本實(shí)用新型屬于汽車(chē)尾氣排放污染與控制領(lǐng)域中的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣檢測(cè)所需的尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)，涉及一種汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)，大氣污染形勢(shì)變得日益嚴(yán)峻，霧霾天氣頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活和人類(lèi)的健康。私家車(chē)、多種行業(yè)運(yùn)輸車(chē)和公共車(chē)輛的數(shù)量大幅增加，使得機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量急劇增加，對(duì)大氣環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重。尤其是城市中機(jī)動(dòng)車(chē)顆粒物的排放是導(dǎo)致霧霾現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)住Ｆ蛙?chē)的占有量遠(yuǎn)大于柴油車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)及電動(dòng)車(chē)，作為顆粒物污染源之一的汽車(chē)尾氣，汽油車(chē)的排放有直接關(guān)系。

雖然GB 18352.5—2013中，對(duì)于輕型汽車(chē)污染物顆粒物質(zhì)量排放測(cè)量和粒子數(shù)量排放測(cè)量給出了推薦系統(tǒng)，但由于采樣和檢測(cè)設(shè)備、技術(shù)和方法的缺乏，目前對(duì)汽車(chē)尾氣排放顆粒物的情況一直無(wú)法細(xì)分和量化，更缺乏一種適合汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物實(shí)時(shí)檢測(cè)的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種可實(shí)時(shí)檢測(cè)不同排量汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放的不同粒徑范圍的顆粒物質(zhì)量濃度M(D)、數(shù)量濃度N(D)、與顆粒物形成轉(zhuǎn)化有關(guān)的其他尾氣排放污染物(CO、CxHy、NO_X、SO₂)的濃度M(x)、以及被測(cè)尾氣充入所設(shè)計(jì)的恒溫恒濕測(cè)量室的物理狀態(tài)，其中包括溫度T、濕度R、壓力值P的系統(tǒng)。并以此系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)定檢測(cè)車(chē)輛尾氣排放顆粒物情況，及估算行駛里程排放的顆粒物。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案及工作原理是：所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)由尾氣檢測(cè)部分和后處理部分兩部分組成。所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)尾氣檢測(cè)部分由稀釋空氣預(yù)處理管路、尾氣預(yù)處理管路和混合稀釋測(cè)量管路三條管路組成。

所述的稀釋空氣預(yù)處理管路由空氣入口、自動(dòng)排水油水分離器、過(guò)濾器、油霧分離器、干燥器、第一溫度調(diào)節(jié)器、空氣穩(wěn)流器、流量控制閥、調(diào)壓閥、穩(wěn)壓器、第一流量計(jì)和截止閥組成?？諝夥€(wěn)流器內(nèi)部設(shè)置溫度測(cè)量表、濕度測(cè)量表及壓力測(cè)量表。完成空氣的過(guò)濾、干燥、調(diào)溫，進(jìn)行流量控制和穩(wěn)流，及壓力的控制和穩(wěn)壓，使得空氣成為具有規(guī)定條件的可以稀釋尾氣的清潔空氣。實(shí)現(xiàn)是否向混合稀釋器輸入空氣可控。

所述的尾氣預(yù)處理管路由尾氣入口、加熱器、第二溫度調(diào)節(jié)器、第二流量計(jì)、預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器和截止閥組成。預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器內(nèi)部設(shè)置壓力測(cè)量表、濕度測(cè)量表及溫度測(cè)量表。完成汽油機(jī)汽車(chē)尾氣調(diào)溫，并進(jìn)行流量、壓力、溫度、濕度測(cè)定。實(shí)現(xiàn)是否輸入尾氣可控。

所述的混合稀釋測(cè)量管路由混合稀釋器、恒溫恒濕測(cè)量室、第二流量計(jì)、真空泵、兩個(gè)單向閥和兩個(gè)截止閥組成。恒溫恒濕測(cè)量室采用膠囊型，內(nèi)部設(shè)置壓力測(cè)量表、濕度測(cè)量表、溫度測(cè)量表、顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量表、顆粒物數(shù)量濃度測(cè)量表及汽車(chē)排放尾氣成分測(cè)量?jī)x表。完成清潔空氣與預(yù)處理尾氣的混合稀釋?zhuān)拔矚馀欧蓬w粒物的測(cè)量。并將完成一次檢測(cè)的工作管路氣體抽干凈，為下一次檢測(cè)做準(zhǔn)備。

所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)后處理部分由信號(hào)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字式指示器組成。完成檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)轉(zhuǎn)化和顯示表達(dá)。

本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案的有益效果是：第一，測(cè)得數(shù)據(jù)全面，可同時(shí)檢測(cè)不同粒徑范圍顆粒物質(zhì)量濃度、數(shù)量濃度及與顆粒物形成轉(zhuǎn)化有關(guān)的其他尾氣排放污染物濃度，測(cè)量尾氣顆粒物粒徑范圍劃分更細(xì)，可從數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度二者之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明尾氣顆粒物排放情況，由測(cè)量結(jié)果估計(jì)該檢測(cè)車(chē)輛尾氣排放到大氣中發(fā)生反應(yīng)生成二次污染物中顆粒物情況；第二，恒溫恒濕測(cè)量室采用膠囊型，可使發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣收集能在最短時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，檢測(cè)精度高；第三，分有兩種測(cè)量模式，稀釋測(cè)量模式和直接測(cè)量模式，對(duì)比稀釋后和不進(jìn)行稀釋處理檢測(cè)結(jié)果的差異，可以進(jìn)行很多之前無(wú)法進(jìn)行的研究；第四，不需要顆粒物切分器，也不需要更換濾紙，只需定時(shí)清零，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排氣，檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體積合理，減少了測(cè)量系統(tǒng)所占的空間，精確且可重復(fù)的檢測(cè)；第五，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示被測(cè)汽車(chē)尾氣排放顆粒物情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)估算以不同車(chē)速下行駛里程排放的顆粒物。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

附圖1是本實(shí)用新型的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)框圖；

附圖2是本實(shí)用新型的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)原理圖；

附圖3是本實(shí)用新型的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)工作原理框圖；

附圖4是本實(shí)用新型的恒溫恒濕測(cè)量室內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

附圖5是本實(shí)用新型的恒溫恒濕測(cè)量室形狀示意圖；

圖中，1為空氣入口；2為自動(dòng)排水油水分離器；3為過(guò)濾器；4為油霧分離器；5為干燥器；6為第一溫度調(diào)節(jié)器；7為流量控制閥；8為調(diào)壓閥；9為穩(wěn)壓器；10第一流量計(jì)；11為第一截止閥；12為尾氣入口；13第二截止閥；14為加熱器；15為第二溫度調(diào)節(jié)器；16第二流量計(jì)；17為第一單向閥；18第三截止閥；19為第三流量計(jì)；20為第二單向閥；21第四截止閥；22為真空泵；23為第一溫度測(cè)量表；24為第一濕度測(cè)量表；25為第一壓力測(cè)量表；26為第二壓力測(cè)量表；27為第二濕度測(cè)量表；28為第二溫度測(cè)量表；29為第三壓力測(cè)量表；30為第三濕度測(cè)量表；31為第三溫度測(cè)量表；32為顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量表；33為顆粒物數(shù)量濃度測(cè)量表；34為汽車(chē)排放尾氣成分測(cè)量?jī)x表；35，36，37，38，39，40為輸出信號(hào)；41為信號(hào)轉(zhuǎn)換器；42為數(shù)字式指示器；43為空氣穩(wěn)流器；44為預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器；45為混合稀釋器；46為恒溫恒濕測(cè)量室。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整地描述。

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)由尾氣檢測(cè)部分和后處理部分兩部分組成；所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)尾氣檢測(cè)部分又由稀釋空氣預(yù)處理管路、尾氣預(yù)處理管路和混合稀釋測(cè)量管路三條管路組成，完成尾氣的混合稀釋及顆粒物測(cè)量，并自動(dòng)排氣；所述的后處理部分由信號(hào)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字式指示器組成。完成檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)轉(zhuǎn)化和顯示表達(dá)。

顯示的內(nèi)容包括：顆粒物質(zhì)量濃度M(D)、數(shù)量濃度N(D)、污染物CO、C_xH_y、NO_x、SO₂的濃度、以及被測(cè)尾氣溫度T、濕度R、壓力值P和里程排放的顆粒物質(zhì)量濃度S(D_m)、數(shù)量濃度S(D_n)。

所述的后處理部分中以下公式估算以不同車(chē)速下行駛里程排放的顆粒物：

$S\left(D_m\right)=\frac{Q_P\·\frac{n}{2}\·60}{v}\·M\left(D\right)\·{10}^{-3}$

$S\left(D_n\right)=\frac{Q_P\·\frac{n}{2}\·60}{v}\·N\left(D\right)\·{10}^{-3}$

式中:S(D_m)為顆粒物里程質(zhì)量濃度，μg/Km；S(D_n)為顆粒物里程數(shù)量濃度，Counts/Km；Q_P為汽車(chē)排量，L；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；v為車(chē)速，Km/h；M(D)為顆粒物質(zhì)量濃度，μg/m³；N(D)為顆粒物數(shù)量濃度，Counts/m³。

結(jié)合圖2、圖3所示，本實(shí)用新型所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)用來(lái)稀釋尾氣的空氣由空氣入口1進(jìn)入稀釋空氣預(yù)處理管路，先經(jīng)過(guò)自動(dòng)排水油水分離器2，將空氣中的水分、油分和灰塵進(jìn)行分離從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的初步凈化；再經(jīng)過(guò)濾器3，分離水分，過(guò)濾雜質(zhì)；利用油霧分離器4分離掉過(guò)濾器難以分離掉的0.3～5μm氣溶膠油粒子及大于0.3μm的銹末、炭粒等；最后干燥器5，進(jìn)一步清除初步進(jìn)化后任含有的水蒸氣，完成稀釋空氣的過(guò)濾干燥。

經(jīng)過(guò)過(guò)濾干燥的清潔空氣經(jīng)第一溫度調(diào)節(jié)器6調(diào)溫后流入空氣穩(wěn)流器43，空氣穩(wěn)流器43內(nèi)部的第一壓力測(cè)量表25測(cè)量清潔空氣初始?jí)毫?，反饋到調(diào)壓閥8；第一濕度測(cè)量表24測(cè)量清潔空氣干燥后濕度，反饋到第一溫度調(diào)節(jié)器6；第一溫度測(cè)量表23測(cè)量清潔空氣溫度，反饋到第一溫度調(diào)節(jié)器6。由空氣穩(wěn)流器43流出的空氣經(jīng)流量控制閥7控制流量，經(jīng)調(diào)壓閥8調(diào)節(jié)壓力，后需穩(wěn)壓器9穩(wěn)壓，經(jīng)過(guò)第一流量計(jì)10測(cè)定輸出流量，第一截止閥11由檢測(cè)線(xiàn)路狀態(tài)控制開(kāi)閉，以截止向混合稀釋器輸入空氣。

汽車(chē)尾氣由取樣管引流經(jīng)尾氣入口12流入，尾氣中的水蒸氣會(huì)發(fā)生液化，尾氣的濕度增大，會(huì)造成顆粒物的檢測(cè)值與實(shí)際值則有所偏差。為了保證尾氣的溫度和濕度，系統(tǒng)先采用加熱器14對(duì)尾氣進(jìn)行加熱；后由第二溫度調(diào)節(jié)器15調(diào)溫；加熱尾氣充入測(cè)尾氣穩(wěn)流器44，其內(nèi)部設(shè)置第二壓力測(cè)量表26測(cè)量尾氣初始?jí)毫?，該壓力值決定調(diào)壓閥8的調(diào)節(jié)稀釋空氣的壓力；第二濕度測(cè)量表27測(cè)量尾氣進(jìn)入預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器44后濕度值，濕度值反饋到加熱器14；第二溫度測(cè)量表28測(cè)溫，反饋到第二溫度調(diào)節(jié)器15。第二流量計(jì)16測(cè)量由預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器44流出預(yù)處理尾氣流量，該流量值決定流量控制閥的控制稀釋空氣的流量。第二截止閥13控制是否輸入尾氣以及在檢測(cè)完成后需要進(jìn)行排氣時(shí)封閉管路。

為了保證稀釋精度，稀釋后氣體流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)保持恒定，檢測(cè)部位應(yīng)取在空氣和尾氣充分混合之后的地方?；旌舷♂屍?5就是用來(lái)使稀釋空氣預(yù)處理管路的清潔空氣與尾氣預(yù)處理管路的預(yù)處理尾氣在進(jìn)行檢測(cè)前以定稀釋比稀釋?zhuān)鶆蚧旌系?；待測(cè)尾氣混合均勻后流經(jīng)第一單向閥17入系統(tǒng)總工作室—恒溫恒濕測(cè)量室46，待第三流量計(jì)19示數(shù)穩(wěn)定，表示待測(cè)尾 氣已均勻充滿(mǎn)測(cè)量室，此時(shí)測(cè)量室內(nèi)部設(shè)置的第三壓力測(cè)量表29、第三濕度測(cè)量表30、第三溫度測(cè)量表31、顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量表32、顆粒物數(shù)量濃度測(cè)量表33及汽車(chē)排放尾氣成分測(cè)量?jī)x表34開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，他們分別輸出信號(hào)35、輸出信號(hào)36、輸出信號(hào)37、輸出信號(hào)38、輸出信號(hào)39及輸出信號(hào)40經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器41轉(zhuǎn)化信號(hào)，由數(shù)字式指示器42顯示檢測(cè)所得數(shù)據(jù)，檢測(cè)完成。

檢測(cè)完成后，被測(cè)尾氣出恒溫恒濕測(cè)量室46分兩條氣道，其中一條氣道設(shè)置第三截止閥18后接第三流量計(jì)19測(cè)定從流出恒溫恒濕測(cè)量室46混合器流量值，第二單向閥20防止外部空氣倒流入測(cè)量室；另一條氣道經(jīng)第四截止閥21連接真空泵22。

系統(tǒng)工作，第一截止閥11、第二截止閥13和第三截止閥18不截流，第四截止閥21截流；檢測(cè)完畢，第一截止閥11、第二截止閥13和第三截止閥18截流，第四截止閥21不截流，空氣源停止輸入空氣，尾氣預(yù)處理管路和混合稀釋測(cè)量管路呈封閉空間，由真空泵將檢測(cè)尾氣抽干凈，管路為真空狀態(tài)，為下一輛檢測(cè)車(chē)做準(zhǔn)備，防止上一輛車(chē)影響下一輛車(chē)的檢測(cè)值，造成誤差。

本實(shí)用新型所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)分有兩種測(cè)量模式，稀釋測(cè)量模式和直接測(cè)量模式。如圖2所述過(guò)程即為完整的稀釋測(cè)量模式，直接測(cè)量模式區(qū)別于稀釋測(cè)量模式便在于對(duì)排氣不進(jìn)行稀釋?zhuān)椿旌舷♂寽y(cè)量管路不工作，如圖3中虛線(xiàn)框內(nèi)工作工程。

由尾氣預(yù)處理管路第二流量計(jì)16測(cè)得的流量值Q₁和預(yù)處理尾氣穩(wěn)流器44內(nèi)部設(shè)置的第二壓力測(cè)量表26測(cè)量的壓力值P₁，輸出反饋信號(hào)，控制稀釋空氣預(yù)處理管路的流量控制閥7和調(diào)壓閥8，調(diào)壓閥8調(diào)節(jié)清潔空氣壓力P₂，流量控制閥7控制進(jìn)入清潔空氣流量Q₂，由此得稀釋比：

$q=\frac{Q_1}{Q_1+Q_2}\·100\%$

式中：q為稀釋比；Q₁為尾氣預(yù)處理管路流量，m³/h；Q₂為稀釋空氣預(yù)處理管路流量，m³/h。

本實(shí)用新型所述的汽油機(jī)汽車(chē)尾氣排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)稀釋比為10～15％。

如圖4、圖5所示，本實(shí)用新型所述的恒溫恒壓測(cè)量室采用膠囊型。設(shè)計(jì)時(shí)利用相關(guān)軟件對(duì)不同形狀檢測(cè)裝置進(jìn)行內(nèi)部流暢模擬分析，對(duì)比形狀、容積、出入口位置、輸入流量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣收集及檢測(cè)效果的影響。選取了膠囊型為收集裝置形狀，后再在收集裝置中挑選最佳位置布置第三壓力測(cè)量表29、第三濕度測(cè)量表30、第三溫度測(cè)量表31、顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量表32、顆粒物數(shù)量濃度測(cè)量表33及汽車(chē)排放尾氣成分測(cè)量?jī)x表34，使得系統(tǒng)能夠快速且準(zhǔn)確的檢測(cè)出機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中顆粒物的濃度。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本實(shí)用新型不限于上述具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的而不是限定性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不違背本實(shí)用新型宗旨及權(quán)利要求的前提下，可以做出多種類(lèi)似的表示，這樣的變換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。