一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顆粒物的來(lái)源解析方法，特別涉及一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)將于2018年I月I日起實(shí)施《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第五階段)》(國(guó)五標(biāo)準(zhǔn))，與國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)相比，國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)中的NOx排放限值嚴(yán)格了 25 %?28 %、顆粒物質(zhì)量排放限值嚴(yán)格了 82%，除此之外，還增加了新指標(biāo)顆粒物粒子數(shù)量(ParticleNumbers，PN)的限值。柴油機(jī)顆粒物排放控制面臨“質(zhì)量”與“數(shù)量”的雙重考驗(yàn)，柴油機(jī)的顆粒物排放主要受燃油品質(zhì)和潤(rùn)滑油品質(zhì)影響，由于國(guó)內(nèi)柴油供應(yīng)體系主要由中石化、中石油、中海油以及民營(yíng)煉油企業(yè)組成，受到油源限制、技術(shù)工藝、價(jià)格因素等多條件制約，市售柴油的品質(zhì)參差不齊，燃油品質(zhì)差異對(duì)顆粒物排放控制具有重要影響。潤(rùn)滑油是顆粒物中可溶性有機(jī)成分(SOF)生成的重要來(lái)源，由于活塞環(huán)密封不嚴(yán)、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)等原因，柴油機(jī)中、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，部分潤(rùn)滑油蒸汽以未燃碳?xì)浠衔锏男问嚼淠皆陬w粒周圍，形成可溶性有機(jī)成分。高速、高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油消耗量較大，易富燃生成干碳煙，同時(shí)，未燃潤(rùn)滑油對(duì)顆粒物SOF的貢獻(xiàn)度增加。
[0003]在柴油機(jī)節(jié)能減排的理論研究和工程實(shí)際中，掌握柴油機(jī)潤(rùn)滑油顆粒物和燃油顆粒物的生成機(jī)理和排放貢獻(xiàn)權(quán)重，科學(xué)解析顆粒物的來(lái)源，對(duì)于合理提出降低顆粒物排放的控制措施至關(guān)重要。現(xiàn)有研究提出了通過(guò)氣相色譜分析法，分析顆?？扇苡袡C(jī)物(SOF)組分的碳鏈長(zhǎng)度，將碳鏈長(zhǎng)度為C23?C30界定為潤(rùn)滑油顆粒物成分，碳鏈長(zhǎng)度為C14?C22界定為燃油顆粒物成分。
[0004]但是，上述方法存在分析過(guò)程復(fù)雜、易受到色譜因素干擾等缺陷，因此，有必要提出一種快速、準(zhǔn)確、直觀的顆粒物來(lái)源解析方法，為提出降低顆粒物排放的技術(shù)措施提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，解決原有分析方法過(guò)程復(fù)雜易受到色譜因素干擾的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案如下:一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，包括以下步驟:在柴油機(jī)潤(rùn)滑油中添加熒光劑；用濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品；通過(guò)掃描電鏡獲取顆粒物樣品的微觀形貌圖；對(duì)微觀形貌圖進(jìn)行二值化法處理和閾值分割，所述二值化法處理是指將微觀形貌圖上的各個(gè)像素點(diǎn)以灰度表示，所述閾值分割是將灰度表示的微觀形貌圖按灰度與分割閾值大小劃分轉(zhuǎn)化成黑白圖像;計(jì)算黑白圖像中黑色部分面積和白色部分面積在總面積中占比得到潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重和燃油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重。
[0007]優(yōu)選的，所述閾值分割時(shí)灰度小于分割閾值部分為黑色，灰度大于等于分割閾值部分為白色。
[0008]優(yōu)選的，所述二值化法處理后灰度范圍為0-255
[0009]優(yōu)選的，所述分割閾值為100。
[0010]優(yōu)選的，所述柴油機(jī)潤(rùn)滑油中添加熒光劑后柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘以上。
[0011]優(yōu)選的，所述濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品后對(duì)濾紙表面進(jìn)行噴金處理。
[0012]優(yōu)選的，所述熒光劑添加量為每升潤(rùn)滑油添加熒光劑l/1000g。
[0013]優(yōu)選的，所述熒光劑為不含苯系物的油性熒光劑。
[0014]優(yōu)選的，所述濾紙為聚四氟乙烯纖維濾紙。
[0015]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于，在潤(rùn)滑油中添加熒光劑，分析潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸參與燃燒產(chǎn)生的顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重，通過(guò)掃描電鏡獲得顆粒物微觀形貌圖，假定顆粒物樣品在濾紙上分布均勻，通過(guò)二值化圖像分割法區(qū)分潤(rùn)滑油顆粒物的面積分布，計(jì)算潤(rùn)滑油顆粒物的貢獻(xiàn)權(quán)重。該方法操作簡(jiǎn)單，顆粒物圖像獲取和圖像分析方法簡(jiǎn)便易行，可靠性較好，能夠快速、準(zhǔn)確完成柴油機(jī)顆粒物的來(lái)源解析。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明分析方法流程圖。
[0017]圖2為實(shí)施例獲取顆粒的微觀形貌圖。
[0018]圖3為二值化法處理和閾值分割的微觀形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0020]本發(fā)明的方法基于兩個(gè)假定的條件，假定柴油機(jī)排氣中的顆粒物來(lái)源僅為潤(rùn)滑油和燃油兩種，假定所采集的柴油機(jī)顆粒物樣品在聚四氟乙烯纖維濾紙上為均勻分布。結(jié)合圖1所示的分析流程，在柴油機(jī)潤(rùn)滑油中按照每L潤(rùn)滑油添加l/1000g熒光劑的比例添加潤(rùn)滑油熒光劑，潤(rùn)滑油熒光劑為油溶熒光劑，不含苯系物(如:Fluorescent Yellow 131SC油溶熒光劑，OB-1型油溶熒光劑)。發(fā)動(dòng)柴油機(jī)后怠速運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘，使?jié)櫥团c熒光劑混合均勻;進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，采用聚四氟乙烯纖維濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品，收集排氣顆粒物后的濾紙表面噴金處理后。通過(guò)掃描電鏡獲取顆粒的微觀形貌圖，如圖2所示，掃描電鏡分析條件為:放大倍數(shù)2000倍?150萬(wàn)倍，點(diǎn)分辨率0.23nm，晶格分辨率0.14nm。在顆粒物微觀形貌圖中有多個(gè)不規(guī)則分布的白色亮點(diǎn)，該點(diǎn)即為潤(rùn)滑油顆粒物的中心點(diǎn)，其余部分為源自燃油燃燒產(chǎn)生的顆粒物;顆粒物微觀形貌圖會(huì)出現(xiàn)基本碳粒子之間粘連、重疊的現(xiàn)象，根據(jù)單個(gè)碳粒子圖像內(nèi)部的相似性、基本碳粒子邊界的不連續(xù)性，利用二值化法對(duì)顆粒物微觀形貌圖進(jìn)行處理和閾值分割，具體的，將顆粒物微觀形貌圖上的點(diǎn)的灰度置為O或255，設(shè)定顆粒物微觀形貌圖分割閾值為100，整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果，如圖3所示，所有灰度大于或等于閾值100的像素為白色區(qū)域被判定為屬于潤(rùn)滑油顆粒物，其余區(qū)域?yàn)槿加腿紵a(chǎn)生的顆粒物，得到潤(rùn)滑油顆粒物在總顆粒物中的面積分布;通過(guò)下列公式計(jì)算潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重:潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重=潤(rùn)滑油顆粒物面積/顆粒物總面積，本實(shí)施例中潤(rùn)滑油顆粒物面積為8.96cm2，顆粒物總面積為65.31cm2,潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重=13.72%,燃油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重=1-潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重=86.28 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于，包括以下步驟:在柴油機(jī)潤(rùn)滑油中添加熒光劑；用濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品；通過(guò)掃描電鏡獲取顆粒物樣品的微觀形貌圖；對(duì)微觀形貌圖進(jìn)行二值化法處理和閾值分割，所述二值化法處理是指將微觀形貌圖上的各個(gè)像素點(diǎn)以灰度表示，所述閾值分割是將灰度表示的微觀形貌圖按灰度與分割閾值大小劃分轉(zhuǎn)化成黑白圖像;計(jì)算黑白圖像中黑色部分面積和白色部分面積在總面積中占比得到潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重和燃油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述閾值分割時(shí)灰度小于分割閾值部分為黑色，灰度大于等于分割閾值部分為白色。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述二值化法處理后灰度范圍為0-255。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述分割閾值為100。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述柴油機(jī)潤(rùn)滑油中添加熒光劑后柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘以上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品后對(duì)濾紙表面進(jìn)行噴金處理。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:優(yōu)選的，所述熒光劑添加量為每升潤(rùn)滑油添加熒光劑l/1000g。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述熒光劑為不含苯系物的油性熒光劑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，其特征在于:所述濾紙為聚四氟乙烯纖維濾紙。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種柴油機(jī)燃燒顆粒物的來(lái)源解析方法，包括以下步驟：在柴油機(jī)潤(rùn)滑油中添加熒光劑；用濾紙采集柴油機(jī)排氣中的顆粒物樣品；通過(guò)掃描電鏡獲取顆粒物樣品的微觀形貌圖；對(duì)微觀形貌圖進(jìn)行二值化法處理和閾值分割，所述二值化法處理是指將微觀形貌圖上的各個(gè)像素點(diǎn)以0-255的灰度表示，所述閾值分割是將灰度表示的微觀形貌圖按灰度小于分割閾值和灰度大于等于分割閾值劃分轉(zhuǎn)化成黑白圖像；計(jì)算黑白圖像中黑色部分面積和白色部分面積在總面積中占比得到潤(rùn)滑油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重和燃油顆粒物貢獻(xiàn)權(quán)重。該方法操作簡(jiǎn)單不受色譜因素干擾，能夠快速、準(zhǔn)確完成柴油機(jī)顆粒物的來(lái)源解析。
【IPC分類】G06K9/00, G06T7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105574493
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510919974
【發(fā)明人】許廣舉, 劉有華, 陳慶樟, 李銘迪, 李學(xué)智
【申請(qǐng)人】常熟理工學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日