CN105716916A - 一种发动机排气颗粒物分级采样系统及其使用方法 - Google Patents
一种发动机排气颗粒物分级采样系统及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种发动机排气灰分采样系统及其使用方法，主排气管入口端与发动机排气管的出口端连接，在发送机和第一滤清器之间的主排气管上设置支排气管；在支排气管上依次设置流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第二采样装置和第一真空泵；在流量调节阀上方的支排气管上设置流量计；在第一采样分级器的一侧设置第一排气管路，在第一排气管路的末端设置第二滤清器；在第二采样分级器的一侧设置第二排气管路，在支路第二排气管路上依次设置第三采样装置、第四采样装置和第二真空泵；在第二采样分级器和第二采样装置之间的支排气管上设置第一采样装置。本发明没有排气稀释系统和过滤、冷凝、缓冲机构，结构简单、操作方便。
Description
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种发动机排气颗粒物分级采样系统及其使用方法。
背景技术
随着工业化进程推进，汽车工业快速发展，各种机动车辆的保有量不断增加，汽车对人类的生活毫无疑问地带来各种便利，但是其尾气排放却给人类生活的大气环境造成严重污染，特别是近年来的雾霾天气给人类健康造成巨大危害。为了限制机动车的颗粒物排放，降低其对环境的污染和人体的危害，满足越来越严格的排放法规，在内燃机产品设计开发中，关于“内燃机排气颗粒物”的研究成为了热点。针对内燃机排气颗粒物的粒径分布、分形维数和纳观形貌等性质的研究，通常采用热重分析、拉曼分析、红外光谱分析的方法，这些方法需要对颗粒物进行滤纸采样。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种发动机排气颗粒物分级采样系统及其使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发动机排气颗粒物分级采样系统，由发动机、主排气管、第一滤清器、支排气管、流量计、流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第一采样装置、第二采样装置、第一真空泵、第一排气管路、第二滤清器、第二排气管路、第三采样装置、第四采样装置、第二真空泵组成；
主排气管入口端与发动机排气管的出口端连接，主排气管出口端与第一滤清器连接，在发送机和第一滤清器之间的主排气管上设置支排气管；在支排气管上依次设置流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第二采样装置和第一真空泵；第一真空泵设置于支排气管的末端，在流量调节阀上方的支排气管上设置流量计；在第一采样分级器的一侧设置第一排气管路，在第一排气管路的末端设置第二滤清器；在第二采样分级器的一侧设置第二排气管路，在支路第二排气管路上依次设置第三采样装置、第四采样装置和第二真空泵；在第二采样分级器和第二采样装置之间的支排气管上设置第一采样装置。
在上述技术方案中，流量计为一体型热式气体流量计，用于测量支排气管的累计流量和瞬时流量，并带有数显和超高温温度补偿功能。
在上述技术方案中，第一采样装置和第三采样装置均为铜网微栅，铜网微栅设置在夹持器上，铜网微栅的接收面垂直于气体流动方向。
在上述技术方案中，第二采样装置和第四采样装置均为滤纸采样装置，滤纸的接收面垂直于气体流动方向。
在上述技术方案中，第一采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为1μm，发动机排气经过第一采样分级器，大于1μm的颗粒物进入第一排气管路，小于1μm的颗粒物进入第二采样分级器。
在上述技术方案中，第二采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为0.3μm，发动机排气经过第二采样分级器，大于0.3μm的颗粒物进入第二排气管路，小于0.3μm的颗粒物进入支排气管。
使用上述系统进行发动机排气颗粒物分级采样，按照下述步骤进行：
步骤1，启动发动机，怠速工况下进行热机，使其稳定在目标工况；
步骤2，打开流量调节阀，根据流量计测量的结果，判断支排气管内的瞬时流量，使支排气管内的流量达到目标流量；
步骤3，根据发动机排放性能、运转工况和环境因素，进行微栅采样和滤纸采样。
在上述技术方案中，在步骤1中，目标工况为发动机最大功率点或发动机最大扭矩点。
在上述技术方案中，在步骤2中，目标流量为1±10％L/s。
在上述技术方案中，在步骤3中，微栅采样的时间为1-2s。
在上述技术方案中，在步骤4中，滤纸采样的时间为1-2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.可实现对发动机排气颗粒物的分级采样。根据虚拟冲击器的切割指标，将发动机排气颗粒物分为0.3μm以下和0.3μm-1μm两个级别，便于对颗粒物质量测量和对其成分的分析。
2.提高样品质量。可控制排气流量和调节采样时间：流量计可测量瞬时流量和累计流量，通过流量调节阀，使每次测量时排气流速恒定。
3.结构简单、操作方便。本发明的目的是对发动机排气颗粒物进行采样，没有排气稀释系统和过滤、冷凝、缓冲机构等，结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明发动机排气颗粒物分级采样系统的结构示意图。
图中：1-发动机；2-主排气管；3-第一滤清器；4-支排气管；5-流量计；6-流量调节阀；7-第一采样分级器；8-第二采样分级器；9-第一采样装置；10-第二采样装置；11-第一真空泵；12-第一排气管路；13-第二滤清器；14-第二排气管路；15-第三采样装置；16-第四采样装置；17-第二真空泵。
图2为采样分级器工作原理示意图。
图3为尾气采集样品的透射电镜照片(1)。
图4为尾气采集样品的透射电镜照片(2)。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种发动机排气颗粒物分级采样系统，由发动机、主排气管、第一滤清器、支排气管、流量计、流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第一采样装置、第二采样装置、第一真空泵、第一排气管路、第二滤清器、第二排气管路、第三采样装置、第四采样装置、第二真空泵组成；
主排气管入口端与发动机排气管的出口端连接，主排气管出口端与第一滤清器连接，在发送机和第一滤清器之间的主排气管上设置支排气管；在支排气管上依次设置流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第二采样装置和第一真空泵；第一真空泵设置于支排气管的末端，在流量调节阀上方的支排气管上设置流量计；在第一采样分级器的一侧设置第一排气管路，在第一排气管路的末端设置第二滤清器；在第二采样分级器的一侧设置第二排气管路，在支路第二排气管路上依次设置第三采样装置、第四采样装置和第二真空泵；在第二采样分级器和第二采样装置之间的支排气管上设置第一采样装置。
在上述技术方案中，流量计为一体型热式气体流量计，用于测量支排气管的累计流量和瞬时流量，并带有数显和超高温温度补偿功能。
在上述技术方案中，第一采样装置和第三采样装置均为铜网微栅，铜网微栅设置在夹持器上，铜网微栅的接收面垂直于气体流动方向。
在上述技术方案中，第二采样装置和第四采样装置均为滤纸采样装置，滤纸的接收面垂直于气体流动方向。
在上述技术方案中，第一采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为1μm(即采样分级器的筛分粒径为1μm，实现对气流中不同大小颗粒的筛分)，发动机排气经过第一采样分级器，大于1μm的颗粒物进入第一排气管路，小于1μm的颗粒物进入第二采样分级器。
在上述技术方案中，第二采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为0.3μm，发动机排气经过第二采样分级器，大于0.3μm的颗粒物进入第二排气管路，小于0.3μm的颗粒物进入支排气管。
使用上述系统进行发动机排气颗粒物分级采样，按照下述步骤进行：
步骤1，启动发动机，怠速工况下进行热机，使其稳定在目标工况；
步骤2，打开流量调节阀，根据流量计测量的结果，判断支排气管内的瞬时流量，使支排气管内的流量达到目标流量；
步骤3，根据发动机排放性能、运转工况和环境因素，进行微栅采样和滤纸采样。
在上述技术方案中，在步骤1中，目标工况为发动机最大功率点或发动机最大扭矩点。
在上述技术方案中，在步骤2中，目标流量为1±10％L/s。
在上述技术方案中，在步骤3中，微栅采样的时间为1-2s。
在上述技术方案中，在步骤4中，滤纸采样的时间为1-2h。
使用铜网微栅采样装置使用的铜网为，通用编号是T11012，200目圆孔铜网，100个/盒；滤纸采样装置使用的滤纸为石英膜，通用编号是7202，PALLFLEXTISSUQUARTZ47mm，材质是石英，直径为47mm的圆形滤纸。
如图2所示，第一和第二采样分级器均使用PM虚拟冲击器，可以按照粒径大小分选颗粒物，采样器内垂直于气体流向设置有冲击板，在冲击板上方有来自管路的气流，当富含颗粒物的气体从支排气管经过本装置时，颗粒具有一定的动能和惯性，粒径大于冲击式采样器切割粒径的颗粒，因惯性大可以滑过气流穿过冲击板，而惯性小的颗粒，将随着气流运动进入支路，从而实现不同大小颗粒的筛分。
发动机起动，怠速工况下热机30min，并在目标工况，如：最大功率点、最大扭矩点等，稳定运转。根据流量计测量的支排气管显示的瞬时流量，调节流量控制阀到目标流量，一般为1±10％L/s，目标流量为恒定值。安装铜网微栅至夹持器中，放置第一采样装置和第二采样装置分别进入支排气管和排气管路中，进行微栅采样。微栅采样持续1-2s即可，采样结束后，取出夹持器中的铜网微栅，放入储存盒内，以备后续透射电镜检测。进行滤纸采样，采样时间根据发动机排放性能、运转工况和环境因素进行设定，为了保证样品数量以便于后续检测。
选择投射电镜对滤纸采样和铜网微栅采样进行表征，两个铜网微栅上的样品，如附图所示。两个滤纸上的样品与各自管路上的铜网微栅采样的形貌基本保持一致。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：由发动机、主排气管、第一滤清器、支排气管、流量计、流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第一采样装置、第二采样装置、第一真空泵、第一排气管路、第二滤清器、第二排气管路、第三采样装置、第四采样装置、第二真空泵组成；
主排气管入口端与发动机排气管的出口端连接，主排气管出口端与第一滤清器连接，在发送机和第一滤清器之间的主排气管上设置支排气管；在支排气管上依次设置流量调节阀、第一采样分级器、第二采样分级器、第二采样装置和第一真空泵；第一真空泵设置于支排气管的末端，在流量调节阀上方的支排气管上设置流量计；在第一采样分级器的一侧设置第一排气管路，在第一排气管路的末端设置第二滤清器；在第二采样分级器的一侧设置第二排气管路，在支路第二排气管路上依次设置第三采样装置、第四采样装置和第二真空泵；在第二采样分级器和第二采样装置之间的支排气管上设置第一采样装置。
2.根据权利要求书1所述的发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：流量计为一体型热式气体流量计，用于测量支排气管的累计流量和瞬时流量，并带有数显和超高温温度补偿功能。
3.根据权利要求书1所述的发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：第一采样装置和第三采样装置均为铜网微栅，铜网微栅设置在夹持器上，铜网微栅的接收面垂直于气体流动方向。
4.根据权利要求书1所述的发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：第二采样装置和第四采样装置均为滤纸采样装置，滤纸的接收面垂直于气体流动方向。
5.根据权利要求书1所述的发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：第一采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为1μm，发动机排气经过第一采样分级器，大于1μm的颗粒物进入第一排气管路，小于1μm的颗粒物进入第二采样分级器。
6.根据权利要求书1所述的发动机排气颗粒物分级采样系统，其特征是：第二采样分级器为PM虚拟冲击器，或者惯性冲击器，在采样分级器中切割粒径为0.3μm，发动机排气经过第二采样分级器，大于0.3μm的颗粒物进入第二排气管路，小于0.3μm的颗粒物进入支排气管。
7.一种发动机排气颗粒物分级采样系统的使用方法，其特征是：按照下述步骤进行：
步骤1，启动发动机，怠速工况下进行热机，使其稳定在目标工况；
步骤2，打开流量调节阀，根据流量计测量的结果，判断支排气管内的瞬时流量，使支排气管内的流量达到目标流量；
步骤3，根据发动机排放性能、运转工况和环境因素，进行微栅采样和滤纸采样。
8.根据权利要求书7所述的发动机排气颗粒物分级采样系统的使用方法，其特征是：在步骤1中，目标工况为发动机最大功率点或发动机最大扭矩点；在步骤2中，目标流量为1±10％L/s；微栅采样的时间为1-2s；滤纸采样的时间为1-2h。
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