Hiukkasanturin virtausjärjestelmän ja lämpötilanhallinnan mitoitus ja testaus

Abstract

Ajoneuvojen hiukkaspäästöt ovat vakava ongelma ympäri maailmaa. Ajoneuvojen päästöt koostuvat pääosin pienimmistä hiukkasista, nanohiukkasista, jotka ovat haitallisimpia ihmisen terveydelle. Perinteisesti on mitattu ainoastaan hiukkasten massaa, jonka lukema tulee pääosin suurista hiukkasista, mutta tutkimus on siirtymässä yhä enemmän hiukkasten lukumäärän mittaamiseen, mikä antaa enemmän tietoa pienistä hiukkasista. Nykyiset hiukkasten lukumäärän mittaamiseen tarkoitetut mittalaitteet ovat suurikokoisia, painavia ja kalliita, mikä hidastaa osaltaan hiukkasmittausten yleistymistä.

Yksi hiukkasten mittaamisen kohteista on ajoneuvon todellisen ajon aikaisten päästöjen mittaukset, joiden markkinoilla on havaittu kysyntää nykyisiä pienikokoisemmalle ja halvemmalle laitteelle. Tässä työssä suunniteltiin osia uudesta mittalaitekonseptista, jonka lopullisena tavoitteena on olla myytävä tuote edellä mainituilla markkinoilla. Mittalaite perustuu hiukkasten sähköiseen varaamiseen ja niiden kuljettaman varauksen mittaamiseen. Olemassa olevista vastaavaan teknologiaan perustuvista mittalaitteista suunniteltava laite eroaa siten, että varaaminen tapahtuu kuumassa lämpötilassa välittömästi näytteenottopisteen jälkeen. Tällä vältytään monimutkaiselta näytteen jälkikäsittelyltä ja mahdollistetaan nykyisiä laitteita kompaktimpi kokonaisuus.

Tässä työssä suunniteltiin ja mitoitettiin mittalaitteen virtausten ja lämpötilojen hallintaan vaadittavat komponentit ja järjestelmät. Näytevirtaus tuotetaan pumpun avulla ja tavoitteena oli saada mahdollisimman vakio näytevirtaus tai saada se laskettua epäsuorasti. Lämpötilanhallinnassa tavoitteena oli saada näyte lämmitettyä kuumaksi ja saada lämpötila madallettua anturin toiseen päähän mennessä tasolle, jonka komponentit kestävät, mutta jolla kostea pakokaasu ei pääse tiivistymään. Mitoitusten pohjalta hankittiin vaadittavat komponentit ja koottiin prototyyppi. Testejä tehtiin yksittäisten komponenttien osalta ja lopuksi kootulle prototyypille. Testit osoittivat, että konsepti toimii ja anturi on toteutettavissa melko pienillä muutoksilla prototyyppiin nähden.