DE112006001069T5

DE112006001069T5 - Partikelaufnahmesystem mit Flussüberprüfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112006001069T5
Application number: DE112006001069T
Authority: DE
Inventors: Russell R. Dunlap Graze jun.; Jerry K. East Peoria Randall
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2008-03-13
Also published as: CN101166963A; WO2006118678A1; CN100575906C; US20060243026A1; US7281440B2

Abstract

Partikelaufnahmesystem, welches Folgendes aufweist:
eine Abgasaufnahmeeinheit (24), die konfiguriert ist, um Abgas aufzunehmen;
eine Lösungsflussanordnung (26), die stromaufwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft zur Abgasaufnahmeeinheit zu liefern;
eine Gesamtflussanordnung (28), die stromabwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft und Abgas aufzunehmen;
eine Flussregulierungsanordnung (70, 72, 76, 80), die konfiguriert ist, um Flussraten in der Lösungsflussanordnung und in der Gesamtflussanordnung zu steuern; und
eine Flussüberprüfungsanordnung (32), die konfiguriert ist, um die Genauigkeit der Flussregulierungsanordnung zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Partikelaufnahmesystem und insbesondere auf ein Partikelaufnahmesystem mit einer Flussüberprüfungsanordnung.
Hintergrund
Motoren, die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung aus Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen können aus gasförmigem und festem Material zusammengesetzt sein, welches Partikelstoffe aufweisen kann. Die Partikelstoffe können unverbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen, die auch Ruß genannt werden.
Aufgrund einer gesteigerten Rücksicht auf die Umwelt sind die Abgasemissionsstandards immer strenger geworden. Die Menge an Partikeln, die aus einem Motor ausgestoßen wird, kann abhängig von der Art des Motors, von der Größe des Motors und/oder der Klasse des Motors geregelt sein. Ein Verfahren, welches von Motorherstellern eingerichtet worden ist, um eine Übereinstimmung mit den Abgasemissionsstandards sicherzustellen, ist gewesen, periodisch die Emissionen von Motoren innerhalb von Testzellen aufzunehmen bzw. zu prüfen.
Ein solches Verfahren wird im US-Patent 5 546 788 (dem '788-Patent) beschrieben, das am 20. August 1996 an Dickow erteilt wurde. Das '788-Patent führt ein Verfahren und einen Vorrichtung ein, wo eine Probe der Motorabgase gelöst und durch eine Messvorrichtung angesaugt wird, in der die Menge der festen Partikel (Partikelstoffe) gemessen wird. Die tatsächliche Menge der Abgase in der Gesamtmenge der angesaugten Gase, die durch die Messvorrichtung fließen, wird bestimmt, und zwar in einer Bypass- bzw. Überleitungsphase, wenn die Abgase abgeschnitten bzw. abgeriegelt werden, und zwar durch Messung der Menge der nachgefüllten Luft aus der Umgebung, die die Abgase ersetzt, die durch die Messvorrichtung fließen. Die Konzentration der Partikel in den Abgasen wird aus dem Verhältnis der gemessenen Menge an festen Partikeln und dem Massenfluss der Luft bestimmt, der in der Massenflussmessvorrichtung gemessen wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung des '788-Patentes können keinen Selbstüberprüfungsschritt ausführen, um die Genauigkeit der Vorrichtung zu bestimmen. Weil die Genauigkeit der Messvorrichtungen mit der Zeit abweichen bzw. abdriften kann, kann die Fähigkeit, eine Selbstüberprüfung auszuführen, um die Genauigkeit zu überprüfen und/oder die Vorrichtung vor dem tatsächlichen Test zu kalibrieren, wichtig sein, um genaue Testergebnisse zu erhalten.
Das Partikelaufnahmesystem der vorliegenden Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt kann die vorliegende Erfindung auf ein Partikelaufnahmesystem gerichtet sein. Das Partikelaufnahmesystem kann eine Abgasaufnahmeeinheit aufweisen, die konfiguriert ist, um Abgas aufzunehmen, eine Lösungsflussanordnung, die stromaufwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft in die Abgasaufnahmeeinheit zu liefern, und eine Gesamtflussanordnung, die stromabwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft und Abgas aufzunehmen. Das Partikelaufnahmesystem kann auch eine Flussregulierungsanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, um Flussraten in der Lösungsflussanordnung und in der Gesamtflussanordnung zu steuern, und eine Flussüberprüfungsanordnung, die konfiguriert ist, um die Genauigkeit der Flussregulierungsanordnung zu messen.
Gemäße einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in einem Abgas gerichtet sein. Das Verfahren kann aufweisen, Abgas zu einer Abgasaufnahmeeinheit zu leiten und Lösungsluft durch eine Lösungsflussanordnung mit einer ersten vorbe stimmten Flussrate unter Verwendung einer Flussregulierungsanordnung zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, gelöstes Abgas durch eine Gesamtflussanordnung mit einer zweiten vorbestimmten Flussrate unter Verwendung der Flussregulierungsanordnung zu leiten und die erste vorbestimmte Flussrate mit der zweiten vorbestimmte Flussrate zu vergleichen, um eine Abgasflussrate zu bestimmen. Das Verfahren kann weiter aufweisen, selektiv die Lösungsluft an der Abgasaufnahmeeinheit zur Gesamtflussanordnung vorbeizuleiten und zu gestatten, dass die Luft zur Gesamtflussanordnung während der Überleitung bzw. dem Bypass fließt. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine Luftflussrate zu messen und die bestimmte Abgasflussrate und die gemessene Luftflussrate zu vergleichen, um die Genauigkeit der bestimmten Abgasflussrate zu überprüfen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Offenbarung auf eine Motortestzelle gerichtet sein. Die Motortestzelle kann einen Verbrennungsmotor und eine Luftliefereinheit aufweisen, die konfiguriert ist, um Luft zum Verbrennungsmotor während des Tests des Verbrennungsmotors in der Motortestzelle zu liefern. Die Motortestzelle kann auch einen Motorlufteinlass aufweisen, der betriebsmäßig mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, und mindestens eine Leitung, um Luft von der Luftliefereinheit zum Motorlufteinlass zu kanalisieren. Die Motortestzelle kann weiter eine Motorableitung aufweisen, um Abgas weg vom Verbrennungsmotor zu leiten, und ein Partikelaufnahmesystem, welches betriebsmäßig mit der Motorableitung verbunden ist. Das Partikelaufnahmesystem kann eine Abgasaufnahmeeinheit aufweisen, die konfiguriert ist, um Abgas aufzunehmen und eine Lösungsflussanordnung, die stromaufwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft zur Abgasaufnahmeeinheit zu liefern. Das Partikelaufnahmesystem kann auch eine Gesamtflussanordnung aufweisen, die stromabwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft und Abgas aufzunehmen. Das Partikelaufnahmesystem kann weiter eine Flussregulierungsanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Flussraten in der Lösungsflussanordnung und der Gesamtflussanordnung zu steuern, und eine Flussüberprüfungsanordnung, die konfiguriert ist, um die Genauigkeit der Flussregulierungsanordnung zu messen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 sieht eine schematische Veranschaulichung einer Motortestzelle gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel vor.
2 sieht eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Partikelaufnahmesystems für die Motortestzelle der 1 vor.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht eine Motortestzelle 10 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel. Diese Motortestzelle 10 kann verwendet werden, um Emissionen von beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motoren zu testen. Die Motortestzelle 10 kann eine Luftliefereinheit 12, einen Motorlufteinlass 14, eine oder mehrere Leitungen 16 zwischen der Luftliefereinheit 12 und dem Motorlufteinlass 14, einen Motor 20 und ein Partikelaufnahmesystem 18 aufweisen. Der Motor 20 kann Abgas durch eine Motorableitung 22 ausstoßen.
Wie in 1 veranschaulicht, kann die Motortestzelle 10 das Partikelaufnahmesystem 18 aufweisen, um dabei zu helfen, einen oder mehrere Parameter des Motorabgases zu bestimmen. Ansprechend auf die Aufnahme von Abgas kann das Partikelaufnahmesystem 18 beispielsweise eine Flussrate, eine Konzentration von Partikelstoffen und andere Werte des Abgases bestimmen, die für den Emissionstest aufgezeichnet und verwendet werden können. Das Partikelaufnahmesystem 18 und seine Komponenten sind in 2 veranschaulicht. In einem Ausführungsbeispiel kann das Partikelaufnahmesystem 18 eine Abgasaufnahmeeinheit 24, eine Lösungsflussanordnung 26, eine Gesamtflussanordnung 28, einen Bypass bzw. eine Überleitung 30, eine Flussüberprüfungsanordnung 32 und eine Steuervorrichtung 34 aufweisen. Jede der Unterkomponenten kann eine Vielzahl von Konfigurationen haben, um einer speziellen Anwendung zu dienen. Beispielhafte Unterkomponenten des Partikelaufnahmesystems 18 werden besprochen, jedoch ist die beanspruchte Erfindung nicht auf diese speziellen Konfigurationen eingeschränkt.
Die Abgasaufnahmeeinheit 24 kann betriebsmäßig mit der Motorableitung 22 verbunden sein. Die Abgasaufnahmeeinheit 24 kann konfiguriert sein, um Abgas von dem Motor 20 zum Testen aufzunehmen. Die Abgasaufnahmeeinheit 24 kann einen Dilutions- bzw. Lösungstunnel 42, eine Probensonde 36, ein Probenventil 48 und einen Filter 50 aufweisen.
Der Lösungstunnel 42 kann eine Mischboxbauart aufweisen oder kann ein poröses mittleres Rohr mit einer Vielzahl von Löchern im Mikrometerbereich aufweisen, die in einem Luftverteilungsrohr gelegen sind, welches innerhalb einer Luftlieferkammer positioniert ist. Der Lösungstunnel 42 kann mit der Motorableitung 22 des Motors 20 in einem Niederdruckabschnitt der Motorableitung 22 verbunden sein, wo Abweichungen minimiert werden. Das Abgas kann in den Lösungstunnel 42 durch einen ersten Lösungstunneleinlass 44 eintreten, kann sich mit anderen Gasflüssen innerhalb des Lösungstunnels 42 vermischen und dann durch den Lösungstunnelauslass 46 austreten. Das Probenventil 48 kann betriebsmäßig mit dem Lösungstunnel 44 verbunden sein und kann selektiv den Auslass 46 blockieren können.
Die Proben- bzw. Aufnahmesonde 36 kann sich in die Motorableitung 22 erstrecken und kann betriebsmäßig mit dem ersten Lösungstunneleinlass 44 verbunden sein. Es wird in Betracht gezogen, dass die Probensonde 36 ein Quadratwurzelextraktor sein kann und einen Nasenteil 38 aufweisen kann, der einen Einlassdurchlass 40 definiert, der in die Motorableitung 22 vorsteht. Abgas, welches durch die Motorableitung 22 läuft, kann in die Probensonde 36 durch den Einlassdurchlass 40 eintreten.
Der Filter 50 kann in Reihe mit dem Probenventil 48 verbunden sein. Der Filter 50 kann konfiguriert sein, um Partikelstoffe in dem Abgas aufzunehmen, welches den Lösungstunnel 42 verlässt. Der Filter 50 kann ein entfernbares Filterelement aufweisen, welches gewogen werden kann, um einen Massenwert für die Partikelstof fe zu bestimmen, die in dem Filter 50 aufgenommen wurden. Es wird in Betracht gezogen, dass der Filter 50 aus Keramik, aus Fasern, aus einem gewebten Gitter oder irgendeinem anderen geeigneten Material gemacht sein kann.
Der Lösungstunnel 42 kann auch einen zweiten Einlass 52 aufweisen, der konfiguriert ist, um Lösungsluft von der Lösungsflussanordnung 26 aufzunehmen. Die Lösungsflussanordnung 26 kann den Fluss der Lösungsluft regulieren, der in den Lösungstunnel 42 eintritt. Die Lösungsflussanordnung 26 kann einen Lösungslufteinlass 54, eine Lösungsluftversorgung 56, einen Luftscrubber (Luftreinigungsvorrichtung) 58, einen Luftkühler 64, ein Lösungsluftdrucksteuerventil 66, ein System-AN/AUS-Ventil 68 und eine Lösungsflussmessvorrichtung 70 aufweisen.
Die Lösungsluft kann in die Lösungsflussanordnung 26 durch die Luftreinigungsvorrichtung 58 eintreten. Die Luftreinigungsvorrichtung 58 kann die Reinheit der Lösungsluft verbessern und kann einen Entfeuchtungsfilter 60 und einen Kohle-Scrubber bzw. einen Kohlefilter 62 aufweisen. Der Entfeuchtungsfilter 60 kann konfiguriert sein, um übermäßige Feuchtigkeit aus der Lösungsluft zu entfernen. Die Kohlereinigungsvorrichtung 62 kann konfiguriert sein, um Öl und/oder Kohlenwasserstoffe aus der Lösungsluft zu entfernen. Beim Austritt aus der Luftreinigungsvorrichtung 58 kann die Lösungsluft dann durch den Luftkühler 64 laufen. Der Luftkühler 64 kann konfiguriert sein, um Wärme aus der Lösungsluft abzuführen, um sie auf eine erwünschte Temperatur abzukühlen. Das Lösungsluftdrucksteuerventil 66 kann betriebsmäßig mit dem Luftkühler 64 verbunden sein, um selektiv die Lösungsluft dagegen abzublocken, vollständig durch die Lösungsflussanordnung 26 zu laufen. Ein weiteres Ventil, das System-AN/AUS-Ventil 68, kann auch konfiguriert sein, um eine selektiv ähnliche Funktion auszuführen.
Die Lösungsflussmessvorrichtung 70 kann in Verbindung mit einem Lösungsluftsteuerventil 72 arbeiten, um eine erste vorbestimmte Flussrate durch die Lösungsflussanordnung 26 einzustellen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Lösungsflussmessvorrichtung 70 ein Laminarflusselement aufweisen, welches konfiguriert ist, um Lösungsluft aufzunehmen und sie in dünne Kanäle aufzuteilen, um die Flussrate zu bestimmen. Zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass die Lösungs flussmessvorrichtung 70 auch eine Flussmessvorrichtung für den thermischen Massenfluss aufweisen kann, eine massenkompensierte Roots-Messvorrichtung mit positiver Verdrängung oder irgendeine andere geeignete Flussmessvorrichtung.
Die Gesamtflussanordnung 28 kann betriebsmäßig mit dem Lösungstunnel 42 verbunden sein. Ein Gesamtflusseinlass 74 kann selektiv strömungsmittelmäßig mit dem Lösungstunnel 42 in Verbindung stehen. Der Gesamtflusseinlass kann konfiguriert sein, um vermischte Lösungsluft und Abgas von der Lösungsflussanordnung 26 und der Abgasaufnahmeeinheit 24 aufzunehmen. Die Gesamtflussanordnung 28 kann ein Gesamtflusssteuerventil 76, einen Systemfilter 78, eine Gesamtflussmessvorrichtung 80, ein Leckrückschlagventil 82, einen Gesamtflussauslass 84, eine Vakuumpumpe 86 und ein Probenüberleitung-AN/AUS-Ventil 88 aufweisen.
Das Gesamtflusssteuerventil 76 kann konfiguriert sein, um die Rate des kombinierten Flusses der Lösungsluft und des Abgases durch die Gesamtflussanordnung 28 einzustellen. Der Systemfilter 78 kann stromabwärts des Gesamtflusssteuerventils 76 gelegen sein. Der Systemfilter 78 kann konfiguriert sein, um irgendwelche restlichen Partikelstoffe aufzunehmen, bevor sie in eine Gesamtflussmessvorrichtung 80 eintreten. Die Gesamtflussmessvorrichtung 80 kann ein massenkompensiertes Roots-Messgerät, ein Laminarflusselement, eine Flussmessvorrichtung für den thermischen Massenfluss oder irgendeine andere geeignete Flussmessvorrichtung aufweisen, und kann in Verbindung mit dem Gesamtflusssteuerventil 76 arbeiten, um eine vorbestimmte Flussrate durch die Gesamtflussanordnung 28 einzustellen.
Der Gesamtflussauslass 84 kann an einem Ende gegenüberliegend zum Gesamtflusseinlass 74 gelegen sein. Die Vakuumpumpe 86 kann mit einem Gesamtflussauslass 84 assoziiert sein. Die Vakuumpumpe 86 kann konfiguriert sein, um die verschiedenen Flüsse durch das Partikelaufnahmesystem 18 zu ziehen, und um die verschiedenen Flüsse aus dem Partikelaufnahmesystem 18 auszustoßen. Das Probenüberleitung-AN/AUS-Ventil 88 kann konfiguriert sein, um einer Vakuum pumpe 86 zu gestatten, Luft hereinzuziehen, wenn die Gesamtflussanordnung 28 vom Rest des Partikelaufnahmesystems 18 isoliert wird.
Die Vakuumpumpe 86, das Lösungsluftsteuerventil 72, das Gesamtflusssteuerventil 76, die Lösungsflussmessvorrichtung 70 und die Gesamtflussmessvorrichtung 80 können Komponenten einer Flussregulierungsanordnung sein. Die Flussregulierungsanordnung kann verwendet werden, um die Flussraten des Gases einzustellen, welches durch die Lösungsflussanordnung 26 und die Gesamtflussanordnung 28 läuft, und zwar auf vorbestimmte Werte. Beispielsweise können das Lösungsluftsteuerventil 72 und die Lösungsflussmessvorrichtung 70 als eine erste Flussregelvorrichtung wirken, und zwar durch Einstellung des Lösungsluftsteuerventils 72 auf eine Position entsprechend einem erwünschten Flussratenwert, wie durch die Lösungsflussmessvorrichtung 70 gemessen. Ein ähnliche Beziehung kann zwischen dem Gesamtflusssteuerventil 76 und der Gesamtflussmessvorrichtung 80 bestehen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Vakuumpumpe 86 selektiv auf unterschiedliche Niveaus eingestellt werden kann, um Gase mit erwünschten Flussraten hereinzuziehen.
Die Überleitung 30 kann betriebsmäßig mit der Lösungsflussanordnung 26 und der Gesamtflussanordnung 28 verbunden sein. Die Überleitung 30 kann mindestens zwei Betriebszustände haben: einen Proben- bzw. Aufnahmebetriebszustand, in dem Lösungsluft von der Lösungsflussanordnung 26 in den Lösungstunnel 42 laufen kann; und einen Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustand, wobei die Lösungsluft nicht in den Lösungstunnel 42 eintritt, sondern in den Bypass bzw. die Überleitung 30 abgeleitet werden kann. Die Überleitung 30 kann eine erste Ventilvorrichtung 90, eine Bypass bzw. Überleitung 92 und eine zweite Ventilvorrichtung 94 aufweisen.
Die erste Ventilvorrichtung 90 kann betriebsmäßig mit der Lösungsflussanordnung 26 verbunden sein. Die erste Ventilvorrichtung 90 kann konfiguriert sein, um die Lösungsluft von der Lösungsflussanordnung 26 in den Lösungstunnel 42 während des Aufnahmebetriebszustandes zu leiten, und um die Lösungsluft in die Überleitung 30 während des Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustandes zu leiten.
Die Überleitung 92 kann in Strömungsmittelverbindung mit der ersten Ventilvorrichtung 90 sein und kann Lösungsluft aufnehmen, während das Partikelaufnahmesystem 18 im Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustand ist. Die Überleitung 92 kann auch in Strömungsmittelverbindung mit einer zweiten Ventilvorrichtung 94 sein, um die Lösungsluft in die zweite Ventilvorrichtung 94 während des Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustandes zu leiten. Die zweite Ventilvorrichtung 94 kann konfiguriert sein, um gelöstes Abgas aus dem Lösungstunnel 42 in die Gesamtflussanordnung 28 während des Aufnahme- bzw. Probenbetriebszustandes zu leiten, und um Lösungsluft von der Überleitung 92 in die Gesamtflussanordnung 28 während des Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustandes zu leiten.
Die Flussüberprüfungsanordnung 32 kann betriebsmäßig mit der Gesamtflussanordnung 28 verbunden sein und kann konfiguriert sein, um selektiv strömungsmittelmäßig in Verbindung mit der Gesamtflussanordnung 28 zu treten. Die Flussüberprüfungsanordnung 32 kann eine Luftleitung 96, ein AN/AUS-Ventil 104 und eine Flussüberprüfungsmessvorrichtung 106 aufweisen.
Die Luftleitung 96 kann einen Einlass 98 in Strömungsmittelverbindung mit einer Luftversorgung 100 haben und einen Auslass 102, der strömungsmittelmäßig mit der Gesamtflussanordnung 28 in Verbindung steht. Eine Luftleitung 96 kann einen Kanal für einen Luftfluss zwischen dem Einlass 98 und dem Auslass 102 vorsehen. Die Luftleitung 96 kann ein Rohr, eine Leitung oder irgendwelche anderen geeigneten Mittel zum Leiten von gasförmigen Flüssen sein. Das AN/AUS-Ventil 104 kann betriebsmäßig mit der Luftleitung 96 verbunden sein. Das AN/AUS-Ventil 104 kann konfiguriert sein, um selektiv zu gestatten, dass Luft von der Luftversorgung 100 in die Gesamtflussanordnung 28 während des Flussüberprüfungs/Kalibrierungsbetriebszustandes läuft.
Die Flussüberprüfungsmessvorrichtung 106 kann konfiguriert sein, um den Luftfluss zu messen, der durch die Luftleitung 96 läuft. Die Flussüberprüfungsmessvorrichtung 106 kann eine Flussmessvorrichtung für den thermischen Massenfluss, ein Laminarflusselement, eine massenkompensierte Roots-Messvorrichtung mit positiver Verdrängung oder irgendeine andere geeignete Flussmessvorrichtung aufweisen.
Das Lecküberprüfungsventil 82 kann dabei helfen, eine Lecküberprüfungsfunkion bei der Lösungsflussanordnung 26 und der Gesamtflussanordnung 28 auszuführen. Die Lecküberprüfung kann ausgeführt werden, indem zuerst das Probenüberleitung-AN/AUS-Ventil 88, das AN/AUS-Ventil 104 und das Lecküberprüfungsventil 82 geschlossen wird. Zusätzlich können die erste Ventilvorrichtung 90 und die zweite Ventilvorrichtung 94 eingestellt werden, um den Lösungstunnel 42 zu umgehen (einen Bypass einzurichten), während die Lösungsflussanordnung 26 und die Gesamtflussanordnung 28 in Reihe angeordnet werden. Dann kann komprimierte Luft zum Einlass 54 geliefert werden, um das Partikelaufnahmesystem 18 zwischen dem Einlass 54 und dem Lecküberprüfungsventil 82 unter Druck zu setzen. An diesem Punkt kann das Lösungsluftdrucksteuerventil 66 in die geschlossene Position eingestellt werden, wobei somit das Partikelaufnahmesystem 18 zwischen dem Lösungsluftdrucksteuerventil 66 und dem Lecküberprüfungskugelventil 82 isoliert wird und unter Druck gesetzt wird. Zusätzlich kann als eine Alternative die erste Ventilvorrichtung 90 in die geschlossene Position eingestellt werden, sodass komprimierte Luft, die zum Einlass 54 geliefert wird, nur die Lösungsflussanordnung 26 zwischen dem Einlass 54 und der ersten Ventilvorrichtung 90 unter Druck setzen kann. Auf jeden Fall kann der unter Druck gesetzte Teil des Partikelaufnahmesystems 18 überwacht werden, um den Flussverlust und den Druckverlust mit der Zeit zu bestimmen.
Die Lecküberprüfungsfunktion kann auch durch ein Vakuum anstatt durch einen Überdruck ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Lecküberprüfungsfunktion dadurch beginnen, dass zuerst das Probenüberleitung-AN/AUS-Ventil 88, das AN/AUS-Ventil 104 und das Proben- bzw. Aufnahmeventil 48 geschlossen werden. Dann kann die Vakuumpumpe 86 aktiviert werden, um Luft aus dem Partikelaufnahmesystem 18 herauszuziehen, wodurch ein Vakuum zwischen der Pumpe 86 und dem Probenventil 48 erzeugt wird. An diesem Punkt kann das Lecküberprüfungsventil 82 in die geschlossene Position eingestellt werden, was somit die Gesamtflussanordnung 28 isoliert. Der isolierte Teil des Partikelaufnahmesystems 18 kann überwacht werden, um irgendeine Veränderung des Vakuumdrucks mit der Zeit zu bestimmen. Die Ausführung der Lecküberprüfungsfunktion in dieser Weise kann vorteilhaft sein, weil irgendein Leck in dem Filter 50 und um diesen herum detektiert werden kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die Lecküberprüfungsfunktion auch durch eine Kombination der zwei oben beschriebenen Verfahren ausgeführt werden kann.
Jedes der oben beschriebenen Ventile und der Ventilvorrichtungen kann eine mechanische Vorrichtung sein, durch welche der Fluss von Flüssigkeit, Gas oder losem Material in der Masse gestartet, gestoppt oder durch ein bewegbaren Teil reguliert werden kann, welches einen oder mehrere Anschlüsse oder Durchlasswege öffnet, schließt oder teilweise einschränkt. Es wird in Betracht gezogen, dass die Ventile und die Ventilvorrichtungen durch eine manuelle oder elektronische Steuerung eingestellt werden können. Beispielsweise können die Ventile durch die Steuervorrichtung 34 gesteuert werden, wie in 2 gezeigt.
Die Steuervorrichtung 34 kann mit der Lösungsflussanordnung 26, mit der Abgasaufnahmeeinheit 24, mit der Überleitung 30, mit der Gesamtflussanordnung 28 und mit der Flussüberprüfungsanordnung 32 in Verbindung stehen. Die Steuervorrichtung 34 kann konfiguriert sein, um es Anwendern zu gestatten, die Flussraten einzustellen, Messungen von den Messvorrichtungen aufzuzeichnen und Berechnungen auszuführen. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 34 Fehler- und Genauigkeitswerte für das Partikelaufnahmesystem 18 bestimmen und kann in einen automatischen Fehlerzustand eintreten, wenn diese Werte aus einem vorbestimmten Bereich herausfallen. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 34 automatisch das Partikelaufnahmesystem 18 aktualisieren, um Fehler zu kompensieren, um die Genauigkeit zu verbessern und um die Qualität der Testergebnisse zu verbessern.
Die Steuervorrichtung 34 kann einen einzigen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur Steuerung eines Betriebs eines Partikelaufnahmesystems 18 aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 34 aus zuführen. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 34 assoziiert sein, was eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung, eine Kommunikationsschaltung und anderer geeignete Schaltungen mit einschließt.
Industrielle Anwendbarkeit
Das offenbarte Partikelaufnahmesystem kann zur Mengenbestimmung der gravimetrischen Partikelstoffkonzentration verwendet werden, oder kann verwendet werden, um als eine Lösungsvorrichtung für eine Partikelbemessungsvorrichtung zu wirken. In einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel kann das Partikelaufnahmesystem verwendet werden, um die Menge der gravimetrischen Partikelstoffe in dem Abgas aus einem Motor zu bestimmen, und um eine Selbstüberprüfung bezüglich der Genauigkeit auszuführen. Der Betrieb des Partikelaufnahmesystems wird nun erklärt.
Das Partikelaufnahmesystem 18 kann mindestens zwei Betriebszustände haben: Einen Proben- bzw. Aufnahmebetriebszustand und einen Flussüberprüfungsbetriebszustand. Beispielsweise kann das Partikelaufnahmesystem 18 einen Proben- bzw. Aufnahmebetriebszustand zur Messung von Partikelstoffen im Abgas haben. Im Aufnahmebetriebszustand kann die erste Ventilvorrichtung 90 eingestellt sein, um Lösungsluft von der Lösungsflussanordnung 26 zur Abgasaufnahmeeinheit 24 zu leiten. Die zweite Ventilvorrichtung 94 kann eingestellt werden, um Lösungsluft und Abgas von der Abgasaufnahmeeinheit 24 zur Gesamtflussanordnung 28 zu leiten. Das Lösungsluftsteuerventil 72 kann eingestellt werden, um zu gestatten, dass eine erste vorbestimmte Flussrate durch die Lösungsflussanordnung 26 läuft. In ähnlicher Weise kann das Gesamtflusssteuerventil 76 eingestellt werden, um zu gestatten, dass eine zweite vorbestimmte Flussrate, die größer oder gleich der ersten vorbestimmten Flussrate ist, durch die Gesamtflussanordnung 28 läuft. Weiterhin kann das AN/AUS-Ventil 104 in eine geschlossene Position eingestellt werden, um den Luftfluss von der Luftversorgung 100 dagegen abzublocken, in die Gesamtflussanordnung 28 einzutreten.
Durch Einstellung des Partikelaufnahmesystems 18 in der oben beschriebenen Weise können die Lösungsflussanordnung 26, die Abgasaufnahmeeinheit 24 und die Gesamtflussanordnung 28 strömungsmittelmäßig in Reihe verbunden sein. Wenn die Vakuumanordnung 86 aktiviert wird, kann die Lösungsluft in die Lösungsflussanordnung 26 und die Gesamtflussanordnung 28 gezogen werden und durch diese hindurch geleitet werden. Als ein Folge kann eine Probe von Abgas aus der Motorableitung 22 in die Abgasaufnahmeeinheit 24 mit einer Rate gezogen werden, die im Wesentlichen äquivalent mit dem Unterschied zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Flussraten ist. In der Abgasaufnahmeeinheit 24 kann die Abgasprobe mit der Lösungsluft von der Lösungsflussanordnung 26 vermischt werden, bevor sie durch den Filter 50 läuft. Die aufgenommenen Partikelstoffe im Filter 50 können gewogen werden, um die Masse der Partikelstoffe in der Abgasprobe zu bestimmen. Eine Abgasprobenflussrate kann durch Bestimmung der Differenz zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Flussraten berechnet werden. Das Gesamtvolumen der Abgasprobe, die die Partikelstoffe erzeugt, kann dann berechnet werden, und zwar durch Multiplikation des Abgasflussratenwertes mit einem Wert, der der Zeitdauer äquivalent ist, während der die gelöste Abgasprobe durch den Filter 50 geleitet wurde. Die Konzentration der Partikelstoffe in der Abgasprobe kann durch einen Vergleich der Masse der im Filter 50 gefangenen Partikelstoffe mit dem Gesamtvolumen der Abgasprobe bestimmt werden.
Der Flussüberprüfungsbetriebszustand kann vor und/oder nach der Probenaufnahme verwendet werden, um präziser die Konzentration der Partikelstoffe in der Abgasprobe zu bestimmen. Im Flussüberprüfungsbetriebszustand kann die erste Ventilvorrichtung 90 so eingestellt werden, dass sie Lösungsluft in die Überleitung 92 leitet und die Lösungsluft dagegen abblockt, in die Abgasaufnahmeeinheit 24 einzutreten. Die zweite Ventilvorrichtung 94 kann eingestellt werden, um die Lösungsluft von der Überleitung 92 aufzunehmen und sie in die Gesamtflussanordnung 28 zu leiten. Wenn dies so getan wird, kann die zweite Ventilvorrichtung 94 Gase in der Abgasproben- bzw. Abgasaufnahmeeinheit 24 dagegen abblocken, in die Gesamtflussanordnung 28 einzutreten. Das Lösungsluftsteuerventil 72 kann eingestellt werden, um zu gestatten, dass eine erste vorbestimmte Flussrate durch die Lösungsflussanordnung 26 läuft. In ähnlicher Weise kann das Gesamtflusssteuerventil 76 eingestellt sein, um zu gestatten, dass eine zweite vorbestimmte Flussrate, die größer als die erste vorbestimmte Flussrate oder genauso groß wie diese ist, durch die Gesamtflussanordnung 28 läuft. Weiterhin kann das AN/AUS-Ventil 104 auf eine offene Position eingestellt werden, um zu gestatten, dass Luft von der Luftversorgung 100 in die Gesamtflussanordnung 26 fließt.
Durch Einstellung des Partikelaufnahmesystems 18 in der oben beschriebenen Weise, können die Lösungsflussanordnung 26 und die Gesamtflussanordnung 28 strömungsmittelmäßig in Reihe verbunden sein. Wenn die Vakuumpumpe 86 aktiv wird, kann die Lösungsluft in die Gesamtflussanordnung 28 gezogen werden. Als eine Folge kann Luft aus der Luftversorgung 100 in die Gesamtflussanordnung 28 durch die Luftleitung 96 mit einer Rate gezogen werden, die im Wesentlichen gleich der Differenz zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Flussraten ist. Irgendein Luftfluss durch die Luftleitung 96 kann unter Verwendung der Flussüberprüfungsmessvorrichtung 106 gemessen werden, um eine Luftflussrate zu erhalten. Die Luftflussrate kann die Menge des Abgases darstellen, die in die Abgasaufnahmeeinheit 24 während des Proben- bzw. Aufnahmebetriebszustandes gezogen wird. Dieser Wert kann verwendet werden, um die Konzentration der Partikelstoffe in dem Abgas zu bestimmen, und zwar durch Vergleich der Masse der in dem Filter 50 (während des Aufnahmebetriebszustandes) eingefangenen Partikelstoffe mit der gemessenen Luftflussrate.
Ein Fehlerwert für das Partikelaufnahmesystem 18 kann durch Bestimmung der Differenz zwischen der bestimmten Abgasflussrate durch die Lösungsflussmessvorrichtung 70 und durch die Gesamtflussmessvorrichtung 80 und die durch die Flussüberprüfungsmessvorrichtung 106 gemessene Luftflussrate berechnet werden. Der Fehlerwert kann auf eine Vielzahl auf Arten nützlich sein. Beispielsweise kann die bestimmte Abgasflussrate um eine Größe versetzt werden, die im Wesentlichen äquivalent mit dem Fehlerwert ist, um ein genaueres Maß der Konzentration der Partikelstoffe im Abgas zu erreichen. Wenn der Fehlerwert einen speziellen Bereich überschreitet, kann auch eine Antwort von der Steuervorrichtung 34 ausgegeben werden. Die Steuervorrichtung 34 kann die Partikelaufnahmesys temkomponenten erneut kalibrieren, um den Fehlerwert zu verringern, sodass die Testergebnisse genauer werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 34 die Lösungsflussmessvorrichtung 70, die Gesamtflussmessvorrichtung 80, das Lösungsluftsteuerventil 72, das Gesamtflusssteuerventil 76 und/oder die Vakuumpumpe 86 auf Null setzen, sodass die ersten und zweiten vorbestimmten Flussraten mit den tatsächlichen Flussraten übereinstimmen, die durch das Partikelaufnahmesystem 18 laufen. Die Steuervorrichtung 34 kann auch in einen Fehlerzustand eintreten, sodass darauf folgende Testergebnisse erst aufgenommen werden, wenn das Partikelaufnahmesystem 18 erneut kalibriert ist. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 34 dem Anwender ein Signal geben, dass das Partikelaufnahmesystem 18 einen Service braucht, bevor der Test fortgesetzt werden kann.
Das Partikelaufnahmesystem 18 kann verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik haben. Beispielsweise kann das Partikelaufnahmesystem 18 zusätzlich dazu, dass es die Konzentration der Partikelstoffe in dem Abgas bestimmt, auch konfiguriert sein, um eine Selbstüberprüfung auszuführen, um seine eigene Genauigkeit zu bestimmen. Diese Selbstüberprüfungsfunktion kann leicht zu irgendeinem Zeitpunkt vor und/oder nach dem Abgastest ausgeführt werden. Beispielsweise kann in einem EPA-Übergangstest ein Motor zwanzig Minuten laufen, und zwar gefolgt durch eine äquivalente Zeitperiode, in der der Motor abgeschaltet sein kann. Die Selbstüberprüfungsfunktion kann während dieser Zeitperiode ausgeführt werden, wenn der Motor abgeschaltet ist und keine Probenaufnahme stattfindet. Die Selbstüberprüfung kann gestatten, dass eine Kalibrierung ausgeführt wird, um das Partikelaufnahmesystem 18 zu standardisieren, und zwar durch Bestimmung der Abweichung von einem Standard, um die ordnungsgemäßen Korrekturfaktoren sicherzustellen und verbesserte Ergebnisse zu erreichen. Auch kann die Selbstüberprüfungsfunktion die Qualität des bestimmten Flusses für eine Flussregulierungsanordnung bestimmen.
Vorteile können dadurch erreicht werden, dass physisch die Flussüberprüfungsanordnung 32 in dem Partikelaufnahmesystem 18 vorgesehen ist. Beispielsweise kann das betriebsmäßige Verbinden der Flussüberprüfungsanordnung 32 mit der Gesamtflussanordnung 28 die Notwendigkeit vermeiden, eine physisch invasive Flussmessvorrichtung zwischen der Motorableitung 22 und dem Lösungstunnel 42 anzuordnen, die einen beträchtlichen Messfehler dadurch verursachen kann, dass sie verhindert, dass Partikelstoffe in die Probensonde 36 eintreten. Auch kann durch betriebsmäßiges Verbinden der Flussüberprüfungsanordnung 32 mit der Gesamtflussanordnung 28 die schwierige Aufgabe des physischen Trennens des Lösungstunnels 42 von der Motorableitung 22 zum Einbau einer Flussmessungsvorrichtung vermieden werden.
Das Partikelaufnahmesystem 18 kann auch den Wirkungsgrad des Motortestprozesses verbessern. Beispielsweise kann das Partikelaufnahmesystem 18 automatisch durch die Steuervorrichtung 34 gesteuert werden. Die Steuervorrichtung 34 kann Anwendereingaben aufnehmen, kann Flussraten einstellen, kann Messungen aufzeichnen und Berechnungen ausführen, um einen Fehler zu bestimmen. Ansprechend auf einen Fehler kann die Steuervorrichtung 34 Komponenten erneut kalibrieren und einstellen, wie beispielsweise die Flussmessvorrichtungen und Flussregler, um konsistente, genaue und wiederholbare Testergebnisse zu erzeugen. Weiterhin kann durch Überwachung der Genauigkeit des Partikelaufnahmesystems 18 die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von schlechten Testergebnissen verringert werden.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Partikelaufnahmesystem vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich werden andere Ausführungsbeispiele des offenbarten Partikelaufnahmesystems dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
Zusammenfassung
Partikelaufnahmesystem mit Flussüberprüfungsvorrichtung
Ein Partikelaufnahmesystem wird offenbart. Das Partikelaufnahmesystem kann eine Abgasaufnahmeeinheit und eine Lösungsflussanordnung aufweisen, um Lösungsluft in die Abgasaufnahmeeinheit zu liefern. Das Partikelaufnahmesystem kann auch eine Gesamtflussanordnung aufweisen, um Lösungsluft und Abgas aufzunehmen. Das Partikelaufnahmesystem kann auch eine Flussregulierungsanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Flussraten in der Lösungsflussanordnung und in der Gesamtflussanordnung zu steuern. Das Partikelaufnahmesystem kann weiter eine Flussüberprüfungsanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Genauigkeit der Flussregulierungsanordnung zu messen.

Claims

Partikelaufnahmesystem, welches Folgendes aufweist: eine Abgasaufnahmeeinheit (24), die konfiguriert ist, um Abgas aufzunehmen; eine Lösungsflussanordnung (26), die stromaufwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft zur Abgasaufnahmeeinheit zu liefern; eine Gesamtflussanordnung (28), die stromabwärts der Abgasaufnahmeeinheit gelegen ist und konfiguriert ist, um Lösungsluft und Abgas aufzunehmen; eine Flussregulierungsanordnung (70, 72, 76, 80), die konfiguriert ist, um Flussraten in der Lösungsflussanordnung und in der Gesamtflussanordnung zu steuern; und eine Flussüberprüfungsanordnung (32), die konfiguriert ist, um die Genauigkeit der Flussregulierungsanordnung zu messen.
System nach Anspruch 1, welches eine Überleitung (30) aufweist, die zwischen der Lösungsflussanordnung und der Gesamtflussanordnung angeordnet ist, wobei die Überleitung konfiguriert ist, um selektiv die Lösungsluft um die Abgasaufnahmeeinheit zur Gesamtflussanordnung herumzuleiten.
System nach Anspruch 1, wobei die Flussüberprüfungsanordnung eine Luftleitung (96) aufweist, die konfiguriert ist, um Luft in die Gesamtflussanordnung zu liefern.
System nach Anspruch 3, wobei die Flussüberprüfungsanordnung ein Flussüberprüfungsventil (104) aufweist, welches konfiguriert ist, um selektiv die Luft zu blockieren.
System nach Anspruch 3, wobei die Flussüberprüfungsanordnung eine Flussmessvorrichtung (106) aufweist, die konfiguriert ist, um eine Luftflussrate zu messen.
System nach Anspruch 1, wobei die Flussregulierungsanordnung konfiguriert ist, um selektiv eine erste vorbestimmte Flussrate der Lösungsluft durch die Lösungsflussanordnung zu leiten, und eine zweite vorbestimmte Flussrate des gelösten Abgases durch die Gesamtflussanordnung zu leiten, wobei die Differenz zwischen der ersten vorbestimmten Flussrate und der zweiten vorbestimmten Flussrate verwendet wird, um eine Abgasflussrate zu bestimmen.
System nach Anspruch 6, welches Folgendes aufweist: eine Steuervorrichtung (34) in Verbindung mit der Flussregulierungsanordnung und der Flussüberprüfungsanordnung, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Differenz zwischen der bestimmten Abgasflussrate und der gemessenen Luftflussrate zu berechnen, um einen Fehlerwert zu erhalten und um die Flussregulierungsanordnung ansprechend darauf einzustellen, dass der Fehlerwert einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Motortestzelle, die das Partikelaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 1-6 aufweist.
Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in einem Abgas, welches Folgendes aufweist. Leiten von Abgas zu einer Abgasaufnahmeeinheit (24); Leiten von Lösungsluft durch eine Lösungsflussanordnung (26) zu der Abgasaufnahmeeinheit mit einer ersten vorbestimmten Flussrate unter Verwendung einer Flussregulierungsanordnung (70, 72, 76, 80); Leiten von gelöstem Abgas durch eine Gesamtflussanordnung (28) mit einer zweiten vorbestimmten Flussrate unter Verwendung der Flussregulierungsanordnung; Vergleichen der ersten vorbestimmten Flussrate mit der zweiten vorbestimmten Flussrate, um eine Abgasflussrate zu bestimmen; selektives Vorbeileiten der Lösungsluft an der Abgasaufnahmeeinheit vorbei zur Gesamtflussanordnung; Zulassen, dass Luft in die Gesamtflussanordnung während des Überleitens fließt; Messen einer Luftflussrate; und Vergleichen der bestimmten Abgasflussrate und der gemessenen Luftflussrate, um die Genauigkeit der bestimmten Abgasflussrate zu überprüfen.
Verfahren nach Anspruch 9, welches Folgendes aufweist: Berechnen der Differenz zwischen der bestimmten Abgasflussrate und der gemessenen Luftflussrate, um einen Fehlerwert zu erhalten.