一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，主排氣管入口端與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的出口端連接，在發(fā)送機(jī)和第一濾清器之間的主排氣管上設(shè)置支排氣管；在支排氣管上依次設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第二采樣裝置和第一真空泵；在流量調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計(jì)；在第一采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設(shè)置第二濾清器；在第二采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設(shè)置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空泵；在第二采樣分級(jí)器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置。本實(shí)用新型沒(méi)有排氣稀釋系統(tǒng)和過(guò)濾、冷凝、緩沖機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。
【專利說(shuō)明】
一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)，汽車工業(yè)快速發(fā)展，各種機(jī)動(dòng)車輛的保有量不斷增加，汽車對(duì)人類的生活毫無(wú)疑問(wèn)地帶來(lái)各種便利，但是其尾氣排放卻給人類生活的大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，特別是近年來(lái)的霧霾天氣給人類健康造成巨大危害。為了限制機(jī)動(dòng)車的顆粒物排放，降低其對(duì)環(huán)境的污染和人體的危害，滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)，在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，關(guān)于“內(nèi)燃機(jī)排氣顆粒物”的研究成為了熱點(diǎn)。針對(duì)內(nèi)燃機(jī)排氣顆粒物的粒徑分布、分形維數(shù)和納觀形貌等性質(zhì)的研究，通常采用熱重分析、拉曼分析、紅外光譜分析的方法，這些方法需要對(duì)顆粒物進(jìn)行濾紙采樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)及其使用方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第一采樣裝置、第二采樣裝置、第一真空栗、第一排氣管路、第二濾清器、第二排氣管路、第三采樣裝置、第四采樣裝置、第二真空栗組成；
[0006]主排氣管入口端與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發(fā)送機(jī)和第一濾清器之間的主排氣管上設(shè)置支排氣管;在支排氣管上依次設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設(shè)置于支排氣管的末端，在流量調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計(jì);在第一采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設(shè)置第二濾清器;在第二采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設(shè)置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級(jí)器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置。
[0007]在上述技術(shù)方案中，流量計(jì)為一體型熱式氣體流量計(jì)，用于測(cè)量支排氣管的累計(jì)流量和瞬時(shí)流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補(bǔ)償功能。
[0008]在上述技術(shù)方案中，第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網(wǎng)微柵，銅網(wǎng)微柵設(shè)置在夾持器上，銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。
[0009]在上述技術(shù)方案中，第二采樣裝置和第四采樣裝置均為濾紙采樣裝置，濾紙的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。
[0010]在上述技術(shù)方案中，第一采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為Ιμπι，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第一采樣分級(jí)器，大于Ιμπι的顆粒物進(jìn)入第一排氣管路，小于IMi的顆粒物進(jìn)入第二采樣分級(jí)器。
[0011]在上述技術(shù)方案中，第二采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為0.3μπι，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第二采樣分級(jí)器，大于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入支排氣管。
[0012]使用上述系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣，按照下述步驟進(jìn)行:
[0013]步驟I，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速工況下進(jìn)行熱機(jī)，使其穩(wěn)定在目標(biāo)工況；
[0014]步驟2，打開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計(jì)測(cè)量的結(jié)果，判斷支排氣管內(nèi)的瞬時(shí)流量，使支排氣管內(nèi)的流量達(dá)到目標(biāo)流量；
[0015]步驟3，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能、運(yùn)轉(zhuǎn)工況和環(huán)境因素，進(jìn)行微柵采樣和濾紙采樣。
[0016]在上述技術(shù)方案中，在步驟I中，目標(biāo)工況為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)或發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)。
[0017]在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，目標(biāo)流量為l±10%L/s。
[0018]在上述技術(shù)方案中，在步驟3中，微柵采樣的時(shí)間為l_2s。
[0019]在上述技術(shù)方案中，在步驟4中，濾紙采樣的時(shí)間為l_2h。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0021]1.可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物的分級(jí)采樣。根據(jù)虛擬沖擊器的切割指標(biāo)，將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分為0.3μπ?以下和0.3μ??-1μπ?兩個(gè)級(jí)別，便于對(duì)顆粒物質(zhì)量測(cè)量和對(duì)其成分的分析。
[0022]2.提高樣品質(zhì)量?？煽刂婆艢饬髁亢驼{(diào)節(jié)采樣時(shí)間:流量計(jì)可測(cè)量瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥，使每次測(cè)量時(shí)排氣流速恒定。
[0023]3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。本實(shí)用新型的目的是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物進(jìn)行采樣，沒(méi)有排氣稀釋系統(tǒng)和過(guò)濾、冷凝、緩沖機(jī)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1-發(fā)動(dòng)機(jī);2-主排氣管;3-第一濾清器;4-支排氣管;5-流量計(jì);6_流量調(diào)節(jié)閥；7-第一采樣分級(jí)器;8-第二采樣分級(jí)器;9-第一采樣裝置;10-第二采樣裝置;11-第一真空栗；12-第一排氣管路；13-第二濾清器；14-第二排氣管路；15-第三采樣裝置；16-第四采樣裝置;17-第二真空栗。
[0026]圖2為采樣分級(jí)器工作原理示意圖。
[0027]圖3為尾氣采集樣品的透射電鏡照片(I)。
[0028]圖4為尾氣采集樣品的透射電鏡照片(2)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖與具體的實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0030]—種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第一采樣裝置、第二采樣裝置、第一真空栗、第一排氣管路、第二濾清器、第二排氣管路、第三采樣裝置、第四采樣裝置、第二真空栗組成；
[0031]主排氣管入口端與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發(fā)送機(jī)和第一濾清器之間的主排氣管上設(shè)置支排氣管;在支排氣管上依次設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設(shè)置于支排氣管的末端，在流量調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計(jì);在第一采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設(shè)置第二濾清器;在第二采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設(shè)置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級(jí)器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置。
[0032]在上述技術(shù)方案中，流量計(jì)為一體型熱式氣體流量計(jì)，用于測(cè)量支排氣管的累計(jì)流量和瞬時(shí)流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補(bǔ)償功能。
[0033]在上述技術(shù)方案中，第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網(wǎng)微柵，銅網(wǎng)微柵設(shè)置在夾持器上，銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。
[0034]在上述技術(shù)方案中，第二采樣裝置和第四采樣裝置均為濾紙采樣裝置，濾紙的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。
[0035]在上述技術(shù)方案中，第一采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為1μπι(即采樣分級(jí)器的篩分粒徑為Ιμπι，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流中不同大小顆粒的篩分)，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第一采樣分級(jí)器，大于Ιμπι的顆粒物進(jìn)入第一排氣管路，小于Ιμπι的顆粒物進(jìn)入第二采樣分級(jí)器。
[0036]在上述技術(shù)方案中，第二采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為0.3μπι，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第二采樣分級(jí)器，大于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入支排氣管。
[0037]使用上述系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣，按照下述步驟進(jìn)行:
[0038]步驟I，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速工況下進(jìn)行熱機(jī)，使其穩(wěn)定在目標(biāo)工況；
[0039]步驟2，打開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計(jì)測(cè)量的結(jié)果，判斷支排氣管內(nèi)的瞬時(shí)流量，使支排氣管內(nèi)的流量達(dá)到目標(biāo)流量；
[0040]步驟3，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能、運(yùn)轉(zhuǎn)工況和環(huán)境因素，進(jìn)行微柵采樣和濾紙采樣。
[0041]在上述技術(shù)方案中，在步驟I中，目標(biāo)工況為發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)或發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)。
[0042 ]在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，目標(biāo)流量為I ± 1 % L/s。
[0043]在上述技術(shù)方案中，在步驟3中，微柵采樣的時(shí)間為l_2s。
[0044]在上述技術(shù)方案中，在步驟4中，濾紙采樣的時(shí)間為l_2h。
[0045]使用銅網(wǎng)微柵采樣裝置使用的銅網(wǎng)為，通用編號(hào)是T11012，200目圓孔銅網(wǎng)，100個(gè)/盒；濾紙采樣裝置使用的濾紙為石英膜，通用編號(hào)是7202，PALLFLEX TISSUQUARTZ47mm，材質(zhì)是石英，直徑為47mm的圓形濾紙。
[0046]如圖2所示，第一和第二采樣分級(jí)器均使用PM虛擬沖擊器，可以按照粒徑大小分選顆粒物，采樣器內(nèi)垂直于氣體流向設(shè)置有沖擊板，在沖擊板上方有來(lái)自管路的氣流，當(dāng)富含顆粒物的氣體從支排氣管經(jīng)過(guò)本裝置時(shí)，顆粒具有一定的動(dòng)能和慣性，粒徑大于沖擊式采樣器切割粒徑的顆粒，因慣性大可以滑過(guò)氣流穿過(guò)沖擊板，而慣性小的顆粒，將隨著氣流運(yùn)動(dòng)進(jìn)入支路，從而實(shí)現(xiàn)不同大小顆粒的篩分。
[0047]發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，怠速工況下熱機(jī)30min，并在目標(biāo)工況，如:最大功率點(diǎn)、最大扭矩點(diǎn)等，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)流量計(jì)測(cè)量的支排氣管顯示的瞬時(shí)流量，調(diào)節(jié)流量控制閥到目標(biāo)流量，一般為I ± 10 % L/s，目標(biāo)流量為恒定值。安裝銅網(wǎng)微柵至夾持器中，放置第一采樣裝置和第二采樣裝置分別進(jìn)入支排氣管和排氣管路中，進(jìn)行微柵采樣。微柵采樣持續(xù)l_2s即可，采樣結(jié)束后，取出夾持器中的銅網(wǎng)微柵，放入儲(chǔ)存盒內(nèi)，以備后續(xù)透射電鏡檢測(cè)。進(jìn)行濾紙采樣，采樣時(shí)間根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能、運(yùn)轉(zhuǎn)工況和環(huán)境因素進(jìn)行設(shè)定，為了保證樣品數(shù)量以便于后續(xù)檢測(cè)。
[0048]選擇投射電鏡對(duì)濾紙采樣和銅網(wǎng)微柵采樣進(jìn)行表征，兩個(gè)銅網(wǎng)微柵上的樣品，如附圖所示。兩個(gè)濾紙上的樣品與各自管路上的銅網(wǎng)微柵采樣的形貌基本保持一致。
[0049]以上對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:由發(fā)動(dòng)機(jī)、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第一采樣裝置、第二采樣裝置、第一真空栗、第一排氣管路、第二濾清器、第二排氣管路、第三采樣裝置、第四采樣裝置、第二真空栗組成； 主排氣管入口端與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發(fā)送機(jī)和第一濾清器之間的主排氣管上設(shè)置支排氣管;在支排氣管上依次設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥、第一采樣分級(jí)器、第二采樣分級(jí)器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設(shè)置于支排氣管的末端，在流量調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計(jì);在第一采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設(shè)置第二濾清器;在第二采樣分級(jí)器的一側(cè)設(shè)置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設(shè)置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級(jí)器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:流量計(jì)為一體型熱式氣體流量計(jì)，用于測(cè)量支排氣管的累計(jì)流量和瞬時(shí)流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補(bǔ)償功能。3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網(wǎng)微柵，銅網(wǎng)微柵設(shè)置在夾持器上，銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:第二采樣裝置和第四采樣裝置均為濾紙采樣裝置，濾紙的接收面垂直于氣體流動(dòng)方向。5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:第一采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為Ιμπι，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第一采樣分級(jí)器，大于Iym的顆粒物進(jìn)入第一排氣管路，小于Ιμπι的顆粒物進(jìn)入第二采樣分級(jí)器。6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒物分級(jí)采樣系統(tǒng)，其特征是:第二采樣分級(jí)器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級(jí)器中切割粒徑為0.3μπι，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)過(guò)第二采樣分級(jí)器，大于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進(jìn)入支排氣管。
【文檔編號(hào)】G01N1/24GK205580824SQ201620334897
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】梁興雨, 王亞軍, 舒歌群, 于晗正男, 孫秀秀
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)