一种发动机排气部分流颗粒物测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，包括稀释气提供系统、稀释气温度控制系统、稀释通道和颗粒物过滤器系统且依次相连，其特征在于：所述稀释气提供系统包括质量流量计；所述部分流颗粒物测量装置还包括PC计算机、A/D转换模块、变频控制系统、高精度流量测量系统，所述高精度流量测量系统包括亚音速临界流文丘里管、第一压差传感器、第二压力传感器、第一温度传感器。本实用新型的有益效果为：采用精度分别为0.10％、±0.15％的压力传感器和压差传感器，以及亚音速临界流文丘里管保证了高精度的测量结果；最大采样比1/150；稀释比调控范围广为4?20，控制精度在±4％以内；过滤器及颗粒物滤纸尺寸有多种选择。
【专利说明】
一种发动机排气部分流颗粒物测量装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及发动机排放测试技术领域，尤其是涉及一种发动机排气部分流颗 粒物测量装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，社会需求和机动车产业的快速发展，促进了内燃机工业技术的提升。由此 也进一步推动了工程机械、农业机械、船舶工业、铁路机车、固定机械以及国防工业用内燃 机的快速发展。内燃机测试技术与设备必须要有适度超前发展，同时坚持服务，不断提高服 务内容和质量，协助国家对监控内燃机产品质量国家标准的实施、完善行业标准，促进国内 产品的自主研发及国际品牌的建立。
[0003] 废气排放稀释定容采样系统主要用于柴油机废气排放污染物的测量，即气态污染 和颗粒排放的测量，重点是后者。根据美国环保署(EPA)对颗粒的定义及相关的测量方法， 在测量颗粒时，需先从排气管内采集样气，用几倍至几十倍于样气的清洁空气与之混合，并 降低样气的温度，随后再采集被稀释降温的样气，流经特殊材质的滤纸并用精密微量天平 称出滤纸采样前后的质量差，此差值即为颗粒质量。
[0004] 按照被稀释的废气量多少，有全流和部分流稀释系统。全流稀释系统是将柴油机 全部排气通至稀释通道内，用大于三倍废气流量的清洁空气与之混合、冲兑和稀释降温，随 后再采集一定流量的稀释废气，再一次与清洁空气混合降温至小于51.7°C并流经滤纸，收 集的物质即为颗粒。部分流稀释系统是从柴油机排气中采集与排气流量成比例的废气，弓丨 入一小型稀释通道内，与进入稀释通道的清洁空气混合，降温至小于51.7°C，通过滤纸收集 的物质即为颗粒。
[0005] 对于大型的发动机而言，全流稀释系统空间大且非常昂贵，部分流稀释系统成本 低、体积小，可应用于所有的发动机，但是目前国内部分流稀释系统的测量精度还不够高。
【发明内容】
[0006] 本实用新型要解决的问题是提供一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，可以实 现精确测量发动机排气中颗粒物的浓度。
[0007] 本实用新型采用的技术方案是:一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，包括稀 释气提供系统、稀释气温度控制系统、稀释通道和颗粒物过滤器系统，所述稀释气提供系 统、稀释气温度控制系统、稀释通道、颗粒物过滤器系统依次通过管道相连接，所述稀释气 提供系统1包括空气过滤器11、空气栗、溢流、稳压罐、调压阀、第一压力传感器，所述稀释气 温度控制系统包括热交换器，所述颗粒物过滤器系统包括取样通路和旁通通路，其特征在 于:所述调压阀与第一压力传感器之间设有一质量流量计;所述部分流颗粒物测量装置还 包括PC计算机、A/D转换模块、变频控制系统、高精度流量测量系统，所述高精度流量测量系 统包括亚音速临界流文丘里管、第一压差传感器、第二压力传感器、第一温度传感器，所述 A/D转换模块分别与所述PC计算机、变频控制系统、亚音速临界流文丘里管以及质量流量计 通过导线相连接;所述高精度流量测量系统的另一端通过管道与所述颗粒物过滤器系统相 连接。
[0008] 进一步地，所述变频控制系统包括变频器、鼓风机，所述变频器分别与所述鼓风 机、A/D转换模块相连接，所述鼓风机采用罗茨栗ETS2008鼓风机。
[0009] 进一步地，所述部分流颗粒物测量装置还包括第一手动球阀和第二手动球阀，所 述第一手动球阀通过管道与所述稀释通道的一个进气口相连接，所述第二手动球阀通过管 道分别与所述亚音速临界流文丘里管、鼓风机相连接。
[0010] 进一步地，所述稀释气温度控制系统还包括管线保温装置，用于控制从所述热交 换器流出的清洁空气的温度。
[0011] 进一步地，所述部分流颗粒物测量装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀，所述第一 电磁阀通过管道分别与所述第一压力传感器、热交换器相连接，所述第二电磁阀用于控制 与由所述第一电磁阀、稀释气温度控制系统、稀释通道、颗粒物过滤器系统组成的串联系统 相并联的管道。
[0012] 进一步地，所述部分流颗粒物测量装置还包括第二温度传感器、第三温度传感器， 所述第二温度传感器用于测量所述管线保温装置位置处的清洁空气的温度，所述第三温度 传感器用于测量进入所述颗粒物过滤器系统的清洁空气或样气的温度。
[0013] 进一步地，所述取样通路包括第一取样通路和第二取样通路，所述第一取样通路 包括第一取样滤纸支架，所述第二取样通路包括第二取样滤纸支架。
[0014] 进一步地，所述部分流颗粒物测量装置还包括第一气动阀、第二气动阀、第三气动 阀、第三电磁阀、第四电磁阀，所述第二气动阀、第三电磁阀用于控制所述第一取样通路，所 述第三气动阀、第四电磁阀用于控制所述第二取样通路，所述第一气动阀用于控制所述旁 通通路。
[0015] 进一步地，所述部分流颗粒物测量装置还包括第二压差传感器，用于测量通过所 述第一取样滤纸支架或第二取样滤纸支架前后的清洁空气或样气的压强差。
[0016] 进一步地，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一压差传感器、第二压差传 感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器94、第一电磁阀、第二电磁阀、第 三电磁阀、第四电磁阀、第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀分别通过导线与所述A/D转换 模块相连接。
[0017] 本实用新型与现有技术相比的有益效果为:采用精度为0.10%的压力传感器、精 度为±0.15%的压差传感器及亚音速临界流文丘里管保证了高精度的测量结果;本装置最 大采样比可达1/150;稀释比调控范围广，可达4-20;稀释比控制精度在±4%以内；过滤器 及颗粒物滤纸尺寸有多种选择。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型一种发动机排气部分流颗粒物测量装置的结构示意图；
[0019] 图中：
[0020] 1-稀释气提供系统；2-稀释气温度控制系统;3-稀释通道;4-颗粒物过滤器系统； 5_高精度流量测量系统；6-变频控制系统；7-PC计算机;8-A/D转换模块；11-空气过滤器； 12-空气栗；13-溢流；14-稳压罐；15-调压阀；16-质量流量计；17-第一压力传感器;21-热交 换器，22-第二温度传感器;41-第一取样滤纸支架;42-第二取样滤纸支架;43-第一气动阀； 44-第二气动阀；45-第三气动阀；46-第三电磁阀；47-第四电磁阀;48-第二压差传感器;51-亚音速临界流文丘里管；52-第一压差传感器;53-第二压力传感器；54-第一温度传感器； 61-变频器;62-鼓风机;91-第一电磁阀;92-第一手动球阀;93-第二手动球阀；94-第三温度 传感器。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一 步的描述。
[0022] 参考图1，本实用新型采用的技术方案是：一种发动机排气部分流颗粒物测量装 置，包括稀释气提供系统1、稀释气温度控制系统2、稀释通道3和颗粒物过滤器系统4,所述 稀释气提供系统1、稀释气温度控制系统2、稀释通道3、颗粒物过滤器系统4依次通过管道相 连接，所述稀释气提供系统1包括空气过滤器11、空气栗12、溢流13、稳压罐14、调压阀15、第 一压力传感器17,所述稀释气温度控制系统2包括热交换器21，所述颗粒物过滤器系统包 括取样通路和旁通通路，其特征在于:所述调压阀15与第一压力传感器17之间设有一质量 流量计16;所述部分流颗粒物测量装置还包括PC计算机7、A/D转换模块8、变频控制系统6、 高精度流量测量系统5,所述高精度流量测量系统5包括亚音速临界流文丘里管51、第一压 差传感器52、第二压力传感器53、第一温度传感器54，所述A/D转换模块8分别与所述PC计算 机7、变频控制系统6、亚音速临界流文丘里管51以及质量流量计16通过导线相连接;所述高 精度流量测量系统5的另一端通过管道与所述颗粒物过滤器系统4相连接。
[0023]所述变频控制系统6包括变频器61、鼓风机62,所述变频器61分别与所述鼓风机 62、A/D转换模块相连接8，所述鼓风机62采用罗茨栗ETS2008鼓风机，最大压强可达-30kPa， 抽气速度可达200L/min。
[0024] 所述部分流颗粒物测量装置还包括第一手动球阀92和第二手动球阀93,所述第一 手动球阀92通过管道与所述稀释通道3的一个进气口相连接，所述第二手动球阀93通过管 道分别与所述亚音速临界流文丘里管51、鼓风机62相连接。
[0025] 所述稀释气温度控制系统2还包括管线保温装置，用于控制从所述热交换器21流 出的清洁空气的温度，使进入稀释通道3的清洁空气的温度在52°C以下。
[0026] 所述部分流颗粒物测量装置还包括第一电磁阀91、第二电磁阀9,所述第一电磁阀 91通过管道分别与所述第一压力传感器17、热交换器21相连接，所述第二电磁阀9用于控制 与由所述第一电磁阀91、稀释气温度控制系统2、稀释通道3、颗粒物过滤器系统4组成的串 联系统相并联的管道。
[0027] 所述部分流颗粒物测量装置还包括第二温度传感器22、第三温度传感器94,所述 第二温度传感器22用于测量所述管线保温装置位置处的清洁空气的温度，所述第三温度传 感器94用于测量进入所述颗粒物过滤器系统4的清洁空气或样气的温度。
[0028] 所述取样通路包括第一取样通路和第二取样通路，所述第一取样通路包括第一取 样滤纸支架41，所述第二取样通路包括第二取样滤纸支架42。
[0029]所述部分流颗粒物测量装置还包括第一气动阀43、第二气动阀44、第三气动阀45、 第三电磁阀46、第四电磁阀47,所述第二气动阀44、第三电磁阀46用于控制所述第一取样通 路，所述第三气动阀45、第四电磁阀47用于控制所述第二取样通路，所述第一气动阀43用于 控制所述旁通通路。
[0030]所述部分流颗粒物测量装置还包括第二压差传感器48，用于测量通过所述第一取 样滤纸支架41或第二取样滤纸支架42前后的清洁空气或样气的压强差。
[0031 ] 所述第一压力传感器17、第二压力传感器53、第一压差传感器52、第二压差传感器 48、第一温度传感器54、第二温度传感器22、第三温度传感器94、第一电磁阀91、第二电磁阀 9、第三电磁阀46、第四电磁阀47、第一气动阀43、第二气动阀44、第三气动阀45分别通过导 线与所述A/D转换模块8相连接。
[0032] 本实用新型的工作过程如下:本实用新型在使用时，打开第一手动球阀92,当罗茨 栗鼓风机62工作时，发动机尾气的一部分分流被吸入到稀释通道3内，同时经过滤后的清洁 空气经热交换器21和管线保温装置的处理后也进入稀释通道3内。稀释通道3的内径为 35mm，外壁温度大于20°C，Re>7000,且稀释通道3也具有保温作用，清洁空气与尾气的混合 气的流速可控制在70-110L/min。
[0033] 当取样气时，样气从由第二气动阀44和第三电磁阀46控制的第一取样通路流出； 当取清洁空气时，清洁空气从由第三气动阀45和第四电磁阀47控制的第二取样通路流出； 当不取样时，混合气从第一气动阀43控制的旁通通路流出。为了使本装置的应用范围更广， 过滤器及颗粒物滤纸尺寸有中7〇111〇1、φ 90mm、φ IlOmm等多种选择，通过滤纸的样 气或清洁空气的流速范围可为35-80cm/s。
[0034] 当第一压力传感器17、第二压力传感器53、第一压差传感器52、第二压差传感器 48、第一温度传感器54、第二温度传感器22、第三温度传感器94感应到变化时，将各自感应 到的数据传送到A/D转换模块8，同时变频器61也将罗茨栗鼓风机62的工作频率传送给A/D 转换模块8，A/D转换模块8将接收到的各感应数据及罗茨栗鼓风机62的工作频率转换成数 字信号发送给PC计算机7,由PC计算机7分析各数字信号并根据分析结果发出控制命令给A/ D转换模块8，A/D转换模块8根据控制命令来控制质量流量计16、第一电磁阀91、第二电磁阀 9、第三电磁阀46、第四电磁阀47、第一气动阀43、第二气动阀44以及第三气动阀45，质量流 量计16和第一电磁阀91根据接收到的控制命令控制进入稀释通道的清洁空气的质量，第一 气动阀43、第二气动阀44以及第三气动阀45根据接收到的控制命令控制取样通路和旁通通 路的打开或关闭，第三电磁阀46、第四电磁阀47根据接收到的控制命令控制流经滤纸的样 气或清洁空气的流速。
[0035]以上显示了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技 术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是 说明本实用新型的基本原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围的专利涵盖范围之 内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1. 一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，包括稀释气提供系统、稀释气温度控制系 统、稀释通道和颗粒物过滤器系统，所述稀释气提供系统、稀释气温度控制系统、稀释通道、 颗粒物过滤器系统依次通过管道相连接，所述稀释气提供系统包括空气过滤器、空气栗、溢 流、稳压罐、调压阀、第一压力传感器，所述稀释气温度控制系统包括热交换器，所述颗粒物 过滤器系统包括取样通路和旁通通路，其特征在于:所述调压阀与第一压力传感器之间设 有一质量流量计;所述部分流颗粒物测量装置还包括PC计算机、A/D转换模块、变频控制系 统、高精度流量测量系统，所述高精度流量测量系统包括亚音速临界流文丘里管、第一压差 传感器、第二压力传感器、第一温度传感器，所述A/D转换模块分别与所述PC计算机、变频控 制系统、亚音速临界流文丘里管以及质量流量计通过导线相连接;所述高精度流量测量系 统的另一端通过管道与所述颗粒物过滤器系统相连接。2. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述变 频控制系统包括变频器、鼓风机，所述变频器分别与所述鼓风机、A/D转换模块相连接，所述 鼓风机采用罗茨栗ETS2008鼓风机。3. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述部 分流颗粒物测量装置还包括第一手动球阀和第二手动球阀，所述第一手动球阀通过管道与 所述稀释通道的一个进气口相连接，所述第二手动球阀通过管道分别与所述亚音速临界流 文丘里管、鼓风机相连接。4. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述稀 释气温度控制系统还包括管线保温装置，用于控制从所述热交换器流出的清洁空气的温 度。5. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述部 分流颗粒物测量装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀，所述第一电磁阀通过管道分别与所 述第一压力传感器、热交换器相连接，所述第二电磁阀用于控制与由所述第一电磁阀、稀释 气温度控制系统、稀释通道、颗粒物过滤器系统组成的串联系统相并联的管道。6. 根据权利要求4所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述部 分流颗粒物测量装置还包括第二温度传感器、第三温度传感器，所述第二温度传感器用于 测量所述管线保温装置位置处的清洁空气的温度，所述第三温度传感器用于测量进入所述 颗粒物过滤器系统的清洁空气或样气的温度。7. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述取 样通路包括第一取样通路和第二取样通路，所述第一取样通路包括第一取样滤纸支架，所 述第二取样通路包括第二取样滤纸支架。8. 根据权利要求7所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述部 分流颗粒物测量装置还包括第一气动阀、第二气动阀、第三气动阀、第三电磁阀、第四电磁 阀，所述第二气动阀、第三电磁阀用于控制所述第一取样通路，所述第三气动阀、第四电磁 阀用于控制所述第二取样通路，所述第一气动阀用于控制所述旁通通路。9. 根据权利要求7所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述部 分流颗粒物测量装置还包括第二压差传感器，用于测量通过所述第一取样滤纸支架或第二 取样滤纸支架前后的清洁空气或样气的压强差。10. 根据权利要求1所述的一种发动机排气部分流颗粒物测量装置，其特征在于:所述 第一压力传感器、第二压力传感器、第一压差传感器、第二压差传感器、第一温度传感器、第 二温度传感器、第三温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一 气动阀、第二气动阀、第三气动阀分别通过导线与所述A/D转换模块相连接。
【文档编号】G01N7/10GK205538547SQ201620077190
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】李斌, 李德宽
【申请人】天津世纪动力科技发展有限公司