專利名稱：廢氣測量儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用小型稀釋孔道測量在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的各種組分排出量的廢氣測量儀器。小型稀釋孔道這樣布置，以致于從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管抽取一部分廢氣，并經(jīng)一根取樣管引入到小型稀釋孔道內(nèi)，然后用空氣稀釋以降低廢氣溫度。
一種小型稀釋孔道用來測量在來自發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的各種組分的排出量。小型稀釋孔道把抽取廢氣的溫度降低到例如52℃，由此產(chǎn)生一種其中廢氣中各種組分由于降低溫度而冷凝成顆粒狀物質(zhì)的條件。一種使用小型稀釋孔道的廢氣測量儀器，測量在大體類似于在把廢氣排放到大氣中的情況的狀態(tài)下的廢氣組分，如氮氧化物的濃度，并且得到廢氣組分的排出量。
在一種利用小型稀釋孔道的廢氣測量方法中，把通過分析在小型稀釋孔道中稀釋的廢氣而得到的各種廢氣組分的濃度乘以流過小型稀釋孔道的稀釋廢氣的流量、在小型稀釋孔道中的稀釋比、與流量分流比，可得到在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的各種組分的排出量(重量)，流量分流比是通過排氣管的廢氣流量與引進(jìn)取樣管的廢氣流量的比值。
必須在每種輸出或工作模式或類似模式下，準(zhǔn)確且以最小的時(shí)間延遲測量在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的各種組分的排出量，以便評(píng)價(jià)以各種操作模式操作的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，和判斷是否符合排氣法規(guī)。一種利用小型稀釋孔道的廢氣測量儀器不必稀釋全量的廢氣，并因此通過利用小尺寸小型稀釋孔道就能夠測量廢氣中各種組分的排出量。于是，整個(gè)廢氣測量儀器能以緊湊的結(jié)構(gòu)建造。
然而，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作模式開發(fā)了利用小型稀釋孔道的常規(guī)廢氣測量儀器，并且它具有在穩(wěn)態(tài)下用來測量廢氣組分濃度的結(jié)構(gòu)。因?yàn)闈舛冗_(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需要長時(shí)間，所以在瞬態(tài)工作模式中不能使用常規(guī)廢氣測量儀器。換句話說，利用小型稀釋孔道的常規(guī)廢氣測量儀器不能在瞬態(tài)工作模式中進(jìn)行廢氣組分的測量，因?yàn)橛捎趶U氣在取樣管中的滯留和檢測器響應(yīng)的延遲，在對(duì)階躍輸入響應(yīng)的90％處需要約10秒鐘。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，消除常規(guī)廢氣測量儀器的缺點(diǎn)，并且提供一種利用小型稀釋孔道、且能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作模式中測量廢氣中各種組分的量的快速響應(yīng)廢氣測量儀器。本發(fā)明的一個(gè)特別目的在于提供一種廢氣測量儀器，其中一個(gè)用來測量排氣管中廢氣流量的旁通氣體流量計(jì)、和一個(gè)用來測量取樣管中廢氣流量的抽取氣體流量計(jì)分別是高靈敏差壓型流量計(jì)，從而有可能得到流量分流比，流量分流比是在發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工作模式下排氣管中的廢氣流量與取樣管的廢氣流量的比值。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，在利用小型稀釋孔道的廢氣測量儀器中，通過把在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作模式下得到的流量分流比乘以一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)，能夠計(jì)算出一個(gè)更精確的校準(zhǔn)流量分流比。在本發(fā)明的實(shí)施例、權(quán)利要求書和附圖中能使本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)變明白。
根據(jù)本發(fā)明的一種廢氣測量儀器帶有一個(gè)小型稀釋孔道，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中的一部分廢氣經(jīng)一根取樣管引入，并且用空氣稀釋；一個(gè)測量裝置，用來測量在小型稀釋孔道內(nèi)稀釋的廢氣中的特定組分；一個(gè)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)，測量取樣管中的廢氣流量Qs；一個(gè)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)，測量排氣管中的廢氣流量Qb；及一個(gè)運(yùn)算裝置，用來通過把由高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)得到的排氣管中的廢氣流量、除以由高靈敏差壓型抽取氣流計(jì)得到的取樣管中的廢氣流量而得到一個(gè)流量分流比R=Qb/Qs。
根據(jù)本發(fā)明的廢氣測量儀器進(jìn)一步帶有一個(gè)用來得到流量分流比的一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)k的裝置，和一個(gè)用來通過把流量分流比乘以校準(zhǔn)系數(shù)得到一個(gè)校準(zhǔn)流量分流比k·R的裝置。用來得到校準(zhǔn)系數(shù)k的裝置帶有一個(gè)用來在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作期間測量排氣管內(nèi)廢氣中的特定物質(zhì)的濃度Db的測量裝置；一個(gè)通過把排氣管中的廢氣流量Qb乘以排氣管內(nèi)廢氣中的特定物質(zhì)的濃度得到排氣管內(nèi)特定物質(zhì)的總量Qb·Db的裝置；一個(gè)用來測量小型稀釋孔道中的稀釋廢氣流量Qt的裝置；一個(gè)用來測量在小型稀釋孔道中稀釋的廢氣中的特定物質(zhì)的濃度Dt的測量裝置；一個(gè)用來通過把小型稀釋孔道中的稀釋廢氣流量乘以小型稀釋孔道中稀釋的廢氣中的特定物質(zhì)的濃度得到小型稀釋孔道中特定物質(zhì)的總量Qt·Dt的裝置；及一個(gè)用來通過把排氣管內(nèi)特定物質(zhì)的總量除以小型稀釋孔道中特定物質(zhì)的總量而計(jì)算濃度分流比Rc=(Qb·Db)/(Qt·Dt)的裝置。通過把濃度分流比Rc除以流量分流比R得到校準(zhǔn)系數(shù)k。
根據(jù)本發(fā)明的測量儀器最好具有如下構(gòu)造。
(1)特定物質(zhì)是氮氧化物。
(2)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)帶有一個(gè)安裝在取樣管中的樣本孔板，并且根據(jù)由通流過樣本孔板的廢氣在樣本孔板的兩側(cè)之間產(chǎn)生的壓差，得到取樣管中的廢氣流量Qs。
(3)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)帶有第一和第二壓力接收活塞、和一個(gè)布置在兩個(gè)壓力接收活塞之間以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在樣本孔板一側(cè)的壓力和在樣本孔板另一側(cè)的壓力分別施加到第一和第二壓力接收活塞上，借此把樣本孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
(4)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)帶有第一和第二波紋管、和一個(gè)把置于兩個(gè)波紋管之間的一個(gè)板簧的變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電阻絲應(yīng)變儀。在樣本孔板一側(cè)的壓力和在樣本孔板另一側(cè)的壓力分別施加到第一和第二波紋管上，借此把樣本孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
(5)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)帶有一個(gè)安裝在廢氣管中的旁通孔板，并且根據(jù)由流過旁通孔板的廢氣在旁通孔板的兩側(cè)之間產(chǎn)生的壓差，得到廢氣管中的廢氣流量Qb。
(6)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)帶有第一和第二壓力接收活塞、和一個(gè)布置在兩個(gè)壓力接收活塞之間以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在旁通孔板一側(cè)的壓力和在旁通孔板另一側(cè)的壓力分別施加到第一和第二壓力接收活塞上，借此把旁通孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
(7)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)帶有第一和第二波紋管、和一個(gè)把置于兩個(gè)波紋管之間的一個(gè)板簧的變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電阻絲應(yīng)變儀。在旁通孔板一側(cè)的壓力和在旁通孔板另一側(cè)的壓力分別施加到第一和第二波紋管上，借此把旁通孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
(8)旁通氣體流量計(jì)測量作為吸入空氣量和燃料流量之和的排氣管中的廢氣流量Qb。
(9)測量排氣管中廢氣流量的旁通氣體流量計(jì)測量在經(jīng)取樣管抽取一部分廢氣之后剩余的廢氣流量。
(10)小型稀釋孔道帶有一個(gè)把空氣供入小型稀釋孔道中的氣泵、和一個(gè)把在小型稀釋孔道中稀釋的廢氣排出的鼓風(fēng)機(jī)。
(11)鼓風(fēng)機(jī)以恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且氣泵的轉(zhuǎn)數(shù)受到控制，由此反饋控制流量分流比R。
圖1是平面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一種廢氣測量儀器的整個(gè)布置。
圖2是局部放大平面圖，表示差壓計(jì)的安裝方式。
圖3是局部縱向剖視圖，表示一種差壓計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖4是局部縱向剖視圖，表示另一種差壓計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖5是曲線圖，表示差壓計(jì)的階躍響應(yīng)。
圖6是曲線圖，表示由一種利用差壓計(jì)的測量儀器測量的分流比的結(jié)果。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于這些實(shí)施例，而是由附屬權(quán)利要求書的范圍限定。圖1是平面圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種廢氣測量儀器的整個(gè)布置。一根排氣管12連接到一個(gè)安裝到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10一側(cè)上的排氣歧管11上。一個(gè)用于排氣壓力調(diào)節(jié)的蝶形閥13和一個(gè)消音器14連接到排氣管12上。
消音器14的出口側(cè)連接到另一根排氣管15上。一個(gè)用來防止振動(dòng)的諧振器16以這樣一種方式連接到排氣管15上，以致于從其分支。排氣管15的上端向大氣打開。排氣管15向大氣打開的部分伸進(jìn)一個(gè)煙筒17的進(jìn)口部分中。一個(gè)排氣鼓風(fēng)機(jī)18連接到煙筒17的遠(yuǎn)端。
一根吸氣歧管安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)10遠(yuǎn)離排氣歧管11的一側(cè)。一根吸氣管19連接到吸氣歧管的遠(yuǎn)端。吸氣管19進(jìn)一步連接一個(gè)用來測量吸入空氣流量E的流量計(jì)20。
圖1中的廢氣測量儀器帶有一個(gè)小型稀釋孔道22。小型稀釋孔道22的進(jìn)口部分連接到一根空氣引入管23上。一個(gè)氣泵24提供在空氣引入管23的遠(yuǎn)端處，以引入稀釋空氣。在提供氣泵24的空氣引入管23的遠(yuǎn)端，相對(duì)著一根稀釋空氣供給管25的一端打開?？諝庖牍?3帶有一個(gè)置于其中間位置的稀釋空氣壓力調(diào)節(jié)閥26。
一個(gè)熱交換器27連接到小型稀釋孔道22的下游側(cè)，并且一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)28連接到熱交換器27的下游側(cè)。鼓風(fēng)機(jī)28是一個(gè)以恒定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓風(fēng)機(jī)。
一個(gè)旁通孔板29安裝在連接到消音器14下游側(cè)的排氣管15的豎直部分中。一根取樣管30的一端插入到旁通孔板29下面的排氣管15的一部分中。取樣管30把廢氣抽取和引入到小型稀釋孔道22中。一個(gè)樣本孔板31安裝在取樣管30中。
排氣管15中的旁通孔板29和取樣管30中的樣本孔板31中的每個(gè)都起一個(gè)節(jié)氣門的作用。流入排氣和取樣管15和30的每一個(gè)中的廢氣流量根據(jù)兩個(gè)孔板29與31之間的空氣阻力比分布。因?yàn)樵诳装?9和31處的輸入壓力幾乎相同，所以廢氣流量分流比R，即廢氣管中的廢氣流量Qb與取樣管中的廢氣流量Qs之比Qb/Qs，就通過控制輸出壓力來改變。
一根帶有一個(gè)用來抽取在小型稀釋孔道22中稀釋的一部分廢氣的取樣泵32的小直徑細(xì)管32’被插入到小型稀釋孔道22中。一個(gè)NOX(氮氧化物)計(jì)33連接到取樣泵32的下游。NOX計(jì)33進(jìn)一步連接到一個(gè)用于控制的計(jì)算機(jī)(CPU)44上。此外，另一根插入在小型稀釋孔道22中的細(xì)管35’與一個(gè)顆粒過濾器34、一個(gè)取樣泵35、和一個(gè)流量計(jì)36相連。
一個(gè)預(yù)處理裝置37連接到一根在消音器14的出口側(cè)處和在豎直部分下面插入到排氣管15的一部分中的細(xì)管37’。一個(gè)NOX計(jì)38連接到預(yù)處理裝置37的下游側(cè)。NOX計(jì)38連接到用于控制的計(jì)算機(jī)44上。
提供一個(gè)差壓計(jì)39，以檢測提供在排氣管15的豎直部分中的旁通孔板29兩側(cè)之間的壓差。抽取廢氣的取樣管30在其中部裝有一個(gè)差壓計(jì)40，以檢測樣本孔板31兩側(cè)之間的壓差。這些差壓計(jì)39和40的檢測輸出都輸入到用于控制的計(jì)算機(jī)44。
而且，吸氣管19的流量計(jì)20與一個(gè)用來測量供給發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料量的燃料計(jì)41一起連接到用于控制的計(jì)算機(jī)44上。根據(jù)由流量計(jì)20和燃料計(jì)41測量的值，計(jì)算機(jī)44計(jì)算廢氣排出總量，即當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10處在高溫下時(shí)的廢氣流量。此外，鼓風(fēng)機(jī)28的一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)連接到計(jì)算機(jī)44上。計(jì)算機(jī)44由鼓風(fēng)機(jī)28的轉(zhuǎn)數(shù)通過計(jì)算得到小型稀釋孔道22中的流量。
在這種廢氣測量儀器中，一種高靈敏型差壓計(jì)用作圖2中所示的差壓計(jì)39和40中的每一個(gè)。這樣一種差壓計(jì)帶有如圖3中所示的一個(gè)圓柱形殼體50。圓柱形殼體50在其兩側(cè)處具有開口51和52。在孔板29(30)兩側(cè)的壓力P1和P2經(jīng)開口51和52施加到殼體50的兩側(cè)。壓力接收活塞53和54分別置于開口51和52內(nèi)。
壓力接收活塞53和54中的每一個(gè)在其外周緣部分處密封，并且一個(gè)傳感器55以這樣一種方式置于在殼體50中，以致于夾在壓力接收活塞53與54之間。傳感器55是一種由壓電陶瓷材料形成的高靈敏型傳感器，以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器55的輸出經(jīng)一根電纜56取出。
于是，當(dāng)孔板29(31)兩側(cè)的壓力P1和P2經(jīng)開口51和52分別施加到壓力接收活塞53和54上時(shí)，傳感器55檢測在兩側(cè)的壓力P1與P2之間的差壓，并且把一個(gè)檢測信號(hào)經(jīng)電纜56傳送到用于控制的計(jì)算機(jī)44。
圖4表示差壓計(jì)39和40的另一種形式。差壓計(jì)帶有一個(gè)基座60，并且支撐板61和62豎直地連接到基座60的兩側(cè)。波紋管63和64剛性地固定到支撐板61和62的相對(duì)側(cè)表面上。壓力構(gòu)件65和66安裝到波紋管63和64的各遠(yuǎn)端上。放置壓力構(gòu)件65和66以壓著一個(gè)板簧67的相對(duì)側(cè)。板簧67帶有一個(gè)由基座60的一個(gè)夾持部分68固定的下端部。一個(gè)電阻絲應(yīng)變儀69安裝到板簧67每個(gè)側(cè)表面上。
孔板29(31)兩側(cè)的壓力P1和P2引入到差壓計(jì)39(40)的波紋管63和64中，并且波紋管63和64根據(jù)引入的壓力伸展或收縮。波紋管63和64的壓力構(gòu)件65和66中的每個(gè)壓著板簧67，使板簧67偏斜。板簧67的偏斜經(jīng)電阻絲應(yīng)變儀69測出。電阻絲應(yīng)變儀69連接到一個(gè)橋路上，并且把檢測的輸出輸入到用于控制的計(jì)算機(jī)44中。
在圖1的儀器中，由發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作產(chǎn)生的廢氣經(jīng)排氣歧管11和排氣管12排出。在這時(shí)，排氣壓力由用于排氣壓力調(diào)節(jié)的蝶形閥13調(diào)節(jié)。而且，排氣振動(dòng)由消音器14減輕。通過排氣管15的一部分廢氣經(jīng)取樣管30抽取，并且引入到小型稀釋孔道22中。
在小型稀釋孔道22中，廢氣用經(jīng)空氣引入管23引入的空氣稀釋。用于稀釋的空氣由氣泵24從稀釋空氣供給管25送到空氣引入管23中。
稀釋的廢氣由取樣泵32取樣，并且引入到NOX計(jì)33，在NOX計(jì)33處進(jìn)行氮氧化物量，即NOX濃度Db，的測量。此外，稀釋的廢氣由取樣泵35抽吸以通過顆粒過濾器34。在這時(shí)，測量由過濾器34捕獲的顆粒物質(zhì)的量。
在稀釋之前，來自發(fā)動(dòng)機(jī)10的廢氣經(jīng)在消音器14的出口側(cè)處的細(xì)管37’直接從排氣管15抽取，并且由預(yù)處理裝置37預(yù)處理。此后，由NOX計(jì)38測量NOx濃度Db。
其次，將描述一種用來控制經(jīng)空氣引入管23抽吸到小型稀釋孔道22中空氣量的結(jié)構(gòu)。連接到空氣引入管23上的氣泵24由一個(gè)電動(dòng)機(jī)42驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)42的轉(zhuǎn)數(shù)由一個(gè)變換器43控制。根據(jù)來自計(jì)算機(jī)44的一個(gè)控制命令信號(hào)43’控制變換器43。
向計(jì)算機(jī)44分別輸入小型稀釋孔道22中的廢氣流量Qt、小型稀釋孔道22中的NOX濃度Dt、和稀釋之前廢氣中的NOX濃度Db。小型稀釋孔道22中的廢氣流量Qt通過一種與測量稀釋孔道中流量的方法一致的方法測量。排氣管15中的廢氣流量Qb也作為吸入空氣量和燃料流量之和而測量。小型稀釋孔道22中的NOX濃度Dt用NOX計(jì)33測量。稀釋之前廢氣中的NOX濃度Db用NOX計(jì)38測量。
基于NOX是追蹤氣體的假設(shè)，由從發(fā)動(dòng)機(jī)10排出的廢氣中的NOX總量與小型稀釋孔道22中的稀釋氣體中的NOX總量之比，計(jì)算在圖1廢氣測量儀器的小型稀釋孔道22中的廢氣的廢氣濃度分流比Rc。濃度分流比Rc由如下公式(1)表示Rc=(Qb·Db)/(Qt·Dt)…公式(1)其中Qb是排氣管中的廢氣流量；Db是排氣管中的NOX濃度；Qt是小型稀釋孔道中的稀釋廢氣流量；及Dt是小型稀釋孔道中的NOX濃度。
另一方面，小型稀釋孔道中的流量分流比R由如下公式(2)得到R=Qb/Qs…公式(2)其中Qb是排氣管中的廢氣流量；而Qs是取樣管中的廢氣流量。
計(jì)算機(jī)44經(jīng)變換器43控制電動(dòng)機(jī)42的轉(zhuǎn)數(shù)，由此控制氣泵24的轉(zhuǎn)數(shù)，從而使由計(jì)算機(jī)44得到的流量分流比R與一個(gè)希望值重合。通過這樣做，變得有可能反饋控制廢氣的流量分流比R。
當(dāng)氣泵24的轉(zhuǎn)數(shù)改變時(shí)，小型稀釋孔道22中的壓力變化，并且導(dǎo)致流量分流比變化。就是說，如果氣泵24的轉(zhuǎn)數(shù)增大以升高小型稀釋孔道22中的壓力，則廢氣經(jīng)取樣管30進(jìn)入小型稀釋孔道22會(huì)變得困難。因此，流量分流比R增大。如果氣泵24的轉(zhuǎn)數(shù)減小以降低小型稀釋孔道22中的壓力，則增大數(shù)量的廢氣經(jīng)取樣管30引入到小型稀釋孔道22中。結(jié)果，流量分流比R減小。
因而，盡管能由用于控制的計(jì)算機(jī)44使用公式(1)計(jì)算濃度分流比Rc，但這種方法具有需要幾十秒去穩(wěn)定追蹤氣體(一般為氮氧化物或碳酸氣)的濃度的缺點(diǎn)，并因此而響應(yīng)時(shí)間很長。于是，在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作期間不能使用該方法。
相反，基于公式(2)的流量分流比R的計(jì)算使用用于排氣管15中孔板29兩側(cè)之間的差壓的差壓計(jì)39、和用于取樣管30中孔板31兩側(cè)之間的壓差的差壓計(jì)40，并且具有響應(yīng)非常快的特征。即使在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作期間，公式(2)的使用也能使流量分流比R以高精度得到。然而，使用公式(2)的方法因?yàn)榭装宓氖褂?，具有易于受長期使用、溫度變化等影響的缺點(diǎn)。因此，得到基于公式(2)的流量分流比R，并且通過利用由公式(1)表達(dá)的濃度分流比Rc來校準(zhǔn)該流量分流比。通過這樣做，有可能在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作期間以高精度得到流量分流比。
在這個(gè)實(shí)施例中，如圖3和4中所示，高靈敏型差壓計(jì)39安裝在排氣管15中孔板29的兩側(cè)之間，而高靈敏型差壓計(jì)40安裝在取樣管30中孔板31的兩側(cè)之間。通過用差壓計(jì)39測量孔板29兩側(cè)之間的差壓，得到排氣管15中的廢氣流量，并且輸入到計(jì)算機(jī)44。用差壓計(jì)40檢測取樣管30中孔板31的兩側(cè)的壓力，并且把檢測輸出輸入到計(jì)算機(jī)44中。因而，根據(jù)差壓計(jì)39和40的輸出，測量排氣管15中的廢氣流量Qb、和取樣管30中的廢氣流量Qs。作為兩個(gè)流量之比的流量分流比R由計(jì)算機(jī)44計(jì)算，并且由一個(gè)打印機(jī)或一個(gè)筆式記錄器輸出。
如圖5中所示，高靈敏型差壓計(jì)39和40具有由曲線A代表的特征。這表示有可能得到比代表常規(guī)測量方法的特征的曲線B和C高十倍的響應(yīng)比值。因而，當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)工作模式下利用高靈敏型差壓計(jì)39和40測量流量分流比R時(shí)，測量結(jié)果落在容許極限內(nèi)，如圖6中的曲線A所示。圖6中的曲線B和C表示通過常規(guī)測量方法的測量結(jié)果。兩個(gè)測量結(jié)果都偏離容許極限。本發(fā)明通過一種利用高靈敏型差壓計(jì)39和40及小型稀釋孔道22的測量儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工作模式下的廢氣測量。
在分別裝有差壓計(jì)39和40的排氣管15和30中，孔板29和31可能隨時(shí)間變化，導(dǎo)致孔板29和31的每一個(gè)中的流量系數(shù)變化。因此，為了使由這樣一種變化造成的測量值誤差最小，就把流量分流比R乘以一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)k，以得到校準(zhǔn)的流量系數(shù)k·R。在發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作期間，以濃度分流比Rc與流量分流比R之比的形式得到校準(zhǔn)系數(shù)k，即k=Rc/R。通過以這種方式得到校準(zhǔn)的流量系數(shù)k·R，有可能防止發(fā)生由利用差壓計(jì)39和40的測量遲滯造成的誤差。
因而，在根據(jù)本實(shí)施例的廢氣測量儀器中，安裝小型稀釋孔道。此外，高靈敏型差壓計(jì)39安裝在孔板29的兩側(cè)之間，而高靈敏型差壓計(jì)40安裝在孔板31的兩側(cè)之間，由此得到在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工作模式下的流量分流比。因而，能測量廢氣組分的排出量。換句話說，能把用于穩(wěn)態(tài)工作模式的利用一個(gè)小型稀釋孔道的一種廢氣測量儀器變成一種用于瞬態(tài)工作模式的廢氣測量儀器。
本發(fā)明的主要效果和優(yōu)點(diǎn)如下。
(1)根據(jù)本發(fā)明的廢氣測量儀器使用一個(gè)小型稀釋孔道。布置該小型稀釋孔道，以向其中引入來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的一部分廢氣并用空氣稀釋它。小型稀釋孔道僅稀釋一部分廢氣，并且能減小尺寸。因此，能減小廢氣測量儀器的整體尺寸。
(2)在小型稀釋孔道中，把廢氣置于大約類似于釋放到大氣中的情況的狀態(tài)下，并且在該狀態(tài)下檢測廢氣組分的量。因此，有可能得到與發(fā)動(dòng)機(jī)性能估計(jì)和排氣法規(guī)有關(guān)的必要檢測結(jié)果。
(3)根據(jù)本發(fā)明的廢氣測量儀器使用一個(gè)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)和一個(gè)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)，并且在滿意地跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化的同時(shí)能夠得到流量分流比。因此，除發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作模式外，在瞬態(tài)工作模式下也有可能進(jìn)行廢氣測量。
(4)根據(jù)本發(fā)明的廢氣測量儀器預(yù)先得到一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)，并且通過把流量分流比乘以該校準(zhǔn)系數(shù)，校準(zhǔn)由于使用時(shí)間或環(huán)境影響而在其中可能引入誤差的流量分流比。因此，能得到獨(dú)立于使用時(shí)間推移或環(huán)境變化的精確廢氣測量值。
(5)在根據(jù)本發(fā)明的廢氣測量儀器中，在穩(wěn)態(tài)工作期間以濃度分流比與流量分流比之比的形式得到流量分流比的校準(zhǔn)系數(shù)。因此，提供在廢氣測量儀器中的一個(gè)組成裝置也能用作一個(gè)用來得到校準(zhǔn)系數(shù)的裝置，并且不需要專門的裝置。
權(quán)利要求
1．一種廢氣測量儀器包括一個(gè)小型稀釋孔道，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中的一部分廢氣經(jīng)一根取樣管引入，并且用空氣稀釋；測量裝置，用來測量在小型稀釋孔道內(nèi)稀釋的廢氣中的特定組分；一個(gè)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)，測量所述取樣管中的廢氣流量(Qs)；一個(gè)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)，測量所述排氣管中的廢氣流量(Qb)；及一個(gè)運(yùn)算裝置，用來通過把由高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)得到的排氣管中的廢氣流量、除以由高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)得到的取樣管中的廢氣流量而得到一個(gè)流量分流比(R)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣測量儀器，進(jìn)一步包括用來得到流量分流比的一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù)(k)的裝置；和用來在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工作模式中通過把流量分流比乘以所述校準(zhǔn)系數(shù)得到一個(gè)校準(zhǔn)流量分流比(k·R)的裝置。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣測量儀器，其中用來得到所述校準(zhǔn)系數(shù)(k)的裝置帶有用來在發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)工作期間測量排氣管內(nèi)廢氣中的特定物質(zhì)的濃度(Db)的測量裝置；用來通過把排氣管中的廢氣流量(Qb)乘以排氣管內(nèi)廢氣中的特定物質(zhì)的濃度得到排氣管內(nèi)特定物質(zhì)的總量(Qb·Db)的裝置；用來測量小型稀釋孔道中的稀釋廢氣流量(Qt)的裝置；用來測量在小型稀釋孔道中稀釋的廢氣中的特定物質(zhì)的濃度(Dt)的測量裝置；用來通過把小型稀釋孔道中的稀釋廢氣流量乘以小型稀釋孔道中稀釋的廢氣中的特定物質(zhì)的濃度來得到小型稀釋孔道中特定物質(zhì)的總量(Qt·Dt)的裝置；及用來通過把排氣管內(nèi)特定物質(zhì)的總量除以小型稀釋孔道中特定物質(zhì)的總量來計(jì)算濃度分流比(Rc)的裝置；并且其中通過把濃度分流比(Rc)除以流量分流比(R)來得到所述校準(zhǔn)系數(shù)(中k)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣測量儀器，其中所述特定物質(zhì)是氮氧化物。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢氣測量儀器，其中高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)帶有一個(gè)安裝在取樣管中的樣本孔板(31)、和一個(gè)檢測由通過樣本孔板的廢氣在樣本孔板的兩側(cè)之間產(chǎn)生的壓差的差壓計(jì)(40)。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣測量儀器，其中檢測樣本孔板處的壓差的差壓計(jì)(40)帶有第一和第二壓力接收活塞(53和54)、和一個(gè)布置在兩個(gè)壓力接收活塞之間以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器(55)，其中在樣本孔板一側(cè)的壓力和在樣本孔板另一側(cè)的壓力被分別施加到第一和第二壓力接收活塞上，借此把在樣本孔板處產(chǎn)生的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣測量儀器，其中檢測樣本孔板處的壓差的差壓計(jì)(40)帶有第一和第二波紋管(63和64)、和一個(gè)把置于兩個(gè)波紋管之間的一個(gè)板簧(67)的變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電阻絲應(yīng)變儀(69)，其中在樣本孔板一側(cè)的壓力和在樣本孔板另一側(cè)的壓力被分別施加到第一和第二波紋管上，借此把在樣本孔板處產(chǎn)生的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢氣測量儀器，其中高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)帶有一個(gè)安裝在廢氣管中的旁通孔板(29)、和一個(gè)檢測由通過旁通孔板的廢氣在旁通孔板的兩側(cè)之間產(chǎn)生的壓差的差壓計(jì)(39)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣測量儀器，其中檢測旁通孔板處的壓差的差壓計(jì)(39)帶有第一和第二壓力接收活塞、和一個(gè)布置在兩個(gè)壓力接收活塞之間以把壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，其中在旁通孔板一側(cè)的壓力和在旁通孔板另一側(cè)的壓力被分別施加到第一和第二壓力接收活塞上，借此把樣本孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣測量儀器，其中檢測旁通孔板處的壓差的差壓計(jì)(39)帶有第一和第二波紋管(63和64)、和一個(gè)把置于兩個(gè)波紋管之間的一個(gè)板簧(67)的變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電阻絲應(yīng)變儀(69)，其中在旁通孔板一側(cè)的壓力和在旁通孔板另一側(cè)的壓力被分別施加到第一和第二波紋管上，借此把旁通孔板處的壓差轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢氣測量儀器，其中高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)測量作為吸入空氣量和燃料流量之和的排氣管中的廢氣流量(Qb)。
12．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢氣測量儀器，其中測量所述排氣管中的廢氣流量的高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)，在經(jīng)所述取樣管已經(jīng)抽取一部分廢氣之后測量剩余的廢氣流量。
13．根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的廢氣測量儀器，其中小型稀釋孔道帶有一個(gè)把空氣供入小型稀釋孔道中的氣泵(24)、和一個(gè)把在小型稀釋孔道中稀釋的廢氣排出的鼓風(fēng)機(jī)(28)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣測量儀器，其中所述鼓風(fēng)機(jī)以恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述氣泵(24)的轉(zhuǎn)數(shù)受到控制，由此反饋控制流量分流比(R)。
全文摘要
一種廢氣測量儀器帶有:一個(gè)小型稀釋孔道(22),其中在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管(15)中的一部分廢氣經(jīng)一根抽取管(30)引入,并且用空氣稀釋;一個(gè)測量裝置(33和36),測量在小型稀釋孔道(22)內(nèi)稀釋的廢氣中的特定組分;一個(gè)高靈敏差壓型抽取氣體流量計(jì)(31和40),測量抽取管(30)中的廢氣流量(Qs);一個(gè)高靈敏差壓型旁通氣體流量計(jì)(29和39),測量排氣管(15)中的廢氣流量(Qb);及一個(gè)運(yùn)算裝置(44),計(jì)算通過把廢氣流量(Qb)除以廢氣流量(Qs)而得到的流量分流比R=Qb/Qs。該廢氣測量儀器進(jìn)一步帶有一個(gè)由其得到流量分流比的校準(zhǔn)系數(shù)(k)的裝置、和一個(gè)通過把流量分流比乘以校準(zhǔn)系數(shù)得到校準(zhǔn)流量分流比(k·R)的裝置。能通過把濃度分流比(Rc)除以流量分流比(R)而得到校準(zhǔn)系數(shù)(k)。
文檔編號(hào)G01N1/22GK1234113SQ9719906
公開日1999年11月3日 申請(qǐng)日期1997年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者市川順 申請(qǐng)人:日野自動(dòng)車工業(yè)株式會(huì)社