-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Aufnahme
von Verbrennungsprodukten zum Testen und insbesondere auf ein Verfahren zum
Betrieb eines Partialflussdilutionstunnels in einem Gassamplingsystem
zum Testen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor.
-
Hintergrund
-
Abgassampling-
bzw. Abgasaufnahmesysteme, die Partialflussdilutionstunnel (PFDT
= partial flow dilution tunnels) verwenden, sind seit den frühen 1990er
Jahren verwendet worden, und zwar als eine effektive Alternative
für Volldilutionstunnelsysteme zur
Entwicklung und Zertifizierung von Motoren, wo ein Test mit stetigen
Modellen gestattet wurde. Zuvor wurden alle Geländemotortests und Zertifizierungen, und
bis vor kurzem ein großer
Teil der europäischen Straßenmotortests
und -zertifizierungen mit Systemen ausgeführt, die PFDT verwenden, und
zwar aufgrund der Tatsache, dass sie leichter tragbar, kostengünstiger
und oft mit besserer Wiederholbarkeit versehen sind, als ihre entsprechenden
Geräte
mit voller Dilution. Regulierungsorganisationen, wie beispielsweise
ISO, CARB, EPA und EEC gestatten alle die Anwendung von PFDT für eine Zertifikation
im stetigen Testzyklus. Ein solches System ist in dem ebenfalls
zu eigenen US-Patent 5.058 440 offenbart, das am 22. Oktober 1991
an Russell R. Graze ausgegeben wurde, dem Erfinder des vorliegenden
Anmeldungsgegenstandes.
-
In
neuerer Zeit hat die Umweltschutzbehörde ihr Interesse erklärt, Regelungen
im transienten Zyklus von großen
Gelände-Dieselmotoren
voranzutreiben, um besser die Emissionen zu steuern, die von diesen
Motoren ausgestoßen
werden. Es wird erwartet, dass diese Regelungen 2006 in Kraft treten.
Die Größe der zu
regelnden Gelände-Dieselmotoren übersteigt
die Mas senflussratenkapazität
der Volldilutionstunnel der Industriestandards, die in mehr als den
letzten 20 Jahren in Gebrauch gewesen sind, um Straßen-Motoremissionsniveaus
mengenmäßig zu bestimmen,
was Partikelstoffe mit einschließt. Weiterhin schließt die schiere
Anzahl der zu entwickelnden Gelände-Nenngrößen in Kombination
mit dem gegenwärtigen
Regelungsdruck, der auf Gelände-Motorentwicklungszeiten
zusätzlich
aufgebracht wird, nahezu die Anwendung von existierenden Volldilutionstunneln
für eine
Gelände-Entwicklung, auch für kleine
Motoren.
-
Daher
wurde es wünschenswert,
einen Partialflussdilutionstunnel bzw. PFDT zu entwickeln, der verwendet
werden könnte,
um Gelände-Dieselmotoren
unter transienten Bedingungen zu testen und zu zertifizieren, und
dies könnte
auch konsequenterweise verwendet werden, um Straßen-Motoren unter transienten
Bedingungen zu testen. Ein solches System wird beschrieben in dem
ebenfalls zu eigenen US-Patent 6 615 677, das am 9. September 2003
an Richard R. Dickson und Russell R. Graze ausgegeben wurde. In
diesem System werden der Massenfluss von sowohl der Luft als auch
dem Brennstoff, die zu dem Motor geliefert werden, kontinuierlich durch
eine Steuervorrichtung überwacht.
Wenn eine Veränderung
gemessen wird, weist die Steuervorrichtung entsprechende Veränderungen
in dem Gasaufnahme- bzw.
Gassamplingsystem auf, um die inhärente Veränderung der Abgasmassenflussrate auszugleichen.
Obwohl das System sich als wirkungsvoll erwiesen hat, um schnell
auf transiente Luft- und/oder Brennstoffversorgungsveränderungen im
Motor anzusprechen, bleibt Raum zur Verbesserung. Wenn beispielsweise
die Steuervorrichtung eine Veränderung
an dem Samplingsystem zu schnell anweist, nachdem eine Veränderung
der Luft- oder Brennstoffversorgung
aufgetreten ist, kann das Abgas für eine kurze Dauer über- oder
untersampelt sein, was nicht zufrieden stellende Daten zur Folge hat.
Die Zeitverzögerung
zwischen den Veränderungen
im Motorabgas und jenen Veränderungen,
die die Gassamplingsonde erreichen, stehen mit der Tatsache in Beziehung,
dass die Sonde typischerweise stromabwärts im Abgasabzug gelegen ist,
und vorzugsweise stromabwärts
von irgendwelchen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen. Die korrekte
Einstellung dieser Zeit verzögerung
kann sogar noch schwieriger sein, wenn das Samplingsystem vielfältiger gemacht
werden soll und mit einer Vielzahl von unterschiedlich bemessenen
Motoren anwendbar sein soll.
-
In
der Vergangenheit war, um einen transienten Emissionstest auszuführen, die
Anwendung von Vollflussdilutionstunnels oder eines CVS-Systems erforderlich.
Diese Vorrichtungen sind groß,
teuer, schwierig instand zu halten und sind für die Motorgröße spezifisch.
Das ebenfalls zu eigene US-Patent 6 615 677 sprach auf dieses Problem
an, in dem es einen Teilflussdilutionstunnel zeigte, der ein proportionales
Sampling durch schnelle Veränderung
des Dilutionsluftflusses an den Dilutionstunnel erreichen konnte,
der in dem früheren
Patent 5 058 440 beschrieben wurde. Diese Systeme arbeiten gut in
Situationen, wo die Motorverdrängung
im Vergleich zum Abgassystemvolumen sich nicht nennenswert verändert, da
die Ansprechzeit des Partialflusssamplingsystemsfestgelegt ist.
Jedoch sprechen die gegenwärtigen
Versionen nicht Anwendungen an, wo die Motorgröße sehr klein im Verhältnis zum
Volumen des Abgassystems stromaufwärts von der Lage der Partialflusssystemaufnahmesonde
ist, oder in Fällen, wo
die Untersuchung der Abgasnachbehandlung erfordert, dass ein signifikantes
Abgassystemvolumen zwischen dem Motor und der Stelle der Partialflusssystemsamplingsonde
gelegen ist. In vergleichsweise extremen Fällen, wo das Verhältnis der
volumetrischen Abgasflussrate bei einer Standardtemperatur und einem
Standarddruck zum Volumen des Abgasabzugs zwischen dem Turboladerauslass
und der Sampling- bzw. Aufnahmezone geringer als ungefähr 550:1
für ein
System mit einer Ansprechzeit von 300 Millisekunden ist, kann ein
Oversampling der Partikelemissionen während Beschleunigungsvorgängen die
Folge sein. Dies kommt von der Tatsache, dass der Sampling- bzw.
Aufnahmemassenbruchteil des Abgasflusses sich proportional fortbewegt.
Ansprechend auf dieses Problem muss eine Modifikation an dem Partialsamplingsystem
vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass ein proportionales
Sampling konsistent auftritt.
-
Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
-
Zusammenfassung
der Offenbarung
-
Gemäß einem
Aspekt weist ein Verfahren zum Betrieb eines Gassamplingsystems
einen Schritt der Abschätzung
einer Zeitverzögerung
auf, damit das Abgas in einem Samplingbereich ankommt. Ein Anteil
der Lösung
bzw. Dilution der Abgasprobe für
das Gassamplingsystem bzw. Gasprüfsystem
wird zumindest teilweise basierend auf der abgeschätzten Zeitverzögerung eingestellt.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt weist ein Gassamplingsystem eine Samplingsonde auf,
die in einem Abgasabzugabschnitt positioniert ist. Eine Steuervorrichtung
ist betriebsmäßig angeschlossen, um
einen Teil der Dilution bzw. Lösung
mit der Abgasprobe zu steuern. Ein Computer ist betriebsmäßig mit der
Steuervorrichtung gekoppelt und weist einen Steueralgorithmus auf,
der betreibbar ist, um eine Zeitverzögerung abzuschätzen, damit
das Abgas an der Sampling- bzw. Aufnahmesonde ankommt.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines aufgebauten Motorabgastests,
der ein Partialflusssamplingsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Offenbarung aufweist; und
-
2 ist
ein Software-Flussdiagramm für
einen Steueralgorithmus zur Anwendung bei dem Partialflusssamplingsystem
der 1.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Mit
Bezug auf 1 weist ein Testaufbau 10 einen
Motor 12 auf, der an einem Abgasabzug 14 und einem
Gassampling- bzw. Gasaufnahmesystem 16 angebracht ist.
Der Aufbau 10 kann entweder einen relativ großen Motor 12 oder
einen relativ kleinen Motor 112 aufweisen, und genaue Testergebnisse
für jeden
liefern. Das Samplingsystem 16 weist einen Computer 32 in
Verbindung mit einer Vielzahl von bekannten Gassamplingsystemkomponenten 60 und einen
Lösungs-
bzw. Dilutionstunnel 20 auf, der eine Sonde 22 aufweist,
die an einer Stelle 24 in einem Abgasabzugabschnitt 18 des
Abgasabzugs 14 positioniert ist. Das Gassamplingsystem
arbeitet herkömmlicher
Weise, wird jedoch vom Computer 32 so gesteuert, dass eine
gesteuerte Flussrate der Lösungs-
bzw. Dilutionsluft von Systemkomponenten 60 über eine
Dilutions- bzw. Lösungsluftversorgungsleitung 28 zur
Dilutionstunnelanordnung 20 in bekannter Weise geliefert
wird. Ein Teil des Abgases und irgendwelche darin schwebende Partikelstoffe können in
den Dilutionstunnel 20 über
die Sonde 22 gezogen werden. An diesem Punkt werden das
Abgas und die Dilutionsluft kombiniert, durch einen Filter 26 geleitet
und dann zu Gassamplingsystemkomponenten 60 über eine
Sampling- bzw. Probenmischungsleitung 30 in herkömmlicher
Weise gesandt.
-
Abhängig vom
erwünschten
Grad der genauen Ausführung
steuert der Computer 32 die Lösungsluftflussrate, um genau
den Abgas vom Motor 12, 112 während stetigen und transienten
Bedingungen zu testen. Das von der vorliegenden Offenbarung gelöste Problem
bezieht sich auf die Einstellung des Betriebs des Gassamplingsystems 60,
um eine Verzögerung
zu berücksichtigen,
und zwar von dem Zeitpunkt, wo der Motor 12, 112 Abgas
erzeugt, bis zu dem Zeitpunkt, wo das Abgas bei dem Sampling- bzw.
Aufnahmebereich 24 ankommt. Der Fachmann wird erkennen,
dass diese Verzögerung
durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird, die folgende aufweisen:
das Verhältnis
der volumetrischen Abgasflussrate zum Abzugvolumen für einen
speziellen Motor; Zeitverzögerungen
in den Abfühlbedingungen,
wie beispielsweise bei der Einlassluftversorgung; Zeitverzögerungen
bei der Fähigkeit
des Gassamplingsystems 16, um auf angewiesene Veränderungen
anzusprechen; und möglicherweise
sogar inherente Kommunikationsratenbeschränkungen zwischen den Gassamplingsystemkomponenten 60 und/oder
dem die Einlassflussrate bestimmenden Wandler und dem Computer 32.
Obwohl viele dieser Zeitfaktoren konstant sind und über bekannte
Mittel be stimmt werden können,
wie beispielsweise durch Tests, kann die Zeitverzögerung aufgrund
der volumetrischen Abgasflussrate und der Ankunft des Abgases am
Aufnahmepunkt 24 in nicht vollständig vorhersagbarer Weise über den
Betriebsbereich eines Motors variieren und variiert sicher von Motor
zu Motor, insbesondere wenn diese Motoren von unterschiedlicher
Größe oder
von unterschiedlichem Hubraum sind.
-
Durch
genaues Untersuchen des Volumens des Abgasabzugs 14 kann
man bestimmen, wann Abgas vom Motor den Aufnahmepunkt 24 erreicht, und
zwar durch Bestimmen der volumetrischen Abgasflussrate. Abhängig von
den Umständen
kann eine Vielzahl von Komponenten ein Teil des Abgasabzugs 14 sein
oder darin positioniert sein. Diese könnten eine Turbine 70 und/oder
eine Vielzahl von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen aufweisen, wie
beispielsweise Abgaskatalysatoren und ihre assoziierten Komponenten 72,
eine Partikelfalle 74 und möglicherweise sogar ein (nicht
gezeigtes) Abgasrückzirkulationssystem.
Die vorliegende Offenbarung zieht in Betracht, das Gassamplingsystem 16 in
einer Weise zu betreiben, die die Abgaszeitverzögerung auf eine Vielzahl von
Arten berücksichtig,
was von relativ groben Regelungsstrategien (open loop) anfängt und
selbst korrigierende Steuerungsstrategien (closed loop) mit einschließt, wie
sie hier beschrieben werden.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
ist ein Laminarflusselement 50 in der Lufteinlassleitung 51 stromaufwärts vom
Motor 12, 112 positioniert. Ein Paar von Pneumatikleitungen 52 liefert
pneumatische Signale zu einem Differenzialdruckwandler 54 und
liefert Informationen an den Computer 32 über die
Kommunikationsleitung 56, so dass die Einlassluftflussrate
vom Computer 32 bestimmt werden kann. Trotzdem wird der
Fachmann erkennen, dass irgendwelche geeigneten Mittel zur Bestimmung
der Einlassmassenluftflussrate statt der veranschaulichten Anordnung
aus Laminarflusselement 50 und Differenzialdruckwandler 54 eingesetzt
werden könnten,
ahne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Somit kann irgendeines von einer Vielzahl von bekannten Mitteln
verwendet werden, um es dem Computer 32 zu ermöglichen,
kontinuierlich und/oder periodisch die Einlassluftmassenflussrate
zu bestimmen. Zusätzlich
zieht die vorliegende Offenbarung gewisse Mittel zur Überwachung
der Brennstoffversorgungsrate zum Motor 12, 112 in
Betracht. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht,
indem man den Computer 32 in Verbindung mit dem elektronischen Steuermodul 46 für den Motor 12 bringt,
wie beispielsweise über
einen Servicewerkzeuganschluss, der die angewiesene Brennstoffversorgung
für den Motor 12, 112 steuert.
Somit stellt das elektronische Steuermodul 46 gegenwärtige Brennstoffversorgungsbedingungen
zum Computer 32 über
die Kommunikationsleitung 48 in Beziehung. Jedoch zieht
die vorliegende Offenbarung auch andere Mittel zur Bestimmung der
augenblicklichen Brennstoffversorgungsrate für den Motor 12, 112 in
Betracht, wie beispielsweise eine Brennstoffflussratenmessvorrichtung,
die in geeigneter Weise in der Brennstoffversorgungsleitung in herkömmlicher
und bekannter Weise positioniert ist. Somit kann der Computer 32 zu
irgendeinem gegebenen Zeitpunkt die kombinierte Massenflussrate
aus Luft und Brennstoff zum Motor 12, 112 wissen.
-
Die
volumetrische Abgasflussrate kann abgeschätzt werden, indem man gewisse
Annahmen macht und bekannte Berechnungstechniken verwendet. Wenn
beispielsweise angenommen wird, dass sich das Abgas als ideales
Gas verhält,
und wenn man die Temperatur im Abgasabzug 14 kennt oder abschätzen kann,
kann die Gleichung für
ein ideales Gas verwendet werden, um die Massenflussrate in den
Motor in eine volumetrische Abgasflussrate aus dem Motor umzuwandeln,
und zwar unter der Annahme eines bekannten Druckes, wie beispielsweise
des Umgebungsdruckes. In einer gröberen Version der vorliegenden
Offenbarung könnte
man die Abgastemperatur abschätzen
und die volumetrische Abgasflussrate aus dieser Temperaturabschätzung bestimmen.
In einer weiter verbesserten Version der Offenbarung wird die Temperatur
des Abgases überwacht,
wie beispielsweise durch Positionierung eines Temperaturfühlers 38 (Temperatursensor)
an einer geeigneten Stelle im Abgasabzug 14 und durch Übermittlung
eines Wertes, der die Abgastemperatur anzeigt, an den Computer 32 über die
Kommunikationslei tung 40. Die Genauigkeit der Berechnung
zur Bestimmung der volumetrischen Abgasflussrate kann noch genauer
gemacht werden, indem man auch kontinuierlich den Abgasdruck abfühlt, wie
beispielsweise durch Positionierung eines Abgasdrucksensors 42 an
einer geeigneten Stelle in dem Abgasabzug 14, und zwar
als solches in enger Nähe
zum Temperaturfühler 38,
und kann über
einen Wert, der den Abgasdruck anzeigt, an den Computer 32 über die
Kommunikationsleitung 44 liefern. Die Druck- und Temperatursensoren
werden wahrscheinlich bessere Ergebnisse liefern, wenn sie in enger
Nähe zueinander
positioniert sind. Somit würde
unter der Annahme, dass das Abgas ein ideales Gas wäre, dies
eine sehr genaue Bestimmung der volumetrischen Abgasflussrate in
der Nähe
der Temperatur- bzw. Drucksensoren 38 bzw. 42 gestatten.
Diese Bestimmung kann genauer gemacht werden, indem man erkennt,
dass das Abgas tatsächlich
ein nicht ganz ideales Gas aufweist, und zwar mit darin aufgefangenen
Partikeln. Der Fachmann wird erkennen, dass die wohlbekannte Gleichung
für ein
ideales Gas angepasst werden kann, um eine Abweichung bei der Abgas/Partikel-Suspension zu berücksichtigen,
um weiter die Bestimmung der volumetrischen Abgasflussrate zu verfeinern.
Somit zieht die vorliegende Offenbarung einen breiten Bereich von
Strategien mit irgendeinem Niveau an erwünschter Genauigkeit in Betracht,
die nötig
ist, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzeugen.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass die Abschätzungen der Abgasmassenflussraten
auch für jeden
Betriebszustand eines speziellen Motors vorbestimmt sein könnten, wie
beispielsweise über
frühere
Labordaten. Diese Daten könnten
in dem ECM-Code für
den Motor eingebettet sein oder möglicherweise an Bord in Echtzeit
basierend auf anderen Daten bestimmt werden, die von den elektronischen
Steuermodulen der Motoren herkommen. Beispielsweise könnte eine
Abschätzung
der Massenflussrate in Echtzeit bestimmt werden durch Auslesen der
angewiesenen Brennstoffversorgungsrate, die vom elektronischen Steuermodul
herrührt,
und zwar zusammen mit der Bestimmung der Einlassluftmassenflussrate
durch Kombination der Motordrehzahldaten mit dem abgefühlten Ladedruck
in der Motoreinlasssam melleitung. Alternativ könnten Abschätzungen für die Abgasmassenflussrate
einfach über
den Betriebsbereich des Motors aufgezeichnet werden und in einer
Nachschautabelle gespeichert werden.
-
Die
gerade beschriebenen Strategien weisen in erster Linie Regelungsstrategien
(open loop) auf, die weiter beim Einsetzen einer Steuerungsstrategie
verbessert werden können,
um periodisch oder kontinuierlich zusätzliche kleine Fehler einzustellen, die
aufgrund von verschiedenen Faktoren vorhanden sein können, wie
beispielsweise Abgastemperaturveränderungen von der Stelle des
Sensors zur Aufnahme- bzw. Samplingstelle 24, und möglicherweise sogar
Variationen der Abweichung des Abgases von jener einer Gleichung
für ideales
Gas über
seinen Betriebsbereich. In einer beispielhaften Steuerungsstrategie
(closed loop) ist ein transienter Sensor 34 in dem Abgasabzug 14 an
einer geeigneten Stelle mit Bezug zur Sonde 22 positioniert.
Der transiente Sensor bestimmt, wann eine Veränderung des Abgases an der
Stelle des transienten Sensors angekommen ist und übermittelt
diese Zeitsteuerinformationen an den Computer 32. Beispielsweise
kann in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ein transienter Sensor
die Form eines NOx-Sensors 34 annehmen, der gerade stromaufwärts von
der Sonde 22 positioniert ist und eine Veränderung
des NOx-Gehaltes des Abgases in dem Abgasabzug 14 zum Computer 32 übermittelt.
In der Steuerstrategie würde
der Computer 32 kontinuierlich eine Zeitverzögerung dafür vorhersagen,
dass eine Veränderung
des Abgases an der Stelle des transienten Sensors 34 ankommt. Durch
Vergleich der erwarteten Ankunftszeit mit der tatsächlichen
Ankunftszeit einer Abgasveränderung kann
die Laufzeit der Abgasveränderung
zur Sonde 22 weiter fein eingestellt werden, um irgendwelche existierenden
Fehler in den Regelungsberechnungen (open loop) zu entfernen, die
früher
beschrieben wurden. Wie in der Technik bekannt, wird der Fachmann weiter
erkennen, dass diese verschiedenen Bestimmungen und Berechnungen über ein
geeignetes Software-Programm ausgeführt werden können, welches
einen Steueralgorithmus wiederspiegelt, der von dem Computer 32 in
bekannter Weise gespeichert und ausgeführt werden kann.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
Nun
mit Bezug auf 2 wird ein Softwaresteueralgorithmus,
der geeignet ist, um auf einem Computer 32 zu laufen, gemäß einem
Aspekt der Offenbarung offenbart. Am ovalen Punkt 81 wird
die Software initialisiert, und die verschiedenen Betriebsvariablen
können
in bekannter Weise initialisiert werden. Beispielsweise kann ein
Anfangszeiteinstellverzögerungsfehler
an diesem Punkt auf null gesetzt werden. In der Box 82 wird
das Abgasabzugvolumen bestimmt. In machen Fällen kann dieser Wert eine Konstante
für eine
gegebene Testvorrichtung sein, oder kann auch einen variablen Faktor
haben, und zwar aufgrund von Teilen des Abgasabzugs, der mit einem
speziellen Motor assoziiert ist, was Abgasnachbehandlungsvorrichtungen
einschließt,
jedoch nicht darauf eingeschränkt
ist. Bei der Box 84 wird die Einlassluftmassenflussrate über irgendeine
von einer Vielzahl von bekannten Mitteln bestimmt, wie beispielsweise
jene, die früher
besprochen wurden. Bei der Box 85 wird die Brennstoffversorgungsmassenflussrate
durch irgendwelche von einer Vielzahl von Mitteln bestimmt, wie
beispielsweise jene, die früher besprochen
wurden. Unter Verwendung der Einlassmassenflussrate und der Brennstoffversorgungsmassenflussrate
kann man die Abgasmassenflussrate bei der Box 86 bestimmen,
indem man annimmt, dass die Massenflussrate in den Motor hinein
ungefähr
gleich der Massenflussrate aus dem Motor heraus ist. In der Box 87 wird
die Abgastemperatur bestimmt, wie beispielsweise über einen
Temperatursensor 38, wie in 1 gezeigt.
In einer Version der vorliegenden Offenbarung werden keine zusätzlichen
Sensoren verwendet, und die Gleichung für ideale Gase oder eine gewisse
Modifikation davon wird mit der Abgasmassenflussrate und der Abgastemperatur
verwendet, um eine Abschätzung
der volumetrischen Abgasflussrate bei der Box 90 zu erhalten.
In dem veranschaulichten Beispiel wird diese Bestimmung verbessert
durch Bestimmung des Abgasdruckes bei der Box 88 über einen
Abgasdrucksensor 42, wie beispielsweise jener, der in 1 gezeigt
ist.
-
In
der Box 91 wird die Verzögerungszeit dafür bestimmt,
dass das Abgas bei der Sampling- bzw. Probenstätte 24 ankommt. Beispielsweise
wäre ein Weg,
um diesen Wert zu bekommen, das Abgasabzugvolumen durch die volumetrische
Abgasflussrate zu teilen. In der Box 92 wird die Lösungsluftrate
bzw. Dilutionsluftrate zu der bestimmten Ankunftszeit berechnet.
Der Fachmann erkennt aus den in der Technik bekannten Lehren, dass
Dilutionsluftversorgungsrate oft, jedoch nicht immer, umgekehrt
proportional zur Einlassluftmassenflussrate ist. Im allgemeinen
gibt es eine grundlegende Lösungsmenge
bzw. Dilutionsmenge des Luftflusses, die aus früherem Wissen oder anderen bekannten
Mitteln bestimmt werden kann. Diese grundlegende Menge ist ein minimaler
Fluss, der erforderlich ist, um eine Spitzenfiltertemperatur auf
oder unter vorbestimmten Grenzen zu halten, wenn der Motor bei seiner
Spitzenabgasflussrate ist. Diese vorbestimmte Grenze kann sich auf
festgelegte Regelungen in einer gegebenen Rechtsprechung beziehen.
Beispielsweise sei ein Gesamtfluss durch den Filter 26 angenommen
als 100 Std. Liter/Minute. Der niedrigste Dilutionsflusswert, bei
dem man wahrscheinlich eine Filterstirnseitentemperatur von 52°Celsius aufrecht
erhalten könnte,
wäre ungefähr 85 Std.
Liter/Minute. Diese niedrigere Zahl wäre der grundlegende Fluss bzw. Basisfluss;
der Dilutionsfluss während
des tatsächlichen
Tests würde
daher von ungefähr
85 bis nahezu 100 Std. Liter/Minute in einem speziellen Beispiel
reichen. Dies wäre
der Bereich, für
den die Dilutionsluftversorgungsrate im allgemeinen umgekehrt proportional
zur Motorabgasflussrate ist, jedoch würde in diesem speziellen Beispiel
die Dilutionsflussrate niemals unter ungefähr 85 abfallen und niemals über ungefähr 100 Std.
Liter/Minute ansteigen. Somit sollte bei dem beschriebenen Gassamplingsystem 16 die Dilutionsluftversorgungsrate
so eingestellt werden, dass sie der Motorabgasrate entspricht, um
genaue Ergebnisse in den Gassamplingsystemberechnungen zu erzeugen,
die zum Computer 32 über
eine/mehrere Kommunikationsleitungen) 62 geliefert werden
wie in 1 gezeigt. Im Resolver 93 bestimmt das
Computersystem, ob es die Notwendigkeit gibt, dass irgendwelche
Einstellungen an der Verzögerungszeitbestimmung
gemacht werden. In den ersten Zyklen durch das System sollte dies
wahrscheinlich mit der Antwort nein zurückkehren. Jedoch wenn der transiente Steuerungssensor
(closed loop) zu einem gewissen späteren Zeitpunkt bestimmt, dass
die Verzögerungszeitabschätzung einen
Fehler hat, kann ein Einstellungsfaktor bestimmt werden und gespeichert
und zur Anwendung nahe dieser Stelle in dem Steueralgorithmus weitergeleitet
werden. Wenn es eine Notwendigkeit gibt, die Zeitverzögerungsabschätzung einzustellen,
schreitet der Steueralgorithmus voran zur Box 94, wo eine
Einstellung an der Verzögerungszeitberechnung
vorgenommen wird, um irgendeinen detektierten Fehler in der Vorhersage
zu korrigieren. In der Box 95 wird die Zeit zur Einrichtung
der bestimmten Dilutionsluftrate bestimmt. Die Box 95 kann
bekannte Merkmale des Systems berücksichtigen, wie beispielsweise
innewohnende elektropneumatische mechanische Zeitverzögerungen
in den Gassamplingsystemkomponenten 60 und in der Dilutionstunnelanordnung 20. Abhängig von
dem speziellen System können
sie einen Zeitplan mit vorbestimmten Dilutionsluftflussraten und
Einrichtungszeiten bestimmen und speichern. In einigen Fällen kann
abhängig
von der Größe der Verzögerung von
dem Zeitpunkt, wenn das Abgas erzeugt wird, bis zu dem Zeitpunkt,
wenn es an der Sampling- bzw. Aufnahmesondenstelle ankommt, ein
relativ langer oder kurzer Zeitplan gespeichert werden müssen, um
genau diese Gassamplingvorrichtung 16 zu betreiben, um
genaue Ergebnisse zu erzeugen. Bei der Box 98 wird die
zeitlich geplante Dilutionsluftflussrate für eine entsprechende Zeit eingerichtet.
Diese Box wird wahrscheinlich erkennen, dass eine Dilutionsluftflussratenveränderung
für eine
gewisse endliche Zeit eingeleitet werden muss, bevor die Dilutionsluftflussratenveränderung
tatsächlich
wirksam wird, und zwar aufgrund von inherenten Verzögerungen
in der System-Hardware.
-
Bei
der Box 99 ist ein Aspekt der Steuerungsstrategie (closed
loop) vorgesehen. Bei der Box 99 wird die tatsächliche
Ankunftszeit bei dem transienten Sensor 34 mit der vorhergesagten
Ankunftszeit verglichen. Beim Resolver 100 wird, falls
die vorgesagte Zeit irrtümlich
ist, vorzugsweise über
einer gewissen vorbestimmten Schwelle, ein Zeitverzögerungskorrekturfaktor
bei der Box 101 bestimmt. Danach schreitet das Flussdiagramm
weiter voran zum Resolver 104, wo bestimmt wird, ob der
Test beendet ist. Falls dies so ist, schreitet es voran zu dem ovalen Kasten 105,
wo der Steueralgorithmus 80 beendet wird. Anderenfalls
kehrt der Algorithmus 80 zurück zur Box 84, um
die Einlassluftmassenflussrate erneut zu berechnen. Danach werden
die zuvor beschriebenen Schritte ausgeführt, wie beispielsweise durch den
Steueralgorithmus 80.
-
Durch
Einsatz von gröberen
oder verbesserten Versionen der vorliegenden Offenbarung können die
bekannten Gassamplingapparate bzw. Gasaufnahmevorrichtungen des
Standes der Technik durch eine Computersteuerung der Lösungsluftversorgung verbessert
werden, um genauer Zeitverzögerungen von
dem Zeitpunkt, wenn ein Motor eine Abgasveränderung erzeugt, zu dem Zeitpunkt,
wenn diese Veränderung
oder dieser Übergang
an einer Samplingsondenstelle ankommt, wiederzuspiegeln. Dieser
Prozess kann in einer Regelungsweise (open loop) oder in einer genaueren
Steuerungsstrategie (closed loop) ausgeführt werden, wie beschrieben.
Beispielsweise wäre
der geradlinigste Ansatz, die Software des transienten Partialflusssystems
zu modifizieren, wie beschrieben, um eine Verzögerung im Ansprechen des Samplingsystems
aufzuprägen.
Die Verzögerung kann
basierend auf dem Volumen des Auslassabzugs, basierend auf der volumetrischen
Flussrate von Einlass oder Auslass, die dem Partialflusssystem vom
Motor aufgeprägt
wird, basierend auf Einlassluftbrennstoffflussmessungen für eine Zumessungssteuerung
berechnet werden, und eine augenblickliche Temperatur des Abgases,
wenn sich dieses der Aufnahme- bzw. Samplingzone nähert.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
kann die Verzögerung
die Form einer reinen Zeitversetzung annehmen; die Versetzung ist
dabei die Differenz zwischen der Ansprechzeit des Gassamplingsystems 16 gegenüber der
Flugzeit eines diskreten Teils des Abgases in dem Abgasstrom zwischen
der Auslasssammelleitung des Motors oder einem Turboladerauslass
und der Stelle der Sampling- bzw. Aufnahmezone 24.
-
Es
sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken
vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung in
irgendeiner Weise einschränken
soll. Beispielsweise kann in einem alternativen und einfacheren
Ausführungsbeispiel
die Verzögerung
bewirkt werden durch einfaches Addieren des Volumens zu den pneumatisch
aktiven Zweigen des Gassamplingsystems. Aufgrund der Tatsache jedoch,
dass dies mehr einen durchschnittlichen Effekt erzeugen wird als eine
reine und genaue Versetzung, wird dieser Ansatz als weniger wünschenswert
angesehen, jedoch trotzdem als innerhalb des in Betracht gezogenen Umfangs
der vorliegenden Offenbarung. Die vorliegende Offenbarung sollte
auch auf Systeme anwendbar sein, die auf transientes Verhalten ansprechen, und
zwar durch Steigerung oder Verringerung der Samplingrate anstatt
durch Veränderung
der Dilutionsflussrate wie im beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Offenbarung
zieht somit irgendwelche Mittel in Betracht, um ein proportionales
Verhalten in der Sampling/Dilutionsmischung aufrecht zu erhalten, um
genau Daten zu erzeugen, die die tatsächliche Ausgabe aus der Verbrennungsquelle
darstellen, die etwas anderes als ein Motor sein könnte. Somit
wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte, Ziele und Vorteile
der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung
und der beigefügten Ansprüche erhalten
werden können.