發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的製作方法
2023-06-16 10:31:21 1
專利名稱：發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，是屬於汽車以及環保 領域的技術。
背景技術：
目前汽車發動機排放顆粒的測試僅限於柴油機的顆粒質量排放。
為了對發動機排放顆粒的數量濃度進行測量，尤其針對納米/亞微米級顆粒物
排放的測量，就需要對發動機排氣進行稀釋和冷卻，例如將發動機排氣中的部分氣
體抽取出來，與稀釋空氣進行混合，達到顆粒部分稀釋取樣，從而達到對發動機排
放顆粒的數量濃度進行測量的目的。
上述針對發動機顆粒排放測試是只限於質量排放，而無單獨為發動機顆粒數
量排放測試需要設計的發動機稀釋系統，從而無法對納米/亞微米顆粒排放物粒度
分布的測量。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種用於測量發動機排放的顆粒數量和粒度分布的 發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，是一種單獨為汽車發動機顆粒數量排放測試需 要設計的發動機稀釋系統，本稀釋系統可以根據發動機顆粒物排放濃度的不同更換 不同的中間節流裝置，實現不同的稀釋比，從而滿足不同的測試需要。
本實用新型的目的是這樣實現的
一種發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於包括 發動機的排氣管有一段區域為不彎曲的直管段；
一排氣取樣探頭，置於所述直管段內的管向中心線位置，是一端為開口的管 子，該開口端是發動機排放顆粒的取樣口，該取樣口面向排氣管上遊，以排氣取樣 探頭的取樣口為界限，面向該取樣口的直管段為上遊段，背向該取樣口的直管段為下遊段；
一空氣過濾器，過濾空氣中的顆粒物；
一稀釋風道，與所述空氣過濾器連接，所述空氣過濾器過濾後的空氣作為稀 釋風道內的稀釋用空氣；
一排氣傳輸管，輸入端與所述排氣取樣探頭的出口端連接，出口端連接所述 稀釋風道，並穿過所述稀釋風道的管壁於該稀釋風道的管內徑中心處直角轉彎向該 稀釋風道的下遊方向延伸成一段節流段，該節流段的出口端為開口端，從該節流段 的出口端流出發動衝幾排》丈顆粒；
一節流裝置，置於所述稀釋風道內壁的所述節流段的出口端，該節流裝置的 中心處有孔洞，該孔洞對準所述節流段的出口端，該孔洞的直徑大於所述節流段出 口端的口徑，在此形成稀釋用空氣以及發動機排放顆粒的出氣口 ；
一離心風機，置於所述稀釋風道的下遊的終端處，使所述節流裝置的孔洞處 形成真空度，從而將所述發動機排氣管的直管段中發動機排放顆粒通過所述排氣取 樣探頭及所述排氣傳輸管抽吸入所述稀釋風道內；
一稀釋後顆粒取樣管，從所述稀釋風道的下遊近終端處引出，該稀釋後顆粒 取樣管在所述稀釋風道內的一端延伸到該稀釋風道內的管向中心處直角轉彎向稀 釋風道的上遊方向延伸成一段埠開口的稀釋後顆粒取樣頭，開口端為稀釋後的發 動機排放顆粒的取樣口，該稀釋後顆粒取樣管的另一端連接一顆粒數量分析儀，測 量稀釋後的發動機排放的顆粒數量和粒度分布；
一C02分析儀，通過一根傳輸空氣中C02的傳輸管與所述稀釋風道於接近空氣過濾器處連接；通過一根傳輸發動機排放顆粒中C02的傳輸管與所述排氣傳輸管連 接；通過一根傳輸稀釋後顆粒中C02的傳輸管與所述稀釋風道於接近稀釋後顆粒取 樣頭處連接，以此，該C(h分析儀通過對空氣中C(h、發動機排放顆粒中C02以及稀釋顆粒中C02的測試後計算出稀釋風道中的發動機排放顆粒的稀釋比，從而測得發動機排放顆粒數量和粒度分布的實際數據。
所述排氣管的直管^a的長度為所述直管段的管內徑的9倍。
所述上遊段的長度為所述直管段的管內徑的6倍，所述下遊段的長度為所 述直管段的管內徑的3倍。
所述排氣管的直管段的管內徑與所述排氣取樣探頭的管管內徑比大於4,其中所述排氣取樣探頭的管內徑最小為4mm，。
所述稀釋風道的管內徑不大於200mm,當所述稀釋風道管內徑釆用大於 75隨時，稀釋風道的壁厚與管內徑之比大於0. 025;
當所述稀釋風道管內徑採 用等於或小於75mm時，所述稀釋風道壁厚不小於1. 5mm。
所述節流裝置釆用有中心孔的孔板或採用文氏管。
所述稀釋後顆粒取樣頭的取樣口到所述節流段的出口端的距離最小為所 述稀釋風道管內徑的10倍。
所述稀釋風道內的雷諾數不低於4000。
本實用新型效果
本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統是單獨為汽車發動機顆粒數 量排放測試需要設計的發動機稀釋系統，本稀釋系統可以根據發動機顆粒物排放濃 度的不同，更換不同的中間節流裝置，實現不同的稀釋比，從而滿足不同的測試需要。
本稀釋系統尺寸小，投資少，適用於各種排量的汽車發動機，稀釋系統取樣 量大，測量迅速。
為進一步說明本實用新型的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對 本實用新型進行詳細的描述。
圖1為本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的結構圖
附圖中主要部件的標記說明 10,空氣過濾器 20,稀釋風道
22,傳輸稀釋後顆粒中C(h的傳輸管 4 0,節流裝置 50, C(h分析儀
70,直管段 701,上遊段
8 0,排氣傳輸管 80'，節流段
81,傳輸發動機排放顆粒中C02的傳輸管
21,傳輸空氣中C02的傳輸管 30,離心風才幾 60，排氣取樣探頭 7 02 ,下遊段
90，稀釋後顆粒取樣管
90',稀釋後顆粒取樣頭
100,發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統
200，發動機 210，排氣管 300，顆粒數量分析儀
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的具體實
施方式進4於詳細i兌明。
參見圖1,圖1為本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的結構圖。
本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統100主要包括空氣過濾器 10、稀釋風道20、離心風機30、節流裝置40， C02氣體分析儀50及排氣取樣探頭 60。
下面對組成本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統的上述部件的結 構及功能以及各部件之間的連接關係進行詳細說明。
本實用新型的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統要求發動機200的排氣管 210有一段區域為不彎曲的直管段70,該段直管段70內壁光滑，以減少慣性損失 和保持壓力穩定，直管段70的長度為排氣管的直管段70的管內徑Di的9倍為佳 (圖1為示意圖，沒按此比例製圖)。
沿排氣管的直管段70內的管向中心線位置上置有排氣取樣探頭60，排氣取樣 探頭60是一端為開口的管子，該開口端是發動機排放顆粒的取樣口 ，取樣口面向 排氣管上遊(即面向發動機排氣口 )。
上述排氣取樣探頭60的在排氣管的直管段70中心線的位置這樣決定的以 排氣取樣探頭60的取樣口為界限，面向取樣口的直管段7 0的這一段為上遊段701, 上遊段701的長度是6Di為佳，背向取樣口的直管段70的這一段為下遊段702，下 遊段702的長度是3Di為佳(如上所述，Di為直管段70的管內徑，圖l為示意圖， 沒按此比例製圖)。
排氣取樣探頭60的管內徑最小為4mm，排氣管的直管段70的管內徑Di與排 氣取樣探頭60的管內徑比大於4 (圖1為示意圖，沒按此比例製圖)。
一空氣過濾器10連接一稀釋風道20。該空氣過濾器10的過濾效率為99. 99% (針對0. 3um顆粒物)，過濾後的空氣作為稀釋風道20內的稀釋用空氣。
稀釋風道20為不鏽鋼管，內部光滑，耐腐耐溫，絕熱，以減少熱泳損失和擴 散損失。如果稀釋風道管內徑採用大於75mm時，壁厚與稀釋風道管內徑之比大於
0.025。如果稀釋風道管內徑採用等於或小於75mm時， 一般壁厚不小於1. 5mm。考 慮空間布置，稀釋風道的管內徑不大於200mm為佳。
排氣取樣探頭60的出口端連接一排氣傳輸管80的輸入端，排氣傳輸管80採 用絕熱材料，如果長於l米，為了減少傳輸管傳輸過程中顆粒的熱泳損失，此時宜 將其加熱保溫，最高溫度達到2 5 0 °C 。
排氣傳輸管80的出口端連接上述稀釋風道20，並穿過稀釋風道20的管壁於 稀釋風道2 0的管內徑中心處直角轉彎向稀釋風道2 0的下遊方向延伸成一段節流段 80'，節流段80'的出口端為開口端，這樣，使排氣取樣探頭6 0取到的發動機排 放顆粒通過排氣傳輸管80傳輸到稀釋風道20內。為了減少排氣傳輸管80中的顆 粒損失，排氣傳輸管80中的氣體流速大於10m/s。
在稀釋風道20內壁於節流段80'的出口端處置有一個節流裝置40，節流裝 置40的中心處有孔洞，孔洞的直徑大於節流段80'的出口端的口徑(孔洞的直徑 的大小，取決於下面要說明的所需的稀釋比的大小)，該孔洞對準節流段80'的出 口端，在此形成稀釋用空氣以及發動機排放顆粒的出氣口。本實施例的節流裝置 40採用有中心孔的孔板，也可採用文氏管。
在稀釋風道20的下遊的終端連接一離心風機30，使節流裝置40的孔洞處形 成真空度，從而將發動機200排氣管210的直管段70中的廢氣通過排氣取樣探頭 60以及排氣傳輸管80抽吸入稀釋風道20內。
在稀釋風道20的下遊近終端處引出一根稀釋後顆粒取樣管90,稀釋後顆粒取 樣管90在稀釋風道20內的一端延伸到稀釋風道20內的管向中心處直角轉彎向稀 釋風道20的上遊方向延伸成一段埠開口的稀釋後顆粒取樣頭90',開口端為稀 釋後的發動機排放顆粒的取樣口 ，稀釋後顆粒取樣管90的另 一端連接一顆粒數量 分析儀300,由稀釋後顆粒取樣頭90'將稀釋後的發動機排放顆粒取樣後通過稀釋 後顆粒取樣管90傳送到顆粒數量分析儀3Q0進行發動機排放的顆粒數量和粒度分 布的測量。
上述稀釋後顆粒取樣頭90'的設置位置是這樣決定的設稀釋風道20的管內 徑為D2,稀釋後顆粒取樣頭9(T的取樣口到上述節流段80'的出口端的距離為10 D2為佳(圖l為示意圖，沒按此比例製圖)，以保證排氣和稀釋空氣充分混合。
上述顆粒數量分析儀300測定的顆粒數量和粒度分布是稀釋風道20將發動機排放顆粒稀釋後的數據，發動機排放顆粒數量和粒度分布的實際數據是由顆粒數量 分析儀300測定的顆粒數量和粒度分布再乘以稀釋比。 該稀釋比的標定由下述部件完成。
上述稀釋風道20於接近空氣過濾器10處引出一根傳輸空氣中C02的傳輸管 21,傳輸空氣中C(h的傳輸管21的出口端與一C02分析儀連接。
上述排氣傳輸管80引出一根傳輸發動機排放顆粒中C02的傳輸管81,傳輸發 動機排放顆粒中C02的傳輸管81的出口端與上述C02分析儀連接。
上述稀釋風道20於接近稀釋後顆粒取樣頭90'處引出一根傳輸稀釋後顆粒 中C(h的傳輸管22，傳輸稀釋後顆粒中C02的傳輸管22的出口端與上述C02分析 儀連接。
C02分析儀分別測定排氣管傳輸管80中的C02濃度(等同於發動機排放管中發 動機排放顆粒中的C02),稀釋風道20中稀釋後顆粒中的C02濃度和稀釋風道20中 的空氣中的C(h濃度，根據這三個不同位置的C02的測試，計算出所述稀釋風道20 中發動機排放顆粒的稀釋比。
而稀釋比的大小是取決於上述節流裝置40的孔洞大小，因此不同尺寸的節流 裝置40,導致不同的稀釋比，這樣，在測試中，可以根據發動機顆粒物排放濃度 的不同，更換不同的中間節流裝置，實現不同的稀釋比，從而滿足不同的測試需要。
上述稀釋風道20內的雷諾數不能低於4000, —般應大於10000。
上述稀釋後顆粒取樣頭9o'的取樣口的氣體溫度不能高於5rc, —般10倍
管道直徑已可滿足稀釋降溫的要求。針對特殊情況，可以調整節流裝置或改變傳輸 管直徑來增加增大稀釋比以及延長取樣位置，從而保證取樣溫度要求。 以下簡單說明本實用新型的工作原理
當高壓離心風機30抽氣時，在節流裝置40的孔洞處形成真空度，從而將發 動機200排氣管210的直管段70中的廢氣通過排氣取樣探頭60以及排氣傳輸管 80抽吸入稀釋風道20內。稀釋用空氣通過空氣過濾器10過濾，從而去除環境大 氣顆粒物對測量結果的影響。從排氣傳輸管80中引入的高溫氣溶膠在與稀釋用空 氣進行混合後，達到降低溫度和降低排氣顆粒濃度的效果，從而滿足後續顆粒數量 測試設備的需求。稀釋風道20內稀釋後發動機排放顆粒，經過稀釋後顆粒取樣頭 90'以及稀釋後顆粒取樣管90送到顆粒數量分析儀300進行發動機排放的顆粒數量和粒度分布的測量，將該測量值乘以由C02分析儀5 0計算出的稀釋比就是發動
機排放顆粒數量和粒度分布的實際數據
本系統尺寸小，投資少，適用於各種排量的發動機，取樣量大，此外，由於 本系統是直接進行測試，測量迅速。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實 用新型的目的，而並非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神 範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型權利要求書的範圍內。
權利要求1、一種發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於包括發動機的排氣管有一段區域為不彎曲的直管段；一排氣取樣探頭，置於所述直管段內的管向中心線位置，是一端為開口的管子，該開口端是發動機排放顆粒的取樣口，該取樣口面向排氣管上遊，以排氣取樣探頭的取樣口為界限，面向該取樣口的直管段為上遊段，背向該取樣口的直管段為下遊段；一空氣過濾器，過濾空氣中的顆粒物；一稀釋風道，與所述空氣過濾器連接，所述空氣過濾器過濾後的空氣作為稀釋風道內的稀釋用空氣；一排氣傳輸管，輸入端與所述排氣取樣探頭的出口端連接，出口端連接所述稀釋風道，並穿過所述稀釋風道的管壁於該稀釋風道的管內徑中心處直角轉彎向該稀釋風道的下遊方向延伸成一段節流段，該節流段的出口端為開口端，從該節流段的出口端流出發動機排放顆粒；一節流裝置，置於所述稀釋風道內壁的所述節流段的出口端，該節流裝置的中心處有孔洞，該孔洞對準所述節流段的出口端，該孔洞的直徑大於所述節流段出口端的口徑，在此形成稀釋用空氣以及發動機排放顆粒的出氣口；一離心風機，置於所述稀釋風道的下遊的終端處，使所述節流裝置的孔洞處形成真空度，從而將所述發動機排氣管的直管段中發動機排放顆粒通過所述排氣取樣探頭及所述排氣傳輸管抽吸入所述稀釋風道內；一稀釋後顆粒取樣管，從所述稀釋風道的下遊近終端處引出，該稀釋後顆粒取樣管在所述稀釋風道內的一端延伸到該稀釋風道內的管向中心處直角轉彎向稀釋風道的上遊方向延伸成一段埠開口的稀釋後顆粒取樣頭，開口端為稀釋後的發動機排放顆粒的取樣口，該稀釋後顆粒取樣管的另一端連接一顆粒數量分析儀，測量稀釋後的發動機排放的顆粒數量和粒度分布；一CO2分析儀，通過一根傳輸空氣中CO2的傳輸管與所述稀釋風道於接近空氣過濾器處連接；通過一根傳輸發動機排放顆粒中CO2的傳輸管與所述排氣傳輸管連接；通過一根傳輸稀釋後顆粒中CO2的傳輸管與所述稀釋風道於接近稀釋後顆粒取樣頭處連接，以此，該CO2分析儀通過對空氣中CO2、發動機排放顆粒中CO2以及稀釋顆粒中CO2的測試後計算出稀釋風道中的發動機排放顆粒的稀釋比，從而測得發動機排放顆粒數量和粒度分布的實際數據。
2、 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述排氣管的直管段的長度為所述直管段的管內徑的9倍。
3, 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述上遊段的長度為所述直管段的管內徑的6倍，所述下遊段的長度為所述直管段的管內徑的3倍。
4，如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述排氣管的直管段的管內徑與所述排氣取樣探頭的管管內徑比大於4, 其中所述排氣取樣探頭的管內徑最小為4mm,。
5, 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述稀釋風道的管內徑不大於200mm,當所述稀釋風道管內徑採用大於75mm時，稀釋風道的壁厚與管內徑之比大於0. 025;當所述稀釋風道管內徑採 用等於或小於75mm時，所述稀釋風道壁厚不小於1. 5mm。
6, 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述節流裝置採用有中心孔的孔板或採用文氏管。
7, 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述稀釋後顆粒取樣頭的取樣口到所述節流段的出口端的距離最小為所述稀釋風道管內徑的10倍。
8, 如權利要求1所述的發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，其特徵在於 所述稀釋風道內的雷諾數不低於4000。
專利摘要一種發動機排氣顆粒部分稀釋取樣系統，是解決目前因沒有單獨為發動機顆粒數量排放測試的稀釋系統，從而無法對納米/亞微米顆粒排放物粒度分布進行測量的問題，本系統包括在發動機的排氣管內置有一排氣取樣探頭，將取到的發動機排放顆粒通過排氣傳輸管送到一連接空氣過濾器並帶有節流裝置的稀釋風道內進行稀釋，通過一稀釋後顆粒取樣管輸出該稀釋後的發動機排放的顆粒數量和粒度分布，並進行測量，由一CO2分析儀測量計算出稀釋風道內稀釋比，從而測得發動機排放顆粒數量和粒度分布的實際數據。本稀釋系統可以根據發動機顆粒物排放濃度的不同，更換不同的中間節流裝置，實現不同的稀釋比，從而滿足不同的測試需要，本系統取樣量大，測量迅速。
文檔編號G01N1/20GK201075065SQ20072007376
公開日2008年6月18日 申請日期2007年8月17日 優先權日2007年8月17日
發明者張旭升, 楊偉浩 申請人:上海市計量測試技術研究院