[發明專利]一種柴油機排氣中顆粒中值粒徑的測量方法

有效

• 申請號: 201310585461.5
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103630471A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王忠;李銘迪;王宇成;趙洋;劉帥;李瑞娜;毛功平
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及測量技術領域，提出了一種測量和計算壓燃式發動機排氣顆粒中值粒徑的方法。

背景技術

汽車排出的顆粒物（particulate?matter,PM）已成為大氣環境污染物的主要來源之一。2013年，北京已實施汽車“京V”排放標準，全國范圍內將實施汽車“國IV”排放標準。在更加嚴格的排放法規中，除了對汽車排放顆粒物質量的限制外，還增加了對顆粒個數（particulate?number,PN）的限制要求。發動機顆粒按照粒徑大小可分為粗態（1～10μm）、聚集態（100～300nm）和核態（粒徑小于50nm）。國內外學者研究表明，顆粒質量排放峰值集中在聚集態和粗態，顆粒數量排放峰值集中在核態?？焖贉蚀_地測量發動機燃燒顆粒粒徑，對于不同粒徑顆粒質量和數量排放的定量分析，以及降低顆粒質量和數量排放具有重要的意義。

顆粒粒徑按測量方法不同，可以分為空氣動力學直徑和電子遷移直徑?？諝鈩恿W直徑是利用重力法，電子遷移直徑是利用粒子數量尺寸分布法。針對發動機燃燒顆粒，目前，國內外主要采用掃描/透射電鏡（SEM/TEM）、靜電低壓撞擊器（ELPI）、掃描式電遷移顆粒粒度儀（SMPS）、顆粒數量和粒徑分析儀（EEPS）等設備測量顆粒粒徑。在測量原理上，SEM/TEM通過拍攝顆粒電鏡圖像，對顆粒粒徑進行直接測量，轉換誤差小，在理論上能夠實現顆粒粒徑的高精度測量。柴油機排氣顆粒通常以顆粒群的形式存在，多呈團聚的鏈狀、團狀結構。顆粒群包含了幾十至幾百個單個顆粒，單個顆粒之間重疊在一起，僅通過顆粒圖像很難對單個顆粒的輪廓進行區分，且電鏡圖像得到的是局部顆粒圖像，統計性差。ELPI、SMPS和EEPS方法主要利用顆粒帶電或靜電作用，其中，ELPI由多級撞擊器組成，利用帶電顆粒的慣性，測量沉積在撞擊器上帶電顆粒產生的電流，間接地得到不同粒徑（0.03～10μm）顆粒的數目濃度。這三種測量方法都是通過電信號的轉換間接地得到顆粒粒徑和數量，得到的粒徑結果主要是顆粒群的粒徑，不能反映燃燒形成的單個顆粒粒徑情況，而且測量設備復雜，價格昂貴。

針對上述方法的不足，提出一種快速準確地測量柴油機排氣顆粒中值粒徑的方法，發明的方法有利于簡化顆粒中值粒徑的測量方法，降低試驗設備所需費用，對于滿足國五排放法規對顆粒計數的要求具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了測量0.1μm～0.5μm粒徑范圍的柴油機排氣顆粒，提出一種柴油機排氣顆粒中值粒徑的測量方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種柴油機排氣中顆粒中值粒徑的測量方法，包括如下步驟：

步驟1：采集待測顆粒樣品；

采用濾膜采集發動機主排氣通道中的發動機燃燒顆粒作為待測顆粒樣品；

步驟2：待測顆粒樣品的分散處理；

采用乙醇/二氯甲烷溶液對待測顆粒樣品進行萃取，對萃取后的懸浮液進行超聲分散，分散后的溶液經過濾、烘干后，得到顆粒粒徑分析樣品；

步驟3：獲得分散顆粒的電鏡圖像；

采集顆粒粒徑分析樣品的圖像，得到待處理團聚顆粒電鏡圖像；

步驟4：判斷團聚顆粒的分散程度；

記待處理團聚顆粒電鏡圖像中團聚顆粒的總個數為M，采用M_i表示第i個團聚顆粒，i＝1，2……M；根據待處理團聚顆粒電鏡圖像的底板晶格尺寸，采用晶格法測量M_i的投影面積記小于1μm²的團聚顆粒個數為M^*，若M^*＜90%M，返回步驟2；若M^*≥90%M，認為顆粒已初步分散，記M_i中單個顆粒的個數為N_i，繼續進入步驟5；

步驟5：求解M_i中單個顆粒的直徑；

步驟5.1、對單個顆粒進行準球形假設：

采用曲線擬合法對M_i的輪廓進行擬合，得到擬合曲線，該擬合曲線拐點的個數為X，x為拐點的序數，x＝1,2……X，當M_i中N_i=1時，X＝0；當M_i中N_i=2，且兩個單個顆粒相切時，X＝1；其余情況下，X≥2，則擬合曲線的第x個拐點記為當X＝1時，記兩段弧長分別為和當X≥2時，記相鄰兩個拐點之間的擬合曲線的弧長為y為弧長的序數；

步驟5.2、排除拐點數過多的顆粒：

若X＞8，排除該團聚顆粒；

若X≤8，保留該團聚顆粒；