一种发动机燃烧排气颗粒数的测量方法
【专利摘要】本发明涉及测量【技术领域】，提出了一种测量点燃式发动机或压燃式发动机排气颗粒数的方法，本发明的发动机燃烧排气颗粒数的测量方法，主要包括采集待测颗粒样品、待测颗粒样品的分散处理、获得分散颗粒的电镜图像、判断团聚颗粒的分散程度、确定拐点个数和弧长个数、排除拐点个数和弧长个数过多的颗粒、判断Mi中单个颗粒个数等步骤，最终得到发动机燃烧排气颗粒数Nsum。对比己有技术，本发明具有测量装置简易，不需要通过电流的转化获得颗粒数量，能够直观地得到颗粒数的特点。
【专利说明】一种发动机燃烧排气颗粒数的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量【技术领域】，提出了一种测量点燃式发动机或压燃式发动机排气颗粒数的方法。
【背景技术】
[0002]汽车发动机排出的颗粒物(particulate matter, PM)已成为大气环境污染物的主要来源之一。2013年，北京已实施汽车“京V”排放标准，全国范围内将实施汽车“国IV”排放标准。在更加严格的排放法规中，除了对汽车排放颗粒物质量的限制外，还增加了对颗粒个数(particulate number, PN)的限制要求。发动机颗粒按照粒径大小可分为粗态(I?10 μ m)、聚集态(100?300nm)和核态(粒径小于50nm)。国内外学者研究表明，颗粒质量排放峰值集中在聚集态和粗态，颗粒数量排放峰值集中在核态。快速准确地测量发动机燃烧颗粒粒径，对于不同粒径颗粒质量和数量排放的定量分析，以及降低颗粒质量和数量排放具有重要的意义。
[0003]颗粒粒径按测量方法不同，可以分为空气动力学直径和电子迁移直径。空气动力学直径是利用重力法，电子迁移直径是利用粒子数量尺寸分布法。针对发动机燃烧颗粒，目前，国内外主要米用扫描/透射电镜(SEM/TEM)、静电低压撞击器(ELPI)、扫描式电迁移颗粒粒度仪(SMPS)、颗粒数量和粒径分析仪(EEPS)等设备测量颗粒粒径。在测量原理上，SEM/TEM通过拍摄颗粒电镜图像，对颗粒粒径进行直接测量，转换误差小，在理论上能够实现颗粒粒径的高精度测量。发动机颗粒通常以颗粒群的形式存在，颗粒群包含了几十至几百个单个颗粒，单个颗粒之间重叠在一起，仅通过颗粒图像很难对单个颗粒的轮廓进行区分，且电镜图像得到的是局部颗粒图像，统计性差。ELP1、SMPS和EEPS方法主要利用颗粒带电或静电作用，其中，ELPI由多级撞击器组成，利用带电颗粒的惯性，测量沉积在撞击器上带电颗粒产生的电流，间接地得到不同粒径(0.03?10 μ m)颗粒的数目浓度。这三种测量方法都是通过电信号的转换间接地得到颗粒粒径和数量，得到的粒径结果主要是颗粒群的粒径，不能反映燃烧形成的单个颗粒粒径情况，而且测量设备复杂，价格昂贵。
[0004]针对上述方法的不足，提出一种快速准确地测量发动机燃烧颗粒数的方法，发明的方法有利于简化颗粒粒径的测量方法，降低试验设备所需费用，对于满足国五排放法规对颗粒计数的要求具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了测量发动机燃烧排气颗粒数，提出一种发动机燃烧颗粒数的测量方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]一种发动机燃烧排气颗粒数的测量方法，包括如下步骤:
[0008]步骤1:米集待测颗粒样品；
[0009]采用滤膜采集发动机主排气通道中的发动机燃烧颗粒作为待测颗粒样品；[0010]步骤2:待测颗粒样品的分散处理；
[0011]采用乙醇/ 二氯甲烷溶液对待测颗粒样品进行萃取，对萃取后的悬浮液进行超声分散，分散后的溶液经过滤、烘干后，得到颗粒粒径分析样品；
[0012]步骤3:获得分散颗粒的电镜图像；
[0013]采集颗粒粒径分析样品的图像，得到待处理团聚颗粒电镜图像；
[0014]步骤4:判断团聚颗粒的分散程度；
[0015]记待处理团聚颗粒电镜图像中团聚颗粒的总个数为M，采用Mi表示第i个团聚颗粒，i = 1,2……M ;根据待处理团聚颗粒电镜图像的底板晶格尺寸，采用晶格法测量Mi的投影面积t记&小于Iym2的团聚颗粒个数为M%若M*<90%M，返回步骤2 ;若M*≥90%M，
认为颗粒已初步分散，记Mi中单个颗粒的个数为Ni,继续进入步骤5 ;
[0016]步骤5:确定拐点个数和弧长个数；
[0017]对单个颗粒进行准球形假设，采用曲线拟合法对Mi的轮廓进行拟合，得到拟合曲线，然后进行曲线拐点判别，得到闭合曲线的拐点个数Gi和弧长个数Hi。
[0018]步骤6:排除拐点个数和弧长个数过多的颗粒；
[0019]若Gi > 8或Hi > 8，排除该团聚颗粒；
[0020]若Gi = 0,1,2,3……8，保留该团聚颗粒，则Hi = 1,2……8 ；
[0021]步骤7:判断Mi中单个颗粒个数；
[0022]步骤7.1、
[0023]若Gi = O,认为团聚颗粒中仅有一个单个颗粒时，Ni = I ；
[0024]若Gi关0，即Ni≥2，进入步骤7.2 ；
[0025]步骤7.2、确定Ni的范围:
[0026]当队> 2时，根据拐点个数Gp弧长个数Hi及下列公式确定颗粒个数Ni的范围:
【权利要求】
1.一种发动机燃烧排气颗粒数的测量方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:采集待测颗粒样品； 采用滤膜采集发动机主排气通道中的发动机燃烧颗粒作为待测颗粒样品； 步骤2:待测颗粒样品的分散处理； 采用乙醇/ 二氯甲烷溶液对待测颗粒样品进行萃取，对萃取后的悬浮液进行超声分散，分散后的溶液经过滤、烘干后，得到颗粒粒径分析样品； 步骤3:获得分散颗粒的电镜图像； 采集颗粒粒径分析样品的图像，得到待处理团聚颗粒电镜图像； 步骤4:判断团聚颗粒的分散程度； 记待处理团聚颗粒电镜图像中团聚颗粒的总个数为M，采用Mi表示第i个团聚颗粒，i=1,2……M ;根据待处理团聚颗粒电镜图像的底板晶格尺寸，采用晶格法测量Mi的投影面积*sM,，记5Vh于I μ m2的团聚颗粒个数为M%若M*< 90%M,返回步骤2 ;若M*≥90%M,认为颗粒已初步分散，记Mi中单个颗粒的个数为Ni,继续进入步骤5 ； 步骤5:确定拐点个数和弧长个数； 对单个颗粒进行准球形假设，采用曲线拟合法对Mi的轮廓进行拟合，得到拟合曲线，然后进行曲线拐点判别，得到闭合曲线的拐点个数Gi和弧长个数Hi。 步骤6:排除拐点个数和弧长个数过多的颗粒； 若Gi > 8或Hi > 8，排除该团聚颗粒； 若Gi = 0,1,2,3……8，保留该团聚颗粒，则Hi = 1,2……8 ； 步骤7:判断Mi中单个颗粒个数； 步骤7.1、 若Gi = 0，认为团聚颗粒中仅有一个单个颗粒，Ni = I ； 若Gi关0，即Ni≥2，进入步骤7.2 ； 步骤7.2、确定Ni的范围: 当Ni > 2时，根据拐点个数Gp弧长个数Hi及下列公式确定颗粒个数Ni的范围: 广
(专 +1) < Ni < (G1 +1) ******......(I) (-^+1)< /V <//.............(2)
v 2 Ni的取值范围为:大于I且同时满足式(I)和式(2)的正整数； 步骤7.3、排除Ni取值不合理情况: 将满足步骤7.2中Ni的取值范围的Ni值进行如下判定: 若满足Ni = Gi+Ι，且Hi Φ 2Gi，则排除该Ni取值；否则，则保留该Ni取值； 排除Ni取值不合理情况后，记Ni可取值的个数为Zi,继续进入步骤7.4 ； 步骤7.4、 若Zi = 1，则Ni即为Mi中单个颗粒个数； 若Zi≥2，进入步骤7.5 ; 步骤7.5、通过求解Mi中单个颗粒的直径，得到单个颗粒的个数:步骤7.5.1、记相邻两个拐点之间的拟合曲线的弧长为C；，y为弧长的序数，并记与对应的两个拐点之间的直线距离为4通过式⑶计算β 为?.对应的颗粒直径； r λ Dixsin 180x-^- =Aiv............(3) 'I 岣 J y 步骤7.5.2、根据每一个c 逐一计算K，得到弧长对应的颗粒直径的集合，为D;、Di1' …、Diy' 步骤7.5.3、排除相同直径的颗粒: 将集J D D'…、D I每个不同的数值仅提取一个，形成新的集合；得到该新的集合中数值的个数即为该Mi中单个颗粒的个数Ni ； 步骤8:筛选Mi中所有$小于Iym2的团聚颗粒，逐一采用步骤7的方法判断Mi中单个颗粒个数，所得结果的集合I力颗粒样品中的单个颗粒数； 步骤9:对步骤8中获得的所有颗 粒样品中的单个颗粒数求和，即得到发动机燃烧排气颗粒数Nsum。
【文档编号】G01N15/10GK103630479SQ201310573961
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】王 忠, 李铭迪, 王宇成, 赵洋, 刘帅, 李瑞娜, 毛功平 申请人:江苏大学