一种汽车尾气VOC分阶段自动采集装置及采样方法与流程

本发明涉及汽车尾气采样装置，具体涉及一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置及采样方法。

背景技术：

近年来，随着社会经济快速发展和人民生活水平显著提高，我国汽车保有量呈现爆发式增长。巨大的汽车保有量在给居民生活带来便利的同时，也给城市大气环境带来巨大压力。现有调查结果表明，汽车对城市大气细颗粒物（pm2.5）贡献率高达13.5-52.1%，其中既包括以固态形式直接排放的一次颗粒物（pm），也包括尾气以气态形式排放的挥发性有机物（voc）、氮氧化物（nox）等在大气中经过复杂光化学反应生成的二次气溶胶（soa），且以soa为主。汽车污染已成为我国大气环境领域亟需解决的重要问题之一，促使我们需要深入研究汽车尾气二次污染物的形成机理与演变规律，进而采取科学有效的措施降低其对大气环境造成的危害。

进行汽车尾气二次污染形成机理研究，首先要对汽车尾气排放的voc进行采样和源组分分析。汽车按照轻型汽车世界统一循环（wltc）进行整车转鼓排放测试时，该标准对循环过程中的低速、中速、高速、超高速进行分阶段的速度要求。现有的汽车尾气voc采集装置大多采用手动采集，即一个罐采集完成后再换另外一个罐，操作繁琐，且切换不及时常常导致不同工况阶段采样相互污染等问题，造成测试结果不准确。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置，以解决现有技术中手动采集导致采样不准确造成测试结果不准确的问题；同时，本发明的目的还在于提供一种使用上述汽车尾气voc分阶段自动采集装置的采集方法。

为实现上述目的，本发明的一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置采用如下技术方案：一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置，包括装置架，装置架上设置有尾气管路系统和尾气采集系统，该自动采集装置还包括控制系统；尾气管路系统包括用于与汽车尾气管连通的主气管，主气管上设置有进气阀和出气阀，主气管上于进气阀和出气阀之间设置有至少一个分支气管用于吸入对应速段的汽车尾气；尾气采集系统包括连通于各分支气管上的用于采集对应速段的汽车尾气的苏玛罐；各苏玛罐与对应的分支气管之间均设置有电磁阀，主气管上于出气阀的下游设置有抽气泵；控制系统包括与进气阀、出气阀、各电磁阀和抽气泵均控制信号连接的控制器。

所述分支气管的数量为四个，分支气管包括第一分支气管、第二分支气管、第三分支气管和第四分支气管分别用于吸入低速段的汽车尾气、中速段的汽车尾气、高速段的汽车尾气和超高速段的汽车尾气，苏玛罐包括与第一分支气管连通的第一苏玛罐、与第二分支气管连通的第二苏玛罐、与第三分支气管连通的第三苏玛罐和与第四分支气管连通的第四苏玛罐。

所述主气管上还设置有用于采集所有速段的汽车尾气的第五分支气管，第五分支气管上连通有第五苏玛罐，第五苏玛罐与第五分支气管之间也设置有与控制器控制信号连接的电磁阀。

所述主气管上沿其长度方向间隔设置有第一四通接头、第二四通接头和三通接头，各分支气管对应连接于各接头的自由接口上。

所述第一四通接头、第二四通接头、三通接头以及各电磁阀均采用硅烷化处理防止其对voc产生吸附。

所述装置架下方设置有供各苏玛罐放置的支撑板，支撑板通过伸缩架连接于装置架上。

所述主气管和各分支气管均采用聚四氟乙烯材质，防止各气管对voc产生吸附作用。

本发明的一种使用上述汽车尾气voc分阶段自动采集装置的采集方法采用如下技术方案：一种使用上述汽车尾气voc分阶段自动采集装置的采样方法，包以下步骤：

1）将整个装置连接于实验汽车的尾气采集管上，通过控制器控制主气管上的进气阀关闭，控制主气管上的出气阀打开，并控制各分支气管上的电磁阀均关闭，控制抽气泵启动，将主气管及分支气管中的空气抽出，然后关闭主气管上的出气阀以及抽气泵。

2）实验用汽车按照相应的速度工况要求运行，有尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开相应分支气管上的电磁阀，由相应的苏玛罐对相应速段的汽车尾气进行采样收集。

3）采样结束后，控制关闭相应分支气管上的电磁阀，然后手动关闭相应苏玛罐的阀门，完成一次汽车尾气voc试验的尾气采样。

所述分支气管的数量为四个，分支气管包括第一分支气管、第二分支气管、第三分支气管和第四分支气管分别用于吸入低速段的汽车尾气、中速段的汽车尾气、高速段的汽车尾气和超高速段的汽车尾气，苏玛罐包括与第一分支气管连通的第一苏玛罐、与第二分支气管连通的第二苏玛罐、与第三分支气管连通的第三苏玛罐和与第四分支气管连通的第四苏玛罐；在步骤2）中，有尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开第一分支气管上的电磁阀，由第一苏玛罐进行低速段的汽车尾气的第一阶段采样收集，当第一阶段采样收集结束后，控制关闭第一分支气管上的电磁阀，同时控制打开第二分支气管上的电磁阀，由第二苏玛罐进行中速段的汽车尾气的第二阶段采样收集，当第二阶段采样收集结束后，控制关闭第二分支气管上的电磁阀，同时控制打开第三分支气管上的电磁阀，由第三苏玛罐进行高速段的汽车尾气的第三阶段采样收集，当第三阶段采样收集结束后，控制关闭第三分支气管上的电磁阀，同时控制打开第四分支气管上的电磁阀，由第四苏玛罐进行超高速段的汽车尾气的第四阶段采样收集，当第四阶段采样收集结束后，控制关闭第四分支气管上的电磁阀，然后手动关闭各苏玛罐的阀门，完成一次汽车尾气voc试验的尾气分阶段采样。

所述主气管上还设置有第五分支气管，第五分支气管上连接有第五苏玛罐，第五苏玛罐与第五分支气管之间也设置有与控制器控制信号连接的电磁阀；在步骤2）中，在尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开第五分支气管上的电磁阀，由第五苏玛罐进行超高速段的汽车尾气的全阶段采样收集，当第四阶段采样收集结束后，控制器控制关闭第四分支气管上的电磁阀的同时控制关闭第五分支气管上的电磁阀。

本发明的有益效果：实验用汽车按照相应的速度工况要求运行，先由控制器控制支气管上的进气阀打开，出气阀打开以及抽气泵打开进行对尾气管路系统抽真空处理，将管路内的空气抽出，使管路接近真空状态，控制关闭出气阀；当实验用汽车有尾气开始产生时，控制器内预设有各个电磁阀启闭的时间段，通过控制各电磁阀的启闭开控制相应的苏玛罐对各阶段尾气进行采样收集。可以实现对汽车尾气排放voc的分阶段自动采集，避免了现有技术中手动采集导致采样之间相互污染造成测试结果不准确的问题。

附图说明

图1是本发明的一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置的一个实施例中的结构示意图；

图2是图1中尾气管路系统的结构示意图；

图3是图1中一个苏玛罐的结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种汽车尾气voc分阶段自动采集装置的实施例，如图1-图3所示，包括装置架2，装置架2上设置有尾气管路系统和尾气采集系统，该自动采集装置还包括控制系统。尾气管路系统包括用于与汽车尾气管连通的主气管3，主气管3上设置有进气阀4和出气阀5，主气管3上于进气阀4和出气阀5之间设置有第一分支气管19、第二分支气管20、第三分支气管21和第四分支气管22分别用于吸入低速段的汽车尾气、中速段的汽车尾气、高速段的汽车尾气和超高速段的汽车尾气。主气管3上还设置有用于采集所有速段的汽车尾气的第五分支气管23。本实施例中主要是针对wltc的工况要求为例进行说明的，在对于其他测试要求标准时分支气管的数量也可以根据要求进行增减，例如对于nedc的工况要求，需要两个速度工况条件以及全速段的尾气采集，此时需要三个分支气管和三个苏玛罐。本实施例中各分支气管与主气管之间螺栓连接以实现可拆连接。

主气管3上沿其长度方向间隔设置有第一四通接头6、第二四通接头7和三通接头8，各分支气管对应连接于各接头的自由接口上。尾气采集系统包括连通于各分支气管上的用于采集对应速段的汽车尾气的苏玛罐，苏玛罐包括与第一分支气管19连接的第一苏玛罐9、与第二分支气管20连接的第二苏玛罐10、与第三分支气管21连接的第三苏玛罐11、与第四分支气管22连接的第四苏玛罐12和第五分支气管23连接的第五苏玛罐13。各苏玛罐与对应的分支气管之间均设置有电磁阀，电磁阀包括第一电磁阀24、第二电磁阀28、第三电磁阀29、第四电磁阀30和第五电磁阀31。主气管3上于出气阀5的下游设置有抽气泵18。控制系统包括与进气阀4、出气阀5、各电磁阀和抽气泵18均控制信号连接的控制器16。

第一四通接头6、第二四通接头7、三通接头8以及各电磁阀均采用硅烷化处理防止其对voc产生吸附。主气管3和各分支气管均采用聚四氟乙烯材质，防止各气管对voc产生吸附作用。主气管与各接头之间以及各分支气管与各接头之间均通过石墨密封圈密闭连接。控制器16通过无线信号或控制线远程连接有上位机17，可以实现远程控制操作。装置架2下方设置有供各苏玛罐放置的支撑板14，支撑板14通过伸缩架15连接于装置架上，可以实现苏玛罐高度的调节以使苏玛罐位置合适的高度位置。以第一苏玛罐为例进行说明，如图3所示，苏玛罐自带有阀门27，第一苏玛罐的阀门27上设置有限流阀26，限流阀26通过采样短管25与第一分支气管19上的第一电磁阀24连通。

为方便说明，现采用《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》中ⅰ型试验所采用的全球轻型车统一测试循环（wltc）进行说明。wltc规定了持续589秒的低速段即第一阶段；持续433秒的中速段即第二阶段；持续455秒的高速段即第四阶段；持续323秒的超高速段即第四阶段以及全阶段，因此尾气分段采样就按照这四个阶段以进行。

本发明的自动采集装置在使用时，将整个装置连接于实验汽车1的尾气管上，实验用汽车按照相应的速度工况要求运行，速度工况的要求在《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》中有相应的要求，此处不再详述。上述标准只是对各阶段的实验汽车的速度工况以及采集时间做了要求，并没有规定必须采集够四个阶段和试样以及全阶段的试样，本发明中为了更好的进行实验研究，而进行多阶段的采样分析。

首先通过控制器16控制主气管上的进气阀4关闭，控制主气管3上的出气阀5打开，并控制各分支气管上的电磁阀均关闭，控制抽气泵18启动，将主气管及分支气管中的空气抽出，然后关闭主气管上的出气阀以及抽气泵，对尾气管路系统进行抽真空处理，在进行抽真空处理时，各苏玛罐上自带的阀门不打开，因为苏玛罐内部本身就具有-3mpa的压力。实验用汽车按照相应的速度工况要求运行，有尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开第一分支气管上的第一电磁阀24及第五分支气管上的第五电磁阀31，由第一苏玛罐进行低速段的汽车尾气的第一阶段采样收集，同时第五苏玛罐也可以采样收集。当进行至589秒时即第一阶段采样收集结束，控制关闭第一分支气管上的第一电磁阀，同时控制打开第二分支气管上的第二电磁阀28，由第二苏玛罐进行中速段的汽车尾气的第二阶段采样收集，当进行至1022秒时即第二阶段采样收集结束，控制关闭第二分支气管上的第二电磁阀，同时控制打开第三分支气管上的第三电磁阀29，由第三苏玛罐进行高速段的汽车尾气的第三阶段采样收集，当进行至1477秒时即第三阶段采样收集结束，控制关闭第三分支气管上的第三电磁阀，同时控制打开第四分支气管上的第四电磁阀30，由第四苏玛罐进行超高速段的汽车尾气的第四阶段采样收集，当进行至1800秒时即第四阶段采样收集结束，控制关闭第四分支气管上的第四电磁阀，同时控制关闭第五分支气管上的第五电磁阀31，然后手动关闭各苏玛罐的阀门，完成一次汽车尾气voc试验的尾气分阶段采样。

本发明的一种使用上述汽车尾气voc分阶段自动采集装置的采集方法，包括以下步骤：

1）将整个装置连接于实验汽车的尾气采集管上，通过控制器控制主气管上的进气阀关闭，控制主气管上的出气阀打开，并控制各分支气管上的电磁阀均关闭，控制抽气泵启动，将主气管及分支气管中的空气抽出，然后关闭主气管上的出气阀以及抽气泵。

2）实验用汽车按照相应的速度工况要求运行，有尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开相应分支气管上的电磁阀，由相应的苏玛罐对相应速段的汽车尾气进行采样收集。

3）采样结束后，控制关闭相应分支气管上的电磁阀，然后手动关闭相应苏玛罐的阀门，完成一次汽车尾气voc试验的尾气采样。

分支气管的数量为四个，分支气管包括第一分支气管、第二分支气管、第三分支气管和第四分支气管分别用于吸入低速段的汽车尾气、中速段的汽车尾气、高速段的汽车尾气和超高速段的汽车尾气，苏玛罐包括与第一分支气管连通的第一苏玛罐、与第二分支气管连通的第二苏玛罐、与第三分支气管连通的第三苏玛罐和与第四分支气管连通的第四苏玛罐；在步骤2）中，有尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开第一分支气管上的电磁阀，由第一苏玛罐进行低速段的汽车尾气的第一阶段采样收集，当第一阶段采样收集结束后，控制关闭第一分支气管上的电磁阀，同时控制打开第二分支气管上的电磁阀，由第二苏玛罐进行中速段的汽车尾气的第二阶段采样收集，当第二阶段采样收集结束后，控制关闭第二分支气管上的电磁阀，同时控制打开第三分支气管上的电磁阀，由第三苏玛罐进行高速段的汽车尾气的第三阶段采样收集，当第三阶段采样收集结束后，控制关闭第三分支气管上的电磁阀，同时控制打开第四分支气管上的电磁阀，由第四苏玛罐进行超高速段的汽车尾气的第四阶段采样收集，当第四阶段采样收集结束后，控制关闭第四分支气管上的电磁阀，然后手动关闭各苏玛罐的阀门，完成一次汽车尾气voc试验的尾气分阶段采样。

主气管上还设置有第五分支气管，第五分支气管上连接有第五苏玛罐，第五苏玛罐与第五分支气管之间也设置有与控制器控制信号连接的电磁阀；在步骤2）中，在尾气开始产生时，控制器控制主气管上的进气阀打开，同时控制打开第五分支气管上的电磁阀，由第五苏玛罐进行超高速段的汽车尾气的全阶段采样收集，当第四阶段采样收集结束后，控制器控制关闭第四分支气管上的电磁阀的同时控制关闭第五分支气管上的电磁阀。

最后需要说明的是：以上所述实施案例仅用于装置的使用说明，而并非是对本发明的技术的限定，任何对本发明技术特征所做的等同替换或相应改进，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。