一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种颗粒物的来源解析方法，特别涉及一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法。
【背景技术】
[0002]中国将于2018年I月I日起实施《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》(国五标准)，与国四标准相比，国五标准中的NOx排放限值严格了 25 %?28 %、颗粒物质量排放限值严格了 82%，除此之外，还增加了新指标颗粒物粒子数量(ParticleNumbers，PN)的限值。柴油机颗粒物排放控制面临“质量”与“数量”的双重考验，柴油机的颗粒物排放主要受燃油品质和润滑油品质影响，由于国内柴油供应体系主要由中石化、中石油、中海油以及民营炼油企业组成，受到油源限制、技术工艺、价格因素等多条件制约，市售柴油的品质参差不齐，燃油品质差异对颗粒物排放控制具有重要影响。润滑油是颗粒物中可溶性有机成分(SOF)生成的重要来源，由于活塞环密封不严、曲轴箱强制通风等原因，柴油机中、低负荷运行时，部分润滑油蒸汽以未燃碳氢化合物的形式冷凝吸附在颗粒周围，形成可溶性有机成分。高速、高负荷运行时，润滑油消耗量较大，易富燃生成干碳烟，同时，未燃润滑油对颗粒物SOF的贡献度增加。
[0003]在柴油机节能减排的理论研究和工程实际中，掌握柴油机润滑油颗粒物和燃油颗粒物的生成机理和排放贡献权重，科学解析颗粒物的来源，对于合理提出降低颗粒物排放的控制措施至关重要。现有研究提出了通过气相色谱分析法，分析颗粒可溶有机物(SOF)组分的碳链长度，将碳链长度为C23?C30界定为润滑油颗粒物成分，碳链长度为C14?C22界定为燃油颗粒物成分。
[0004]但是，上述方法存在分析过程复杂、易受到色谱因素干扰等缺陷，因此，有必要提出一种快速、准确、直观的颗粒物来源解析方法，为提出降低颗粒物排放的技术措施提供理论依据。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，解决原有分析方法过程复杂易受到色谱因素干扰的问题。
[0006]本发明技术方案如下:一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，包括以下步骤:在柴油机润滑油中添加荧光剂；用滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品；通过扫描电镜获取颗粒物样品的微观形貌图；对微观形貌图进行二值化法处理和阈值分割，所述二值化法处理是指将微观形貌图上的各个像素点以灰度表示，所述阈值分割是将灰度表示的微观形貌图按灰度与分割阈值大小划分转化成黑白图像;计算黑白图像中黑色部分面积和白色部分面积在总面积中占比得到润滑油颗粒物贡献权重和燃油颗粒物贡献权重。
[0007]优选的，所述阈值分割时灰度小于分割阈值部分为黑色，灰度大于等于分割阈值部分为白色。
[0008]优选的，所述二值化法处理后灰度范围为0-255
[0009]优选的，所述分割阈值为100。
[0010]优选的，所述柴油机润滑油中添加荧光剂后柴油机怠速运转5分钟以上。
[0011]优选的，所述滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品后对滤纸表面进行喷金处理。
[0012]优选的，所述荧光剂添加量为每升润滑油添加荧光剂l/1000g。
[0013]优选的，所述荧光剂为不含苯系物的油性荧光剂。
[0014]优选的，所述滤纸为聚四氟乙烯纤维滤纸。
[0015]本发明所提供的技术方案的优点在于，在润滑油中添加荧光剂，分析润滑油进入气缸参与燃烧产生的颗粒物贡献权重，通过扫描电镜获得颗粒物微观形貌图，假定颗粒物样品在滤纸上分布均匀，通过二值化图像分割法区分润滑油颗粒物的面积分布，计算润滑油颗粒物的贡献权重。该方法操作简单，颗粒物图像获取和图像分析方法简便易行，可靠性较好，能够快速、准确完成柴油机颗粒物的来源解析。
【附图说明】
[0016]图1为本发明分析方法流程图。
[0017]图2为实施例获取颗粒的微观形貌图。
[0018]图3为二值化法处理和阈值分割的微观形貌图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
[0020]本发明的方法基于两个假定的条件，假定柴油机排气中的颗粒物来源仅为润滑油和燃油两种，假定所采集的柴油机颗粒物样品在聚四氟乙烯纤维滤纸上为均匀分布。结合图1所示的分析流程，在柴油机润滑油中按照每L润滑油添加l/1000g荧光剂的比例添加润滑油荧光剂，润滑油荧光剂为油溶荧光剂，不含苯系物(如:Fluorescent Yellow 131SC油溶荧光剂，OB-1型油溶荧光剂)。发动柴油机后怠速运转10分钟，使润滑油与荧光剂混合均匀;进行台架试验，采用聚四氟乙烯纤维滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品，收集排气颗粒物后的滤纸表面喷金处理后。通过扫描电镜获取颗粒的微观形貌图，如图2所示，扫描电镜分析条件为:放大倍数2000倍?150万倍，点分辨率0.23nm，晶格分辨率0.14nm。在颗粒物微观形貌图中有多个不规则分布的白色亮点，该点即为润滑油颗粒物的中心点，其余部分为源自燃油燃烧产生的颗粒物;颗粒物微观形貌图会出现基本碳粒子之间粘连、重叠的现象，根据单个碳粒子图像内部的相似性、基本碳粒子边界的不连续性，利用二值化法对颗粒物微观形貌图进行处理和阈值分割，具体的，将颗粒物微观形貌图上的点的灰度置为O或255，设定颗粒物微观形貌图分割阈值为100，整个图像呈现出明显的黑白效果，如图3所示，所有灰度大于或等于阈值100的像素为白色区域被判定为属于润滑油颗粒物，其余区域为燃油燃烧产生的颗粒物，得到润滑油颗粒物在总颗粒物中的面积分布;通过下列公式计算润滑油颗粒物贡献权重:润滑油颗粒物贡献权重=润滑油颗粒物面积/颗粒物总面积，本实施例中润滑油颗粒物面积为8.96cm2，颗粒物总面积为65.31cm2,润滑油颗粒物贡献权重=13.72%,燃油颗粒物贡献权重=1-润滑油颗粒物贡献权重=86.28 %。
【主权项】
1.一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于，包括以下步骤:在柴油机润滑油中添加荧光剂；用滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品；通过扫描电镜获取颗粒物样品的微观形貌图；对微观形貌图进行二值化法处理和阈值分割，所述二值化法处理是指将微观形貌图上的各个像素点以灰度表示，所述阈值分割是将灰度表示的微观形貌图按灰度与分割阈值大小划分转化成黑白图像;计算黑白图像中黑色部分面积和白色部分面积在总面积中占比得到润滑油颗粒物贡献权重和燃油颗粒物贡献权重。2.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述阈值分割时灰度小于分割阈值部分为黑色，灰度大于等于分割阈值部分为白色。3.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述二值化法处理后灰度范围为0-255。4.根据权利要求3所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述分割阈值为100。5.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述柴油机润滑油中添加荧光剂后柴油机怠速运转5分钟以上。6.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品后对滤纸表面进行喷金处理。7.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:优选的，所述荧光剂添加量为每升润滑油添加荧光剂l/1000g。8.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述荧光剂为不含苯系物的油性荧光剂。9.根据权利要求1所述的柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，其特征在于:所述滤纸为聚四氟乙烯纤维滤纸。
【专利摘要】本发明公开了一种柴油机燃烧颗粒物的来源解析方法，包括以下步骤：在柴油机润滑油中添加荧光剂；用滤纸采集柴油机排气中的颗粒物样品；通过扫描电镜获取颗粒物样品的微观形貌图；对微观形貌图进行二值化法处理和阈值分割，所述二值化法处理是指将微观形貌图上的各个像素点以0-255的灰度表示，所述阈值分割是将灰度表示的微观形貌图按灰度小于分割阈值和灰度大于等于分割阈值划分转化成黑白图像；计算黑白图像中黑色部分面积和白色部分面积在总面积中占比得到润滑油颗粒物贡献权重和燃油颗粒物贡献权重。该方法操作简单不受色谱因素干扰，能够快速、准确完成柴油机颗粒物的来源解析。
【IPC分类】G06K9/00, G06T7/00
【公开号】CN105574493
【申请号】CN201510919974
【发明人】许广举, 刘有华, 陈庆樟, 李铭迪, 李学智
【申请人】常熟理工学院
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月14日