排气分析系统及排气泄漏检测方法 |
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| 申请号 | CN201410204795.8 | 申请日 | 2014-05-15 | 公开(公告)号 | CN104165967A | 公开(公告)日 | 2014-11-26 |
| 申请人 | 公益财团法人日本汽车运输技术协会; 株式会社堀场制作所; | 发明人 | 野田明; 原一平; 横山英也; 樋口昌宏; 吉村纱矢香; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的目的是提供排气分析系统及排气 泄漏 检测方法，确认排气是否泄漏，按照由国际标准规定的测试条件进行测试。所述排气分析系统包括从排气管对排气进行取样的排气取样装置和分析由排气取样装置采集到的排气的排气分析设备，排气取样装置包括：排气取样部，设置在排气管的排气排出口，具有比排气排出口大的排气取样口，用于对排气排出口周围的大气与从排气排出口排出的排气一起进行取样；主流道，与排气取样部连接，流过从排气取样部采集到的排气和大气；以及排气检测机构，在排气取样部的排气取样口附近，连续地检测排气中含有的规定成分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种排气分析系统，其特征在于，所述排气分析系统包括：排气取样装置，从排气管对排气进行取样，从内燃机排出的所述排气流过所述排气管；以及排气分析设备，对通过所述排气取样装置采集到的所述排气进行分析， |
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| 说明书全文 | 排气分析系统及排气泄漏检测方法技术领域背景技术[0003] 所述排气分析装置包括：开放型取样部，抽吸从车辆的排气管排出的排气，并且抽吸位于排气管周围的大气；流道，将从所述开放型取样部抽吸的排气和大气混合后得到的混合气体流过该流道；以及测量部，设置在所述流道上，测量混合气体中含有的规定的测量成分的浓度。 [0004] 现有技术文献 [0006] 可是，具备开放型取样部的排气分析装置由于在开放型取样部与排气管之间具有抽吸大气的空间，所以存在排气从所述空间向外部泄漏从而导致不能准确地进行排气分析的问题。 [0007] 此外，在记载有排气测试的测试步骤的道路运输车辆安全基准的细则公告的附件44(道路運送車両保安基準の細目告示別紙44)“摩托车排气的测量方法”和国际标准中，规定了要以不泄漏的方式对从内燃机排出的排气进行取样，需要抑制排气的泄漏。 [0008] 可是，由于在专利文献1所示的现有的开放型取样部中，不能确认排气是否泄漏，所以不知道是否开放型取样部对从内燃机排出的排气以不泄漏的方式进行了取样，不能确保排气测试的测试结果的可靠性。 [0009] 作为所述问题的解决方法，可以考虑通过把排气管插入开放型取样部中来抑制排气的泄漏。但是，如果将排气管过多地插入开放型取样部中，则会因对内燃机施加多余的负荷而导致测试条件发生改变，难以进行准确的排气分析。 [0010] 另一方面，如果开放型排气取样部与排气管之间过分分开，则由于存在排气从开放型取样部和排气管之间泄漏的问题，不能成为所述问题的解决方法。 发明内容[0011] 鉴于所述的问题，本发明的主要目的是在使用开放型排气取样部对排气进行取样的方式中，能够检测从排气管和开放型排气取样部之间泄漏的排气。 [0012] 即，本发明提供一种排气分析系统，其包括：排气取样装置，从排气管对排气进行取样，从内燃机排出的所述排气流过所述排气管；以及排气分析设备，对通过所述排气取样装置采集到的所述排气进行分析，所述排气取样装置包括：排气取样部，设置在所述排气管的排气排出口，具有比所述排气排出口大的排气取样口，用于对所述排气排出口周围的大气与从所述排气排出口排出的所述排气一起进行取样；主流道，与所述排气取样部连接，从所述排气取样部采集到的所述排气和大气流过该主流道；以及排气检测机构，在所述排气取样部的所述排气取样口附近，连续地检测所述排气中含有的规定成分。 [0013] 按照所述的排气分析系统，由于设置了排气检测机构，所以通过确认排气检测机构的检测结果，可以检测排气是否从从排气管与排气取样部之间泄漏了。此外，由于将排气检测机构设在排气取样口附近，所以能防止因泄漏的排气被位于排气管周围的大气过分稀释而导致排气检测机构难以检测排气中含有的规定成分。 [0014] 由此，能够利用开放型的排气取样部准确地进行排气分析。此外，由于能按照例如由道路运输车辆安全基准和国际标准等规定的测量方法进行测试，所以能确保排气测试的测试结果的可靠性。 [0015] 此外，因具备连续地进行检测的排气检测机构，所以能实时检测排气的泄漏。 [0016] 此外，优选的是，所述排气检测机构包括：检测用取样部，对所述排气取样部的所述排气取样口附近的气体进行取样；以及泄漏检测部，在通过所述检测用取样部采集到的气体中，检测所述排气中含有的规定成分的浓度，所述检测用取样部在所述排气取样口附近具有多个取样管。通过在排气取样口附近的多个点对气体进行取样，即使在因排气管振动等导致不能确定泄漏的部位时，也能够恰当地对气体进行取样并检测泄漏。 [0018] 在此，当排气取样部的排气取样口大于主流道的与排气取样部连接的连接部分的断面开口时，在排气取样部的内侧周面上，设置用于连接排气取样口和主流道的断面开口的节流面(絞り面)。 [0019] 当所述节流面具有与排气取样口相对的平面时，存在从排气管排出后流向主流道的排气和大气被所述平面弹回而从排气取样部和排气管之间泄漏到外部的问题。 [0020] 因此，在本发明中，作为所述排气取样部的具体实施方式，优选的是，所述排气取样部在该排气取样部的内侧周面具有锥形面，随着从所述排气取样口侧朝向所述主流道的连接部侧，所述排气取样部的断面开口逐渐变小，由此形成所述锥形面。 [0021] 如此，从排气管排出后流向主流道的排气和大气即使被锥形面弹回，也可以不会从排气取样部和排气管之间泄漏到外部地容易地流向主流道。 [0022] 优选的是，本发明的排气分析系统还包括：定流量机构，设置在所述主流道上，使流过所述主流道的流体的流量成为规定的流量；以及稀释用气体流道，设置在所述主流道上，与所述定流量机构的上游侧连接，向所述主流道导入稀释用气体。 [0023] 由此，通过调节从稀释用气体流道导入的稀释用气体的流量，可以调节从排气取样部采集的大气的流量。例如，当根据排气检测机构的检测结果，用户判断为排气泄漏时，通过减少流过稀释用气体导入流道的稀释用气体的流量，能增大排气取样部采集的大气的流量，由此能够消除排气的泄漏。此外，由于利用定流量机构能够不改变流过主流道的流体的流量地消除排气的泄漏，所以能够准确地进行排气分析而不会使排气的稀释率大幅变动。 [0024] 本发明还提供一种排气泄漏检测方法，其特征在于，所述排气泄漏检测方法是具备排气分析设备的排气分析系统的排气泄漏检测方法，所述排气分析设备对通过排气取样装置采集到的排气进行分析，所述排气取样装置从排气管采集排气，从内燃机排出的所述排气流过所述排气管，所述排气取样装置包括：排气取样部，设置在所述排气流过的所述排气管的排气排出口，具有比所述排气排出口大的排气取样口；以及排气检测机构，在所述排气取样部的所述排气取样口附近，检测所述排气中含有的规定成分，所述排气泄漏检测方法使用所述排气检测机构的检测结果，检测所述排气的泄漏。 [0025] 按照所述的排气泄漏检测方法，当检测到排气向排气取样部的外部泄漏了时，通过调节排气管的排气排出口和排气取样部的排气取样口的位置等，采取用于消除排气的泄漏的措施，能够准确地进行排气分析。此外，能够按照道路运输车辆安全基准和国际标准等规定的测量方法进行测试，并能够确保排气测试的测试结果的可靠性。 [0027] 图1是表示本实施方式的排气取样系统的示意图。 [0028] 图2是表示本实施方式的排气取样部的侧视图。 [0029] 图3是表示本实施方式的排气取样部的剖视图。 [0030] 图4是表示本实施方式的排气取样部的主视图。 [0031] 图5是表示在使测试摩托车进行测试行驶时由排气检测机构测量到的CO浓度的图。 [0032] 图6是表示在使测试摩托车进行测试行驶时由排气检测机构测量到的CO2浓度的图。 [0033] 图7是表示其他的实施方式的排气取样部的主视图。 [0034] 附图标记说明 [0035] 2····排气取样装置 [0036] 4····排气取样部 [0037] 4a···排气取样口 [0038] 5····主流道 [0039] 7····排气检测机构 [0040] 100··排气管 [0041] 100a·排气排出口 具体实施方式[0042] 下面说明本发明的使用了排气取样装置的排气分析系统的一个实施方式。 [0043] 本实施方式的排气分析系统1是具备开放型的排气取样装置的定量稀释分析装置(开放型CVS)，例如对从汽车和摩托车的内燃机(发动机)的排气管100排出的排气进行取样，并用大气等稀释用气体对采集到的排气进行稀释后，检测稀释后的排气的规定成分的浓度。 [0044] 本实施方式的排气分析系统1包括：开放型的排气取样部4，对从排气管100排出的排气和位于排气管100周围的大气进行取样；以及主流道5，与排气取样部4连接，从排气取样部4采集到的排气和大气流过该主流道5。 [0045] 排气取样部4与排气管100的排气排出口100a大体相对设置，具有比排气排出口100a更大的排气取样口4a，对从所述排气排出口100a排出的排气和排气排出口100a周围的大气一起进行取样。 [0046] 排气取样部4呈中空的圆管形状，在上游侧的开口部40形成有排气取样口4a，排气取样口4a的开口形状为圆形。所述排气取样口4a以与排气管100的排气排出口100a呈大体同心圆状的方式配置。此外，在排气取样部4的下游侧的开口部连接有主流道5。 [0047] 此外，如图2和图3所示，排气取样部4的内侧周面成为锥形面4b。随着从排气取样口4a朝向与主流道5连接的连接部4c，排气取样部4的断面开口逐渐变小，由此形成所述锥形面4b。在本实施方式中，通过使排气取样部4形成为截头圆锥筒形，由此使排气取样部4的内侧周面成为锥形面4b。 [0048] 在主流道5上从上游侧起依次设有：稀释用气体导入流道6，将稀释用气体导入主流道5；混合部8，搅拌并混合排气、大气和稀释用气体；以及定流量机构9，使流过主流道5的流体的流量成为一定的流量。 [0049] 如图1所示，稀释用气体导入流道6与主流道5连接，用于使作为稀释用气体的例如大气流过主流道5。所述稀释用气体导入流道6上例如设有流量调节阀6a，使得用户能适当地改变稀释用气体的流量。 [0050] 混合部8由旋风除尘器构成，所述旋风除尘器设置在比主流道5与稀释用气体导入流道6的汇合点更靠下游侧，所述旋风除尘器除去粉尘并且搅拌并混合排气和大气，从而生成用大气对排气进行稀释后得到的混合气体。在此，在混合部8与排气进行搅拌混合的大气是在排气取样部4采集到的大气以及作为从稀释用气体导入流道6导入的稀释用气体的大气。 [0051] 定流量机构9进行流量控制，使得混合气体的总流量成为一定的流量，定流量机构9由下述装置构成：文丘里管10a，由临界流量文丘里管(CFV)构成；以及抽吸泵10b，是与所述文丘里管10a的下游连接的例如风机等。 [0052] 此外，通过用抽吸泵10b抽吸混合气体，使文丘里管10a的上游侧和下游侧的压差成为规定値以上，由此使流过主流道5的混合气体的总流量成为一定的流量。另外，由抽吸泵10b抽吸的混合气体被排出到外部。 [0053] 在此，在本实施方式中，在主流道5的混合部8和定流量机构9之间连接有取样管道11a，取样管道11a对流过主流道5的混合气体的一部分进行取样。所述取样管道11a上连接有分析设备11b，分析设备11b用于分析由取样管道11a采集到的混合气体。 [0054] 分析设备11b例如是用于积存采集到的混合气体的取样袋。例如通过NDIR等分析仪对积存在所述取样袋内的混合气体中含有的规定成分的浓度进行分析。 [0055] 此外，如图2～图4所示，在本实施方式的排气取样部4设有排气检测机构7，所述排气检测机构7检测排气中含有的规定成分，用于检测排气的泄漏。 [0056] 排气检测机构7包括：检测用取样部7a，对排气取样部4的排气取样口4a附近的气体进行取样；以及泄漏检测部7b，在由检测用取样部7a采集到的气体中，检测排气中含有的规定成分的浓度。另外，泄漏检测部7b具备对气体取样的泵7c、以及检测气体成分的气体成分检测器7d。 [0057] 在此，“附近”只要是在排气取样部4能对从排气取样口4a泄漏的排气进行取样的位置即可，例如可以考虑“附近”是形成排气取样口4a的排气取样部4的开口部40的内周面、外周面或前端面。 [0058] 检测用取样部7a在排气取样口4a的附近开口，具有例如具备柔性的取样管70。具体地说，取样管70的、形成上游侧开口(取样开口)的开口端部71设在排气取样部4的开口部40的外周面。在本实施方式中，取样管70的上游侧开口端部71的开口方向，是与排气取样部4的开口方向相同的方向，或是与排气取样部4的锥形面4b的倾斜方向相同的方向。另外，检测用取样部7a通过所述取样管70、气体成分检测器7d、或者设置在气体成分检测器7d的上游或下游的任意一侧的泵7c对附近的气体进行取样。 [0059] 本实施方式的检测用取样部7a具有多个取样管70(图中为8个)，所述多个取样管70的开口端部71，以包围排气取样口4a的开口部40的方式沿周向等间隔地设置。通过所述结构，即使设置时的相对位置或因排气管100振动造成排气排出口100a与排气取样口4a的位置发生偏离，也能够以不泄漏的方式对排气进行取样。此外，取样管70的下游侧的一端汇集为一条管道并与泄漏检测部7b连接。另外，取样管70的个数可以根据情况进行适当变更。 [0060] 泄漏检测部7b用于在通过所述检测用取样部7a采集到的气体中，连续测量排气中含有的规定成分的浓度。具体地说，泄漏检测部7b是排气分析装置，该排气分析装置向检测用取样部7a采集到的气体照射例如从红外光源射出的红外光，通过非分散型红外线吸收法检测规定成分的浓度，所述非分散型红外线吸收法利用了气体中含有的规定成分吸收所述红外光的性质。此外，泄漏检测部7b将测量到的浓度向例如监测器等显示部输出。 [0061] 而后，用户通过比较输出到所述显示部的测量浓度和预先确定的阈值，可以检测排气是否从排气取样口4a泄漏了。 [0062] 在此，作为泄漏检测部7b检测的规定成分，可以使用排气中含有的CO、CO2、NOX等各种成分，优选的是CO2。其理由与以下的测试结果一起叙述。 [0063] 图5和图6表示将测试摩托车的排气管100的排出口100a与排气取样部4的排气取样口4a分开5cm配置，并且将配置在主流道5上的抽吸泵10b的抽吸量QFNL3 设定为4m/min，以在正式的排气测试中采用的WMTC(全球统一摩托车排放则试循环(Worldwide-harmonized Motorcycle Test Cycle))模式使测试摩托车运转时的CO气体、CO2气体的检测浓度的测试结果。 [0064] 在此，图5是泄漏检测部7b检测作为规定成分的CO时的测试结果，图6是泄漏检测部7b检测作为规定成分的CO2时的测试结果。 [0065] 另外，在本测试中，作为泄漏判定的阈值，暂时将CO设定为10ppm、将CO2设定为0.05％，当超过所述值时，判断为排气可能泄漏。 [0066] 在图5、图6中，在车速50km/h以上加速时，CO浓度超过阈值的10ppm且CO2浓度超过阈值的0.05％，都是排气泄漏的可能性变高。 [0067] 在此观察到，图5所示的CO浓度一方，比图6所示的CO2浓度具有更明显的峰值。认为其原因是：CO不同于CO2，是在空气中几乎不含有的成分，所以如果从测试摩托车排出的排气泄漏并被检测用取样部7a采集到，则泄漏检测部7b就会检测到所述排气中含有的CO。 [0069] 另一方面，从测试摩托车排出的排气中含有的CO2，由于与空气中存在的CO2混合，所以尽管与CO相比看不到明显的峰值，但是能够检测到排气的泄漏(参照图6)。 [0070] 因此，从即使安装了三元催化剂系统的车辆也能进行泄漏检测的观点出发，优选的是，使用CO2作为排气检测机构7的泄漏检测部7b检测的规定成分。 [0071] 接着，说明本实施方式的排气泄漏检测方法。 [0072] 首先，相对于排气管100的排气排出口100a，将排气取样部4的排气取样口4a配置在规定的取样位置后，启动内燃机。而后如果启动排气分析系统1的抽吸泵10b，则排气取样口4a对从排气管100的排气排出口100a排出的排气进行取样，并且对位于排气排出口100a周围的大气进行取样。 [0073] 此时，排气取样部4的检测用取样部7a，对排气取样口4a附近的气体进行取样并将采集到的气体导入泄漏检测部7b。 [0074] 泄漏检测部7b检测从检测用取样部7a导入的气体中含有的规定成分的浓度，并将所述浓度输出到例如监测器等。而后，用户将输出的浓度和预先确定的阈值进行比较来确认排气是否泄漏了。 [0075] 如果用户判断排气泄漏了，则可以通过调节内燃机的排气管100的排气排出口100a与排气取样部4的排气取样口4a的位置关系，来消除排气的泄漏。 [0076] 或者，用户可以通过使用流量调节阀6a减少流过稀释用气体导入流道6的稀释用气体的流量并增大排气取样部4采集的大气的流量，来消除排气的泄漏。 [0077] 按照如上所述构成的本实施方式的排气取样装置，具有以下的效果。 [0078] 即，由于设有排气检测机构7，所以通过确认排气检测机构7的检测结果，可以检测排气是否从排气管100与排气取样部4之间泄漏了。此外，因为将排气检测机构7设在排气取样口4a附近，因此当使用开放型的排气取样部4时，能够防止排气被位于排气管100周围的空气过度稀释而导致排气检测机构7难以检测排气中含有的规定成分。 [0079] 由此，能够用开放型的排气取样部4准确地进行排气分析。此外，由于可以按照例如由道路运输车辆安全基准和国际标准等规定的测量方法进行测试，所以能确保排气测试的测试结果的可靠性。 [0080] 此外，由于具备连续地进行检测的排气检测机构7，所以能实时检测排气的泄漏。 [0081] 此外，因为对排气取样部4的排气取样口4a附近的气体进行取样的检测用取样部7a具有多个取样管70，所以能够在排气取样口4a附近的多个点对气体进行取样，即使因排气管100振动等不能确定泄漏部位时，也可以恰当地对气体进行取样并检测泄漏。 [0082] 此外，多个取样管70汇集为一条后与一个泄漏检测部7b连接，相比于对多个取样管70分别设置泄漏检测部7b，可以减少部件个数，并可以使装置结构简单。 [0083] 此外，在排气取样部4的内侧周面上，在与主流道5的连接部4c的周围设有锥形面，因此即使从排气管100排出后流向主流道5的排气和大气被锥形面4b弹回，也会容易地流向主流道5而不会从排气取样部4和排气管100之间泄漏到外部。 [0084] 此外，由于具备稀释用气体流道6，所以通过调节从稀释用气体流道6导入的稀释用气体的流量，可以调节从排气取样部4采集的大气的流量。例如，当用户判断排气正在泄漏时，通过减少流过稀释用气体导入流道6的稀释用气体的流量，可以增大排气取样部4采集的大气的流量以消除排气的泄漏。此外，由于通过定流量机构9不改变流过主流道5的流体的流量就能消除排气的泄漏，所以能够准确地进行排气分析而不会使排气的稀释率大幅变动。 [0085] 按照本实施方式的排气检测方法，如果用户确认排气检测机构7检测到的规定物质的浓度并判断排气正在泄漏，则通过调节排气管100与排气取样部4的位置关系，或通过流量调节阀6a调节流过稀释用气体导入流道6的稀释用气体的流量，能够采取用于消除排气泄漏的措施。因此，不仅能够准确地进行排气分析，而且能够按照道路运输车辆安全基准和国际标准等规定的测量方法进行测试，能够确保排气测试的测试结果的可靠性。 [0086] 另外，本发明不限于所述实施方式。 [0087] 所述实施方式的排气分析系统，可以在从主流道对稀释过的排气的一部分进行取样后再次进行稀释(两级稀释)，并分析两级稀释后的排气。 [0088] 此外，所述实施方式的排气取样装置，对从通过底盘测功机驱动的摩托车和汽车等发动机的排气管排出的排气进行取样，但是例如也可以对通过发动机测功机驱动的发动机的排气管排出的排气进行取样。 [0089] 在所述实施方式中设有稀释用气体导入流道，但是也可以不设置稀释用气体导入流道。此时，在混合部与排气混合的大气，只是在排气取样部采集到的大气。 [0090] 在所述实施方式中，排气管插入排气取样口，但是例如也可以以将排气管的排气排出口与排气取样部的排气取样口配置在同一平面上的方式配置排气管。此外，排气管和排气取样部也可以分开一定距离配置。 [0091] 排气检测机构也可以由下述装置构成：半导体传感器，用于检测周围的气体中含有的规定成分的浓度；以及计算装置，接收所述半导体传感器检测到的信号并将计算出的规定成分的浓度向监测器等输出。按照该结构，由于能消除从取样管向检测部输送气体的时间的延迟，所以能进一步实时地检测排气的泄漏。 [0092] 取样管只要是位于能对排气取样口附近的气体进行取样的位置，就可以设置在任何位置，例如，取样管也可以设置在排气取样部的开口部的内周面上。此时，可以考虑使取样管的开口端部的朝向与排气气流的流动方向相反等，以消除不必要地抽吸来自排气管的排气。 [0093] 此外，也可以以如下的方式构成检测用取样部。 [0094] 即，如图7所示，检测用取样部50可以具有设置有多个孔的一个管，以将所述管卷绕并包围排气取样部4的开口部40的外周面的方式配置所述管。按照该结构，由于可以在排气取样部4的开口部40的整体对从排气管100排出的排气进行取样，所以能够更准确地检测排气的泄漏。此外，由于无需设置多个管，所以能够通过简单的装置设计容易地制造检测用取样部50。 [0095] 可以由例如PM过滤器、连续地测量采集到的混合气体的排气分析装置构成与取样管道连接的分析设备。 [0096] 在本实施方式的排气泄漏检测方法中，当主流道侧相对于内燃机的排气管侧负压过大时，用户可以通过使用设置在稀释用气体导入流道上的流量调节阀来调节稀释用气体的流量，以减小负压。由此，能够减小因排气取样部过度地抽吸从排气管排出的排气而产生的对内燃机的负荷。 [0097] 此外，泄漏检测部的气体成分检测器，可以不是利用非分散型红外线吸收法检测规定成分的浓度的排气分析装置，而是使用能测量适当测量对象成分的现有的分析装置，此外，由于如果是半导体传感器这样的气体检测器则是小型的装置，所以能将所述装置直接安装在排气取样部的排气取样口的外周面或内周面上，所以可以在不具备取样管的条件下进行泄漏检测。 [0098] 此外，在泄漏检测部检测到的规定成分的浓度超过预先确定的阈值时，例如可以以发出警报或在监测器上显示警告画面等方式，通知用户正在泄漏或存在泄漏的可能性，以促使用户注意。 [0099] 此外，可以采用下述方式：当泄漏检测部检测到的规定成分的浓度超过了预先确定的阈值时，自动地调节内燃机的排气管的排气排出口与排气取样部的排气取样口的位置关系，或者，自动地调节设置在稀释用气体导入流道上的流量调节阀的阀开度以调节稀释用气体的流量。 [0100] 此外，在所述实施方式中，排气取样部的内侧周面的整体为锥形面，但是只要是将排气取样口的开口尺寸缩小到主流道的断面开口尺寸的结构，锥形面也可以在排气取样部的内侧周面上形成在流道方向的一部分上。 [0101] 此外，排气取样口的开口形状不限于圆形，例如可以是矩形、三角形等多边形状或呈椭圆形。 [0102] 定流量机构不限于由临界流量文丘里管和抽吸泵构成的结构，也可以使用临界节流孔、抽吸风机或容积泵式CVS装置(positive displacement pump：PDP)等其他各种装置。此外，不仅可以使用定流量机构，还可以使用可变流量控制机构，即还可以使用能对流过主流道的流量进行可变控制的流量控制机构。 [0103] 此外，混合部可有可无。 [0104] 本发明在不违反本发明思想的范围内可以进行各种变形。 [0105] 可以相互组合本发明的各个实施方式中所记载的技术特征形成新的技术方案。 |
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