管路与位于装有所述的第一电磁阀和第二亚音速文氏管流量计的稀释空气进口管路部分并联设置，一个其上装有第五电磁阀的流量计量管路的出口端与位于所述的并联管路的出口连接点和第二亚音速文氏管流量计之间的所述的稀释空气进口管路相连通，并且其进口端与被校准的流量计出口端相连；(4)三个彼此之间并联连接的颗粒物过滤支架，所述的每一颗粒物过滤支架上依次装有进口阀、滤纸、出口阀，所述的颗粒物过滤支架的进口与所述的空气与排气混合管的出口相连，所述的颗粒物过滤支架的出口与一个其上装有变频泵和第三亚音速文氏管流量计的第二管路的一端相连通，所述的第二管路的另一端与大气相连；(5)一个其上装有第六电磁阀的冲洗管路，该冲洗管路的一端与空气源连通，另一端与所述的第三电磁阀相连；(6)一个计算机，所述的计算机的第一信号端与模数转换器、微积分比例器、逆变器、变频泵、变频泵驱动电机通过导线依次相连，其第二信号端通过所述的模数转换器分别与所述的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计的流量信号输出端相连并且与所述的压电晶体阀相连，并且其第三信号端与一个计算机控制单元的信号输入端相连，所述的计算机读取所述的第一、第二、第三亚音速文氏管流量计输出的流量信号、压电晶体阀输出的流量信号并与计算机中的设定值比较，然后输出信号给所述的变频泵驱动电机以控制变频泵的转速并输出信号给压电晶体阀以控制其开度，同时根据稀释比公式、样气取样量及颗粒物质量计算出颗粒物质量流量并输出给所述的计算机控制单元；(7)一个加热型过滤器，该加热型过滤器的入口与所述的发动机排气管通过气体采样管路相连通；(8)一个加热型泵，该加热型泵的入口与所述的加热型过滤器的出口通过加热管相连；(9)一个分析仪器单元，所述的分析仪器单元包括加热型碳氢化合物分析仪、加热型氮氧化物分析仪、氧气分析仪、其进气口分别与一个冷凝器的出口相连的一氧化碳分析仪和二氧化碳分析仪，所述的冷凝器的入口、加热型碳氢化合物分析仪、加热型氮氧化物分析仪、氧气分析仪的入口经由采样管路与所述的加热型泵的出口相连；(10)一个计算机控制单元，用于接收所述的计算机输出的颗粒物质量流量信号、底盘测功机的功率信号、分析仪器单元的每一分析仪输出的浓度信号，并计算出柴油机排气污染物排放值。
全文摘要
本发明公开了重型柴油机在用车的排气污染物测量装置，它包括一个第一亚音速文氏管、一个空气与排气混合管、一个其上设置有第二亚音速文氏管的稀释空气进口管路的出口与所述的空气与排气混合管相连通，一个其上依次装有第四电磁阀，临界流文氏管的第一管路与位于装有第一电磁阀和第二亚音速文氏管的稀释空气进口管路部分并联设置，三个彼此之间并联连接的颗粒物过滤支架、一个计算机、一个依次相连的加热型过滤器、一个加热型泵、一个分析仪器单元、一个计算机控制单元，用于计算出柴油机排气污染物排放值。本装置测量出的结果能和柴油机出厂测量的原始结果(g/kW.h)进行比对，据此还可能建立相关的国家标准，本装置实用、操作简便。
文档编号G01N27/00GK101435827SQ20081015292
公开日2009年5月20日 申请日期2008年11月11日 优先权日2008年11月11日
发明者斌 李, 李德宽 申请人:天津世纪动力科技发展有限公司