專利名稱：廢氣采樣分析系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采樣發動機的廢氣，對其成分進行分析的廢氣采樣分析系統。
背景技術：
作為這種廢氣采樣分析系統，如專利文獻1所示，使來自內燃機(發動機)的廢氣通過空氣稀釋之后，使該稀釋廢氣在稀釋管道內流通，在該稀釋管道內流通的稀釋廢氣的一部分由樣品采取管道所采取。該樣品采取管道中，依次設置有用于采取稀釋廢氣的樣品采取測管；調整所采取的稀釋廢氣的流量流壓的節流閥；通過稀釋廢氣分析廢氣成分的廢氣分析裝置；用于以一定的總量吸引樣品采取管道內的稀釋氣體而設的臨界文丘里管和吸引泵。又，在樣品采取管道的廢氣分析裝置和臨界文丘里管之間，連接有大氣通路。這樣的構成是根據流入樣品采取管道的稀釋廢氣和從大氣通路導入的大氣的量的比減少通過廢氣分析裝置的稀釋廢氣的流壓變化的結構。然而，由于臨界文丘里管和吸引泵所吸引的樣品采取管道內的稀釋氣體的流量的總量為一定，因此，從大氣通路提供的大氣的流入流量變化必然導致采樣廢氣的流量變化。 又，在高壓廢氣中，流量變化大的上述結構中，會有無法對應該流量變化的問題。又，用于廢氣采樣分析系統的廢氣分析裝置，導入分析裝置的采樣廢氣的流量和壓力由規格決定，需要對采樣廢氣的流量和壓力進行調整以使其在該規格范圍內。因此，在上述專利文獻1的廢氣采樣分析系統的稀釋管道中，在稀釋廢氣流的下游側設有定容量型泵，通過該定容量型泵，使得即使流入廢氣導入管道的廢氣量變化稀釋管道內流過的稀釋廢氣的總量和壓力也大致保持一定。又，稀釋管道連接有空氣導入管道， 其大氣取入口設有空氣過濾器。但是，上述廢氣采樣分析系統，稀釋管道流過的稀釋廢氣通過定容量型泵保持稀釋廢氣的總量和壓力大致一定，從這一點也可以明了，并未設想對壓力高的廢氣進行采樣。 又，在稀釋管道連接有空氣導入管道，其大氣取入口上配置有空氣過濾器，即使存在空氣過濾被阻塞稀釋管道內的壓力變低的情況，也難以存在壓力變高這種情況。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利公開特開平4-216435號公報
發明內容
發明所要解決的問題本發明用于一并解決上述問題，以采樣壓力高的廢氣并無損測定精度地對該廢氣進行成分分析為主要的研究課題。解決問題的手段即本發明涉及的廢氣采樣分析系統，包括基端連接于用于導入廢氣的到入端口的主流路；用于將廢氣導入所述主流路的、連接于該主流路的第一吸引泵；設于所述主流路上的節流機構；在所述節流機構下游從所述主流路延伸出，并對流過該主流路的廢氣采樣并流通的測定流路；設于所述測定流路上、分析被采樣的廢氣的分析裝置；在所述測定流路的延伸點的下游、從所述主流路延伸出的、對該主流路提供補償氣體的補償流路；設于所述補償流路、對提供給所述主流路的補償氣體的流量進行調整的流量調整機構，其中，所述第一吸引泵將通過所述節流機構被減壓的廢氣壓力進一步減壓為規定值，所述流量調整機構調整提供給所述主流路的補償氣體的流量以使得所述測定流路的延伸點的廢氣壓力為規定值。通過以上結構，可進一步對由節流機構減壓的廢氣的壓力進行減壓，并且調整提供給主流路的補償氣體使測定流路的延伸點的廢氣壓力為規定值，這樣可將流過測定流路的廢氣的壓力和流量限制在分析裝置的規格范圍內。這樣，就可以對管內以高壓流動的廢氣進行采樣且無損測定精度地對廢氣進行分析。為了使得發明效果更加顯著，最好將所述導入端口設置于設有排氣管的過濾裝置的上游側。在過濾裝置(例如DPF)的上游，由于過濾器的阻塞等導致高壓(例如300kPa(表壓))，但通過本發明的廢氣采樣分析系統可采樣過濾裝置上游的廢氣并分析。從而，另外從過濾裝置的下游采樣廢氣進行分析，通過比較這些分析結果，可以評價過濾裝置的性能。為了使得廢氣容易被導入到測定流路內，最好構成所述測定流路的管道的上游側開口配置為與在主流路的同軸并朝向上游側，通過構成所述測定流路的管道進行勻速采樣。此處，勻速采樣是指，使得主流路的廢氣的流速和測定流路的廢氣流速相同地進行采樣，這樣，可沒有損耗地吸引大粒子。為了使得流量基于輸入到節流機構的廢氣的壓力可變，且不在該節流機構中損失廢氣中所包含的PM等成分，最好所述節流機構包括活動體，其形成有在中央部的沿軸向與主流路連通的主節流流路和在主節流流路周圍的沿軸向的一個或多個與主流路連通的副節流流路；固定部，其可滑動地嵌合于所述活動體的下游側的外周、對所述副節流流路進行閉塞和打開的固定部；彈簧，其位于所述活動體的外周夾在所述固定部和所述活動體之間、在使得所述活動體離開所述固定部的方向施力，通過所述活動體對應于所受到的廢氣的壓力而在軸向滑動，調整通過的廢氣的流量。發明效果通過這樣構成的本發明，可對高壓力的廢氣進行采樣并無損測定精度地對該廢氣的成分進行分析。
圖1為本發明的實施方式涉及的廢氣采樣分析系統的示意性構成圖。圖2為該實施方式的節流結構及其周圍管道的示意性截面圖。圖3為顯示臨界文丘里管的壓力(表壓)_流量特性的示意圖。圖4為顯示該實施方式的廢氣采樣分析系統各部的流量特性的示意圖。圖5為顯示該實施方式的廢氣采樣分析系統的節流機構下游的廢氣壓力(表壓) 的示意圖。符號說明
100…廢氣采樣分析系統201…過濾裝置(DPF)PT…導入端口2…主流路3…節流機構Pl…第1吸引泵4…測定流路5…分析裝置6…補償流路MFC3…流量調整機構31…活動體301…主節流流路302…副節流流路32…固定部33…彈簧
具體實施例方式下面參考附圖對本發明涉及的廢氣采樣分析系統的一實施方式進行說明。本實施方式涉及的廢氣采樣分析系統100為對連接于內燃機(發動機)的排氣管 200內的廢氣進行采樣并對該采樣廢氣進行分析的設備。具體來說，如圖1所示，其具有基端連接于用于導入廢氣的導入端口 PT的主流路 2 ；用于向主流路2導入廢氣的連接于該主流路2的第一吸引泵Pl ；設于主流路2的節流機構3 ；在節流機構3的下游從主流路2延伸出的、對流通于該主流路2的廢氣進行采樣使其流通的測定流路4 ；設于測定流路4上的、對采樣的廢氣進行分析的分析裝置5 ；在測定流路4的延伸點的下游從主流路延伸出的、對主流路2供給補償氣體的補償流路6 ；設于補償流路6的、對提供給主流路2的補償氣體的流量進行調整的流量調整機構MFC3。又，在測定流路4的延伸點和補償流路6的延伸點之間的主流路2上設有，防止由補償流路6提供的補償氣體流入到測定流路4的逆流防止結構。下面，對各部分進行詳細描述。導入端口 PT設置在設于排氣管200的例如DPF(微粒捕集器Diesel ParticulateFilter)等的過濾裝置201的上游側。該過濾裝置201的上游，由于過濾器的阻塞等原因導致廢氣的壓力為高壓(例如300Kpa(表壓))。主流路2的基端連接于導入端口 PT，從主流路2上游起依次設有由文丘里管或限流孔所構成的節流機構3 ；用于緩沖廢氣的壓力變動的緩沖空間BS ；第一流量調整機構 MFCl ；和第一吸引泵P1。第一流量調整機構MFCl包括流量計FMl和流量調整閥(例如針形閥)VI。該流量調整閥Vl由圖未示的控制部所控制，接受到來自流量計FMl的流量計測信號的控制部將控制信號輸出到流量控制調整閥VI，調整流量調整閥Vl的開度。又，第一吸引泵Pl同樣由控制部控制，吸引廢氣，使得節流機構3下游(具體來說為緩沖空間BS內) 的壓力達到規定值。又，圖1中的符號F表示過濾器，⑶標示冷卻器。
測定流路4在節流機構3的下游從主流路2延伸設置。該測定流路4從上游側 (主流路2側)開始依次設有由流量計FM2和流量調整閥(例如針形閥)V2所構成的第二流量調整機構MFC2 ；對采樣的廢氣進行分析的例如粒子數計測裝置(CPC)等分析裝置5 ； 和第二吸引泵P2。又，第二流量調整機構MFC2通過所述控制部將流入分析裝置5的廢氣流量控制為一定。補償流路6在測定流路的延伸點的下游從主流路2延伸設置。該補償流路6上，設有由流量計FM3和壓力控制閥V3構成的第三流量調整機構MFC3。又，補償流路6內也可設置用于使得補償氣體流通的泵。但在本實施方式中，通過第一吸引泵Pl將緩沖空間BS變為負壓，則不需要在補償流路6上設置泵，也可使得大氣等補償氣體流入到緩沖空間BS內。 又，第三流量調整機構MFC3的壓力控制閥V3通過所述控制部將節流機構3的下游(具體來說是緩沖空間BS內)的廢氣流量控制為規定值。下面對這樣構成廢氣采樣分析系統100的動作進行說明。在排氣管200的DPF201上游的壓力為高壓力(例如300 [kPa](表壓)的情況下， 當采樣到來自導入端口 PT的廢氣時，通過節流機構3的文丘里管(例如流量性能6 [Ipm (升每分)])使廢氣的壓力降低(例如W0[kPa](表壓))。此處，臨界文丘里管的壓力-流量特性如圖3所示。又，圖3的橫軸的壓力為表壓。根據該圖3可知，節流機構3的下游的廢氣壓力為一定的_15[kPa](表壓)時，排氣管200的廢氣的壓力越高，文丘里管的降壓效果越小，流過文丘里管的廢氣的流量無法調整為一定，流量變大。具體來說，廢氣的輸入壓力為300 [kPa](表壓)時，流量性能6 [lpm]的CFV處流過20 [lpm]的廢氣，24 [1pm]的CFV處流過100[lpm]的廢氣。S卩，CFV隨著排氣管200的廢氣的壓力上升流量變大。此時，為了通過測定流路4采樣將廢氣導入到分析裝置5，需要使節流機構3下游的壓力和流量為規定值。此處，規定值是指，在通過測定流路4進行了廢氣采樣時，該被采樣取得的廢氣的壓力和流量為滿足分析裝置5的測定規格的程度的壓力和流量。接著，通過第一吸引泵Pl進行吸引使得節流機構3的下游的壓力(例如^0[kPa] (表壓))變為規定范圍內(例如_35kPa 35kPa (表壓))的規定值。這樣節流機構3下游的壓力低于規定范圍內的話，則測定流路4的延伸點處的流量變得過大。因此，通過由補償流路6向主流路2提供補償氣體，使得節流機構3下游的廢氣流量變小，流量限制在規定范圍內，使得測定流路4的延伸點的廢氣的壓力在規定范圍內(例如_35kPa 35kPa(表壓))的規定值。此處，參考圖4、5對本實施方式的廢氣采樣分析系統得到的高壓廢氣的采樣結果進行說明。此處，第一吸引泵Pl的稀釋廢氣流量(補償氣體稀釋的廢氣流量)為Qma、提供給主流路2的補償氣體流量為Qmu、流過測定流路4的廢氣流量為Qana、流過節流機構3 (CFV) 的廢氣流量為Qv、節流機構3下游的廢氣壓力為Pv。又，在本例中，采用流量性能為5. 0 [lpm] 的CFV。又，圖4和圖5中的壓力都是表壓。即使輸入的廢氣的壓力在0 300[kPa(表壓)]的范圍內變化，也可使得測定流路4中的廢氣流量Qma大致為4. 00[lpm](參考圖4)，也可將該廢氣壓力Pv限制在-10. 60 -8. 20[kPa(表壓)]的范圍內(參考圖5)。通過這樣使得節流機構3下游的壓力和流量為規定值，因此，不會由于測定流路4 上的第二吸引泵P2所吸引的廢氣而導致分析裝置5發生故障，可提高測定流路4所采樣的廢氣的流量精度以高精度計算稀釋率，提高分析裝置5的測定精度。本實施方式的節流機構3為流量可變的文丘里管，該文丘里管3如圖2所示，容納在形成有緩沖空間BS的框體8中。流量可變文丘里管3根據輸入的廢氣的壓力其流路截面積發生變化，包括有形成有主節流流路301和副節流流路302的旋轉體形狀的活動體31 ；可滑動地嵌合于活動體 31的下游側外周、對副節流流路302進行閉合或打開的固定部32 ；在活動體31的外周夾在固定部32和活動體31之間的、向使得活動體31離開固定部32的方向施力的彈簧33。活動體31形成有在其中央部的沿軸向與主流路2連通的主節流流路301 ；和在主節流流路301周圍的沿軸向的一個或多個連通主流路2的副節流流路302。又，本實施方式的各副節流流路302的流路截面積相等，其流路截面積比主節流流路301的流路截面積小。固定部32固定于框體8的內側周面，包括使得活動體31的下游側能夠滑動嵌入的凹部321 ；和設于該凹部321底壁的貫通孔322。凹部321的開口徑與所述活動體31的下游側的外周的直徑大致相同或稍大。又，凹部321的底面為與形成有副節流流路302的下游側開口的端面(本實施方式中為錐狀)相對應的錐狀。貫通孔322設于凹部321的底壁，與活動體31的主節流流路301的流路方向為大致相同方向。因此，活動體31以安座狀態(活動體31軸向移動與固定部32接觸，閉塞副節流流路302的閉塞位置)閉塞副節流流路302，流過主節流流路301的廢氣通過貫通孔322流到下游。另一方面，活動體31以離開狀態(活動體31軸向移動離開固定部32，開放副節流流路302的開放位置)開放副節流流路302，流過主節流流路301和副節流流路302的廢氣通過貫通孔322流到下游。該活動體31通過在安裝位置和離開位置間移動增減副節流流路302的流路截面積。彈簧33外嵌于活動體31，由形成于活動體31的基端部整周的凸緣部311和固定部32的凹部周緣部321R夾著。又，凸緣部311可滑動地嵌入于框體8的內側周面。S卩，彈簧33被收納在由活動體31的外表面、凸緣部311的側面、固定部32的凹部周緣部和框體8 的內側周面所形成的空間內，彈簧33不與流動的廢氣接觸。這樣，可防止廢氣中包含的PM 等成分付著于彈簧33而造成損失。該彈簧33隨著活動體31受到的廢氣的壓力伸縮，根據廢氣的壓力確定副節流流路302的流路截面積。根據上述結構，隨著活動體31所受到的廢氣的壓力活動體31在軸向滑動，調整通過副節流流路302的廢氣流量，進而調整通過文丘里管3的廢氣的流量。接著，由殼體8在文丘里管3的下游形成的緩沖空間BS連接有構成測定流路4的管道(下面，稱為“測定用管道4T”)和構成補償流路6的管道(下面，稱為“補償用管道 6T”)。通過該緩沖空間BS，可緩沖廢氣壓力的脈動和第一吸引泵Pl的脈動造成的壓力變動。又，圖2中的符號2T為構成主流路2的管道。更加具體的，測定用管道4T連接于補償用管道6T的更上游側，測定用管道4T的上游側開口配置為與主流路2的流路方向大致朝向同一方向。更具體的是，測定用管道4T 的上游側開口配置為與所述文丘里管的主節流流路301的流路方向大致朝向同一方向。在本實施方式中，該上游側開口與形成于固定部32的流路(貫通孔322)的下游側開口接近地配置。這樣，從排氣管200采樣的廢氣可直接導入到測定流路4。又，通過測定用管道4T的上游側開口與貫通孔322的下游側開口接近配置，構成為防止來自補償流路6的提供給主流路2的補償氣體流入測定流路4內的逆流防止結構。本實施方式的效果通過如此構成的本實施方式涉及的廢氣采樣裝置100，由于在進一步減少由節流機構3減壓的廢氣的壓力的同時，對提供給主流路2的補償氣體進行調整使得測定流路4 的延伸點的廢氣壓力為規定值，因此可將流過測定流路4的流量限制在分析裝置5的規格范圍內。這樣，就可無損測量精度地對高壓廢氣進行采樣，并分析廢氣。又，本發明并不限于所述實施方式。例如，在所述實施方式中，雖然是將節流機構3設置在形成有緩沖空間BS的框體 8內，但是也可設置在主流路上其他地方。又，雖然在上述實施方式中，設置有緩沖空間BS，但是也可不設置緩沖空間BS。進一步的，逆流防止結構雖然通過測定用管道的上游側開口接近文丘里管(節流機構3)的下游側開口的設置來構成，但是也可由構成主流路的管道內面的阻抗構成。另外，本發明不限于上述實施方式，在不脫離發明主旨的前提下可進行種種變更。產業上的利用可能性根據本發明，可采樣壓力高的廢氣并無損精度地對該廢氣進行成分分析。
權利要求
1.一種廢氣采樣分析系統，其特征在于，包括 基端連接于用于導入廢氣的導入端口的主流路；用于將廢氣導入所述主流路的、連接于該主流路的第一吸引泵； 設于所述主流路上的節流機構；在所述節流機構下游從所述主流路延伸出，并對流過該主流路的廢氣采樣后使其流通的測定流路；設于所述測定流路上、分析被采樣所得廢氣的分析裝置；在所述測定流路的延伸點的下游、從所述主流路延伸出的、對該主流路提供補償氣體的補償流路；設于所述補償流路、對提供給所述主流路的補償氣體的流量進行調整的流量調整機構，其中，所述第一吸引泵將通過所述節流機構被減壓的廢氣壓力進一步減壓為規定值， 所述流量調整機構調整提供給所述主流路的補償氣體的流量，以使得所述測定流路的延伸點的廢氣壓力為規定值。
2.如權利要求1所述的廢氣采樣分析系統，其特征在于，所述導入端口設置于設于排氣管的過濾裝置的上游側。
3.如權利要求1所述的廢氣采樣分析系統，其特征在于，構成所述測定流路的管道的上游側開口配置為與所述主流路同軸并朝向上游側，通過構成所述測定流路的管道進行勻速采樣。
4.如權利要求1所述的廢氣采樣分析系統，其特征在于，所述節流機構包括活動體，其形成有在中央部的沿軸向與主流路連通的主節流流路和在主節流流路周圍的沿軸向的一個或多個與主流路連通的副節流流路；固定部，其可滑動地嵌合于所述活動體的下游側的外周、對所述副節流流路進行閉塞和打開；彈簧，其位于所述活動體的外周夾在所述固定部和所述活動體之間、在使得所述活動體離開所述固定部的方向施力，通過所述活動體對應于所受到的廢氣的壓力而在軸向滑動，調整通過的廢氣的流量。
全文摘要
本發明提供一種廢氣采樣分析系統，其目的在于對壓力高的廢氣采樣并無損精度地分析該廢氣的成分。本發明包括設有節流機構(3)和第一吸引泵(P1)的主流路(2)；在節流機構(3)的下游從主流路(2)延伸出的、設有廢氣分析裝置(5)的測定流路(4)；在測定流路(4)的延伸點的下游從主流路(2)延伸出的、設有流量調整機構的補償流路(6)，第一吸引泵(P1)將通過節流機構(3)被減壓的廢氣的壓力進一步減小到規定值，流量調整機構調整提供給主流路(2)的補償氣體的流量使得測定流路(4)的延伸點的廢氣的壓力為規定值。
文檔編號G01N1/22GK102472694SQ201080034099
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月27日 優先權日2009年7月31日
發明者日下竹史, 萊斯利·希爾, 蒙特吉魯·拉曼 申請人:株式會社堀場制作所