一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置的製作方法

2023-05-27 21:09:01 1

專利名稱：一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量裝置，尤其涉及一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物
測量裝置。
背景技術：
非道路點燃式發動機，俗稱通用小型汽油機，大量用於園藝機械、水泵、小發電機， 殺蟲噴霧機、鏈鋸等設備上。我國目前年產通用小汽油機2010年突破二千多萬臺。絕大部分用於出口，其中以出口美國為最多。歐、美對此類產品的排氣汙染物對大氣的汙染控制嚴格。歐、美各有通用小型汽油機排氣汙染物排放限值與測量方法的標準，國內此類產品只有通過按歐、美標準的嚴格發動機測試合格後才能出口。國內於2010年12月30日發布 GB^133-2010 「非道路移動機械用小型點燃式發動機排氣汙染物排放限值與測量方法(中國第一、第二階段)」標準，並在2011年3月1日開始實施。發明名稱為「用於小型汽油機排氣汙染物測量裝置」(專利號為ZL200820143002. 6)的中國專利能滿足GB^133_2010以及當前歐、美排放法規要求。美國EPA最近對現有法規進行了適時修改，並在2011年2月 18日正式發布(EPA 40CFR part 1065)，根據規劃，美國從2012年開始，對通用小型汽油機將執行EPA第三階段排放法規。EPA 40CFR part 1065法規中對其排放的測量提出了新的要求，原有裝置不能滿足相關的技術要求，為此需要在原有設備基礎上進行重新改進。
發明內容本實用新型的目的在於克服已有技術的不足，提供一種符合美國最新EPA 40CFR part 1065法規以及97/68/EC及2002/88/EC歐盟標準，對小型通用汽油機的排放汙染物中的主要成分的排放物進行測量的一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置，採用本測量裝置也向下兼容滿足GB^133-2010「非道路點燃式小型發動機排氣汙染物排放限值與測量方法(中國第一、第二階段)」、以及不久後將升級為排放第三階段的全部要求。本實用新型的一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置，它包括(1) 一個過濾空氣用的空氣濾清器，在所述的空氣濾清器上連接有大氣氣象站以及反映過濾阻力的微壓計；(2)與空氣濾清器的一個出口端相連通的混合裝置，該混合裝置與汽油機通過汽油機排氣管相連通；(3)左段和右段混合氣輸送管，該左段和右段混合氣輸送管之間連接有流量為 3 4. 5m3/min的臨界流文丘裡流量計，在所述的左段混合氣輸送管上連接有第一壓力計、 第一溫度計並且在其管內裝有小孔臨界流文丘裡管以保證等比例採樣，所述的左段混合氣輸送管的入口端通過其上裝有自動控制閥的進氣管路與混合裝置的出氣口相連通，所述的右段混合氣輸送管上設置有第二壓力計並且其出氣口通過風機與大氣相連通；(4) 一個設置有稀釋排氣樣氣採樣袋、空氣採樣袋的採樣袋單元，該稀釋樣氣採樣袋的入口經其上設置有第二閥的第二管路與樣氣採樣泵出口相連，所述的樣氣採樣泵進口經樣氣採樣管路與所述的小孔臨界流文丘裡管的樣氣採樣口相連；所述的空氣採樣袋的入口經設置有第一閥的第一管路與空氣採樣泵出口相連，所述的空氣採樣泵入口經空氣採樣管路與所述的空氣濾清器的空氣取樣口相連；(5) 一個分析儀器單元，該分析儀器單元包括碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀、與一個冷凝器的出口相連的一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀，所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第一取樣泵和第四閥的第四管路與稀釋排氣樣氣採樣袋的出口相連通；並且所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第二取樣泵和第三閥第三管路與所述的空氣採樣袋的出口相連；(6) 一個計算機控制和管理單元，該計算機控制單元通過傳感器用於接收各個溫度計、壓力計和大氣氣象站輸出的溫度和壓力信號、所述步驟(5)中的每一分析儀輸出的氣體成分濃度信號以及來自被測量汽油機的工作負荷狀態信號，並計算和直接輸出汽油機各排氣汙染物的測量排放值。本實用新型裝置滿足19kW以下通用小型汽油機的排放型式核准和生產一致性檢查要求，適用範圍寬廣。本實用新型裝置，跟蹤國際上最新相關標準(美國EPA於2011年2月18日發布 40CFR part 1065法規；美國2012年執行通機排放三階段)，滿足國內企業產品大量出口美國和歐洲的排放檢測要求。並改變此類測量裝置依賴國外進口的局面，帶來有利於國內技術發展和促進國外產品價格降低的有益競爭。本實用新型產品提供一種符合美國最新EPA 40CFR part 1065法規、以及97/68/ EC及2002/88/EC歐盟標準，對小型通用汽油機的排放汙染物中的主要成分HC、NOx, CO等的排放物進行測量，該測量裝置也完全兼容滿足GB^133-2010 「非道路點燃式小型發動機排氣汙染物排放限值與測量方法(中國第一、第二階段)」、以及不久後將升級為排放第三階段的全部要求。是通用汽油機企業和相關部門滿足出口要求、進行產品排放物測量的必備的(或老排放設備須更新換代的)設備。

附圖為一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步詳細描述。美國最新EPA 40CFR part 1065法規(相對於先前的法規)，對通用小型汽油機排放檢測裝置關鍵器件的結構和性能要求進行了提升，在本實用新型技術方案中均作了切實的改進和提高，以保證滿足美國EPA新標準的要求。如本實用新型附圖所示的一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置， 它包括(1) 一個過濾空氣用的空氣濾清器，在所述的空氣濾清器上連接有大氣氣象站(B、 T、P)以及反映過濾阻力的微壓計(dp)；優選的空氣濾清器4為三層濾芯空氣濾清器(包括粗濾、細濾和活性炭吸附)；(2)與空氣濾清器4的一個出口端相連通的用於被測量的汽油機排氣稀釋混合的混合裝置，所述的混合裝置與汽油機2通過汽油機排氣管3相連通；(3)左段和右段混合氣輸送管6，該左段和右段混合氣輸送管之間連接有流量為3 4. 5m3/ min的臨界流文丘裡流量計10，左段和右段混合氣輸送管與臨界流文丘裡流量計10的連接可以採用快速接頭。在所述的左段混合氣輸送管上連接有第一壓力計(Pl)8、第一溫度計 (Tl)9，並且在其管內裝有小孔臨界流文丘裡管7以保證等比例採樣，所述的左段混合氣輸送管的入口端通過其上裝有自動控制閥5的進氣管路與混合裝置的出氣口相連通，所述的右段混合氣輸送管上設置有第二壓力計(P》11並且其出口通過與其相連的風機12與大氣相連通。風機要求有足夠的負壓和規定流量，以保證達到臨界流狀態；(4) 一個設置有稀釋排氣樣氣採樣袋、空氣採樣袋的採樣袋單元17。該稀釋樣氣採樣袋的入口經其上設置有第二閥19的第二管路與樣氣採樣泵16出口相連，所述的樣氣採樣泵16進口經樣氣採樣管路 13與所述的小孔臨界流文丘裡管7的樣氣採樣口相連；所述的空氣採樣袋的入口經設置有第一閥18的第一管路與空氣採樣泵15出口相連，所述的空氣採樣泵15入口經空氣採樣管路14與所述的空氣濾清器4的空氣取樣口相連；(5) 一個分析儀器單元Μ，該分析儀器單元包括碳氫化合物分析儀(FID，火焰離子化型檢測器)、氮氧化物分析儀(CLD，化學發光型分析儀)、氧氣分析儀(ΡΜΑ，順磁法)以及與一個冷凝器的出口相連的一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀(NWR，不分光紅外線分析儀)，所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、 氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第四閥23和第一取樣泵的第四管路21與稀釋排氣樣氣採樣袋的出口相連通；所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第二取樣泵26和第三閥22的第三管路20與所述的空氣採樣袋的出口相連。上述的各成分的分析儀器可以採用本公司OEM自製的，也可採用美國CAI公司的分析儀器產品；(6) —個計算機控制和管理單元27，該計算機控制單元27通過傳感器用於接收各個溫度計、壓力計和大氣氣象站輸出的溫度⑴和壓力⑵信號、所述步驟(5)中的每一分析儀輸出的氣體成分濃度信號、以及來自被測量汽油機的工作負荷狀態信號，並計算和直接輸出汽油機各排氣汙染物的測量排放值。在使用過程中為了保證測量精度，設備中與測量氣體接觸部分使用的材料均不得與被測氣體發生不明的化學作用或吸附，所有氣流管路採用不鏽鋼或PTFE(聚四氟乙烯， 或同類材料)製造。本裝置的操作模式為自動、手動(含部分手動)，可以任選。自動操作包括測量過程自動化和分析儀器檢測標定自動化、臨界流文丘裡流量計定期標定自動化。為了保證測量精度和操作方便，分析儀器通常選擇具有自動檢測和標定功能，能按每次測量試驗或規定周期進行法定項目的檢測和標定。臨界流文丘裡流量計10需要定期(每6個月)自動標定，所述的自動控制閥5的入口通過其上裝有調節閥32的連接管路與一個用於臨界流文丘裡流量計10標定的標定裝置31相連(標定裝置31可擇一配置亞音速文丘裡管SAO或者層流流量計LFE，由用戶選用)。附圖中觀是高精度壓力計$3)、四是高精度溫度計(T2)，用以測量SAO (或LFE)進口端的壓力、溫度，30是壓差計(P4)，32是安裝在連接管路上的調節閥，通過改變管路流通面積調節被測的流量。在進行標定時，變換自動控制閥5的位置，標定裝置31-自動控制閥 5-混合氣輸送管6-離心風機12形成一個測量通路，用標定裝置(SA0或LFE) 31的測量值和臨界流文丘裡流量計10的實際測量值進行比較，要求臨界流文丘裡流量計10的測量精度保持在士 3.0%。本裝置與ZL200820143002. 6的結構區別在於對裝置內發動機稀釋排氣流程、採樣和取樣流程管路進行了優化設計，縮短氣流流程和減小微洩漏；提升分析儀器的部分技術指標滿足EPA標準中新要求；臨界流文丘裡管流量計的測量精度達到EPA標準新要求 (士3.0%)；裝置的運行與標定可以全部自動化(包括正常測量流程、分析儀器的測量與標定、臨界流文丘裡流量計標定等)。從而能更好滿足美國最新EPA 40CFR part 1065法規、 以及97/68/EC及2002/88/EC歐盟標準要求，對小型通用汽油機的排放汙染物中的主要成分HC、NOx,⑶等的排放物進行測量。本裝置的工作流程為被測試的汽油機2的汽油機排氣管3與空氣濾清器4相連，排氣與經過三級濾芯過濾的清潔空氣混合成稀釋排氣後進入混合氣輸送管6，經風機12抽吸通過臨界流文丘裡流量計10計量稀釋排氣流量(m7min)。稀釋排氣絕大部分排到大氣，很小一部分用樣氣採樣泵16抽出，經第二閥19及第二管路送入採樣袋單元17中的稀釋樣氣採樣袋儲存；同時， 用空氣取樣泵15抽取經空氣採樣管路14將空氣過濾器4中的清潔空氣經第一閥18送入採樣袋單元17中的空氣採樣袋中儲存。採集樣氣的時間及被測試的汽油機2的工作狀態是按照試驗工況共可分為6工況法和2工況法。其中，6工況法汽油機分別按照100^^75 ^ 50125110%和0%加載載荷，穩定工作36秒。工作過程中，採集每個工況的稀釋排氣及清潔空氣，分別存入採樣袋單元17中。採樣結束後，用分析儀器單元M中的第一取樣泵25 經其上裝有第四閥23的第四管路21從採樣袋單元17的稀釋樣氣採用袋抽取稀釋排氣；用第二取樣泵26經其上裝有第三閥22的第三管路20從採樣袋單元17的空氣採樣袋中抽取空氣，分別送入分析儀器單元M中測量HC、CO、CO2, NOx, O2的含量，其單位為ppm(百萬分之一)。上述經臨界流文丘裡計10計量的稀釋排氣的體積流量(m7min)乘以各氣體成分的PPm值(百萬分之一)，再乘以此狀態下的比質量即可測出各氣體成分排出的流量克數。汽油機2的負載(功率)由發動機試驗臺測功機1(不屬本實用新型，由客戶自行配備)測得千瓦數(kW)及運行採樣的時間(s)均輸入計算機27，經運算最後得出(克/千瓦.小時)，即分別為汽油機HC、CO、CO2, NOx的排放測量值(g/kff. h)。並可判定測量結果與中國法規、美國EPA法規、歐洲法規的各自排放限值比較是否合格，全部試驗數據存入資料庫，隨時可以調用。
權利要求1.一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置，其結構特徵在於它包括(1)一個過濾空氣用的空氣濾清器，在所述的空氣濾清器上連接有大氣氣象站以及反映過濾阻力的微壓計；(2)與空氣濾清器的一個出口端相連通的混合裝置，該混合裝置與汽油機通過汽油機排氣管相連通；(3)左段和右段混合氣輸送管，該左段和右段混合氣輸送管之間連接有流量為3 4. 5m3/min的臨界流文丘裡計，在所述的左段混合氣輸送管上連接有第一壓力計、第一溫度計並且在其管內裝有小孔臨界流文丘裡管以保證等比例採樣，所述的左段混合氣輸送管的入口端通過其上裝有自動控制閥的進氣管路與混合裝置的出氣口相連通，所述的右段混合氣輸送管上設置有第二壓力計並且其出氣口通過風機與大氣相連通；(4)一個設置有稀釋排氣樣氣採樣袋、空氣採樣袋的採樣袋單元，該稀釋樣氣採樣袋的入口經其上設置有第二閥的第二管路與樣氣採樣泵出口相連，所述的樣氣採樣泵進口經樣氣採樣管路與所述的小孔臨界流文丘裡管的樣氣採樣口相連；所述的空氣採樣袋的入口經設置有第一閥的第一管路與空氣採樣泵出口相連，所述的空氣採樣泵入口經空氣採樣管路與所述的空氣濾清器的空氣取樣口相連；(5)一個分析儀器單元，該分析儀器單元內包括碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、 氧氣分析儀、與一個冷凝器的出口相連的一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀，所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第一取樣泵和第四閥的第四管路與稀釋排氣樣氣採樣袋的出口相連通；並且所述的碳氫化合物分析儀、氮氧化物分析儀、氧氣分析儀入口和所述的第一冷凝器的入口分別通過其上裝有第二取樣泵和第三閥第三管路與所述的空氣採樣袋的出口相連；(6)一個計算機控制和管理單元，該計算機控制單元通過傳感器用於接收各個溫度計、 壓力計和大氣氣象站輸出的溫度和壓力信號、所述步驟(5)中的每一分析儀輸出的氣體成分濃度信號以及來自被測量汽油機的工作負荷狀態信號，並計算和直接輸出汽油機各排氣汙染物的測量排放值。
2.根據權利要求1所述的改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置，其特徵在於所述的自動控制閥的入口通過其上裝有調節閥的連接管路與一個用於臨界流文丘裡流量計自動標定的高精度標定裝置相連。
專利摘要本實用新型公開了一種改進的非道路點燃式發動機排氣汙染物測量裝置，它包括(1)一個過濾空氣用的空氣濾清器；(2)與空氣濾清器的一個出口端相連通的混合裝置；(3)左段和右段混合氣輸送管，該左段和右段混合氣輸送管之間連接有臨界流文丘裡流量計，在所述的左段混合氣輸送管內裝有小孔臨界流文丘裡管；(4)一個設置有稀釋排氣樣氣採樣袋、空氣採樣袋的採樣袋單元；(5)一個分析儀器單元；(6)一個計算機控制和管理單元。採用本裝置，跟蹤國際上最新相關標準，滿足國內企業產品大量出口美國和歐洲的排放檢測要求。
文檔編號F01N11/00GK202039929SQ201120151018
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月12日 優先權日2011年5月12日
發明者李德寬, 李斌 申請人:天津世紀動力科技發展有限公司