专利名称：发动机排气颗粒部分稀释取样系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是属于汽车以及环保 领域的技术。
背景技术：
目前汽车发动机排放颗粒的测试仅限于柴油机的颗粒质量排放。
为了对发动机排放颗粒的数量浓度进行测量，尤其针对纳米/亚微米级颗粒物
排放的测量，就需要对发动机排气进行稀释和冷却，例如将发动机排气中的部分气
体抽取出来，与稀释空气进行混合，达到颗粒部分稀释取样，从而达到对发动机排
放颗粒的数量浓度进行测量的目的。
上述针对发动机颗粒排放测试是只限于质量排放，而无单独为发动机颗粒数
量排放测试需要设计的发动机稀释系统，从而无法对纳米/亚微米颗粒排放物粒度
分布的测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于测量发动机排放的颗粒数量和粒度分布的 发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是一种单独为汽车发动机颗粒数量排放测试需 要设计的发动机稀释系统，本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同更换 不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
本实用新型的目的是这样实现的
一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于包括 发动机的排气管有一段区域为不弯曲的直管段；
一排气取样探头，置于所述直管段内的管向中心线位置，是一端为开口的管 子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口，该取样口面向排气管上游，以排气取样 探头的取样口为界限，面向该取样口的直管段为上游段，背向该取样口的直管段为下游段；
一空气过滤器，过滤空气中的颗粒物；
一稀释风道，与所述空气过滤器连接，所述空气过滤器过滤后的空气作为稀 释风道内的稀释用空气；
一排气传输管，输入端与所述排气取样探头的出口端连接，出口端连接所述 稀释风道，并穿过所述稀释风道的管壁于该稀释风道的管内径中心处直角转弯向该 稀释风道的下游方向延伸成一段节流段，该节流段的出口端为开口端，从该节流段 的出口端流出发动冲几排》丈颗粒；
一节流装置，置于所述稀释风道内壁的所述节流段的出口端，该节流装置的 中心处有孔洞，该孔洞对准所述节流段的出口端，该孔洞的直径大于所述节流段出 口端的口径，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口 ；
一离心风机，置于所述稀释风道的下游的终端处，使所述节流装置的孔洞处 形成真空度，从而将所述发动机排气管的直管段中发动机排放颗粒通过所述排气取 样探头及所述排气传输管抽吸入所述稀释风道内；
一稀释后颗粒取样管，从所述稀释风道的下游近终端处引出，该稀释后颗粒 取样管在所述稀释风道内的一端延伸到该稀释风道内的管向中心处直角转弯向稀 释风道的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头，开口端为稀释后的发 动机排放颗粒的取样口，该稀释后颗粒取样管的另一端连接一颗粒数量分析仪，测 量稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布；
一C02分析仪，通过一根传输空气中C02的传输管与所述稀释风道于接近空气过滤器处连接；通过一根传输发动机排放颗粒中C02的传输管与所述排气传输管连 接；通过一根传输稀释后颗粒中C02的传输管与所述稀释风道于接近稀释后颗粒取 样头处连接，以此，该C(h分析仪通过对空气中C(h、发动机排放颗粒中C02以及稀释颗粒中C02的测试后计算出稀释风道中的发动机排放颗粒的稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。
所述排气管的直管^a的长度为所述直管段的管内径的9倍。
所述上游段的长度为所述直管段的管内径的6倍，所述下游段的长度为所 述直管段的管内径的3倍。
所述排气管的直管段的管内径与所述排气取样探头的管管内径比大于4,其中所述排气取样探头的管内径最小为4mm，。
所述稀释风道的管内径不大于200mm,当所述稀释风道管内径釆用大于 75隨时，稀释风道的壁厚与管内径之比大于0. 025;
当所述稀释风道管内径采 用等于或小于75mm时，所述稀释风道壁厚不小于1. 5mm。
所述节流装置釆用有中心孔的孔板或采用文氏管。
所述稀释后颗粒取样头的取样口到所述节流段的出口端的距离最小为所 述稀释风道管内径的10倍。
所述稀释风道内的雷诺数不低于4000。
本实用新型效果
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统是单独为汽车发动机颗粒数 量排放测试需要设计的发动机稀释系统，本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓 度的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
本稀释系统尺寸小，投资少，适用于各种排量的汽车发动机，稀释系统取样 量大，测量迅速。
为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对 本实用新型进行详细的描述。
图1为本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的结构图
附图中主要部件的标记说明 10,空气过滤器 20,稀释风道
22,传输稀释后颗粒中C(h的传输管 4 0,节流装置 50, C(h分析仪
70,直管段 701,上游段
8 0,排气传输管 80'，节流段
81,传输发动机排放颗粒中C02的传输管
21,传输空气中C02的传输管 30,离心风才几 60，排气取样探头 7 02 ,下游段
90，稀释后颗粒取样管
90',稀释后颗粒取样头
100,发动机排气颗粒部分稀释取样系统
200，发动机 210，排气管 300，颗粒数量分析仪
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的具体实
施方式进4于详细i兌明。
参见图1,图1为本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的结构图。
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统100主要包括空气过滤器 10、稀释风道20、离心风机30、节流装置40， C02气体分析仪50及排气取样探头 60。
下面对组成本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统的上述部件的结 构及功能以及各部件之间的连接关系进行详细说明。
本实用新型的发动机排气颗粒部分稀释取样系统要求发动机200的排气管 210有一段区域为不弯曲的直管段70,该段直管段70内壁光滑，以减少惯性损失 和保持压力稳定，直管段70的长度为排气管的直管段70的管内径Di的9倍为佳 (图1为示意图，没按此比例制图)。
沿排气管的直管段70内的管向中心线位置上置有排气取样探头60，排气取样 探头60是一端为开口的管子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口 ，取样口面向 排气管上游(即面向发动机排气口 )。
上述排气取样探头60的在排气管的直管段70中心线的位置这样决定的以 排气取样探头60的取样口为界限，面向取样口的直管段7 0的这一段为上游段701, 上游段701的长度是6Di为佳，背向取样口的直管段70的这一段为下游段702，下 游段702的长度是3Di为佳(如上所述，Di为直管段70的管内径，图l为示意图， 没按此比例制图)。
排气取样探头60的管内径最小为4mm，排气管的直管段70的管内径Di与排 气取样探头60的管内径比大于4 (图1为示意图，没按此比例制图)。
一空气过滤器10连接一稀释风道20。该空气过滤器10的过滤效率为99. 99% (针对0. 3um颗粒物)，过滤后的空气作为稀释风道20内的稀释用空气。
稀释风道20为不锈钢管，内部光滑，耐腐耐温，绝热，以减少热泳损失和扩 散损失。如果稀释风道管内径采用大于75mm时，壁厚与稀释风道管内径之比大于
0.025。如果稀释风道管内径采用等于或小于75mm时， 一般壁厚不小于1. 5mm。考 虑空间布置，稀释风道的管内径不大于200mm为佳。
排气取样探头60的出口端连接一排气传输管80的输入端，排气传输管80采 用绝热材料，如果长于l米，为了减少传输管传输过程中颗粒的热泳损失，此时宜 将其加热保温，最高温度达到2 5 0 °C 。
排气传输管80的出口端连接上述稀释风道20，并穿过稀释风道20的管壁于 稀释风道2 0的管内径中心处直角转弯向稀释风道2 0的下游方向延伸成一段节流段 80'，节流段80'的出口端为开口端，这样，使排气取样探头6 0取到的发动机排 放颗粒通过排气传输管80传输到稀释风道20内。为了减少排气传输管80中的颗 粒损失，排气传输管80中的气体流速大于10m/s。
在稀释风道20内壁于节流段80'的出口端处置有一个节流装置40，节流装 置40的中心处有孔洞，孔洞的直径大于节流段80'的出口端的口径(孔洞的直径 的大小，取决于下面要说明的所需的稀释比的大小)，该孔洞对准节流段80'的出 口端，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口。本实施例的节流装置 40采用有中心孔的孔板，也可采用文氏管。
在稀释风道20的下游的终端连接一离心风机30，使节流装置40的孔洞处形 成真空度，从而将发动机200排气管210的直管段70中的废气通过排气取样探头 60以及排气传输管80抽吸入稀释风道20内。
在稀释风道20的下游近终端处引出一根稀释后颗粒取样管90,稀释后颗粒取 样管90在稀释风道20内的一端延伸到稀释风道20内的管向中心处直角转弯向稀 释风道20的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头90',开口端为稀 释后的发动机排放颗粒的取样口 ，稀释后颗粒取样管90的另 一端连接一颗粒数量 分析仪300,由稀释后颗粒取样头90'将稀释后的发动机排放颗粒取样后通过稀释 后颗粒取样管90传送到颗粒数量分析仪3Q0进行发动机排放的颗粒数量和粒度分 布的测量。
上述稀释后颗粒取样头90'的设置位置是这样决定的设稀释风道20的管内 径为D2,稀释后颗粒取样头9(T的取样口到上述节流段80'的出口端的距离为10 D2为佳(图l为示意图，没按此比例制图)，以保证排气和稀释空气充分混合。
上述颗粒数量分析仪300测定的颗粒数量和粒度分布是稀释风道20将发动机排放颗粒稀释后的数据，发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据是由颗粒数量 分析仪300测定的颗粒数量和粒度分布再乘以稀释比。 该稀释比的标定由下述部件完成。
上述稀释风道20于接近空气过滤器10处引出一根传输空气中C02的传输管 21,传输空气中C(h的传输管21的出口端与一C02分析仪连接。
上述排气传输管80引出一根传输发动机排放颗粒中C02的传输管81,传输发 动机排放颗粒中C02的传输管81的出口端与上述C02分析仪连接。
上述稀释风道20于接近稀释后颗粒取样头90'处引出一根传输稀释后颗粒 中C(h的传输管22，传输稀释后颗粒中C02的传输管22的出口端与上述C02分析 仪连接。
C02分析仪分别测定排气管传输管80中的C02浓度(等同于发动机排放管中发 动机排放颗粒中的C02),稀释风道20中稀释后颗粒中的C02浓度和稀释风道20中 的空气中的C(h浓度，根据这三个不同位置的C02的测试，计算出所述稀释风道20 中发动机排放颗粒的稀释比。
而稀释比的大小是取决于上述节流装置40的孔洞大小，因此不同尺寸的节流 装置40,导致不同的稀释比，这样，在测试中，可以根据发动机颗粒物排放浓度 的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要。
上述稀释风道20内的雷诺数不能低于4000, —般应大于10000。
上述稀释后颗粒取样头9o'的取样口的气体温度不能高于5rc, —般10倍
管道直径已可满足稀释降温的要求。针对特殊情况，可以调整节流装置或改变传输 管直径来增加增大稀释比以及延长取样位置，从而保证取样温度要求。 以下简单说明本实用新型的工作原理
当高压离心风机30抽气时，在节流装置40的孔洞处形成真空度，从而将发 动机200排气管210的直管段70中的废气通过排气取样探头60以及排气传输管 80抽吸入稀释风道20内。稀释用空气通过空气过滤器10过滤，从而去除环境大 气颗粒物对测量结果的影响。从排气传输管80中引入的高温气溶胶在与稀释用空 气进行混合后，达到降低温度和降低排气颗粒浓度的效果，从而满足后续颗粒数量 测试设备的需求。稀释风道20内稀释后发动机排放颗粒，经过稀释后颗粒取样头 90'以及稀释后颗粒取样管90送到颗粒数量分析仪300进行发动机排放的颗粒数量和粒度分布的测量，将该测量值乘以由C02分析仪5 0计算出的稀释比就是发动
机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据
本系统尺寸小，投资少，适用于各种排量的发动机，取样量大，此外，由于 本系统是直接进行测试，测量迅速。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实 用新型的目的，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神 范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型权利要求书的范围内。
权利要求1、一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于包括发动机的排气管有一段区域为不弯曲的直管段；一排气取样探头，置于所述直管段内的管向中心线位置，是一端为开口的管子，该开口端是发动机排放颗粒的取样口，该取样口面向排气管上游，以排气取样探头的取样口为界限，面向该取样口的直管段为上游段，背向该取样口的直管段为下游段；一空气过滤器，过滤空气中的颗粒物；一稀释风道，与所述空气过滤器连接，所述空气过滤器过滤后的空气作为稀释风道内的稀释用空气；一排气传输管，输入端与所述排气取样探头的出口端连接，出口端连接所述稀释风道，并穿过所述稀释风道的管壁于该稀释风道的管内径中心处直角转弯向该稀释风道的下游方向延伸成一段节流段，该节流段的出口端为开口端，从该节流段的出口端流出发动机排放颗粒；一节流装置，置于所述稀释风道内壁的所述节流段的出口端，该节流装置的中心处有孔洞，该孔洞对准所述节流段的出口端，该孔洞的直径大于所述节流段出口端的口径，在此形成稀释用空气以及发动机排放颗粒的出气口；一离心风机，置于所述稀释风道的下游的终端处，使所述节流装置的孔洞处形成真空度，从而将所述发动机排气管的直管段中发动机排放颗粒通过所述排气取样探头及所述排气传输管抽吸入所述稀释风道内；一稀释后颗粒取样管，从所述稀释风道的下游近终端处引出，该稀释后颗粒取样管在所述稀释风道内的一端延伸到该稀释风道内的管向中心处直角转弯向稀释风道的上游方向延伸成一段端口开口的稀释后颗粒取样头，开口端为稀释后的发动机排放颗粒的取样口，该稀释后颗粒取样管的另一端连接一颗粒数量分析仪，测量稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布；一CO2分析仪，通过一根传输空气中CO2的传输管与所述稀释风道于接近空气过滤器处连接；通过一根传输发动机排放颗粒中CO2的传输管与所述排气传输管连接；通过一根传输稀释后颗粒中CO2的传输管与所述稀释风道于接近稀释后颗粒取样头处连接，以此，该CO2分析仪通过对空气中CO2、发动机排放颗粒中CO2以及稀释颗粒中CO2的测试后计算出稀释风道中的发动机排放颗粒的稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。
2、 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述排气管的直管段的长度为所述直管段的管内径的9倍。
3, 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述上游段的长度为所述直管段的管内径的6倍，所述下游段的长度为所述直管段的管内径的3倍。
4，如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述排气管的直管段的管内径与所述排气取样探头的管管内径比大于4, 其中所述排气取样探头的管内径最小为4mm,。
5, 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述稀释风道的管内径不大于200mm,当所述稀释风道管内径采用大于75mm时，稀释风道的壁厚与管内径之比大于0. 025;当所述稀释风道管内径采 用等于或小于75mm时，所述稀释风道壁厚不小于1. 5mm。
6, 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述节流装置采用有中心孔的孔板或采用文氏管。
7, 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述稀释后颗粒取样头的取样口到所述节流段的出口端的距离最小为所述稀释风道管内径的10倍。
8, 如权利要求1所述的发动机排气颗粒部分稀释取样系统，其特征在于 所述稀释风道内的雷诺数不低于4000。
专利摘要一种发动机排气颗粒部分稀释取样系统，是解决目前因没有单独为发动机颗粒数量排放测试的稀释系统，从而无法对纳米/亚微米颗粒排放物粒度分布进行测量的问题，本系统包括在发动机的排气管内置有一排气取样探头，将取到的发动机排放颗粒通过排气传输管送到一连接空气过滤器并带有节流装置的稀释风道内进行稀释，通过一稀释后颗粒取样管输出该稀释后的发动机排放的颗粒数量和粒度分布，并进行测量，由一CO<sub>2</sub>分析仪测量计算出稀释风道内稀释比，从而测得发动机排放颗粒数量和粒度分布的实际数据。本稀释系统可以根据发动机颗粒物排放浓度的不同，更换不同的中间节流装置，实现不同的稀释比，从而满足不同的测试需要，本系统取样量大，测量迅速。
文档编号G01N1/20GK201075065SQ20072007376
公开日2008年6月18日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者张旭升, 杨伟浩 申请人:上海市计量测试技术研究院