一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)及其使用方法，主排氣管的兩端分別與發(fā)動機和濾清器相連，在主排氣管上設(shè)置支排氣管；在支排氣管上依次設(shè)置第一調(diào)節(jié)閥、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第二采樣裝置和真空泵，在第一調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計，在加熱裝置和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置，第一采樣裝置設(shè)置在夾持器上；加熱裝置與控制單元相連。本發(fā)明通過控制單元設(shè)置加熱系統(tǒng)的加熱溫度和持續(xù)時間，從而消除排氣顆粒物中的碳煙和可溶性有機物，便于對發(fā)動機排氣中灰分的納觀形貌、元素成分等理化指標進行分析和研究。
【專利說明】
一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化進程推進，汽車工業(yè)快速發(fā)展，各種機動車輛的保有量不斷增加，汽車對人類的生活毫無疑問地帶來各種便利，但是其尾氣排放卻給人類生活的大氣環(huán)境造成嚴重污染，特別是近年來的霧霾天氣給人類健康造成巨大危害。為了限制機動車的顆粒物排放，降低其對環(huán)境的污染和人體的危害，滿足越來越嚴格的排放法規(guī)，在內(nèi)燃機產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中，關(guān)于“內(nèi)燃機排氣顆粒物”的研究成為了熱點。針對內(nèi)燃機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，這些方法需要對顆粒物進行濾紙采樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，經(jīng)過加熱裝置后的發(fā)動機排氣顆粒物，去除了其中的碳煙和可溶性有機物，其主要成分為灰分，便于對灰分質(zhì)量及其成分進行分析研究。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]—種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，由發(fā)動機、主排氣管、濾清器、流量計、第一調(diào)節(jié)閥、支排氣管、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第一采樣裝置、夾持器、第二采樣裝置、真空栗和控制單元組成，其中:
[0006]主排氣管入口端與發(fā)動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與濾清器連接，在發(fā)送機和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)置第一調(diào)節(jié)閥、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第二采樣裝置和真空栗；
[0007]在支排氣管的末端設(shè)置真空栗，在第一調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計，在加熱裝置和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置，第一采樣裝置設(shè)置在夾持器上;加熱裝置與控制單元相連。
[0008]在上述技術(shù)方案中，流量計為一體型熱式氣體流量計，用于測量支排氣管的累計流量和瞬時流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補償功能。
[0009]在上述技術(shù)方案中，第二采樣裝置為濾紙采樣裝置，采用濾紙進行采樣，即將濾紙的接收面垂直于氣體流動方向，進行設(shè)置。
[0010]在上述技術(shù)方案中，第一采樣裝置為銅網(wǎng)微柵，設(shè)置在夾持器上，且銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動方向。
[0011 ]使用上述系統(tǒng)進行發(fā)動機排氣的灰分采樣，按照下述步驟進行:
[0012]步驟I，啟動發(fā)動機，怠速工況下進行熱機，使其穩(wěn)定在目標工況，同時關(guān)閉第一和第二調(diào)節(jié)閥；
[0013]步驟2，打開第一調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計測量的結(jié)果判斷支排氣管內(nèi)的瞬時流量，瞬時流量達到目標流量時，運行加熱裝置，并通過控制單元進行加熱控制，以使氣體溫度穩(wěn)定在500 ±5攝氏度；
[0014]步驟3，當氣體溫度穩(wěn)定在500±5攝氏度時，打開第二調(diào)節(jié)閥，運轉(zhuǎn)真空栗，利用第一采樣裝置和第二采樣裝置對支排氣管中的氣體進行采樣。
[0015]在上述技術(shù)方案中，在步驟I中，目標工況為發(fā)動機最大功率點、發(fā)動機最大扭矩點。
[0016]在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，目標流量為I±10%L/so
[0017]在上述技術(shù)方案中，在步驟3中，第一采樣裝置的采樣時間為I一 5s，第二采樣裝置的米樣時間為I 一2小時。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1.可實現(xiàn)發(fā)動機排氣灰分采樣。經(jīng)過加熱裝置后的發(fā)動機排氣顆粒物，去除了其中的碳煙和可溶性有機物，其主要成分為灰分，便于對灰分質(zhì)量及其成分進行分析研究。
[0020]2.提高樣品質(zhì)量?？煽刂婆艢饬髁亢驼{(diào)節(jié)采樣時間:流量計可測量瞬時流量和累計流量，通過流量調(diào)節(jié)閥，使每次測量時排氣流速恒定。
[0021]3.結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。本發(fā)明的目的是對發(fā)動機排氣顆粒物進行采樣，沒有排氣稀釋系統(tǒng)和過濾、冷凝、緩沖機構(gòu)等，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1-發(fā)動機;2-主排氣管;3-濾清器;4-流量計;5-第一調(diào)節(jié)閥;6_支排氣管;7_加熱裝置;8-第二調(diào)節(jié)閥；9-第一采樣裝置；10-夾持器；11-第二采樣裝置；12-真空栗；13-控制單元。
[0024]圖2為尾氣采集樣品的透射電鏡照片。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述:
[0026]如圖所示，本發(fā)明一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，由發(fā)動機、主排氣管、濾清器、流量計、第一調(diào)節(jié)閥、支排氣管、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第一采樣裝置、夾持器、第二采樣裝置、真空栗和控制單元組成，其中:
[0027]主排氣管入口端與發(fā)動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與濾清器連接，在發(fā)送機和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)置第一調(diào)節(jié)閥、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第二采樣裝置和真空栗；
[0028]在支排氣管的末端設(shè)置真空栗，在第一調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計，在加熱裝置和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置，第一采樣裝置設(shè)置在夾持器上;加熱裝置與控制單元相連。
[0029]在上述技術(shù)方案中，流量計為一體型熱式氣體流量計，用于測量支排氣管的累計流量和瞬時流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補償功能。
[0030]在上述技術(shù)方案中，第二采樣裝置為濾紙采樣裝置，采用濾紙進行采樣，即將濾紙的接收面垂直于氣體流動方向，進行設(shè)置。
[0031]在上述技術(shù)方案中，第一采樣裝置為銅網(wǎng)微柵，設(shè)置在夾持器上，且銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動方向。
[0032]使用上述系統(tǒng)進行發(fā)動機排氣的灰分采樣，按照下述步驟進行:
[0033]步驟I，啟動發(fā)動機，怠速工況下進行熱機，使其穩(wěn)定在目標工況，同時關(guān)閉第一和第二調(diào)節(jié)閥；
[0034]步驟2，打開第一調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計測量的結(jié)果判斷支排氣管內(nèi)的瞬時流量，瞬時流量達到目標流量時，運行加熱裝置，并通過控制單元進行加熱控制，以使氣體溫度穩(wěn)定在500 ±5攝氏度；
[0035]步驟3，當氣體溫度穩(wěn)定在500±5攝氏度時，打開第二調(diào)節(jié)閥，運轉(zhuǎn)真空栗，利用第一采樣裝置和第二采樣裝置對支排氣管中的氣體進行采樣。
[0036]在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，目標流量為I±10%L/so
[0037]在上述技術(shù)方案中，在步驟I中，目標工況為發(fā)動機最大功率點、發(fā)動機最大扭矩點。
[0038]在上述技術(shù)方案中，在步驟3中，第一采樣裝置的采樣時間為I一 5s，第二采樣裝置的米樣時間為I 一2小時。
[0039]使用銅網(wǎng)微柵作為第一采樣裝置，通用編號是T11012，200目圓孔銅網(wǎng)，100個/盒；濾紙作為第二采樣裝置，濾紙一石英膜，通用編號是7202，PALLFLEX TISSUQUARTZ 47mm，材質(zhì)是石英，直徑為47mm的圓形濾紙。
[0040]發(fā)動機啟動，怠速工況下熱機30min，并在目標工況最大功率點，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，排氣經(jīng)濾清器進入大氣中。
[0041 ]根據(jù)流量計測量的支排氣管顯示的瞬時流量，調(diào)節(jié)流量控制閥到目標流量，一般為lL/s，目標流量為恒定值。
[0042]運行加熱裝置，并通過控制單元進行加熱控制，以使氣體溫度穩(wěn)定在500±5攝氏度。
[0043]安裝銅網(wǎng)微柵至夾持器中，放置夾持器進入支排氣管，進行微柵采樣。微柵采樣持續(xù)l-2s，采樣結(jié)束后，取出夾持器中的銅網(wǎng)微柵，放入儲存盒內(nèi)，以備后續(xù)透射電鏡檢測。
[0044]運轉(zhuǎn)真空栗，進行濾紙采樣，采樣時間根據(jù)發(fā)動機排放性能、運轉(zhuǎn)工況和環(huán)境因素進行設(shè)定。為了保證樣品數(shù)量以便于后續(xù)檢測，通常需要1-2小時，高扭矩下顆粒物質(zhì)量排放大，采樣時間可縮短一些，低扭矩時，顆粒物排放質(zhì)量少，需要更長的采樣時間。采樣結(jié)束后，從膜盒中取出采樣濾紙，放入儲存盒內(nèi)。
[0045]以上對本發(fā)明進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，其特征在于，由發(fā)動機、主排氣管、濾清器、流量計、第一調(diào)節(jié)閥、支排氣管、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第一采樣裝置、夾持器、第二采樣裝置、真空栗和控制單元組成，其中: 主排氣管入口端與發(fā)動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與濾清器連接，在發(fā)送機和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)置第一調(diào)節(jié)閥、加熱裝置、第二調(diào)節(jié)閥、第二采樣裝置和真空栗； 在支排氣管的末端設(shè)置真空栗，在第一調(diào)節(jié)閥上方的支排氣管上設(shè)置流量計，在加熱裝置和第二采樣裝置之間的支排氣管上設(shè)置第一采樣裝置，第一采樣裝置設(shè)置在夾持器上;加熱裝置與控制單元相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，其特征在于，流量計為一體型熱式氣體流量計，用于測量支排氣管的累計流量和瞬時流量，并帶有數(shù)顯和超高溫溫度補償功能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，其特征在于，第二采樣裝置為濾紙采樣裝置，采用濾紙進行采樣，即將濾紙的接收面垂直于氣體流動方向，進行設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)，其特征在于，第一采樣裝置為銅網(wǎng)微柵，設(shè)置在夾持器上，且銅網(wǎng)微柵的接收面垂直于氣體流動方向。5.一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，按照下述步驟進行: 步驟I，啟動發(fā)動機，怠速工況下進行熱機，使其穩(wěn)定在目標工況，同時關(guān)閉第一和第二調(diào)節(jié)閥； 步驟2，打開第一調(diào)節(jié)閥，根據(jù)流量計測量的結(jié)果判斷支排氣管內(nèi)的瞬時流量，瞬時流量達到目標流量時，運行加熱裝置，并通過控制單元進行加熱控制，以使氣體溫度穩(wěn)定在500 ±5攝氏度； 步驟3，當氣體溫度穩(wěn)定在500±5攝氏度時，打開第二調(diào)節(jié)閥，運轉(zhuǎn)真空栗，利用第一采樣裝置和第二采樣裝置對支排氣管中的氣體進行采樣。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，在步驟2中，目標流量為l±10%L/s。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，在步驟I中，目標工況為發(fā)動機最大功率點、發(fā)動機最大扭矩點。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)動機排氣灰分采樣系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，在步驟3中，第一采樣裝置的采樣時間為I—5s，第二采樣裝置的采樣時間為I—2小時。
【文檔編號】G01N23/04GK105865858SQ201610247540
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】梁興雨, 王亞軍, 舒歌群, 于晗正男, 張洪升, 孫秀秀
【申請人】天津大學(xué)