RU2525051C1 - Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases - Google Patents
Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525051C1 RU2525051C1 RU2013109604/06A RU2013109604A RU2525051C1 RU 2525051 C1 RU2525051 C1 RU 2525051C1 RU 2013109604/06 A RU2013109604/06 A RU 2013109604/06A RU 2013109604 A RU2013109604 A RU 2013109604A RU 2525051 C1 RU2525051 C1 RU 2525051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- suspension
- particles
- internal combustion
- combustion engine
- exhaust gases
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 230000003562 morphometric effect Effects 0.000 description 2
- 238000013425 morphometry Methods 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N Benz[a]pyrene Chemical class C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000006079 antiknock agent Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004896 high resolution mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению и может найти применение для измерения параметров, характеризующих качественный, количественный и размерный параметры взвесей выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to instrumentation and may find application for measuring parameters characterizing the qualitative, quantitative and dimensional parameters of the suspension of exhaust gases of internal combustion engines (ICE).
Известен способ измерения дымности выхлопных газов (см. SU №1203410, кл. G01N 21/53, 1983), предусматривающий ввод газов в дымомер, содержащий расположенные последовательно источник света, измерительный канал, фотоприемник и регистрирующее устройство.A known method for measuring exhaust smoke (see SU No. 1203410, class G01N 21/53, 1983), providing for the introduction of gases into the smoke meter containing sequentially located light source, a measuring channel, a photodetector and a recording device.
Недостатком прототипа является повышенный расход энергии на обеспечение работы источника сжатого воздуха и увеличенный расход материалов из-за громоздкости конструкции (наличие дополнительного патрубка вывода отработавших газов).The disadvantage of the prototype is the increased energy consumption for ensuring the operation of a source of compressed air and increased consumption of materials due to the bulkiness of the structure (the presence of an additional exhaust pipe).
Согласно Правилам ЕЭК ООН №49 введено нормирование выбросов углеродных соединений, возникающих в результате крекинга топлива и масел при такте сгорания в цилиндрах ДВС. Установлено, что на этих соединениях адсорбируются тяжелые ароматические углеводороды и канцерогенные бенз(а)пирены. Правила предусматривают оценку количества видимых (сажа) и невидимых визуально частиц выбросов. В качестве средств контроля токсичности ВГ ДВС для анализа СО используются газоанализаторы недисперсного типа с поглощением инфракрасной части спектра, углеводородов СН - газоанализаторы пламенно-ионизационного типа, окисей азота NOX, - газоанализаторы хемилюминесцентного типа, а для определения видимых (сажа) и невидимых частиц применяется примитивный процесс фильтрации пробы ВГ через бумажные или тканевые фильтры, которые взвешиваются на коромысловых весах до и после проведения такого «анализа» (Болбас М.М. и др. «Транспорт и окружающая среда», Минск, 2004).According to UNECE Regulation No. 49, a standardization of emissions of carbon compounds resulting from cracking of fuels and oils during a combustion stroke in ICE cylinders has been introduced. It was found that heavy aromatic hydrocarbons and carcinogenic benzo (a) pyrenes are adsorbed on these compounds. The rules provide an estimate of the amount of visible (soot) and visually invisible emission particles. As a means of controlling the toxicity of the internal combustion engine of internal combustion engines, non-dispersed gas analyzers with absorption of the infrared part of the spectrum are used for hydrocarbon analysis, CH hydrocarbons are used for flame-ionization type gas analyzers, NO X nitrogen oxides, and chemiluminescent gas analyzers are used, and it is used to determine visible (soot) and invisible particles the primitive process of filtering the SH sample through paper or fabric filters that are weighed on a balance beam before and after such an “analysis” (Bolbas M. et al. “Transport and surroundings th environment ", Minsk, 2004).
Недостаток такого технического решения - техническая сложность и высокая стоимость технологического оборудования для контроля токсичности выбросов при недостаточной его эффективности, поскольку определяются только четыре из двух-трех сотен компонентов, которые вмещают ВГ, по-видимому, является следствием метрологической несовместимости величин, которые измеряются, и применения аналитической аппаратуры и технологий, предназначенных для анализов настоящих газов и жидкостей, а не сложной физико-химической среды с содержанием коллоидных и золевых частиц разных веществ, содержащихся в ВГ ДВС.The disadvantage of this technical solution is the technical complexity and high cost of technological equipment for monitoring the toxicity of emissions with insufficient efficiency, since only four out of two or three hundred components that contain the SH are determined, apparently, is the result of metrological incompatibility of the quantities that are measured, and the use of analytical equipment and technologies designed for the analysis of real gases and liquids, and not a complex physical and chemical environment containing colloid s and the sol particles of different substances contained in the SH ICE.
Известен также способ замеров параметров выхлопных газов ДВС, включающий отбор газов в пробоотборник и последующий анализ материала пробы с применением технического средства (RU №2326361, G01M 15/10, 2008). При этом, в качестве технического средства используют оптический прибор для определения содержания взвесей в газовой среде и газоанализатор. Задачей известного способа является измерение дымности и токсичности выхлопных газов ДВС.There is also known a method of measuring the parameters of the exhaust gases of the internal combustion engine, including the selection of gases in the sampler and the subsequent analysis of the sample material using technical means (RU No. 23266361, G01M 15/10, 2008). At the same time, an optical device for determining the content of suspended matter in a gaseous medium and a gas analyzer are used as a technical means. The objective of the known method is to measure the smoke and toxicity of the exhaust gases of the internal combustion engine.
Недостаток такого технического решения - отсутствие возможности определения вещественного состава твердых частиц в составе выхлопных газов, а также отсутствие возможности определения распределения этих частиц по размерам и по форме.The disadvantage of this technical solution is the inability to determine the material composition of solid particles in the exhaust gas, as well as the inability to determine the distribution of these particles in size and shape.
Задача изобретения - определение возможности определения вещественного состава твердых частиц в составе выхлопных газов, и достоверное-распределение этих частиц по размерам и по форме.The objective of the invention is to determine the possibility of determining the material composition of solid particles in the exhaust gas, and reliable distribution of these particles in size and shape.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности исследования характеристик частиц, содержащихся в выхлопных газах ДВС (автомобильных взвесях), новейших методов изучения твердых частиц - лазерной гранулометрии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Суспензия выхлопных газов является крайне информативным объектом для получения данных с высокой достоверностью по гранулометрическому и элементному составу твердых нано- и микрочастиц, выделяемых в атмосферу в процессе работы двигателя внутреннего сгорания, позволяя также оценить качественный состав выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на предмет наличия катионов металлов методом масс-спектрометрии. Особым достоинством способа является возможность выявления и анализа нанодисперсных и микродисперсных твердых частиц (широко известно, что наибольшей опасностью обладают частицы с диаметром менее 10 мкм), содержащихся в выхлопных газах.The technical result that manifests itself in solving this problem is expressed in the possibility of studying the characteristics of particles contained in the exhaust gases of ICE (automotive suspensions), the latest methods for studying solid particles - laser granulometry and high resolution mass spectrometry. The exhaust gas suspension is an extremely informative object for obtaining data with high reliability on the particle size and elemental composition of solid nano- and microparticles emitted into the atmosphere during the operation of the internal combustion engine, allowing also to evaluate the qualitative composition of the exhaust gases of the internal combustion engine for the presence of metal cations by mass spectrometry. A particular advantage of the method is the ability to identify and analyze nanodispersed and microdispersed solid particles (it is widely known that particles with a diameter of less than 10 microns are most dangerous) contained in exhaust gases.
Решение поставленной задачи достигается тем, что способ замеров параметров выхлопных газов ДВС, включающий отбор газов в пробоотборник и последующий анализ материала пробы с применением технического средства, отличается тем, что пробоотборник изолируют от окружающей среды и размещают в нем порцию дистиллированной воды, при этом формируют суспензию твердых частиц выхлопных газов ДВС, для чего их выпускают в названную порцию воды, причем формирование суспензии начинают после удаления из выхлопной трубы посторонних частиц пыли и сажи, осевших туда за время простоя ДВС, при этом в процессе отбора пробы суспензию перемешивают и стерильным шприцем отбирают объем жидкости около 40 мл, который исследуют на лазерном анализаторе частиц для определения распределения в нем частиц по размерам и по форме, кроме того, проводят вещественный анализ взвесей на световом микроскопе и электронном микроскопе с энергодисперсионным спектрометром.The solution to this problem is achieved in that the method of measuring the parameters of the exhaust gases of the internal combustion engine, including the selection of gases in the sampler and subsequent analysis of the sample material using technical means, is characterized in that the sampler is isolated from the environment and a portion of distilled water is placed in it, and a suspension is formed solid particles of exhaust gases of the internal combustion engine, for which they are released into the named portion of water, and the formation of the suspension begins after removal of foreign particles of dust and soot from the exhaust pipe, the ICE that had been delivered there during the idle time, while in the process of sampling the suspension is mixed and a liquid volume of about 40 ml is taken with a sterile syringe, which is examined on a laser particle analyzer to determine the distribution of particles in it in size and shape, in addition, a material analysis of suspensions on a light microscope and an electron microscope with an energy dispersive spectrometer.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствуют о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed solution with the essential features of analogues and prototype indicate that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."
При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивает решение следующих функциональных задач.Moreover, the features of the characterizing part of the claims provide a solution to the following functional problems.
Признаки «пробоотборник изолируют от окружающей среды и размещают в нем порцию дистиллированной воды» не допускают внешнего загрязнения суспензии материалами, не содержащимися в выхлопных газах ДВС, и обеспечивают возможность улавливания широкого размерного спектра взвесей с формированием из них суспензии. Использование дистиллированной воды исключает возможность искажения результатов содержащимися в недистиллированной воде веществами.The signs “the sampler is isolated from the environment and a portion of distilled water is placed in it” does not allow external contamination of the suspension with materials not contained in the exhaust gases of the internal combustion engine, and provide the ability to capture a wide size spectrum of suspensions with the formation of suspensions. The use of distilled water eliminates the possibility of distortion of the results contained in non-distilled water substances.
Признаки, указывающие, что «формируют суспензию твердых частиц выхлопных газов ДВС», обеспечивают получение материала, пригодного для изучения на лазерном анализаторе частиц (для определения распределения в нем частиц по размерам и по форме) и вещественного анализа взвесей на световом микроскопе и электронном микроскопе с энергодисперсионным спектрометром.Signs indicating that they "form a suspension of solid particles of the internal combustion engine exhaust gases" provide a material suitable for studying on a laser particle analyzer (to determine the distribution of particles in it by size and shape) and material analysis of suspensions using a light microscope and electron microscope with energy dispersive spectrometer.
Признаки, указывающие, что выхлопные газы «выпускают в названную порцию воды», обеспечивают приготовление суспензии твердых частиц выхлопных газов ДВС в воде.Signs indicating that the exhaust gases are “discharged into the named portion of water” provide a suspension of the internal combustion engine particulate matter suspension in water.
Признаки, указывающие, что «формирование суспензии начинают после удаления из выхлопной трубы посторонних частиц пыли и сажи, осевших туда за время простоя ДВС», исключают попадание в состав суспензии посторонних частиц пыли и сажи, осевших в выхлопной трубе за время простоя ДВС и не входящих в состав выхлопных газов ДВС.Signs indicating that “the formation of the suspension begins after removal of extraneous dust and soot particles from the exhaust pipe that settled there during the engine idle time” exclude the ingress of foreign dust and soot particles that have settled in the exhaust pipe during the engine idle time and are not included in the suspension in the exhaust gases of the internal combustion engine.
Признаки, указывающие, что «в процессе отбора пробы суспензию перемешивают и стерильным шприцем отбирают объем жидкости около 40 мл», обеспечивают представительность пробы и количество материала, достаточного для проведения последующего анализа техническими средствами.Signs indicating that “in the process of sampling the suspension is mixed and a liquid volume of about 40 ml is taken with a sterile syringe”, ensure the representativeness of the sample and the amount of material sufficient for subsequent analysis by technical means.
Признаки, указывающие, что пробу «исследуют на лазерном анализаторе частиц для определения распределения в нем частиц по размерам и по форме», обеспечивают возможность получения достоверных сведений о составе микро- и нанодисперсных взвесей.Signs indicating that the sample is "examined on a laser particle analyzer to determine the distribution of particles in it in size and shape", provide the opportunity to obtain reliable information about the composition of micro- and nanodispersed suspensions.
Признаки, указывающие, что «проводят вещественный анализ взвесей на световом микроскопе и электронном микроскопе с энергодисперсионным спектрометром», позволяют получить данные о материальном составе твердых частиц, содержащихся в выхлопных газах ДВС.Signs indicating that “they carry out a material analysis of suspensions using a light microscope and an electron microscope with an energy dispersive spectrometer” allow us to obtain data on the material composition of solid particles contained in the exhaust gases of ICE.
Заявленный способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана Таблица 2 «Морфометрические параметры твердых частиц в суспензии выхлопного газа, определенные с помощью лазерной гранулометрии»; на фиг.2 показана Таблица 3 «Результаты элементного анализа суспензии выхлопного газа»; на фиг.3 показана «Гистограмма размеров частиц и их доли в пробах выхлопа автомобиля VT 2012 дизель 2.0».The claimed method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows Table 2 "Morphometric parameters of solid particles in an exhaust gas suspension determined using laser granulometry"; figure 2 shows Table 3 "the results of the elemental analysis of the suspension of exhaust gas"; figure 3 shows the "Histogram of particle sizes and their shares in the exhaust samples of the car VT 2012 diesel 2.0".
Для получения суспензии выхлопных газов и проведения замеров необходимо следующее оборудование и материалы: пластиковая канистра объемом 20 литров, шланг из поливинилхлорида (длиной 1 м для каждого замера), вода дистиллированная (объем 10 л на каждый замер).To obtain a suspension of exhaust gases and conduct measurements, the following equipment and materials are necessary: a plastic canister with a volume of 20 liters, a hose made of polyvinyl chloride (1 m long for each measurement), distilled water (10 l volume for each measurement).
В качестве технических средств необходимы лазерный анализатор частиц Analysette 22 NanoTech (фирма Fritsch), световой микроскоп Zeiss Discovery VI 2 (Германия) и электронный микроскоп Zeiss Ultra Plus с энергодисперсионным спектрометром. Масс-спектрометр высокого разрешения с индуктивно-связанной плазмой Element XR (фирма Thermo Scientific).As technical equipment, an Analysette 22 NanoTech laser particle analyzer (Fritsch), a Zeiss Discovery VI 2 light microscope (Germany), and a Zeiss Ultra Plus electron microscope with an energy dispersive spectrometer are required. Inductively coupled plasma high resolution mass spectrometer Element XR (Thermo Scientific).
Заявленный способ реализовывался в следующем порядке.The claimed method was implemented in the following order.
1. Двигатель испытуемого автомобиля заводился и работал в течение 1-3 минут для того, чтобы из выхлопной трубы были удалены все посторонние частицы пыли и сажи, осевшие туда за время простоя, занесенные извне.1. The engine of the test vehicle was started and worked for 1-3 minutes so that all extraneous dust particles and soot settled there from outside the exhaust pipe were removed.
2. Затем двигатель глушился и к выхлопной трубе испытуемого автомобиля подсоединялся гибкий шланг, конец которого опускался в объем воды (10 л), размещенный в пластиковой канистре. Чтобы не допустить внешнего загрязнения, канистра сверху герметично закрывалась целлофановой пленкой, предварительно отмытой дистиллированной водой (измеренное нами содержание микроэлементов в дистиллированной воде оказалось статистически не значимым по сравнению с измеренными значениями этих же элементов в суспензии выхлопных газов).2. Then the engine was turned off and a flexible hose was connected to the exhaust pipe of the test vehicle, the end of which fell into the volume of water (10 l) placed in a plastic canister. To prevent external pollution, the canister was hermetically sealed from above with a cellophane film pre-washed with distilled water (the content of trace elements in distilled water that we measured turned out to be statistically insignificant compared to the measured values of the same elements in the exhaust gas suspension).
3. После этого автомобиль заводился, и его двигатель работал на нейтральной скорости в течение 20 минут. Данный временной интервал выбирался с учетом того, что на прогрев двигателя (по показаниям датчика температуры охлаждающей жидкости) отводилось около 10 минут. Далее в режиме холостого хода прогретый двигатель работал оставшиеся 10 минут. Такой временной промежуток работы автомобильного двигателя оказался более чем достаточным, для изучения гранулометрического состава выхлопных газов ДВС автомобилей.3. After that, the car started, and its engine worked at neutral speed for 20 minutes. This time interval was chosen taking into account the fact that about 10 minutes were allotted for engine warming up (according to the readings of the coolant temperature sensor). Then, in idle mode, the warmed-up engine worked for the remaining 10 minutes. This time period of operation of the automobile engine was more than sufficient to study the particle size distribution of the exhaust gases of ICE cars.
По окончанию замеров канистра с дистиллированной водой, через которую пропускались выхлопные газы, герметично закрывалась крышкой и далее направлялась в лаборатории, где из емкости стерильным пластиковым шприцем отбиралась проба объемом 40 мл (перед отбором пробы содержимое канистры тщательно перемешивалось, с использованием вибростола. Далее проба известным образом исследовалась на лазерном анализаторе частиц Analysette 22 NanoTech (фирма Fritsch). Измерения проводились в режиме «nanotec» с установками «carbon/water 20°C».At the end of the measurements, the canister with distilled water through which the exhaust gases passed was hermetically sealed with a lid and then sent to the laboratory, where a 40 ml sample was taken from the container with a sterile plastic syringe (before taking the sample, the contents of the canister were thoroughly mixed using a vibrating table. Further, the known sample was studied on a Analysette 22 NanoTech laser particle analyzer (Fritsch) and was measured in nanotec mode with carbon / water settings of 20 ° C.
Это позволяло в ходе одного измерения устанавливать распределение частиц по размерам, а также определить их форму. Вещественный анализ взвесей производили на световом микроскопе Zeiss Discovery VI 2 (Германия) и электронном микроскопе Zeiss Ultra Plus с энергодисперсионным спектрометром (Германия). Напыление образцов для электронного микроскопа производили золотом.This made it possible in one measurement to establish the distribution of particle sizes, and also to determine their shape. Suspension material analysis was performed using a Zeiss Discovery VI 2 light microscope (Germany) and a Zeiss Ultra Plus electron microscope with an energy dispersive spectrometer (Germany). Electron microscope samples were sprayed with gold.
Примеры реализации способаMethod implementation examples
Для проведения экспериментов согласно классификациям ОН 025270-66 и Классификации Европейской экономической комиссии нами были выбраны наиболее значимые, с точки зрения экологии (по выбросам), и широко представленные в городской среде типы автомобилей (см. табл.1).To conduct experiments according to the classifications OH 025270-66 and the Classification of the Economic Commission for Europe, we have selected the most significant types of cars, which are environmentally significant (in terms of emissions), and are widely represented in the urban environment (see Table 1).
Автомобили 2012 года были любезно предоставлены одним из автосалонов (Приморский край), а автомобили с большим пробегом (более 100000 км) предоставлены авторами и их коллегами. Автомобили заправлялись бензином и дизельным топливом одной марки на заправочной станции одной и той же нефтяной компании.Cars of 2012 were kindly provided by one of the car dealerships (Primorsky Territory), and cars with high mileage (more than 100,000 km) were provided by the authors and their colleagues. Cars were refueled with gasoline and diesel of the same brand at a gas station of the same oil company.
Микроэлементный анализ проб суспензии выхлопных газов и дистиллированной воды проводился на масс-спектрометре высокого разрешения с индуктивно-связанной плазмой Element XR (фирма Thermo Scientific).The trace element analysis of samples of a suspension of exhaust gases and distilled water was carried out on a high-resolution mass spectrometer with inductively coupled plasma Element XR (Thermo Scientific).
Морфометрические параметры твердых частиц в суспензии выхлопного газа определялись с помощью лазерной гранулометрии и представлены на ФИГ.1 (табл.2).The morphometric parameters of the solid particles in the exhaust gas suspension were determined using laser granulometry and are presented in FIG. 1 (table 2).
Известно, что исследованию твердых частиц взвесей с помощью пробоотборников, в которых применяются фильтры, обязательно сопутствует потеря частиц наноразмерной фракции (часть пролетает сквозь поры фильтра или агрегирует, что не позволяет оценить их отдельно). Исследование суспензии выхлопного газа, как способ захвата выхлопных газов жидкостью (в нашем случае, дистиллированной водой), позволяет улавливать и оценивать эту фракцию.It is known that the study of solid particles of suspensions using samplers that use filters is necessarily accompanied by the loss of particles of the nanoscale fraction (part passes through the pores of the filter or aggregates, which does not allow to evaluate them separately). The study of the suspension of exhaust gas, as a way to capture the exhaust gas with a liquid (in our case, distilled water), allows you to capture and evaluate this fraction.
Новейшие исследования показывают, что выхлопы автомобилей, работающих на дизеле, являются более опасными для здоровья людей, в том числе и из-за наличия в них нано- и микрочастиц.The latest research shows that the exhausts of cars running on diesel are more dangerous for human health, including due to the presence of nano- and microparticles in them.
Судя по полученным результатам (табл.3 - ФИГ.2), автомобили, работающие на дизельном топливе, также являются источником наиболее опасных частиц взвесей (размером 10 мкм и меньше). Для большей наглядности на ФИГ.3 приведена гистограмма размеров частиц и их доли в выхлопе автомобиля 2012 года выпуска (!), работающего на дизеле (три фракции: от 100 до 500 нм, от 1 до 5 мкм и от 8 до 16 мкм).Judging by the results obtained (table 3 - FIG. 2), diesel-powered vehicles are also the source of the most dangerous suspended particles (10 microns or less). For greater clarity, FIG. 3 shows a histogram of particle sizes and their shares in the exhaust of a 2012 automobile (!) Running on a diesel engine (three fractions: from 100 to 500 nm, from 1 to 5 μm and from 8 to 16 μm).
Остальные автомобили без пробега (выпуска 2012 г.), судя по полученным результатам, за редким исключением (табл.3), являются источником выброса малоопасных размерных фракций (от 500 до 1000 мкм).The remaining cars without a run (2012 edition), judging by the results obtained, with rare exceptions (Table 3), are a source of emission of low-hazard size fractions (from 500 to 1000 microns).
Частицы металлов в выхлопных газах автомобилей могут попадать в результате:Particles of metals in the exhaust gases of cars can get as a result of:
1) механического износа агрегатов и двигателя,1) mechanical wear of the units and engine,
2) химического (коррозионного) износа агрегатов и двигателя,2) chemical (corrosion) wear of the units and engine,
3) сгорания топлива и моторного масла,3) combustion of fuel and engine oil,
4) попадания воздуха при работе двигателя.4) air ingress during engine operation.
Наиболее весомым источником металлов является двигатель внутреннего сгорания и система выпуска отработанных газов и включает достаточно весомый список из металлов: высоко- и низкоуглеродистые стали, свинца, олова, меди, чугуна, хрома, цинка и других. Вышеприведенные элементы и материалы (сплавы), из которых они изготовлены, вследствие механического износа, коррозионного разрушения, под воздействием кислот образующихся при сгорании топлив и окислении масел, выводятся через систему выпуска отработанных газов и попадают в атмосферу.The most significant source of metals is the internal combustion engine and the exhaust system and includes a fairly substantial list of metals: high and low carbon steels, lead, tin, copper, cast iron, chromium, zinc and others. The above elements and materials (alloys) from which they are made, due to mechanical wear, corrosion damage, under the influence of acids formed during the combustion of fuels and the oxidation of oils, are discharged through the exhaust system and enter the atmosphere.
Моторное масло, помимо того, что является аккумулятором продуктов износа двигателя, само содержит ряд соединений, выступающих в качестве присадок и добавок для повышения эксплуатационных свойств. В их состав входят модификаторы трения или антифрикционные присадки, одним из самых распространенных являются так называемые «реметаллизаторы», содержащие ионы мягких металлов (свинец, медь, серебро). Частицы металлов (ионы), содержащиеся в моторном масле вследствие его естественного угара, смешиваются с отработанными газами и попадают в атмосферу.Motor oil, in addition to being the accumulator of engine wear products, itself contains a number of compounds that act as additives and additives to improve performance. They include friction modifiers or antifriction additives, one of the most common is the so-called “remetallizers” containing soft metal ions (lead, copper, silver). Particles of metals (ions) contained in engine oil due to its natural fumes are mixed with exhaust gases and enter the atmosphere.
Топливо, представляя собой смесь углеводородов и присадок, является одним из наиболее весомых источников металлов, так как при производстве бензинов и дизельного топлива разных марок используют различные присадки, содержащие соединения металлов. Одним из основных видов присадок к топливу являются антидетонаторы (Mn(СО)3(С5Н5), [Ni(CO)(C5H5)b, Fe(C5H5)2 и другие). Эти антидетонаторы образуют твердый нагар на стенках цилиндров и соответственно попадают вместе с выхлопными газами в атмосферу.Fuel, which is a mixture of hydrocarbons and additives, is one of the most significant sources of metals, since various additives containing metal compounds are used in the production of gasoline and diesel fuel of various grades. One of the main types of fuel additives is antiknock (Mn (CO) 3 (C 5 H 5 ), [Ni (CO) (C 5 H 5 ) b , Fe (C 5 H 5 ) 2 and others). These antiknock agents form a hard deposit on the walls of the cylinders and, accordingly, enter the atmosphere together with exhaust gases.
Элементы системы глушителя и каталитических нейтрализаторов также являются источниками металлов в воздухе, так как основные элементы глушителя изготавливают из жаропрочных сплавов на основе железа, никеля, магния, цинка и кобальта, а системы каталитических нейтрализаторов имеют покрытия на основе серебра, платины и иридия. Кроме того, сам корпус нейтрализатора выполнен из нержавеющих сплавов.Elements of the silencer system and catalytic converters are also sources of metals in the air, since the main elements of the silencer are made of heat-resistant alloys based on iron, nickel, magnesium, zinc and cobalt, and the system of catalytic converters have coatings based on silver, platinum and iridium. In addition, the converter housing itself is made of stainless alloys.
Кроме того, источником частиц металлов и минералов является воздух, потребляемый при работе двигателя. Для машин разного объема потребление воздуха составляет десятки литров в час, а объем пыли, попадающий в двигатель, может составлять до 0,05 г/литр воздуха, это связанно с тем, что эффективность воздушного фильтра составляет всего 80-90% в зависимости от его срока службы и качества изготовления. Это имеет значение, так как в воздухе содержится большое количество нано- и микрочастиц металлов как природного, так и техногенного генеза.In addition, the source of particles of metals and minerals is the air consumed during engine operation. For cars of different volumes, air consumption is tens of liters per hour, and the amount of dust entering the engine can be up to 0.05 g / liter of air, this is due to the fact that the efficiency of the air filter is only 80-90%, depending on its service life and workmanship. This is important, since the air contains a large number of nano- and microparticles of metals of both natural and technogenic origin.
Таким образом, суспензия выхлопных газов ДВС (СВГ) является крайне информативным объектом для получения данных с высокой достоверностью по гранулометрическому и элементному составу твердых нано- и микрочастиц, выделяемых в атмосферу в процессе работы двигателя внутреннего сгорания, позволяя также оценить качественный состав выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на предмет наличия катионов металлов методом масс-спектрометрии.Thus, the exhaust gas suspension of the internal combustion engine (SVG) is an extremely informative object for obtaining data with high reliability on the particle size and elemental composition of solid nano- and microparticles emitted into the atmosphere during the operation of the internal combustion engine, allowing also to evaluate the qualitative composition of the exhaust gases of the internal engine combustion for the presence of metal cations by mass spectrometry.
Проведенный анализ суспензии выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания методом лазерной гранулометрии позволяет дать экологическую оценку твердых частиц по степени влияния на здоровье человека. Так широко известно, что наибольшей опасностью обладают частицы с диаметром менее 10 мкм. Мы обнаружили частицы со среднеарифметическим диаметром около 10 мкм в СВГ более 30% изученных автомобилей (5 из 15), что, несомненно, позволяет отнести и бензиновые, и дизельные автомобили к источникам выброса в атмосферу опасных размерных фракций.The analysis of the exhaust gas suspension of an internal combustion engine by laser granulometry allows an environmental assessment of particulate matter by the degree of impact on human health. So it is widely known that particles with a diameter of less than 10 microns have the greatest danger. We found particles with an arithmetic average diameter of about 10 μm in the SVG of more than 30% of the studied cars (5 out of 15), which undoubtedly allows us to attribute both gasoline and diesel cars to sources of emission of dangerous size fractions into the atmosphere.
Также можно отметить, что совокупность двух методов исследования СВГ позволила выявить тот факт, что не только машины с большим пробегом ввиду износа деталей являются большим источником микродисперсных частиц и металлов в атмосферу. Новые автомобили (без пробега) также являются источником не меньшего, а иногда и большего количества тяжелых металлов и микрочастиц.It can also be noted that the combination of two research methods for SHG revealed the fact that not only cars with high mileage, due to wear of parts, are a large source of microdispersed particles and metals into the atmosphere. New cars (without mileage) are also a source of no less, and sometimes more, heavy metals and microparticles.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109604/06A RU2525051C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109604/06A RU2525051C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2525051C1 true RU2525051C1 (en) | 2014-08-10 |
Family
ID=51355195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013109604/06A RU2525051C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525051C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641780C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Method for control of process of heavy fuel combustion in ship diesel in operation |
| WO2019072027A1 (en) * | 2017-10-12 | 2019-04-18 | 天津大学 | Method for detecting electrical properties of individual soot nanoparticles and application thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2278374C2 (en) * | 2004-05-21 | 2006-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Method and device for volt-amperometric analysis and elemental composition |
| RU2326361C2 (en) * | 2006-07-13 | 2008-06-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная Компания "Туламашзавод" | Device for measurement of opacity and toxicity of exhaust gases of internal-combustion engine |
| RU2400734C2 (en) * | 2005-10-06 | 2010-09-27 | Эирбус Дойчланд Гмбх | Method of detecting residual impurities on articles |
| RU2436068C1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method for determination of dispersion composition of aerosol particles in exhaust gases |
| RU2460991C2 (en) * | 2008-10-29 | 2012-09-10 | Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. | Method and apparatus for measuring density |
-
2013
- 2013-03-04 RU RU2013109604/06A patent/RU2525051C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2278374C2 (en) * | 2004-05-21 | 2006-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Method and device for volt-amperometric analysis and elemental composition |
| RU2400734C2 (en) * | 2005-10-06 | 2010-09-27 | Эирбус Дойчланд Гмбх | Method of detecting residual impurities on articles |
| RU2326361C2 (en) * | 2006-07-13 | 2008-06-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная Компания "Туламашзавод" | Device for measurement of opacity and toxicity of exhaust gases of internal-combustion engine |
| RU2460991C2 (en) * | 2008-10-29 | 2012-09-10 | Мицубиси Хэви Индастриз, Лтд. | Method and apparatus for measuring density |
| RU2436068C1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method for determination of dispersion composition of aerosol particles in exhaust gases |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641780C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" | Method for control of process of heavy fuel combustion in ship diesel in operation |
| WO2019072027A1 (en) * | 2017-10-12 | 2019-04-18 | 天津大学 | Method for detecting electrical properties of individual soot nanoparticles and application thereof |
| US10788511B2 (en) | 2017-10-12 | 2020-09-29 | Tianjin University | Method for detecting electrical characteristics of individual soot nanoparticles and application thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kerminen et al. | Characterization of the particulate phase in the exhaust from a diesel car | |
| Chernyshev et al. | Morphologic and chemical composition of particulate matter in motorcycle engine exhaust | |
| Mayer et al. | Metal oxide particle emissions from diesel and petrol engines | |
| Burtscher et al. | A new periodic technical inspection for particle emissions of vehicles | |
| Huyen et al. | Characteristics of chemical components in fine particles (PM2. 5) and ultrafine particles (PM0. 1) in Hanoi, Vietnam: a case study in two seasons with different humidity | |
| Johnson et al. | Remote measurement of diesel locomotive emission factors and particle size distributions | |
| Feo et al. | Laboratory and on-road testing for brake wear particle emissions: a review | |
| RU2525051C1 (en) | Method of measuring parameters of internal combustion engine exhaust gases | |
| Leach | A negative emission internal combustion engine vehicle? | |
| Lin et al. | Filterable PM2. 5, metallic elements, and organic carbon emissions from the exhausts of diesel vehicles | |
| Güney et al. | Microstructure and chemical analysis of NOx and particle emissions of diesel engines | |
| Lakshminarayanan et al. | Estimation of particulate matter from smoke, oil consumption and fuel sulphur | |
| CN113447404A (en) | Method for testing brake particulate matter emission of actual road motor vehicle | |
| Weaver et al. | Development of the'RAVEM'Ride-Along Vehicle Emission Measurement System for Gaseous and Particulate Emissions | |
| CN106769712A (en) | The assay method of particulate pollutant particle diameter distribution in motor vehicle exhaust | |
| Bielaczyc et al. | Current trends in measurement and control of particle emissions from engines: perspectives from the 1st Workshop on Particulate Matter Emissions from Engine and Automobile Sources, 2 July 2012, Bielsko-Biala, Poland | |
| Lu et al. | Morphology and composition of particles emitted from conventional and alternative fuel vehicles | |
| Kasper | Sampling and measurement of nanoparticle emissions for type approval and field control | |
| Shen et al. | The construction and application of a multipoint sampling system for vehicle exhaust plumes | |
| Swanson et al. | Alternatives to the gravimetric method for quantification of diesel particulate matter near the lower level of detection | |
| Postulka et al. | Chemical characterization of particulates from diesel-powered passenger cars | |
| Keska et al. | Application of bat-cell bio-ambient tests in exhaust gas emissions examinations for Euro 4 and Euro 6 combustion engines | |
| Dam | Heavy-duty diesel engine oil aging effects on emissions | |
| Martikainen | Advances in Particle Emission Characterization of Heavy-duty Diesel Engines and Measurement of Exhaust Nanoparticles | |
| Dam et al. | Effects of Oil Aging on Laboratory Measurement of Emissions from a Legacy Heavy-duty Diesel Engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160305 |