CN114088459A - 一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，有效避免随颗粒物采集量增大、机动车排气管背压逐步变大而导致的汽车发动机非正常运行的技术问题。该采集工装整体呈鸟笼式结构，包括依次连通的输入管、收集组件和输出管；所述收集组件包括3个以上收集通道以及与所述收集通道数量相同的过滤装置，所述3个以上收集通道并联连通，所述过滤装置一一对应安装于所述收集管道上；所述收集通道上设置有用于安装所述过滤装置的安装位，所述过滤装置与所述安装位可拆卸连接，本发明中多收集通道以及多过滤装置的设置实现尾气颗粒物的多通道同时采集过滤，有效增加了尾气流通渠道及颗粒物采集面积，实现颗粒物富集且有效降低背压对台架工况的影响。

Description

一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装

技术领域

本发明涉及机动车尾气分析设备技术领域，具体涉及一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装。

背景技术

机动车不仅消耗大量石油能源，而且尾气中的气态污染物及颗粒物对环境及人体健康都有极大危害，各国政府相继制定越来越严格的排放及油耗法规对机动车进行约束。因为汽油机在乘用车领域的主导地位，实现汽油机节能减排具有重大的社会意义。目前较多研究集中在汽油机尾气的气态污染物及颗粒物质量、数量、粒径的影响因素上，对于颗粒物的成分研究较少。

汽油机尾气中颗粒物主要来源于非正常燃烧及未燃烧的燃油、燃烧不完全的中间产物、窜入燃烧室的润滑油以及发动机运转过程中零部件磨损产生的磨屑。因为来源复杂，颗粒物可能是由成千上万种物质组成的复杂混合物。该复杂混合物包含无机物及有机物。有机物的因物理化学性质不同，对人体的危害呈现多样化，例如有机成分中的有机酸、脂肪烃化合物和多环芳烃具有较强的致突变性；而无机物中地壳金属元素不仅影响环境和人体健康，还会造成后处理系统的堵塞和中毒。

因此有必要对汽油机颗粒物成分进行定性定量，深入了解其毒性并有针对性的降低。但是现有技术中用于收集汽油发动机尾气颗粒物的工装的收集效果不佳，收集量不足以支持对其成分的定量分析及溯源，且存在影响汽车发动机正常运行的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，实现本发明目的，本发明提供了一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，有效解决了现有技术中随颗粒物采集量增大、机动车排气管背压逐步变大而导致的影响汽车发动机正常运行的技术问题。

实现本发明目的的技术方案为，一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，包括依次连通的输入管、收集组件和输出管；所述收集组件包括3个以上收集通道以及与所述收集通道数量相同的过滤装置，所述3个以上收集通道并联连通，各个所述过滤装置一一对应安装于所述收集管道上；所述收集通道上设置有用于安装所述过滤装置的安装位，所述过滤装置与所述安装位可拆卸连接。

进一步地，各所述收集通道均包括与所述输入管连通的入口支管以及与所述输出管连通的出口支管，所述入口支管的对接端设置有第一接头，所述出口支管的对接端设置有第二接头，且所述第一接头和第二接头上设置有匹配的锁紧机构，所述第一接头和所述第二接头通过所述锁紧机构可拆卸连接。

进一步地，所述第一接头和所述第二接头均为圆管，且第一接头的直径大于所述入口支管的直径，所述第二接头的直径大于所述出口支管的直径。

进一步地，所述锁紧机构的数量为4个，4个以上所述锁紧机构沿所述收集通道的周向间隔对称分布。

进一步地，所述汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括入口环柱和出口环柱；所述入口环柱和所述出口环柱均具有空腔，所述入口环柱的腔壁上沿周向间隔设置有与所述收集通道数量相同的出气口，所述出口环柱的腔壁上沿周向间隔设置有与所述收集通道数量相同的进气口；所述输入管和各个所述收集通道通过所述出气口相互连通，所述输出管和各个收集通道通过所述进气口相互连通。

进一步地，所述入口环柱的出气段和所述出口环柱的进气段均呈锥体，所述出气口和所述进气口分别设置在所述入口环柱和所述出口环柱的锥面上。

进一步地，各所述收集通道均包括3个以上依次连通的管段，相邻两个所述管段圆弧过渡；所述3个以上收集通道合围成笼体。

进一步地，所述汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括负压发生设备，所述负压发生设备与所述输出管连通。

进一步地，所述过滤装置包括滤纸、密封垫圈和具有过滤缝隙的支撑件，所述滤纸设置在所述支撑件和所述密封垫圈之间，且所述滤纸由所述支撑件支撑；当所述过滤装置与所述收集通道组装完成后，所述密封垫圈处于压缩状态。

进一步地，所述滤纸为玻璃纤维滤纸或聚四氟乙烯纤维滤纸；所述滤纸的过滤面设置有碳氟化合物涂层。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，包括依次连通的输入管、收集组件和输出管；收集组件包括3个以上收集通道以及与收集通道数量相同的过滤装置，3个以上收集通道并联连通，各个过滤装置一一对应安装于收集管道上，经由输入管进入的尾气及尾气颗粒物随机进入一条收集通道，通过并联的多通道增加了尾气的单位进气量以及采集面积。收集通道上设置有用于安装过滤装置的安装位，过滤装置用于拦截采集颗粒物、保证过滤效果，过滤装置与安装位可拆卸连接，即过滤装置可拆卸设置于收集通道内，以在不同情况下进行过滤装置的取放或更换。本发明中多收集通道以及多过滤装置的设置实现尾气颗粒物的多通道同时采集过滤，有效增加了尾气流通渠道及颗粒物采集面积，实现颗粒物富集，且由于流通渠道多，增大了接触面积，能有效降低背压对发动机台架工况的影响，有效解决了现有技术中随颗粒物采集量增大，机动车排气管背压逐步变大而导致的影响汽车发动机正常运行的技术问题。

附图说明

图1为实施例提供的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装的整体结构示意图；

图2为图1中的过滤装置的支撑件的结构示意图；

图3为图1中的过滤装置的密封垫圈的结构示意图。

附图标记：1-输入管；2-输出管；3-收集通道，31-第一接头，32-第二接头，33-锁紧机构；4-过滤装置，41-支撑件，42-密封垫圈；5-入口环柱；6-出口环柱；7-负压发生设备。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

为探讨汽油机颗粒物本质及生成机理，对颗粒物成分进行定量分析，需累计一定量的颗粒物，结合多种检测手段对颗粒物进行检测。按轻型车国六排放法规的I型试验方法及现有的采集方案，采集到的排放颗粒物仅零点零几毫克，不足以支持对其成分的定量分析及溯源。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，通过对汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装的结构进行设计，使得增加颗粒物收集量的同时，有效控制工装内部的背压，避免尾气颗粒物采集对发动机的正常运作产生影响。下面通过一个具体实施例对本发明的内容做具体说明：

本发明实施例提供了一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，包括依次连通的输入管1、收集组件和输出管2；收集组件包括3个以上收集通道3以及与收集通道3数量相同的过滤装置4，3个以上收集通道3并联连通，各个过滤装置4一一对应安装于收集管道上，经由输入管1进入的尾气及尾气颗粒物随机进入一条收集通道3，通过并联的多通道增加了尾气的单位进气量以及采集面积。收集通道3上设置有用于安装过滤装置4的安装位，过滤装置4用于拦截采集颗粒物、保证过滤效果，过滤装置4与安装位可拆卸连接，即过滤装置4可拆卸设置于收集通道3内，以在不同情况下进行过滤装置4的取放或更换。本发明中多收集通道3以及多过滤装置4的设置实现尾气颗粒物的多通道同时采集过滤，有效增加了尾气流通渠道及颗粒物采集面积，实现颗粒物富集且能有效降低背压对发动机台架工况的影响，有效解决了现有技术中随颗粒物采集量增大，机动车排气管背压逐步变大而导致的影响汽车发动机正常运行的技术问题。

为了在过滤的同时保证气密性，同时避免滤纸在背压的作用下破损，本实施例中，过滤装置4包括滤纸、密封垫圈42和具有过滤缝隙的支撑件41，滤纸设置在支撑件41和密封垫圈42之间，且滤纸由支撑件41支撑，当过滤装置4与收集通道3组装完成后，密封垫圈42处于压缩状态，密封垫圈42用于固定及保护滤纸边缘，支撑件41用于保护滤纸以免背部负压过高破损。为了满足轻型车国六排放法规的I型试验方法的设定要求，优选地，滤纸为玻璃纤维滤纸或聚四氟乙烯纤维滤纸。为了减小对尾气颗粒物的影响，避免造成后续定量定性分析的误差，优选地，滤纸的过滤面设置有碳氟化合物涂层。本实施例中，具体地：该过滤装置4包含内径110mm、外径120mm的圆形密封垫圈42，；滤纸为直径110mm的带碳氟化合物涂层的玻璃纤维滤纸，该滤纸是国六排放法规的I型试验方法的2.5倍，增加颗粒物采集面积；支撑件41为直径120mm的由经线和纬线纵横交错的金属晒网。

本发明对收集通道3和过滤装置4的组装方式不做具体限定，只要可实现过滤装置4的取放和更换即可，比如，收集通道3可为具有侧开口的管道，可采用类似抽屉的结构或者一端铰接可进行转出的结构。为了保证密封性以及便于组装，本实施例中，各收集通道3均包括与输入管1连通的入口支管以及与输出管2连通的出口支管，入口支管的对接端设置有第一接头31，出口支管的对接端设置有第二接头32，第一接头31和第二接头32上设置有匹配的锁紧机构33，第一接头31和第二接头32通过锁紧机构33可拆卸连接，即本实施例中，当锁定机构锁定入口支管和出口支管时，密封垫圈42处于压缩状态。

本发明对锁紧机构33的结构以及可拆卸连接的具体设置方式不做限定，比如可在第一接头31和第二接头32的周向外壁上设置凸耳，并通过螺栓连接紧固。或者第一接头31和第二接头32一侧铰接，相对的一侧通过螺栓紧固，当无螺栓作用时，第一接头31和第二接头32可绕铰接点相对转动，以将安装位旋至露出。

为了可操作性，同时简化操作，本实施例中，锁紧机构33包括固定部和活动部，固定部和活动部中一个设置有第一接头31的外壁上，另一个设置于第二接头32的外壁上，活动部运动至设定位置时与固定部对接限位，第一接头31和第二接头32通过固定部和活动部连接固定。本发明对活动部的可实施方式不做限定，活动部可以转动或者滑动。为了保证连接固定的定位，避免位移错位等带来的密封性不佳的问题，锁紧机构33优选为搭扣。

为了保证工作状态下的固定以及密封性能，同时便于拆装，本实施例中，锁紧机构33的数量为4个，4个锁紧机构33沿收集通道3的周向间隔对称分布，且锁紧机构33锁定时，密封垫圈42处于压缩状态。

为了便于操作，加强连接强度，本实施例中，第一接头31和第二接头32均为圆管，且第一接头31的直径大于入口支管的直径，第二接头32的直径大于出口支管的直径，便于在第一接头31和第二接头32的周向设置锁紧机构33。

为了连接输入管1、各收集通道3和输出管2，本实施例中，汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括入口环柱5和出口环柱6；入口环柱5和出口环柱6均具有空腔，入口环柱5的腔壁上沿周向间隔设置有与收集通道3数量相同的出气口，出口环柱6的腔壁上沿周向间隔设置有与收集通道3数量相同的进气口；输入管1和各个收集通道3通过出气口相互连通，输出管2和各个收集通道3通过进气口相互连通，由于各个收集通道3的入口均靠近输入管1，各收集通道3的出口均靠近输出管2，保证各收集通道3内的气流均匀性、保证各收集通道3内的尾气流量均衡，有利于降低背压以及尾气颗粒物的收集。

为了便于气体流动，实现各收集通道3内的流通均衡，有效控制各收集通道3之间因采集量不同等情况导致的压差，本实施例中，入口环柱5的出气段和出口环柱6的进气段均呈锥体，出气口和进气口分别设置在入口环柱5和出口环柱6的锥面上，正因为入口环柱5和出口环柱6具有锥面，因而使得连通于锥面上的各个收集通道3的进气端和出气端均呈辐射状分布，由此形成笼体结构，有利于降低系统背压，减小对发动机台架工作的影响。

为了减小背压，对尾气进行引流，增强气体流动的顺畅，本发明提供的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，各收集通道3均包括3个以上依次连通的管段，相邻两个管段圆弧过渡，即相邻两个管段之间存在夹角；2个以上间隔设置的收集通道3合围成笼体，优选地，2各以上收集通道3沿入口环柱5/出口环柱6的周向均匀地间隔设置。

本发明对过滤装置4的设置位置不做具体限定，可根据收集通道3的具体设置结构选择，优选地，过滤装置4设置于位于中部的管段上，便于均衡汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装顶部和底部的气压，有利于降低背压。

本实施例中，汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装共设置有四个收集通道3，各收集通道3为内径120mm的空心管，空心管上下两端1/3部分分别以入口环柱5和出口环柱6为中心点，向外呈发散状设置，构成笼体结构，各收集通道3分别与笼体顶部的入口环柱5以及笼体底部的出口环柱6焊接一体，中间1/3部分呈直筒段。

为了进一步解决因颗粒物逐步富集在滤纸上导致的负压不断增大的技术问题，本实施例中，汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括负压发生设备7，负压发生设备7与输出管2连接，具体的，负压发生设备7连通设置于输出管2的输出端，负压发生设备7工作时使各收集通道3内部产生负压，有效控制减少颗粒物富集后的背压值，增加采集量，负压发生设备7可选高压泵或空压机等。

本发明对输入管1和输出管2的结构不做具体限定，可根据实际需求进行结构上的相关改进等，本实施例中，该输入管1为呈1/4圆弧状的空心圆筒，输入管1的入口端用于与台架排气管配合，并通过卡箍固定。输出管2为弧状的空心圆管，输出管2的入口端与各个收集通道3连通，输出管2的出口端用于与负压发生设备7的气口配合，并通过卡箍固定。

本发明提供的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装的使用方法和工作原理如下：

将输入管1连接于台架排气管上，松开第一接头31和第二接头32上的对称搭链，将各收集通道3的入口支管和出口支管断开，将未使用过的110mm的带碳氟化合物涂层的玻璃纤维滤纸放置在金属筛与密封垫圈42之间，关闭搭链将收集通道3固定密封，并连通输出管2和真空泵的进气管。

汽油发动机台架运行轻型车国六排放法规I型试验，真空泵开启。台架运行过程中，排气管排出的尾气颗粒物经输入管排到四通道笼体，各收集通道内的过滤装置中的滤膜对颗粒物进行拦截，工装后端的真空泵工作时，在滤纸后端形成负压。因本工装的四通道设计以及真空泵形成的负压，台架10次循环后背压仍较小，在不影响台架正常工况下，保证颗粒物最大量收集。

本实施例汽油发动机台架运转10次WLTC循环后停止，将四通道过滤装置的搭链断开，取出四张滤纸，装入采样盒，贴上标签，称重。颗粒物质量如下表：

滤纸	滤纸1	滤纸2	滤纸3	滤纸4
					质量	0.18mg	0.19mg	0.18mg	0.18mg

总颗粒物总计0.73mg。某轻型车国六排放法规I型试验采集颗粒物质量0.03mg，颗粒物质量提升约24倍。

通过索氏提取器对本实施例采集的颗粒物实现有机物和无机物分离，有机物通过GC-MS、NMR、PGC、GPC、IR、TGA、DSC等检测手段定性定量，无机物通过IR、XRF、ICP、XRD、SEM定性定量。分析出颗粒物主要由碳烟、可溶性有机物、硫酸盐、硝酸盐、灰分组成，其中碳烟占比约80％，可溶性有机物10％，硫酸盐、硝酸盐10％左右，实现颗粒物的定量分析。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的汽油发动机台架尾气颗粒物采集工装，构成多通道笼体结构，结构简单，造价便宜。通过多张110mm大滤纸同时采集尾气颗粒物，增加尾气流通渠道及颗粒物采集面积，实现颗粒物富集且能有效降低背压对发动机台架工况的影响。

2)输入管与台架排气管可拆卸连接配合，底端的输出管与空压机进气管配合，可拆卸，实现了实时移动及采集。且本工装后端的输出管连接真空泵，工作时产生负压，进一步减少颗粒物富集后的背压值，增加采集量。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，包括依次连通的输入管、收集组件和输出管；所述收集组件包括3个以上收集通道以及与所述收集通道数量相同的过滤装置，所述3个以上收集通道并联连通，各个所述过滤装置一一对应安装于所述收集管道上；所述收集通道上设置有用于安装所述过滤装置的安装位，所述过滤装置与所述安装位可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，各所述收集通道均包括与所述输入管连通的入口支管以及与所述输出管连通的出口支管，所述入口支管的对接端设置有第一接头，所述出口支管的对接端设置有第二接头，且所述第一接头和第二接头上设置有匹配的锁紧机构，所述第一接头和所述第二接头通过所述锁紧机构可拆卸连接。

3.如权利要求2所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述第一接头和所述第二接头均为圆管，且第一接头的直径大于所述入口支管的直径，所述第二接头的直径大于所述出口支管的直径。

4.如权利要求2所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述锁紧机构的数量为4个，4个锁紧机构沿所述收集通道的周向间隔对称分布。

5.如权利要求1所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括入口环柱和出口环柱；所述入口环柱和所述出口环柱均具有空腔，所述入口环柱的腔壁上沿周向间隔设置有与所述收集通道数量相同的出气口，所述出口环柱的腔壁上沿周向间隔设置有与所述收集通道数量相同的进气口；所述输入管和各个所述收集通道通过所述出气口相互连通，所述输出管和各个收集通道通过所述进气口相互连通。

6.如权利要求5所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述入口环柱的出气段和所述出口环柱的进气段均呈锥体，所述出气口和所述进气口分别设置在所述入口环柱和所述出口环柱的锥面上。

7.如权利要求1-6中任一项所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，各所述收集通道均包括3个以上依次连通的管段，相邻两个所述管段圆弧过渡；所述3个以上收集通道合围成笼体。

8.如权利要求1-6中任一项所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装还包括负压发生设备，所述负压发生设备与所述输出管连通。

9.如权利要求1-6中任一项所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述过滤装置包括滤纸、密封垫圈和具有过滤缝隙的支撑件，所述滤纸设置在所述支撑件和所述密封垫圈之间，且所述滤纸由所述支撑件支撑；当所述过滤装置与所述收集通道组装完成后，所述密封垫圈处于压缩状态。

10.如权利要求9所述的汽油发动机台架后尾气颗粒物采集工装，其特征在于，所述滤纸为玻璃纤维滤纸或聚四氟乙烯纤维滤纸；所述滤纸的过滤面设置有碳氟化合物涂层。

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