CN205157418U - 用于发动机尾气测量的气路*** - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种用于发动机尾气测量的气路***，包括在主管道上顺次连接的采样单元、加热管道单元、测量单元、流量控制单元和气体分析单元；采样单元包括采样探头、采样阀以及电磁阀；加热管道单元包括内管、热空气管和热空气发生器、调速阀、电磁阀、调压过滤阀和压缩空气端口，测量单元包括T型管道、光电接收转换器、光源和透镜，T型管道入口与主管道连接，一个出口与光电接收转换器和相邻的一个透镜相连接，另一个出口与所述光源和相邻的另一个透镜相连接。本实用新型能在线连续测量“ECE？R24”和“ELR”等多种工况，能同步测量柴油发动机尾气的CO、CO2、HC成分。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量***，特别是涉及一种用于检测柴油发动机尾气不透光烟度及CO、CO2、HC成分的检测气路***。
背景技术
目前遍及我国大部分地区的雾霾现象，对城市和乡村环境影响非常大，对人民群众的身体健康构成重大威胁。汽车尾气排放是多数地区空气污染的主因之一，而其中柴油车的尾气排放又是重要元凶。随着我国汽车保有量的不断增加，对柴油车尾气排放的严格把关势在必行。
GB3847-2005、GB17691-2005等标准的出台，改变了以往的不透光烟度测量方法，要求对柴油发动机不透光烟度采用ELR工况测量，并能同步测量柴油发动机尾气的成分组成，而国内现存的大多数不透光烟度法排放测试设备因为结构和原理上的不足，难以完全符合新的检测办法，测量数据与国外成熟产品相比有较大的误差。
实用新型内容
为了克服现有的缺陷，本实用新型提出一种用于发动机尾气测量的气路***。
本实用新型所提出的气路***包括设置在主管道上的顺序连接的采样单元、加热管道单元、测量单元、流量控制单元和气体分析单元；其中，
采样单元包括采样探头、采样阀以及和采样阀连接的第四电磁阀，用于连接尾气排烟管道，进行尾气的采样。
优选的，采样探头在头部有45度的斜面，外部有标识斜面朝向的标志。
优选的，采样探头由不锈钢波纹管与不锈钢管焊接而成，不锈钢波纹管有散热效果，可以将高温尾气温度降至后级管道元件可以承受的范围内。
进一步的，在排烟管道上安装烟道垂直连接装置，采样探头穿过烟道垂直连接装置进入排烟管道取样。可以在尾气排气管道平直段的中间位置加入该烟道连接装置，将采样探头头部45度的斜面朝向烟道气流流入的方向，采样探头垂直***烟道垂直连接装置内，该装置可以采用螺纹、焊接、法兰或卡箍的形式固定采样探头；采样探头垂直***排气管道的深度须使斜面中心尽量接近排气管道中心线。
加热管道单元包括内管、热空气管和顺次连接的热空气发生器、调速阀、第一电磁阀、调压过滤阀和压缩空气端口，内管穿过热空气管并与热空气管间隔一定的空隙，热空气发生器产生的热空气从内管与热空气管之间的空隙喷出，使内管得到加热，保持温度在60—100摄氏度，防止流经内管的尾气发生冷凝；
优选的，加热管道单元采用电热或采用保温材料管道的形式。
测量单元包括T型管道、光电接收转换器、光源和两个透镜，T型管道具有位于T型管道的竖直部的末端的入口和位于T型管道的横向部的两端的两个出口，入口与主管道连接，一个出口与光电接收转换器和相邻的一个透镜相连接，另一个出口与光源和相邻的另一个透镜相连接。本测量单元采用分流透射式设计，在尾气流过T型管道过程中利用尾气对光吸收的原理来测量尾气的烟度值。
优选的，T型管道内刻有全螺纹，表面的氧化着黑色处理，可以将T型管道内反射和漫射作用产生的漫反射光对光电池的影响应减少到最低程度。
进一步的，T型管道上配有发热元件及温度传感器，可以将温度恒定在100摄氏度，在减少水汽凝结的同时还可以使检测环境保持稳定，保证每次测量的重复性。T型管道配有气压传感器，可以用气压数据修正检测结果。
进一步地，通过管壁密封圈分别与两个出口密封连接的出气口座，出气口座具有出气口、中空的压片、阻隔玻璃和镜片密封垫，阻隔玻璃通过压片和镜片密封垫固定在出气口座上，光源发出的光线穿过透镜、出气口座上的阻隔玻璃进入T型管道的一个出口，并从T型管道的另一个出口穿过阻隔玻璃(4)和另一个透镜到达光电接收转换器。
本气路***还包括设置在主管道路上的位于测量单元下游的流量控制单元，流量控制单元包括与测量单元尾气排出管道顺次相连的三通阀、过滤器、流量计、气体缓冲器和真空泵。尾气在本单元经过过滤后不会对后级流量计造成污染，气体缓冲器可以稳定流量曲线的波动，加上流量计的监测，能保证整个气路流量曲线的稳定，从而保证测量值的准确性，
优选的，过滤器及旁路过滤器使用滤芯，污染后可以手动更换。
进一步的，流量控制单元还包括后环境空气接口，通过三通阀与过滤器相连。通过三通阀的后环境空气接口使得真空泵与外界大气连通，造成真空泵进入空转的待机状态，减少了等待真空泵启动的时间，使气路***的反应更快速。
本气路***还包括气体分析单元，用来检测尾气的CO、CO2、HC成分。气体分析单元包括顺序连接的旁路过滤器和气体分析光学平台，气体分析光学平台有标准气接口，从标准气接口输入标准气可以对气体分析单元进行校准，气体分析光学平台与气体缓冲器的出口相连，旁路过滤器的入口与T型管道的入口相连。
进一步的，压缩空气端口、调压过滤阀通过第二电磁阀与内管相连。压缩空气会经第二电磁阀高速从采样单元的环境空气接口喷射而出，达到洁净采样管单元的目的。
进一步的，采样单元还包括与采样阀连接的环境空气接口，第四电磁阀为二位三通电磁阀，以控制环境空气接口与主管道连通或者采样探头与主管道连通，从而在反吹状态与测量状态之间切换。
进一步的，在测量单元与加热单元之间的主管道上设置二通气控阀，并通过第三电磁阀与压缩空气端口、调压过滤阀相连，第三电磁阀为二位三通电磁阀。
优选的，第一电磁阀、第二电磁阀皆为直动式通电磁阀。
优选的，采样阀和三通阀是三通气控阀门结构，抗污染能力强，并可以在通入高温尾气的情况下持续使用较长时间。
本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：
(1)本实用新型对尾气流通的管路***进行了优化设计，且置有真空泵，能使测量的物理响应时间≤0.2s，采样迅速，实时性好，能满足“ECER24”和“ELR”等多种检测工况的测量，符合ISO11614、GB3847-2005、GB17691-2005等一系列国际和国家标准的要求。
(2)本***可以支持有效光通道长度为430mm国际标准长度的测量单元。该长度比目前国内的不透光烟度测量设备使用的光通道更长，从而每次能对更多的尾气样本进行采样测量，保证了测量的准确性。
(3)采用流量稳定的真空泵来对尾气采样，整体气路保持气密性，且在气体缓冲器、流量计和合理的管道***的作用下，能保证测量光通道每次测量时尾气的压力、流速的稳定，同时测量光通道附有加热元件和传感器，能保证尾气测量时的温度稳定，使得每次测量环境相对一致，从而测量结果重复性好。
(4)采样探头垂直***管道中心，头部开有45度斜面，采样时对尾气排气管道背压影响小。
(5)有高效的反吹洁净功能，使用高速压缩空气清洁采样管道，可保证测量结果的准确。
(6)测量后采用可替换的滤芯过滤尾气，减少了后级元件的污染，提高了使用寿命，同时减少***排出至大气的污染物，环保清洁。
(7)能同步测量柴油发动机尾气的CO、CO2、HC成分。
附图说明
图1为根据本实用新型一个实施例的气路***的示意图。
图2为根据本实用新型一个实施例的测量单元的示意图。
图3为根据本实用新型一个实施例的垂直连接装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发用新型的进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。基于本实用新型的中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，根据本实用新型的气路***包括设置在主管道上的顺序连接的采样单元、加热管道单元、测量单元22、流量控制单元和气体分析单元，其中所述主管道在图1中以粗实线标出。
根据本实用新型的一个实施例，所述采样单元包括采样探头15、采样阀ST1以及和采样阀连接的第四电磁阀DF4，采样探头15***尾气排气管道，进行尾气的采样。优选地，采样探头在头部处可以具有45度的斜面，并且外部有标识斜面朝向的标志。这样，采样探头在垂直***管道中心时，由于头部开有45度斜面，因此采样时对尾气排气管道的背压影响小。另外，根据一个示例，采样探头可以由不锈钢波纹管与不锈钢管焊接而成，不锈钢波纹管有散热效果，可以将高温尾气温度降至后级管道元件可以承受的范围内。然而，本领域技术人员将会理解，该示例仅为例示性，而采样探头的组成不限于此。
加热管道单元包括内管17、热空气管18和顺序连接的热空气发生器19、调速阀TS、第一电磁阀DF1、调压过滤阀20和压缩空气端口21。内管17通过主管道连接到采样阀ST1，并且内管17穿过热空气管18的内部并与热空气管18分隔一定的空隙，使得热空气发生器19产生的热空气从内管17与热空气管18之间的空隙喷出，使内管得到加热，保持温度在60—100摄氏度，从而防止流经内管的尾气发生冷凝。优选地，加热管道单元可以采用电热或采用保温材料管道的形式。
测量单元包括T型管道7、光电接收转换器1、光源11和两个透镜2，T型管道7具有位于T型管道的竖直部的末端的入口70和位于T型管道的横向部的两端的两个出口71，入口70与主管道连接，一个出口与光电接收转换器1和相邻的一个透镜2相连接，另一个出口与光源10和相邻的另一个透镜相连接。本测量单元采用分流透射式设计，在尾气流过T型管道过程中利用尾气对光吸收的原理来测量尾气的烟度值。优选地，T型管道内刻有全螺纹，并且内表面受到氧化着黑色处理，可以将T型管道内反射和漫射作用产生的漫反射光对光电池的影响应减少到最低程度。
进一步地，如图2所示是本实用新型的测量单元22的结构示意图，两个出口71分别设置有通过管壁密封圈10与之密封连接的出气口座6，出气口座6具有出气口12、中空的压片3、阻隔玻璃4和镜片密封垫5，阻隔玻璃4通过压片3和镜片密封垫固定在出气口座6上，光源11发出的光线穿过透镜2、出气口座6上的阻隔玻璃4进入T型管道7的一个出口，并从T型管道7的另一个出口穿过阻隔玻璃4和另一个透镜2到达光电接收转换器1。T型管道两边的出气口座6与阻隔玻璃4、压片3、镜片密封垫5构成一个相对的密封***，保证气路的气密性，防止尾气在检测前被污染或稀释。
不透光烟度测量采用国家规定的柴油机烟度不透光烟度测试方法，根据朗伯-比尔定律，利用尾气对光吸收的原理来测量尾气的烟度值。T型管道一侧为光源11，采用长寿命的LED灯，发光主波长在550nm至570nm，前面有透镜2汇聚光线射入T型管道；另一侧为光电接收转换器1，采用光谱响应曲线应类似于人眼的光适应曲线的光电池制作，前面有透镜2汇聚接收光源发出的光线。通过采集光电接收转换器接收的信号，通过处理器进行数据处理，最后计算出光吸收系数K值和光吸收比N。
此外，根据本实用新型的气路***还包括设置在主管道上且位于测量单元下游的流量控制单元，流量控制单元包括与测量单元的尾气排出管道顺序相连的三通阀ST2、过滤器24、流量计25、气体缓冲器26和真空泵30。尾气在流量控制单元经过过滤后不会对后级流量计造成污染，气体缓冲器可以稳定流量曲线的波动，加上流量计的监测，能保证整个气路流量曲线的稳定，从而保证测量值的准确性。优选地，过滤器使用滤芯，污染后可以手动更换。进一步地，流量控制单元还可以包括后环境空气接口23，该接口通过三通阀ST2与过滤器24相连。通过三通阀ST2和后环境空气接口可以使得真空泵与外界大气连通，造成真空泵进入空转的待机状态，减少了等待真空泵启动的时间，使气路***的反应更快速。
进一步地，如图3所示，在排烟管道上设置烟道垂直连接装置8，采样探头穿过烟道垂直连接装置8进入排烟管道取样。这可以在尾气排气管道平直段的中间位置加入该烟道连接装置，将采样探头头部45度的斜面朝向烟道气流流入的方向，采样探头垂直***烟道垂直连接装置8内，该装置可以采用螺纹、焊接、法兰或卡箍的形式固定采样探头。采样探头垂直***排气管道的深度须使斜面中心尽量接近排气管道中心线。
可选地，T型管道7上可以设置有发热元件及温度传感器，可以将温度恒定在100度，在减少水汽凝结的同时还可以使检测环境保持稳定，保证每次测量的重复性。T型管道7上配有气压传感器，可以用气压数据修正检测结果。
根据一个实施例，压缩空气端口21、调压过滤阀20通过第四电磁阀DF2与内管17相连，从而将压缩空气经第二电磁阀DF2高速从采样单元的环境空气接口16喷射而出，达到洁净采样管单元的目的。这部分结构组成了反吹洁净单元。优选地，第一电磁阀DF1、第二电磁阀DF2可以为直动式二通电磁阀。
进一步地，采样单元还包括与采样阀ST1连接的环境空气接口16。第四电磁阀DF4可以为二位三通电磁阀，以控制环境空气接口16与主管道连通或者采样探头15与主管道连通，从而在反吹状态与测量状态之间进行切换。
进一步地，在测量单元与加热单元之间的主管道上设置二通气控阀QF，并通过第三电磁阀DF3与压缩空气端口21、调压过滤阀20相连，第三电磁阀DF3为二位三通电磁阀。
优选的，采样阀ST1和三通阀ST2是三通气控阀门结构，抗污染能力强，并可以在通入高温尾气的情况下持续使用较长时间。
本***还包括气体分析单元，用来检测尾气的CO、CO2、HC成分。气体分析单元包括顺序连接的旁路过滤器27和气体分析光学平台28，气体分析光学平台28有标准气接口29，从标准气接口29输入标准气可以对气体分析单元进行校准。气体分析光学平台28与气体缓冲器26的出口相连，旁路过滤器27的出口与T型管道的入口70相连。
为了节省成本,可以用四通接头F1、三通接头T1将调压过滤阀21和电磁阀DF1、DF2、DF3、DF4连接起来，通过三通接头T3将内管17、DF2、QF连接起来，通过三通接头T4将旁路过滤器27与T型管道入口70、QF连接起来，通过三通接头T5将三通阀ST2和两个出气口座6上的出气口12连接起来，通过三通接头T7将为气体分析光学平台28、真空泵30和气体缓冲器26连接起来。
下面参照表1说明本实用新型所述的气路***的工作原理。表1给出了在不同工作状态下电磁阀和泵的受控情况。
1.测量状态
在尾气测量时，电磁阀DF4通电切换，控制采样阀ST1及三通阀ST2切换联通主管道。电磁阀DF3通电切换，控制气控阀QF打开使测量单元连通采样单元。真空泵通电开启，尾气被真空泵通过垂直***尾气排气管道中心的采样探头吸入。尾气经过采样探头散热后温度降至安全范围，通过采样阀ST1进入已预热至60～100摄氏度的加热管道单元，以防止冷凝。尾气之后通过气控阀QF，再分成两路：一路进入测量单元进行烟度测量，在通过测量单元后，尾气流经三通阀ST2，进入过滤器被过滤，再流过流量计测量其流量后进入气体缓冲器缓冲其波动，再经由真空泵抽至尾气排出接口排出；另一路通过旁路过滤器被真空泵吸入，输送入气体光学检测平台检测CO、CO2、HC成分，之后从三通接头T7回归主管道从尾气排出接口排出。
2.待机状态
在测量前或测量与测量之间的间隙，***进入待机状态。此时电磁阀DF4未通电，采样阀ST1及三通阀ST2保持与环境空气接口和后环境空气接口连通。电磁阀DF3通电切换，控制气控阀QF打开使测量单元连通采样管单元。此时真空泵处于开启状态，从三通阀ST2的后环境空气接口连通大气空转。***等待指令进入测量状态。
3.反吹状态
在气路***开启或其他需要的时候，气路***会对采样管单元进行反吹操作。此时电磁阀DF4未通电，采样阀ST1及三通阀ST2保持与环境空气接口和后环境空气接口连通。电磁阀DF3未通电，气控阀QF保持关闭，测量单元保持与采样管单元断开。电磁阀DF2打开，让高速压缩空气通过三通接头T3吹入采样管单元，从采样阀ST1的环境空气接口将污染物吹出。
4.检漏状态
检漏时，电磁阀DF4通电切换，控制采样阀ST1及三通阀ST2切换联通主管道。电磁阀DF3通电切换，控制气控阀QF打开使测量单元连通采样管单元。然后用塞头塞住采样探头，真空泵启动对气路***抽真空，抽至一定压力后真空泵停止，进入检漏状态，开始用管道压力传感器检测管道压力的变化来检漏。
5.不透光度校准
校准调零时，电磁阀DF4通电，采样阀ST1及三通阀ST2与主管道连通。电磁阀DF3通电切换，控制气控阀QF打开使测量单元连通采样管单元。真空泵打开抽气。此时测量单元可以进行不透光度调零或校准操作。
6.气体成分校准
此状态下真空泵通电工作，电磁阀DF4、DF3未通电，采样阀ST1及三通阀ST2使主管道与环境空气接口和后环境空气接口连通，气控阀QF关闭。此时从气体分析光学平台的标准气接口接入标准气体进行气体分析光学平台的调零或校准。
7.开机后无论仪器处于任何状态，加热管道单元始终保持工作，所以电磁阀DF1始终保持开启。
表1为各种工作状态下电磁阀和真空泵的控制说明。
Claims (14)
1.一种发动机尾气测量的气路***，其特征在于，包括设置在主管道上的顺序连接的采样单元、加热管道单元、测量单元(22)、流量控制单元和气体分析单元，其中：
所述采样单元包括采样探头(15)、采样阀(ST1)以及和所述采样阀连接的第四电磁阀(DF4)；
所述加热管道单元包括内管(17)、热空气管(18)和顺序连接的热空气发生器(19)、调速阀(TS)、第一电磁阀(DF1)、调压过滤阀(20)和压缩空气端口(21)，所述内管(17)通过所述主管道连接到所述采样阀(ST1)，并且所述内管(17)穿过所述热空气管(18)的内部并与所述热空气管(18)分隔一定的空隙，所述热空气发生器(19)产生的热空气从所述内管(17)与所述热空气管(18)之间的空隙喷出；
所述测量单元包括T型管道(7)、光电接收转换器(1)、光源(11)和两个透镜(2)，所述T型管道(7)具有位于所述T型管道的竖直部的末端的入口(70)和位于所述T型管道的横向部的两端的两个出口(71)，所述入口(70)与所述主管道连接，所述出口(71)中的一个出口与所述光电接收转换器(1)和相邻的一个透镜(2)相连接，所述出口(71)中的另一个出口与所述光源(10)和相邻的另一个透镜相连接；
所述流量控制单元设置在主管道上且位于所述测量单元的下游，所述流量控制单元包括与所述测量单元的出气口(12)顺序相连的三通阀(ST2)、过滤器(24)、流量计(25)、气体缓冲器(26)和真空泵(30)以及通过第二三通阀(ST2)与所述过滤器(24)相连的后环境空气接口(23)；以及
所述气体分析单元，所述气体分析单元包括顺序连接的旁路过滤器(27)和气体分析光学平台(28)，所述气体分析光学平台(28)与气体缓冲器(26)的出口相连，所述气体分析光学平台(28)连接标准气接口(29)，所述旁路过滤器(27)的入口与T型管道的入口(70)相连。
2.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，还包括通过管壁密封圈(10)与所述两个出口(71)密封连接的出气口座(6)，所述出气口座(6)具有出气口(12)、中空的压片(3)、阻隔玻璃(4)和镜片密封垫(5)，所述阻隔玻璃(4)通过压片(3)和镜片密封垫固定在出气口座(6)上，所述光源(11)发出的光线穿过透镜(2)、出气口座(6)上的阻隔玻璃(4)进入所述T型管道(7)的一个出口，并从T型管道(7)的另一个出口穿过阻隔玻璃(4)和另一个所述透镜(2)到达光电接收转换器(1)。
3.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述第四电磁阀(DF4)与所述三通阀(ST2)相连。
4.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述压缩空气端口(21)、所述调压过滤阀(20)通过第二电磁阀(DF2)与所述内管(17)相连。
5.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述采样单元还包括与所述采样阀(ST1)连接的环境空气接口(16)，所述第四电磁阀(DF4)为二位三通电磁阀，以控制所述环境空气接口(16)与所述主管道连通或者所述采样探头(15)与所述主管道连通，从而在反吹状态与测量状态之间切换。
6.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，在所述测量单元与所述加热单元之间的主管道上设置二通气控阀(QF)，并通过第三电磁阀(DF3)与所述压缩空气端口(21)、所述调压过滤阀(20)相连，所述第三电磁阀(DF3)是二位三通电磁阀。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的气路***，其特征在于，所述采样探头在头部处具有45度的斜面，所述采样探头的外部有标识斜面朝向的标志。
8.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述加热管道单元采用电热或采用保温材料管道的形式。
9.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述采样探头由不锈钢波纹管与不锈钢管焊接而成。
10.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，包括：
设置在排烟管道上的烟道垂直连接装置(8)，所述采样探头(15)通过所述烟道垂直连接装置(8)进入排烟管道取样。
11.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述T型管(7)设置有发热元件、温度传感器及气压传感器。
12.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述过滤器(24)及所述旁路过滤器(27)使用滤芯。
13.根据权利要求4所述的气路***，其特征在于，所述第一电磁阀(DF1)、第二电磁阀(DF2)为直动式二通电磁阀。
14.根据权利要求1所述的气路***，其特征在于，所述T型管道(7)内刻有全螺纹，并且所述T型管道的内表面受到氧化着黑色处理。
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