[发明专利]用于内燃机的废气的凝结核计数器的工作介质

说明书

使用化学通式为C_nH_2n+2并且序数n为10、11或12的正烷烃作为用于内燃机(4)的废气的凝结核计数器的工作介质(7)，通过所述凝结核计数器对废气中所包含的单独的颗粒进行计数。

技术领域

本发明涉及用于内燃机的废气的凝结核计数器的工作介质和具有根据本发明的工作介质的凝结核计数器。

背景技术

内燃机的废气包含在nm范围的固体颗粒，所述固体颗粒太小因此不能以光学方式直接进行检测。然而，为了使所述固体颗粒能够测量，通常使用所谓的凝结核计数器，其中使废气穿过过饱和气氛。所述过饱和气氛例如通过如下方式产生：用工作介质的蒸气使废气饱和然后冷却。固体颗粒则充当凝结核，过饱和的工作介质凝结在所述凝结核上，这造成凝结核的生长。所述凝结核计数器例如由US 4,790,650 A或WO 12/142297 A1已知。凝结过程开始发生的固体颗粒的尺寸取决于过饱和度并且被称为开尔文直径。对于一定的过饱和度，开尔文直径越小，则造成工作介质的凝结的固体颗粒也可以越小。根据规定(例如法定要求)，对于废气而言要检测大于20nm(典型地为23nm)至2.5μm的颗粒尺寸范围并且需要在饱和器之前将废气调节至<35℃的温度。由于凝结使得颗粒尺寸增大(至约5μm)，则所述颗粒尺寸可以单独进行光学检测，例如使用基于散射光的光学颗粒计数器。为了对单独的颗粒进行检测并且计数，所述颗粒必须具有在μm范围内的足够尺寸。

目前用于测量内燃机的废气中的固体颗粒的凝结核计数器的标准工作介质为1-丁醇(正丁醇)，例如于EP 2 208 983 B1中所描述。这样的工作介质的主要缺点在于其与废气的化学反应性。醇与酸性废气组分形成酯，所述酯依次在凝结核计数器的灯芯状元件中富集并且造成气体饱和度的降低。另一个实践上的缺点是～37℃的闪点，即在目标温度的范围内。

WO 01/31312 A1中研究了用于凝结核计数器的大量可能的工作介质，其中，焦点在此指向检测极小的分子(小于3nm)从而对化学物质进行化学分析。在此为了实现尽可能小的检验极限，所述系统的目的是尽可能小的开尔文直径。比WO 01/31312 A1中研究的分子明显更大的碳烟或其它废气颗粒在此并不重要。其中宣称乙二醇对于所述应用来说是最合适的工作介质，因为其能够实现最小的开尔文直径。此外，除了大量其它原则上可想到的化学物质之外还提及烷烃(特别是己烷、庚烷、辛烷和壬烷)作为工作介质，但是它们统统实现较差的开尔文直径，因此在WO 01/31312 A1中对于所述应用而言并未被描述成优选的工作介质。

WO 01/31312 A1还描述了可以从一个群组的化学物质(例如烷烃)中选择工作介质作为最合适的工作介质的方法。为此，应当考虑工作介质的相对介电常数ε_r并且选择所述化学群组中的具有最大介电常数的工作介质。相对介电常数在此为各个物质的例如由相应的表格或规格已知的参数。根据该标准，根据WO 01/31312 A1的烷烃被归入最不合适的工作介质，因为其ε_r～2um的相对介电常数比更优选的工作介质乙二醇(ε_r～41)或甘油(ε_r～47)的相对介电常数小不止一个数量级。

在大气研究的领域内使用的一个替代方案是使用水作为工作介质(也参见例如WO01/31312 A1)。但是对于内燃机废气的具体应用情况来说，水是不可使用的，因为水不能足够可靠地在废气中的碳烟颗粒上生长。此外，水由于水蒸气在空气中的高扩散性使得必需其它的基本系统结构，因此水在用于废气的常规凝结核计数器中不可使用。因此水不是所述具体应用情况的工作介质的有利的替代方案。