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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Partikelaufnahmesystem
und insbesondere auf ein Partikelaufnahmesystem mit einer Flussüberprüfungsanordnung.
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Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Partikelaufnahmesystem der vorliegenden Offenbarung ist darauf gerichtet,
eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 sieht
eine schematische Veranschaulichung einer Motortestzelle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel
vor.
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2 sieht
eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten
Partikelaufnahmesystems für
die Motortestzelle der 1 vor.
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Detaillierte Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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Partikelaufnahmesystem mit
Flussüberprüfungsvorrichtung
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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.