[發明專利]一種螺旋冷卻式柴油機尾氣顆粒物采樣裝置及方法

有效

• 申請號: 202011372479.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112504771B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 劉軍恒;李解;孫平;嵇乾
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種螺旋冷卻式柴油機尾氣顆粒物采樣裝置及方法，其組成部分包括進氣管、調壓閥、直通管、水冷套筒、螺旋采樣管、溫度傳感器、壓力傳感器、出氣管以及電子控制單元(ECU)。進氣管之后通過布置有調壓閥的三通再連接直通管和螺旋采樣管，螺旋采樣管的進出口分別布置溫度傳感器，直通管和螺旋采樣管之后再通過三通連接出氣管。本發明可以通過測得采樣裝置內部的排氣溫度及壓力，由ECU控制水流量及螺旋采樣管通過的排氣量使得排氣中的可溶性有機物冷凝，同時與碳煙顆粒附著在螺旋采樣管內腔的表面，提高了顆粒中可溶性有機物的采樣量。

技術領域

本發明涉及柴油機顆粒物采樣裝置，具體涉及發動機尾氣顆粒物的采樣裝置及方法。

背景技術

柴油機顆粒物排放會對大氣環境造成污染，影響人體健康。顆粒物中含有大量可溶性有機物(SOF)。SOF的主要成分是高沸點的碳氫化合物，其中所含的多環芳香烴(PAHs)等成分具有很強的致癌性、致畸性以及致突變性，已被各國列為重點監測的有害污染物。隨著國六排放標準的實施，對于顆粒物排放的限制更加嚴苛。因此為了進一步控制發動機的顆粒物排放，就有必要對發動尾氣中含有的顆粒物進行采樣、檢測、分析，研究其生成和排放機理。

SOF中的多環芳香烴等物質的沸點主要在200～350℃范圍，而柴油機的排氣溫度有時能超過600℃。通過直接采樣的方法，會導致部分排放到大氣中冷卻、凝結的顆粒物無法采集到，從而導致采樣成分產生偏差，影響后續分析。因此需要先對發動機排出的尾氣進行冷卻，再采樣，確保顆粒組分不變。

發明內容

本發明考慮上述問題，提供一種螺旋冷卻式柴油機尾氣顆粒物采樣裝置及方法，結構簡單，便于拆裝，成本較低。

為實現上述目的，本發明所采用的方案為：一種螺旋冷卻式柴油機尾氣顆粒物采樣裝置，組成部分有進氣管、直通管、水冷套筒、螺旋采樣管、出氣管以及電子控制單元ECU。

為了進一步優化上述方案，所述的進氣管后端通過三通連接直通管和螺旋采樣管，直通管和螺旋采樣管的末端再通過三通連接出氣管。

為了進一步優化上述方案，所述的螺旋采樣管的進口和出口分別布置螺旋采樣管進口溫度傳感器和螺旋采樣管出口溫度傳感器。

為了進一步優化上述方案，在連接進氣管、直通管和螺旋采樣管的三通上安裝調壓閥。

為了進一步優化上述方案，所述螺旋采樣管前端為螺旋結構、后端為直管，并且其后端的直管部分內部結構為縱向條紋狀。

為了進一步優化上述方案，所述螺旋采樣管嵌套于水冷套筒之中。

為了進一步優化上述方案，所述水冷套筒兩側有端板將水冷套筒和螺旋采樣管的直管部分左右端緣密封連接。

為了進一步優化上述方案，所述螺旋采樣管在進出口兩端設置凸臺，分別安裝螺旋采樣管進口溝槽卡箍和螺旋采樣管出口溝槽卡箍，使得螺旋采樣管能夠快速拆裝。

上述螺旋冷卻式柴油機尾氣顆粒物采樣裝置的工作原理和過程如下：

尾氣經過進氣管流入，此時，根據試驗用發動機參數的不同，將排氣背壓范圍控制在5-20kPa之間，通過在進氣管入口處安裝的壓力傳感器測得實時排氣背壓，ECU控制調壓閥，當排氣背壓過大時，提高直通管處的閥門開度，使得部分尾氣能從直通管排出，降低排氣背壓至規定范圍內；當排氣背壓過小時，調小螺旋采樣管處閥門的開度，增大排氣背壓至規定范圍內。

螺旋采樣管嵌套于水冷套筒中，直管部分占螺旋采樣管總長度的四分之三，直管部分較長以便尾氣中的SOF成分有足夠的時間能夠充分冷卻并析出。螺旋采樣管進口溫度傳感器、螺旋采樣管出口溫度傳感器測得經過螺旋采樣管前后尾氣的溫度；通過ECU控制水冷套筒中冷卻水流量的大小，以此來調節尾氣冷卻后的溫度，將溫度控制在SOF的沸點之下；