[发明专利]基于退偏比表征柴油机尾气碳烟破碎特性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于退偏比实现对柴油机尾气碳烟破碎特性进行表征的装置，包括燃烧器，位移台，不锈钢探针取样系统，拉曼光谱仪，气相色谱仪，尾气收集装置和电脑控制系统；燃烧器包括圆柱形主体，上端嵌有蜂窝状的柱塞，蜂窝状柱塞由若干长钢管组成，燃烧器气体进口通过管路与各气瓶及柴油机排气歧管相连；排气歧管提供支路连接至气相色谱仪和尾气收集装置；真空泵通过吸力作用将碳烟吸附到取样器内的滤膜上，滤膜上碳烟用于拉曼光谱仪分析；电脑控制系统与气相色谱仪、拉曼光谱仪、流量计和位移台相连。本发明实现了稀燃和富燃条件下柴油机尾气碳烟颗粒破碎特性的分析，获得燃空当量比对于柴油机尾气中碳烟破碎特性的影响。

技术领域

本发明涉及一种表征柴油机尾气碳烟破碎特性的装置及方法，尤其涉及一种基于退偏比表征柴油机尾气碳烟破碎特性的装置及方法。

背景技术

粒径及数浓度是碳烟颗粒排放的重要指标之一，其与人体健康和大气环境影响具有明确的相关性。因此，车用内燃机在控制颗粒物质量排放的同时，也对粒数浓度排放提出了愈来愈高的要求。碳烟颗粒的粒径和粒数浓度主要受破碎特性的影响，其破碎现象的发生会导致碳烟颗粒的粒径快速减小，中粒数浓度快速增加。因此，为了有效控制内燃机尾气颗粒物数浓度排放并降低其对大气环境和人体健康的危害，开发一种研究柴油机尾气碳烟颗粒破碎特性的装置及方法具有重要意义。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出一种研究柴油机尾气碳烟颗粒破碎特性的装置,实现了对稀燃和富燃条件下柴油机尾气碳烟颗粒破碎特性的分析，获得燃空当量比对于柴油机尾气中碳烟颗粒破碎特性的影响。

为了解决上述的技术问题，本发明提出一种基于退偏比实现对柴油机尾气碳烟破碎特性进行表征的装置，包括燃烧器，位移台，不锈钢探针取样系统，拉曼光谱仪，气相色谱仪，尾气收集装置，多个气瓶和电脑控制系统；所述多个气瓶包括一个甲烷气瓶、一个氧气气瓶、一个氮气气瓶和一个氩气气瓶；所述燃烧器包括圆柱形主体，所述圆柱形主体包括相互嵌套的外圆筒和内圆筒，所述内圆筒的上面与所述外圆筒的上面平齐，所述内圆筒的下面突出于所述外圆筒的下面，所述内圆筒的下部设有气体进口，所述外圆筒的外径为75mm，所述内圆筒的外径为25mm，所述内圆筒的上端嵌有蜂窝状的柱塞，所述蜂窝状的柱塞由若干个直径微小的长钢管组成，所述长钢管的外径为1.62mm，内径为1.5mm，所述蜂窝状的柱塞的上面与所述内圆筒的上面平齐；所述外圆筒设有气体进口，所述内圆筒的下部设有第一气体进口和第二气体进口，所述外圆筒的气体进口通过连接管路A连接至所述氩气气瓶，所述连接管路A上设有流量计；所述内圆筒的第一气体进口连接至一进气总管路的一端，所述进气总管路的另一端通过并联的三条管路分别连接至所述甲烷气瓶、氧气气瓶和氮气气瓶，三条连接管路上均设有流量计；所述内圆筒的第二气体进口连接至柴油机的排气歧管上；所述排气歧管上设有流量计；所述排气歧管的管壁设有两个孔，该两个孔分别通过管路B和管路C连接至所述气相色谱仪和所述尾气收集装置；所述燃烧器固定在所述位移台上，所述位移台由两个步进电机控制，实现燃烧器水平和竖直方向的移动；所述不锈钢探针取样系统包括液氮钢瓶、冷氮气流量计、不锈钢探针、取样器、真空泵、恒温水箱和控制器，所述不锈钢探针布置在所述燃烧器的正上方，所述不锈钢探针在长度方向的中间位置处设有一个0.128mm的微孔，所述不锈钢探针嵌入到一个水冷槽中，所述不锈钢探针的直径为4/5的部分嵌入到水冷槽中，且与水冷槽处于完全密封的关系，所述不锈钢探针的微孔露在所述水冷槽之外，所述不锈钢探针的进口端通过管路D与一个液氮钢瓶的出口相连，管路D上设有冷氮气流量计，所述不锈钢探针的出口端通过管路E与所述取样器的进口端相连，所述取样器的出口端与所述真空泵的进口端相连；所述取样器内装有聚四氟乙烯的滤膜，在所述真空泵的吸力作用下，将燃烧器火焰中的碳烟颗粒吸附到聚四氟乙烯的滤膜上，所述聚四氟乙烯滤膜上收集到的碳烟颗粒用于拉曼光谱仪分析；所述水冷槽的进口和出口与所述恒温水箱相连形成循环水路；所述气相色谱仪配有热导检测器，用于测量柴油机的排气歧管中氧气的含量；所有的流量计、位移台、气相色谱仪和拉曼光谱仪均与所述电脑控制系统相联，所述电脑控制系统用于控制进入所述燃烧器不同气体流量和燃烧火焰位置高度及气相色谱仪的取样分析。