废气取样稀释器及方法
专利汇可以提供废气取样稀释器及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于稀释特别是 发动机 或车辆的废气的装置(稀释器)。更特别地，本发明涉及一种装置和一种方法，其能够保持恒定的稀释率，而不必考虑排气管线中的废气背压，并无需使用任何移动部件。所提出的稀释器使用非常少的一部分废气，该废气经过毛细管道而被取样，所述毛细管道只是被浸没到排气气流中，否则，排气气流会自由地排放到大气中。经过毛细管的样品流量通过在毛细管出口处保持经调节的 负压 力 来实现。随后，经稀释的排气被收集在稳定化腔室中，在该稳定化腔室中， 温度 、湿度和 停留时间 均可以随意调整，以调节所收集的 气溶胶 。多个毛细管和稳定化腔室可以被级联以增加稀释率。在最终的稀释阶段之后，颗粒样品可以被收集在用于重量分析测定法的 过滤器 上，或者通过计数器、表面监测器或用于颗粒的物理或化学特性的任何其它技术来分析。在一个优选的具体实施方案中，毛细管道利用皮下 注射器 针头来实现，并且两个级联的皮下注射器针头/稳定化腔室被结合以提供所需的稀释率。在另一个具体实施方案中，废气可以借助于两个探针而被导入到所述稀释器的毛细管道，所述两个探针分别位于需要被表征的任何后处理装置的上游和下游。借助于 截止 阀 ，废气可以通过所述上游或下游探针而被送入稀释器的毛细管，由此对该装置的过滤效率提供评估。，下面是废气取样稀释器及方法专利的具体信息内容。
1、一种用于特别是车辆或发动机的废气取样的稀释器，该稀释器 包括第一毛细管(1)，所述第一毛细管(1)连接到第一稳定化腔室 (2)，所述第一稳定化腔室的压力借助于真空泵(9)而被保持在环 境压力以下，所述真空泵(9)借助于第一出口管道(4)而连接到所 述第一稳定化腔室，所述第一稳定化腔室中的稀释空气借助于第一稀 释空气管道(3)经过第一混合尖端而被引入，
其特征在于，提供过度流量配置，用于提供超过所述毛细管(1) 中的样品流量的废气流量，所述废气流量总体上环绕所述毛细管入口 尖端，其中所述第一毛细管(1)被浸没在具有所述配置的废气流量中， 其中所述稀释器经由所述第一毛细管(1)抽取废气。
2、根据权利要求1所述的稀释器，其特征在于，提供节流机构(11)， 借助于所述节流机构(11)对所述第一稳定化腔室(2)的样品的稀释 率和停留时间进行调节。
3、根据权利要求1或2所述的稀释器，其特征在于，提供第二稳 定化腔室(6)和第二毛细管(5)，所述第二毛细管(5)被浸没在所 述第一稳定化腔室(2)中，用于将样品从所述稳定化腔室(2)导入 到所述第二稳定化腔室(6)，所述第二稳定化腔室(6)的压力被保 持在所述第一稳定化腔室(2)的压力以下，且其中提供样品管道(8)， 通过利用所述泵(9)或不同的真空泵而从所述样品管道(8)抽取样 品以实现该低压力，并且其中提供第二稀释空气管道(7)和第二混合 尖端，所述第二稳定化腔室(6)中的稀释空气经过所述第二混合尖端 而引入。
4、根据权利要求1至3中任意一项所述的稀释器，其特征在于， 每个所述混合尖端通过分别将对应毛细管(5)的轴线和对应稀释空气 管道(7)的轴线对准而形成，其中由所述毛细管运送的样品流被暴露 到所述稀释空气管道的所述出口尖端上游的稀释空气流中。
5、根据权利要求3或4所述的稀释器，其特征在于，提供节流机 构(14、13)，所述节流机构(14、13)能够分别独立地调节所述第 一稀释空气管道(3)和所述第二稀释空气管道(7)的流动的阻力； 和/或节流机构(11、12)，所述节流机构(11、12)能够分别独立地 调节所述第一出口管道(4)和所述样品出口管道(8)的流动的阻力。
6、根据前述权利要求中任意一项所述的稀释器，其特征在于，提 供加热元件(23)和温度敏感元件(22)，从而能够借助于所述加热 元件(23)对所述样品尖端处的废气的温度进行调节，并通过所述温 度敏感元件(22)对所述样品尖端处的废气的温度进行测量。
7、根据前述权利要求中任意一项所述的稀释器，其特征在于，多 个毛细管和稳定化腔室级联设置，以提高稀释率。
8、根据前述权利要求中任意一项所述的稀释器，其特征在于，所 述毛细管道由皮下注射器针头而实现，其中至少两个级联的皮下注射 器针头/稳定化腔室被结合以提供所需的稀释率。
9、根据前述任一权利要求所述的稀释器，其特征在于，所述稀释 器的位置相对于车辆/发动机排气管线固定，并且所述针头插入所述排 气管线中。
10、用于特别是车辆或发动机废气取样的方法，尤其是用于操作 根据前述权利要求任意一项的稀释装置的方法，其特征在于，所述稳 定化腔室的压力借助于真空泵(9)而被保持在环境压力以下，并且在 所述稳定化腔室中，所述稳定化腔室中的稀释空气借助于所述第一稀 释空气管道(3)经由第一混合尖端而被引入，且在于所述稀释器经由 所述第一毛细管(1)抽取废气，所述第一毛细管(1)浸没在具有所 述过度流量配置的所述废气流量中，所述过度流量配置提供超过所述 毛细管中的样品流量的废气流量，所述废气流量总体上环绕所述毛细 管入口尖端。
11、根据从属于权利要求3至9中任意一项的权利要求10所述的 方法，其特征在于所述第二毛细管(5)浸没在第一稳定化腔室(2) 中，并将样品从所述稳定化腔室(2)导入到第二稳定化腔室(6)， 所述第二稳定化腔室(6)的压力被保持在所述第一稳定化腔室(2) 的压力以下，并且通过利用所述泵(9)或不同的真空泵而从样品管道 (8)抽取样品以实现该低压力，并且稀释空气借助于第二稀释空气管 道(7)经由第二混合尖端而被引入所述第二稳定化腔室(6)中。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，混合和温度平衡 所需的限定的停留时间通过所述第一稳定化腔室(3)和第二稳定化腔 室(6)而产生。
13、根据前述权利要求10至12中任意一项所述的方法，其特征 在于，所述第一稀释空气管道(7)中的稀释空气的温度选择性地独立 于所述第二稀释空气管道(7)中的稀释空气的温度而进行调节。
14、根据权利要求10至13中任意一项所述的方法，其特征在于， 产生基本恒定的稀释率，而不必考虑上游废气的压力，并无需使用任 何移动部件。
15、根据权利要求10至14中任意一项所述的方法，其特征在于， 具体量级为0.5lmp的非常少的一部分废气由所述稀释器使用，其经过 所述毛细管道而被取样。
16、根据权利要求10至15中任意一项所述的方法，其特征在于， 经调节的负压保持在毛细管出口7处，并且在于经稀释的排气随后被 收集在所述稳定化腔室中。
17、根据权利要求10至16中任意一项所述的方法，其特征在于， 在最终稀释阶段之后，颗粒样品被收集在用于重量分析测定法的过滤 器上，或者通过计数器、表面监测器等来分析。
18、根据前述权利要求10至17中任意一项所述的方法，其特征 在于，废气借助于两个探针而被导入到稀释器的毛细管道，所述两个 探针分别位于待表征的后处理装置的上游和下游，其中所述探针具有 适当的直径，从而提供在边缘处高于所述第一皮下注射器针头中的流 量的总体废气流量，过度流量被排放到处于恒定压力下的大气中，并 且借助于截止阀，废气通过所述上游或下游探针而被送至所述稀释器 的毛细管，从而对该装置的过滤效率提供评估。
19、根据权利要求1至9中任意一项，特别是权利要求8或9所 述装置用于稀释来自诸如压缩点火发动机、火花点火发动机以及整车 排气管线的任何发动机或车辆配置的气溶胶的用途。
技术领域
本发明涉及一种用于稀释特别是发动机废气的装置，即所谓的稀 释器。更特别地，本发明涉及一种装置和一种方法，其能够保持恒定 的稀释率，而不必考虑排气管线中的废气背压(backpressure)。
背景技术
废气的稀释可以通过使用完全流动的稀释器来实现，其中所有废 气被导入到稀释管道，在稀释管道处，废气在分析之前与经环境过滤 的空气混合。这种稀释系统包括恒定体积的取样技术，其描述于欧洲 委员会(the European Commission)的法规91/441/EEC(官方公报L 242， 30/08/1991 P.0001-0106)中。由于废气和稀释空气的混合比例随着废气 的瞬时流量(flowrate)而改变，所以恒定体积、完全流动的稀释器对 于瞬时测试引起了可变的稀释率。当遇到排出物，特别是颗粒物排出 物的精确表征(characterization)时，可变的稀释率存在着显著的缺点， 因为根据稀释后的挥发物和半挥发物物质的饱和比，其会引起颗粒成 核和凝结(condensation)的可变度。
为了克服可变的稀释率的问题，广泛采用了部分流动取样系统， 在该系统中仅有一部分废气被取样、测量并用测定量的稀释空气调节， 以提供固定的稀释率。通过这种系统实现的稀释率典型地在10∶1至 1000∶1的范围内。这种较宽的范围要求在可利用仪器的测量范围内， 降低来自诸如传统的柴油发动机、具有颗粒过滤器的柴油机的不同来 源的颗粒水平。这种部分流动系统例如描述于专利申请 US2003/0232449A1、JP2004205253A2004.T.22中。因为所提供的稀释 率对于废气压力的变化相当敏感，所以这些装置主要目的是在后处理 装置的下游对排气进行取样。在后处理装置的上游，并且特别是在柴 油机颗粒过滤器的上游，排气背压会在高于环境几毫巴至数百毫巴之 间变化，从而导致了稀释率的显著变化。
呈现在专利CH693491中的装置解决了该问题，提供了恒定的稀 释率，该稀释率对于上游的废气条件不太敏感，但是却引入了大量的 移动部件，这些移动部件对于稀释热而潮湿并充满颗粒的废气是不合 乎需要的。
发明目的
本发明的目的是稀释废气，提供恒定的稀释率，而不必考虑上游 废气的压力，且无需使用任何移动部件。所提出的稀释器使用非常少 的一部分废气(量级为0.5lpm)，该废气经过毛细管道而被取样。由于 废气的量相当低，所以不需要稀释器和排气管线之间的紧密固定，但 是毛细管会仅仅浸没在排气气流中，否则，排气气流会自由地排放到 大气中。在这方面，毛细管入口总是暴露于几乎环境压力中，而不考 虑废气的压力，这就导致了恒定的稀释率。经过毛细管的样品流量可 以通过在毛细管出口处保持经调节的负压力来实现。随后，经稀释的 排气被收集在稳定化腔室中，在该稳定化腔室中，温度、湿度和停留 时间均可以随意调整，以调节所收集的气溶胶(aerosol)。不同的稀释 率设置可以通过适当地调整稳定化腔室中的负压来实现。多个毛细管 和稳定化腔室可以被级联(cascaded)以增加稀释率。在最终的稀释阶 段之后，颗粒样品可以被收集在用于重量分析测定法的过滤器上，或 者通过计数器、表面监测器或用于颗粒的物理或化学特性的任何其它 技术来分析。
发明内容
在另一个具体实施方案中，废气可以借助于两个探针而被导入到 所述稀释器的毛细管道，所述两个探针分别位于需要被表征的任何后 处理装置的上游和下游。所述探针具有适当的直径，从而提供在边缘 处高于所述第一皮下注射器针头中的流量的总体废气流量。过度流量 被排放到处于恒定压力下的大气中。借助于截止阀，废气可以通过所 述上游或下游探针而被送至稀释器的毛细管，由此对该装置的过滤效 率提供评估。
附图说明
图1显示了本发明的第一个具体实施方案。其示出了第一毛细管 (1)和第二毛细管(5)以及第一稳定化腔室(2)和第二稳定化腔室 (6)。排气在稳定化腔室(2)、(6)中调节后，借助于泵(9)而从排 气管被抽到测量仪器。
图2显示了通过第一毛细管(1)在管道出口尖端的上游的第一稀 释空气管道(3)中排放样品而形成的第一混合尖端的细节。
图3显示了本发明的第二个具体实施方案。在该实施方案中，第 一稀释空气管道(3)和第二稀释空气管道(7)以及样品出口(8)的 流动阻力借助于节流机构(14)、(13)和(12)而进行独立地调节。 图4中具体显示的过度流量配置还被用于对后处理装置的上游和下游 的排气进行连续取样。
图4显示了过度流动配置，其中，当排气流量自由地排放到大气 中时，第一毛细管(1)的入口尖端由排气流量浸没并环绕。
具体实施方式
由于第一毛细管(1)的尖端处于环境压力下，所以经过第一毛细 管的流量(量级典型地为0.5lpm)仅取决于第一稳定化腔室(2)中的 压力、经过第一稀释空气管道(3)的稀释空气流量(量级典型为10lpm 至更低程度)、排气管中废气的温度。负压和第一稀释空气流量通过所 使用的泵(9)和节流机构(11)的特性曲线而隐性地关联。因此，在 稳定状态的发动机操作且恒定的废气温度下，第一稳定化腔室(2)中 的稀释率仅取决于节流机构(11)的设定。
为了进一步增加稀释率，如果这需要排气管中的高颗粒浓度，那 么第二毛细管(5)被牢固地连接到第一稳定化腔室(2)，使第一 (primary)稀释的样品通向第二稳定化腔室(6)。从第一稳定化腔室 (2)到第二稳定化腔室(6)的流量通过在第二稳定化腔室(6)中产 生相比第一稳定化腔室(2)中更高的负压而实现。这可以通过将泵(9) 经由样品管道(8)连接到第二稳定化腔室(6)而实现，无需任何中 间阻力，而是仅利用用于颗粒特性的装置/技术(10)。除了前一段中提 到的变化(variables)外，该配置中的总体稀释率取决于第二稳定化腔 室(6)和第一稳定化腔室(2)之间的压力差，以及颗粒测量单元(10) 所需的经过样品管道(8)总体流量。当排气管中的排气压力和温度的 变化受到限制，并且当稀释率不需要精确地调节时，可以采用该第一 个具体实施方案。
为了使颗粒损失最小化，为了使毛细管中的流量稳定，并且为了 提高样品与稀释空气的混合，在稳定化腔室的上游形成混合尖端。其 略为详细地显示于图2中。在该混合尖端中，来自第一毛细管(1)的 样品流量首先暴露到在第一稀释空气管道(3)中流动的稀释空气的流 量中。在稀释空气在稳定化腔室中膨胀之前，第一稀释空气管道(3) 形成90度的弯曲。毛细管出口尖端沿着第一稀释空气管道(3)的轴 线而位于该弯曲的下游，且位于第一稀释空气管道尖端的上游。相似 的混合尖端还形成于第二毛细管(5)的下游。
图3示出了第二个具体实施方案，该实施方案优选用在例如期望 废气压力和温度发生较大变化以及对稀释率的调节要求较高精确度的 测量中。在该具体实施方案中，第一毛细管(1)经由传送管线(17) 或(18)而被暴露到从排气管线抽取的少量废气流量中。第一毛细管 并未固定到排气管道，这使得其能够在环境压力下自由地排放到大气 中。
图4显示了过度流动配置的细节，在过度流动配置处，第一毛细 管(1)从传送管线(17)和(18)的出口取样。就在其在大气中膨胀 之前(例如，10mm)，第一毛细管(1)由废气流完全浸没和环绕。传 送管线出口中的样品流量超过第一毛细管(1)中的样品流量，并且其 在取样水平处的压力类似于环境。取样尖端处的废气的温度可以借助 于加热元件(23)而调节，并由温度敏感元件(22)测量。样品可以 通过开启截止阀(19)和(20)而从沿着排气管线的不同位置抽取， 例如，从后处理装置的下游和上游抽取。
第一稳定化腔室(2)和第二稳定化腔室(6)中的稀释如第一具 体实施方案中所述而进行。为了实现对稀释率更为精确的调节，经过 第一稀释空气管道(3)和第二稀释空气管道(7)的稀释空气流量分 别借助于节流机构(14)和(13)进行调节。此外，抽取到该系统外 的流量借助于节流叶片(11)和(12)进行调节。在此情况下的稀释 率计算必须也考虑这些阀的设定。与现有技术相比，该具体实施方案 具有无需任何移动部件而能够保持恒定的稀释率的优点，该稀释率仅 取决于节流阀(11)、(12)、(13)、(14)以及泵(9)的设定，而与排 气管中的废气的温度和压力无关。
此外，如果需要对样品进行另外的调节，温度调节元件(16)可 以介于节流机构(14)的下游的第一稀释空气管道(3)中，以便调节 第一稀释空气的温度。而且，稀释空气净化单元(15)可以用于控制 稀释空气的杂质和湿度。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 运行压缩点火发动机的方法和压缩点火发动机 | 2020-05-11 | 162 |
| 压缩点火发动机中的凸轮传感器消除 | 2020-05-16 | 472 |
| 均匀充气压缩点火发动机和控制均匀充气压缩点火发动机的方法 | 2020-05-12 | 450 |
| 用于压缩点火发动机的液化石油气 | 2020-05-17 | 420 |
| 估计均质充量压缩点火发动机的扭矩输出的系统和方法 | 2020-05-21 | 25 |
| 控制压缩点火发动机的后处理构件中的再生的方法 | 2020-05-26 | 103 |
| 用含醇燃料运行压缩点火发动机的方法和系统 | 2020-05-19 | 363 |
| 用于均质充气压缩点火发动机的燃料 | 2020-05-15 | 769 |
| 均质充气压缩点火发动机的控制策略 | 2020-05-12 | 532 |
| 用于具有“停止-启动”压缩点火发动机的车辆的排气系统 | 2020-05-22 | 899 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
