一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統，主排氣管入口端與發動機排氣管的出口端連接，在發送機和第一濾清器之間的主排氣管上設置支排氣管；在支排氣管上依次設置流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、第二采樣裝置和第一真空泵；在流量調節閥上方的支排氣管上設置流量計；在第一采樣分級器的一側設置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設置第二濾清器；在第二采樣分級器的一側設置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空泵；在第二采樣分級器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設置第一采樣裝置。本實用新型沒有排氣稀釋系統和過濾、冷凝、緩沖機構，結構簡單、操作方便。
【專利說明】
一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于內燃機技術領域，具體涉及一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統及其使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業化進程推進，汽車工業快速發展，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，降低其對環境的污染和人體的危害，滿足越來越嚴格的排放法規，在內燃機產品設計開發中，關于“內燃機排氣顆粒物”的研究成為了熱點。針對內燃機排氣顆粒物的粒徑分布、分形維數和納觀形貌等性質的研究，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。
【發明內容】
[0003]本實用新型克服了現有技術中的缺點，提供了一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統及其使用方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0005]—種發動機排氣顆粒物分級采樣系統，由發動機、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計、流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、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動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發送機和第一濾清器之間的主排氣管上設置支排氣管;在支排氣管上依次設置流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設置于支排氣管的末端，在流量調節閥上方的支排氣管上設置流量計;在第一采樣分級器的一側設置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設置第二濾清器;在第二采樣分級器的一側設置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設置第一采樣裝置。
[0007]在上述技術方案中，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，并帶有數顯和超高溫溫度補償功能。
[0008]在上述技術方案中，第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網微柵，銅網微柵設置在夾持器上，銅網微柵的接收面垂直于氣體流動方向。
[0009]在上述技術方案中，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方向。
[0010]在上述技術方案中，第一采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為Ιμπι，發動機排氣經過第一采樣分級器，大于Ιμπι的顆粒物進入第一排氣管路，小于IMi的顆粒物進入第二采樣分級器。
[0011]在上述技術方案中，第二采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為0.3μπι，發動機排氣經過第二采樣分級器，大于0.3μπι的顆粒物進入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進入支排氣管。
[0012]使用上述系統進行發動機排氣顆粒物分級采樣，按照下述步驟進行:
[0013]步驟I，啟動發動機，怠速工況下進行熱機，使其穩定在目標工況；
[0014]步驟2，打開流量調節閥，根據流量計測量的結果，判斷支排氣管內的瞬時流量，使支排氣管內的流量達到目標流量；
[0015]步驟3，根據發動機排放性能、運轉工況和環境因素，進行微柵采樣和濾紙采樣。
[0016]在上述技術方案中，在步驟I中，目標工況為發動機最大功率點或發動機最大扭矩點。
[0017]在上述技術方案中，在步驟2中，目標流量為l±10%L/s。
[0018]在上述技術方案中，在步驟3中，微柵采樣的時間為l_2s。
[0019]在上述技術方案中，在步驟4中，濾紙采樣的時間為l_2h。
[0020]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0021]1.可實現對發動機排氣顆粒物的分級采樣。根據虛擬沖擊器的切割指標，將發動機排氣顆粒物分為0.3μπ?以下和0.3μ??-1μπ?兩個級別，便于對顆粒物質量測量和對其成分的分析。
[0022]2.提高樣品質量。可控制排氣流量和調節采樣時間:流量計可測量瞬時流量和累計流量，通過流量調節閥，使每次測量時排氣流速恒定。
[0023]3.結構簡單、操作方便。本實用新型的目的是對發動機排氣顆粒物進行采樣，沒有排氣稀釋系統和過濾、冷凝、緩沖機構等，結構簡單，成本低。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型發動機排氣顆粒物分級采樣系統的結構示意圖。
[0025]圖中:1-發動機;2-主排氣管;3-第一濾清器;4-支排氣管;5-流量計;6_流量調節閥；7-第一采樣分級器;8-第二采樣分級器;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)。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖與具體的實施方式對本實用新型作進一步詳細描述:
[0030]—種發動機排氣顆粒物分級采樣系統，由發動機、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計、流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、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動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發送機和第一濾清器之間的主排氣管上設置支排氣管;在支排氣管上依次設置流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設置于支排氣管的末端，在流量調節閥上方的支排氣管上設置流量計;在第一采樣分級器的一側設置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設置第二濾清器;在第二采樣分級器的一側設置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設置第一采樣裝置。
[0032]在上述技術方案中，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，并帶有數顯和超高溫溫度補償功能。
[0033]在上述技術方案中，第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網微柵，銅網微柵設置在夾持器上，銅網微柵的接收面垂直于氣體流動方向。
[0034]在上述技術方案中，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方向。
[0035]在上述技術方案中，第一采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為1μπι(即采樣分級器的篩分粒徑為Ιμπι，實現對氣流中不同大小顆粒的篩分)，發動機排氣經過第一采樣分級器，大于Ιμπι的顆粒物進入第一排氣管路，小于Ιμπι的顆粒物進入第二采樣分級器。
[0036]在上述技術方案中，第二采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為0.3μπι，發動機排氣經過第二采樣分級器，大于0.3μπι的顆粒物進入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進入支排氣管。
[0037]使用上述系統進行發動機排氣顆粒物分級采樣，按照下述步驟進行:
[0038]步驟I，啟動發動機，怠速工況下進行熱機，使其穩定在目標工況；
[0039]步驟2，打開流量調節閥，根據流量計測量的結果，判斷支排氣管內的瞬時流量，使支排氣管內的流量達到目標流量；
[0040]步驟3，根據發動機排放性能、運轉工況和環境因素，進行微柵采樣和濾紙采樣。
[0041]在上述技術方案中，在步驟I中，目標工況為發動機最大功率點或發動機最大扭矩點。
[0042 ]在上述技術方案中，在步驟2中，目標流量為I ± 1 % L/s。
[0043]在上述技術方案中，在步驟3中，微柵采樣的時間為l_2s。
[0044]在上述技術方案中，在步驟4中，濾紙采樣的時間為l_2h。
[0045]使用銅網微柵采樣裝置使用的銅網為，通用編號是T11012，200目圓孔銅網，100個/盒；濾紙采樣裝置使用的濾紙為石英膜，通用編號是7202，PALLFLEX TISSUQUARTZ47mm，材質是石英，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，采樣器內垂直于氣體流向設置有沖擊板，在沖擊板上方有來自管路的氣流，當富含顆粒物的氣體從支排氣管經過本裝置時，顆粒具有一定的動能和慣性，粒徑大于沖擊式采樣器切割粒徑的顆粒，因慣性大可以滑過氣流穿過沖擊板，而慣性小的顆粒，將隨著氣流運動進入支路，從而實現不同大小顆粒的篩分。
[0047]發動機起動，怠速工況下熱機30min，并在目標工況，如:最大功率點、最大扭矩點等，穩定運轉。根據流量計測量的支排氣管顯示的瞬時流量，調節流量控制閥到目標流量，一般為I ± 10 % L/s，目標流量為恒定值。安裝銅網微柵至夾持器中，放置第一采樣裝置和第二采樣裝置分別進入支排氣管和排氣管路中，進行微柵采樣。微柵采樣持續l_2s即可，采樣結束后，取出夾持器中的銅網微柵，放入儲存盒內，以備后續透射電鏡檢測。進行濾紙采樣，采樣時間根據發動機排放性能、運轉工況和環境因素進行設定，為了保證樣品數量以便于后續檢測。
[0048]選擇投射電鏡對濾紙采樣和銅網微柵采樣進行表征，兩個銅網微柵上的樣品，如附圖所示。兩個濾紙上的樣品與各自管路上的銅網微柵采樣的形貌基本保持一致。
[0049]以上對本實用新型進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內。
【主權項】
1.一種發動機排氣顆粒物分級采樣系統，其特征是:由發動機、主排氣管、第一濾清器、支排氣管、流量計、流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、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動機排氣管的出口端連接，主排氣管出口端與第一濾清器連接，在發送機和第一濾清器之間的主排氣管上設置支排氣管;在支排氣管上依次設置流量調節閥、第一采樣分級器、第二采樣分級器、第二采樣裝置和第一真空栗;第一真空栗設置于支排氣管的末端，在流量調節閥上方的支排氣管上設置流量計;在第一采樣分級器的一側設置第一排氣管路，在第一排氣管路的末端設置第二濾清器;在第二采樣分級器的一側設置第二排氣管路，在支路第二排氣管路上依次設置第三采樣裝置、第四采樣裝置和第二真空栗;在第二采樣分級器和第二采樣裝置之間的支排氣管上設置第一采樣裝置。2.根據權利要求書I所述的發動機排氣顆粒物分級采樣系統，其特征是: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，并帶有數顯和超高溫溫度補償功能。3.根據權利要求書I所述的發動機排氣顆粒物分級采樣系統，其特征是:第一采樣裝置和第三采樣裝置均為銅網微柵，銅網微柵設置在夾持器上，銅網微柵的接收面垂直于氣體流動方向。4.根據權利要求書I所述的發動機排氣顆粒物分級采樣系統，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方向。5.根據權利要求書I所述的發動機排氣顆粒物分級采樣系統，其特征是:第一采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為Ιμπι，發動機排氣經過第一采樣分級器，大于Iym的顆粒物進入第一排氣管路，小于Ιμπι的顆粒物進入第二采樣分級器。6.根據權利要求書I所述的發動機排氣顆粒物分級采樣系統，其特征是:第二采樣分級器為PM虛擬沖擊器，或者慣性沖擊器，在采樣分級器中切割粒徑為0.3μπι，發動機排氣經過第二采樣分級器，大于0.3μπι的顆粒物進入第二排氣管路，小于0.3μπι的顆粒物進入支排氣管。
【文檔編號】G01N1/24GK205580824SQ201620334897
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】梁興雨, 王亞軍, 舒歌群, 于晗正男, 孫秀秀
【申請人】天津大學