CN112504771A - 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法 - Google Patents

一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112504771A
CN112504771A CN202011372479.3A CN202011372479A CN112504771A CN 112504771 A CN112504771 A CN 112504771A CN 202011372479 A CN202011372479 A CN 202011372479A CN 112504771 A CN112504771 A CN 112504771A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe
spiral
spiral sampling
sampling pipe
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011372479.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112504771B (zh
Inventor
李解
刘军恒
孙平
嵇乾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202011372479.3A priority Critical patent/CN112504771B/zh
Publication of CN112504771A publication Critical patent/CN112504771A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112504771B publication Critical patent/CN112504771B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2252Sampling from a flowing stream of gas in a vehicle exhaust
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N2001/2282Devices for withdrawing samples in the gaseous state with cooling means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

本发明公开了一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法,其组成部分包括进气管、调压阀、直通管、水冷套筒、螺旋采样管、温度传感器、压力传感器、出气管以及电子控制单元(ECU)。进气管之后通过布置有调压阀的三通再连接直通管和螺旋采样管,螺旋采样管的进出口分别布置温度传感器,直通管和螺旋采样管之后再通过三通连接出气管。本发明可以通过测得采样装置内部的排气温度及压力,由ECU控制水流量及螺旋采样管通过的排气量使得排气中的可溶性有机物冷凝,同时与碳烟颗粒附着在螺旋采样管内腔的表面,提高了颗粒中可溶性有机物的采样量。

Description

一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法
技术领域
本发明涉及柴油机颗粒物采样装置,具体涉及发动机尾气颗粒物的采样装置及方法。
背景技术
柴油机颗粒物排放会对大气环境造成污染,影响人体健康。颗粒物中含有大量可溶性有机物(SOF)。SOF的主要成分是高沸点的碳氢化合物,其中所含的多环芳香烃(PAHs)等成分具有很强的致癌性、致畸性以及致突变性,已被各国列为重点监测的有害污染物。随着国六排放标准的实施,对于颗粒物排放的限制更加严苛。因此为了进一步控制发动机的颗粒物排放,就有必要对发动尾气中含有的颗粒物进行采样、检测、分析,研究其生成和排放机理。
SOF中的多环芳香烃等物质的沸点主要在200~350℃范围,而柴油机的排气温度有时能超过600℃。通过直接采样的方法,会导致部分排放到大气中冷却、凝结的颗粒物无法采集到,从而导致采样成分产生偏差,影响后续分析。因此需要先对发动机排出的尾气进行冷却,再采样,确保颗粒组分不变。
发明内容
本发明考虑上述问题,提供一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法,结构简单,便于拆装,成本较低。
为实现上述目的,本发明所采用的方案为:一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,组成部分有进气管、直通管、水冷套筒、螺旋采样管、出气管以及电子控制单元ECU。
为了进一步优化上述方案,所述的进气管后端通过三通连接直通管和螺旋采样管,直通管和螺旋采样管的末端再通过三通连接出气管。
为了进一步优化上述方案,所述的螺旋采样管的进口和出口分别布置螺旋采样管进口温度传感器和螺旋采样管出口温度传感器。
为了进一步优化上述方案,在连接进气管、直通管和螺旋采样管的三通上安装调压阀。
为了进一步优化上述方案,所述螺旋采样管前端为螺旋结构、后端为直管,并且其后端的直管部分内部结构为纵向条纹状。
为了进一步优化上述方案,所述螺旋采样管嵌套于水冷套筒之中。
为了进一步优化上述方案,所述水冷套筒两侧有端板将水冷套筒和螺旋采样管的直管部分左右端缘密封连接。
为了进一步优化上述方案,所述螺旋采样管在进出口两端设置凸台,分别安装螺旋采样管进口沟槽卡箍和螺旋采样管出口沟槽卡箍,使得螺旋采样管能够快速拆装。
上述螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置的工作原理和过程如下:
尾气经过进气管流入,此时,根据试验用发动机参数的不同,将排气背压范围控制在5-20kPa之间,通过在进气管入口处安装的压力传感器测得实时排气背压,ECU控制调压阀,当排气背压过大时,提高直通管处的阀门开度,使得部分尾气能从直通管排出,降低排气背压至规定范围内;当排气背压过小时,调小螺旋采样管处阀门的开度,增大排气背压至规定范围内。
螺旋采样管嵌套于水冷套筒中,直管部分占螺旋采样管总长度的四分之三,直管部分较长以便尾气中的SOF成分有足够的时间能够充分冷却并析出。螺旋采样管进口温度传感器、螺旋采样管出口温度传感器测得经过螺旋采样管前后尾气的温度;通过ECU控制水冷套筒中冷却水流量的大小,以此来调节尾气冷却后的温度,将温度控制在SOF的沸点之下;
在出水管处安装流量传感器来监测流量的大小,当尾气温度高于SOF的沸点时,ECU控制加大冷却水流量直到温度降低至SOF沸点以下,当尾气温度低于SOF的沸点时,减小冷却水流量。根据尾气的实时温度,动态调控冷却水流量大小,确保SOF能析出并最大程度减小冷却水的消耗。
尾气流入螺旋采样管后,尾气中的SOF会在冷却后凝结,附着在碳烟颗粒表面,尾气颗粒会在离心力的作用下附着在在螺旋采样管的直管部分的纵向条纹中。
采集结束后,将螺旋采样管进口沟槽卡箍和螺旋采样管出口沟槽卡箍(17)拆卸下来,用长条毛刷顺着螺旋采样管后端纵向条纹扫刷,就能将颗粒收集下来。
本发明的有益效果:
1、本发明设计的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置相比于现有的一般采样装置而言,结构简单,使用方便,拆装及清洁较为快捷,可高效采集柴油机排气颗粒物。
2、由于设置了螺旋采样管和水冷套筒,所以气体进入螺旋采样管后会得到冷却,使得SOF的温度降低,冷凝析出。
3、螺旋采样管上布置的温度传感器能够监测排气冷却前后的温度,通过改变水流流量的大小来调整排气到达合适的温度。
4、螺旋采样管的布置,会使得排气背压发生变化,通过进气管的压力传感器监测背压,通过调压阀来控制螺旋采样管和直通管的开度将排气背压控制在发动机正常工况的背压范围内。
5、螺旋采样管前端的螺旋结构可以使排气进入螺旋采样管后端的直管部分时产生涡流,在离心力的作用下,颗粒附着在管壁内表面。
6、螺旋采样管进口沟槽卡箍和螺旋采样管出口沟槽卡箍的设置使得螺旋采样管在颗粒采集完成后较易拆卸和安装。
7、螺旋管后端直管部分内部为的纵向条纹结构,让颗粒更加容易附着,用长条弯管毛刷顺着条纹将颗粒取下也较为方便。
附图说明
图1为本发明螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置结构示意。
图2为螺旋采样管的直管部分的截面图。
图中标记:1、进气管,2、压力传感器,3、调压阀,4、直通管,5、水冷套筒,6、螺旋采样管,7、螺旋采样管进口温度传感器,8、螺旋采样管出口温度传感器,9、出水管,10、进水管,11、出气管,12、ECU,13、流量传感器,14、右端板,15、左端板,16、螺旋采样管进口沟槽卡箍,17、螺旋采样管出口沟槽卡箍。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明设计的螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,组成部分有进气管1、直通管4、水冷套筒5、螺旋采样管6、出气管11以及电子控制单元ECU12。
如图1所示,所述的进气管1之后通过布置有调压阀3的三通再连接直通管4和螺旋采样管6,直通管4和螺旋采样管6之后再通过三通连接出气管11。进气管入口处安装压力传感器2。
如图1所示,所述的螺旋采样管6的进出口分别布置螺旋采样管进口温度传感器7和螺旋采样管出口温度传感器8。
如图1所示,在连接进气管1、直通管4和螺旋采样管6的三通上安装调压阀3,在进气管1的入口处安装有压力传感器2。
如图2所示,所述螺旋管6的进气前端为螺旋结构、后端为直管,并且直管的内部结构为纵向条纹状。
如图1所示,所述水冷套筒5套在螺旋采样管的外面,两侧有左端板15、右端板14,将水冷套筒5和螺旋采样管6左右端缘密封连接。水冷套筒的两端设有进水管10和出水管9,在出水管9处安装流量传感器13。
如图1所示,所述螺旋采样管6在左端板15、右端板14处设置螺旋采样管进口沟槽卡箍16和螺旋采样管出口沟槽卡箍17,使得螺旋采样管6能够快速拆装。
上述压力传感器2和调压阀3组成排气背压控制组件,调压阀3安装在连接进气管1、直通管4和螺旋采样管6的三通上,控制进气管1通向直通管4和螺旋采样管6的开度。压力传感器2、调压阀3都受ECU12控制。
上述螺旋采样管进口温度传感器7、螺旋采样管出口温度传感器8和流量传感器13构成冷却水温度控制组件,所述螺旋采样管进口温度传感器7、螺旋采样管出口温度传感器8,分别安装在螺旋采样管6的进气端和出气端。所述螺旋采样管进口温度传感器7、螺旋采样管出口温度传感器8和流量传感器13都受ECU12控制。水冷套筒5在装置使用时,进水管10一端的水平位置要低于出水管9。
如图1所示,本发明柴油机尾气颗粒采样过程如下:
尾气经过进气管1流入,此时,根据试验用发动机参数的不同,将排气背压范围控制在5-20kPa之间,通过在进气管1入口处安装的压力传感器2测得实时排气背压,ECU(12)控制调压阀3,当排气背压过大时,提高直通管4处的阀门开度,使得部分尾气能从直通管4排出,降低排气背压至规定范围内;当排气背压过小时,调小螺旋采样管6处阀门的开度,增大排气背压至规定范围内。
螺旋采样管6嵌套于水冷套筒5中,直管部分占螺旋采样管总长度的四分之三,直管部分较长以便尾气中的SOF成分有足够的时间能够充分冷却并析出。螺旋采样管进口温度传感器7、螺旋采样管出口温度传感器8测得经过螺旋采样管6前后尾气的温度;通过ECU12控制水冷套筒5中冷却水流量的大小,以此来调节尾气冷却后的温度,将温度控制在SOF的沸点之下;
在出水管9处安装流量传感器13来监测流量的大小,当尾气温度高于SOF的沸点时,ECU控制加大冷却水流量直到温度降低至SOF沸点以下,当尾气温度低于SOF的沸点时,减小冷却水流量。根据尾气的实时温度,动态调控冷却水流量大小,确保SOF能析出并最大程度减小冷却水的消耗。
尾气流入螺旋采样管6后,尾气中的SOF会在冷却后凝结,附着在碳烟颗粒表面,尾气颗粒会在离心力的作用下附着在在螺旋采样管6的直管部分的纵向条纹中。
采集结束后,将螺旋采样管进口沟槽卡箍16和螺旋采样管出口沟槽卡箍17拆卸下来,用长条毛刷顺着螺旋采样管6后端纵向条纹扫刷,就能将颗粒收集下来。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,包括:进气管、直通管、螺旋采样管、出气管以及电子控制单元ECU;所述进气管后端通过三通连接直通管和螺旋采样管,直通管和螺旋采样管的尾端通过三通连接出气管;
所述螺旋采样管的外部设有水冷套筒,所述水冷套筒的两端设有进水管和出水管;
所述的螺旋采样管的进口和出口分别布置有温度传感器;
所述ECU一方面能够实时调节直通管和螺旋采样管内的气体背压,根据温度传感器采集尾气的温度数值实时调节水冷套筒内的水流量以调节尾气冷却的温度,另一方面能实时调节尾气背压。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述螺旋采样管的前端为螺旋结构,后端为直管结构,并且直管内壁为纵向条纹结构。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述螺旋采样管两端与水冷套筒连接处设有左端板和右端板,左端板和右短板与螺旋采样管之间密封。
4.根据权利要求2所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述螺旋采样管的两端设有凸台,分别安装螺旋采样管进口沟槽卡箍(16)和螺旋采样管出口沟槽卡箍(17)。
5.根据权利要求2所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述螺旋采样管的直管部分占螺旋采样管总长的四分之三。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述水冷套筒的出水管处设有流量传感器;所述水冷套筒在装置工作时的进水管(10)一端的水平位置要低于出水管(9)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置,其特征在于,所述三通上设有调压阀。
8.一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样方法,其特征在于,包括如下:
S1尾气经过进气管(1)流入,此时,将排气背压范围控制在5-20kPa之间,通过在进气管(1)入口处安装压力传感器(2)测得实时排气背压,ECU(12)控制调压阀(3),当排气背压过大时,提高直通管(4)处的阀门开度,使得部分尾气能从直通管(4)排出,降低排气背压至规定范围内;当排气背压过小时,调小螺旋采样管(6)处阀门的开度,增大排气背压至规定范围内;
S2螺旋采样管(6)嵌套于水冷套筒(5)中,其前端为螺旋结构、后端为直管结构,直管部分占螺旋采样管总长度的四分之三;设置螺旋采样管进口温度传感器(7)、螺旋采样管出口温度传感器(8),实时测得经过螺旋采样管(6)前后尾气的温度;ECU(12)根据前后尾气温度大小,控制水冷套筒(5)中冷却水流量的大小,以此来调节尾气冷却后的温度,将温度控制在SOF的沸点之下;具体地:
在出水管(9)处安装流量传感器(13)来监测流量的大小,当尾气温度高于SOF的沸点时,ECU控制加大冷却水流量直到温度降低至SOF沸点以下,当尾气温度低于SOF的沸点时,减小冷却水流量;根据尾气的实时温度,动态调控冷却水流量大小,确保SOF能析出并最大程度减小冷却水的消耗。
S3尾气流入螺旋采样管(6)后,尾气中的SOF在冷却后凝结,附着在碳烟颗粒表面,尾气颗粒在离心力的作用下附着在在螺旋采样管(6)的直管部分的纵向条纹中;
S4采集结束后,将螺旋采样管进口沟槽卡箍(16)和螺旋采样管出口沟槽卡箍(17)拆卸下来,用长条毛刷顺着螺旋采样管(6)后端纵向条纹扫刷,将颗粒收集下来。
CN202011372479.3A 2020-11-30 2020-11-30 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法 Active CN112504771B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011372479.3A CN112504771B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011372479.3A CN112504771B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112504771A true CN112504771A (zh) 2021-03-16
CN112504771B CN112504771B (zh) 2022-10-28

Family

ID=74967741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011372479.3A Active CN112504771B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112504771B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19653333A1 (de) * 1996-12-20 1998-07-02 Hermann Electronic Gmbh Abgastester
CN102918380A (zh) * 2010-09-24 2013-02-06 株式会社堀场制作所 排气分析系统和排气分析程序
CN203534872U (zh) * 2013-11-14 2014-04-09 陕西理工学院 高温烟气采样装置
CN103868761A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 田宝仁 一种蛇形取样冷却器
US20150377750A1 (en) * 2013-03-14 2015-12-31 Tenova Goodfellow Inc. Non-Condensing Gas Sampling Probe System
CN105910966A (zh) * 2016-06-21 2016-08-31 西华大学 一种颗粒物沉积路径实验台及实验方法
CN210154881U (zh) * 2019-06-25 2020-03-17 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统
CN110954369A (zh) * 2019-11-20 2020-04-03 昆明理工大学 一种柴油机排气颗粒物取样封存系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19653333A1 (de) * 1996-12-20 1998-07-02 Hermann Electronic Gmbh Abgastester
CN102918380A (zh) * 2010-09-24 2013-02-06 株式会社堀场制作所 排气分析系统和排气分析程序
US20150377750A1 (en) * 2013-03-14 2015-12-31 Tenova Goodfellow Inc. Non-Condensing Gas Sampling Probe System
CN203534872U (zh) * 2013-11-14 2014-04-09 陕西理工学院 高温烟气采样装置
CN103868761A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 田宝仁 一种蛇形取样冷却器
CN105910966A (zh) * 2016-06-21 2016-08-31 西华大学 一种颗粒物沉积路径实验台及实验方法
CN210154881U (zh) * 2019-06-25 2020-03-17 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统
CN110954369A (zh) * 2019-11-20 2020-04-03 昆明理工大学 一种柴油机排气颗粒物取样封存系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112504771B (zh) 2022-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201314914Y (zh) 一种轻型汽车及发动机的排气污染物测量装置
US8256307B2 (en) Particulate sampling system and method of reducing oversampling during transients
CN104457852A (zh) 一种固定燃烧源温室气体排放在线监测系统
CN105334146B (zh) 一种直接测量发动机尾气颗粒物数目浓度的检测装置
CN102967491B (zh) 颗粒物采样装置及利用该装置进行颗粒物检测的方法
CN104849186B (zh) 一种颗粒物传感器的标定系统进行测量的方法
CN105277397A (zh) 车辆尾气收集装置、车辆尾气检测系统及其检测方法
CN105424570A (zh) 一种机动车尾气细颗粒物数浓度的测量装置及方法
CN204831977U (zh) 一种颗粒物传感器标定系统
CN105181402A (zh) 一种低浓度烟尘采样装置及方法
CN103674625B (zh) 气固两相流取样装置
CN104614186A (zh) 一种废气再循环中冷器换热效率试验台及试验方法
CN102840995B (zh) Egr冷却器性能测试分析系统
CN112504771B (zh) 一种螺旋冷却式柴油机尾气颗粒物采样装置及方法
CN205175755U (zh) 车辆尾气收集装置及车辆尾气检测系统
CN101806679A (zh) 烟气取样装置
CN204613055U (zh) 一种能够检测颗粒过滤器过滤效率和压降的装置
CN102818599A (zh) 基于碳平衡原理的汽车油耗快速检测系统
CN206038383U (zh) 一种用于多相流介质成分监测的网格多点取样系统
CN205067174U (zh) 一种低浓度烟尘采样装置
CN204479368U (zh) 一种适用于固定源含液滴烟气中细颗粒物采集的采样系统
CN105910966A (zh) 一种颗粒物沉积路径实验台及实验方法
CN103123308A (zh) 热空气加热式柴油车排污物分析仪的前置样气处理装置
CN202166609U (zh) 热湿抽取法紫外差分烟气浓度监测系统
CN204241032U (zh) 一种固定燃烧源温室气体排放在线监测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Junheng

Inventor after: Li Jie

Inventor after: Sun Ping

Inventor after: Ji Qian

Inventor before: Li Jie

Inventor before: Liu Junheng

Inventor before: Sun Ping

Inventor before: Ji Qian

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant