DE10220154A1

DE10220154A1 - System zur Messung von teilchenförmigen Material in Abgasen

Info

Publication number: DE10220154A1
Application number: DE10220154A
Authority: DE
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: US7404340B2; US20040118223A1; JP4326761B2; JP2003130782A; US7243559B2; US20030167859A1; DE10220154B4

Abstract

Es wird ein Gasprüfsystem zum Testen und Zertifizieren von Verbrennungsmotoren unter Übergangsbedingungen geschaffen, das einen partiellen Strömungsverdünnungstunnel, Master- und Sklaven-Massenströmungs-Steuerungsvorrichtungen sowie eine Übergangs-Verdünnungs-Luftströmungs-Steuerungsvorrichtung umfasst. Die Übergangs-Verdünnungs-Luftströmungs-Steuerungsvorrichtung misst die Übergangsveränderungen in der Einlass-Luft und variiert die Strömung der Verdünnungsluft zum partiellen Strömungsverdünnungstunnel. Durch Steuerung der Verdünnungsluft in dieser Weise wird sichergestellt, dass zu jeder Zeit eine Teilchenprobe genommen werden kann, die eine konstante Proportion zur Abgasströmungsrate besitzt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Messung von Partikelteilchen im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, insbesondere auf ein Partial- bzw. Teilströmungsverdünnungsprobensystem zur Messung von partikelförmigem Material während der Motor-Übergangsbedingungen.

Hintergrund

Abgasprüfsysteme, die Partialströmungs-Verdünnungstunnels (PFDT = partial flow dilution tunnels) verwenden, wurden seit den frühen 1990er Jahren als effektive Alternative zu vollen Verdünnungstunnelsystemen zur Entwicklung und Zertifikation von Motoren verwendet, wobei ein stabiler bzw. stetiger Zustand beim Modelltesten erlaubt war. Früher wurden an sämtlichen nicht auf der Straße zu verwendenden Motoren und bis in jüngste Zeit an vielen nach Europa zu liefernden, auf der Straße zu verwendenden Motoren Testungen und Zertifikationen mit Systemen ausgeführt, die PFDT's (partial flow dilution tunnels) benutzten, und zwar infolge der Tatsache dass sie tragbarer, billiger und leichter wiederholbar sind, als entsprechende Verdünnungstunnelsysteme. Normierungsorganisationen, wie ISO, CARB, EPA und EEC, erlauben alle die Verwendung von PFDT's für eine stabile Test-Zyklus-Zertifikation. Eines dieser Systeme zeigt US-PS 5,058,440, erteilt am 22. Oktober 1991 an Russell R. Graze, und übertragen auf den Inhaber dieser Erfindung.

Die Umweltschutz-Agentur (EPA = Environmental Protection Agency) hat ihr Interesse erklärt an der Aufstellung von Übergangszyklus-Vorschriften für große nicht auf der Straße eingesetzte Dieselmotoren, die Partikelemissionen aus diesen Motoren zu kontrollieren bzw. zu steuern. Es wird erwartet, dass diese Vorschriften etwa im Jahre 2006 in Kraft treten werden. Die Größe der zu regulierenden Nicht-Straße-Dieselmotoren macht die Massenströmungsraten-Kapazität der vollen Verdünnungstunnel der Industrie verhältnismäßig unbedeutend, die in den vergangenen mehr als zwanzig Jahren verwendet wurden, um die auf der Straße bestehenden Motor-Emissions-Pegel einschließlich des Partikelmaterials (PM) zu quantifizieren. Ferner schließen die reinen Zahlen der zu entwickelnden Nicht-Straßen-Bewertungen, in Kombination mit gleichlaufenden notwendig erachteten Regulierungsmaßnahmen, die an Straßen-Motoren arbeitenden Entwicklungsteams gerichtet sind, den Gebrauch von existierenden vollen Verdünnungstunneln für eine Nicht-Straßen-Entwicklung selbst bei kleinen Motoren aus.

Daher ist es wünschenswert, ein PFDT zu entwickeln, das benutzt werden kann, um Nicht-Straßen-Dieselmotoren auch unter Übergangsbedingungen zu testen und zu zertifizieren. Eines dieser Systeme ist beschrieben in der US-PS 6,062,092, erteilt an Christopher Weaver am 16. Mai 2000, die an Engine, Fuel and Emissions Engineering, Incorporated übertragen wurde. Dieses System benutzt eine Feedback-Anordnung, um die Proportion des zu prüfenden Abgases zu verändern, was auf den Veränderungen im Abgasstrom aus einem Motor basiert. Dieses System benutzt jedoch die Druckdifferenz zwischen dem Abgasströmungsfluss und dem Druck innerhalb einer Prüfsonde für das Feedback, um die Proportionalität der Abgasprobe und der Verdünnungsluft in einem Verdünnungstunnel zu kontrollieren bzw. zu steuern. Dieses System benutzt den letztmöglichen Punkt in einem Testsystem, um die Abweichungen im Motorgasstrom zu prüfen für Test-Wechsel (das heißt die Abgasfluss-Strömung) und diskutiert nicht oder zieht nicht in Betracht die pneumatische Kapazität des Systems. Die pneumatische Kapazität ist der Widerstand im Prüfsystem, um auf Veränderungen im System unter Übergangsbedingungen zu reagieren. Ferner zieht der Stand der Technik gemäß US-PS 6,062,092 die durch Thermophorese verursachte Partikelabscheidung nicht in Betracht.

Es ist Ziel der Erfindung, eines oder mehrere dieser vorstehend erwähnten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

In einem Aspekt dieser Erfindung wird eine Übergangs-Verdünnungsluft-Steuerungsanordnung zur Steuerung eines Verdünnungsluftvorrates zu einem partiellen Strömungs-Verdünnungstunnel eines Gasprüfsystems geschaffen. Der partielle Strömungs-Verdünnungstunnel ist verbunden mit einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors. Das Gasprüfsystem umfasst eine erste Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung, die betriebsmäßig mit einem Einlass des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnel verbunden ist, eine zweite Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung, die mit einem Auslass-Ende des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels verbunden ist, und einen Filter, der zwischen der zweiten Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung und dem Auslass-Ende des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels angeordnet ist. Die Übergangs- Verdünnungs-Steuerungsanordnung umfasst einen konstanten Massenströmungsstrom, der mit dem Einlass des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels verbunden ist, und einen variablen Massenströmungsstrom, der mit dem konstanten Massenströmungsstrom verbunden ist.

In einem noch anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein Gasprüfsystem zum Messen von teilchenförmigem Material in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors geschaffen. Das Gasprüfsystem umfasst einen partiellen Strömungs-Verdünnungstunnel, der mit dem Abgasstrom des Motors verbunden ist. Eine erste Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung ist betriebsmäßig verbunden mit einem Einlass des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels. Eine zweite Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung ist verbunden mit einem Auslass-Ende des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels. Eine Übergangs- Verdünnungs-Luftsteuerungsanordnung ist zwischen der ersten Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung und dem Einlass des partiellen Strömungs-Verdünnungstunnels angeordnet und steuert einen Verdünnungsluftvorrat zum partiellen Strömungs-Verdünnungstunnel.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische bzw. graphische Gesamtansicht einer Motoren-Testzelle;
Fig. 2 eine schematische bzw. graphische Ansicht eines Gasprüfungssystems zur Realisierung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische bzw. graphische Ansicht einer Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsvorrichtuing gemäß Fig. 2;
Fig. 4 ein elektronisches Schaltbild für die Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsvorrichtung gemäß Fig. 3; und
Fig. 5 eine graphische Darstellung mit der Beziehung zwischen der Motorenabgasströmung und der Übergangs-Luftverdünnungs-Ansprechzeit.

Detaillierte Beschreibung

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Motoren-Testzelle 10 gemäß der Erfindung einen Einlass- bzw. Ansaugluft-Vorratsbehälter 12 auf, der durch eine Leitung 13 mit dem Ansauglufteinlass 14 eines Verbrennungsmotors 16 verbunden ist. Zwischen dem Vorratsbehälter 12 mit Ansaugluft und dem Motor 16 ist in der Leitung 13 ein Filter 18 angeordnet, der ein Kanisterfilter oder eine Anzahl bekannter Filteranordnungen sein kann. Ein Laminar-Strömungselement 20 oder eine andere Strömungsvorrichtung ist in der Leitung 13 zwischen dem Filter 18 und dem Motor 16 angeordnet. Das Laminar-Strömungselement 20 ist ein Druckdifferenz- bzw. Druckdifferential-Strömungselement, das zur Messung der Strömung der Einlassluft 14 zum Motor 16 angeordnet ist. Das Laminar-Strömungselement 20 ist mit einem Luftströmungsraten-Wandler-Gehäuse 22 verbunden. Im Gehäuse 22 ist ein Druckdifferenz-Wandler 24 angeordnet, der die Druckdifferenz am Laminar-Strömungselement 20 in eine Analog-Signal-Ausgangsgröße umwandelt, die durch einen Leiter 26 übertragen wird zu einem später beschriebenen Zweck; beispielsweise liegt diese Ausgangsgröße bei 0-5 V Gleichstrom oder in einem anderen geeigneten Bereich, wie etwa 0-10 V Gleichstrom. Es ist klar, dass die vorstehend beschriebene Anordnung für beispielhafte Zwecke dient. Eine nicht-lineare Messvorrichtung, wie etwa ein Brandt-Luftströmungsmessgerät, kann benutzt werden, wenn ein linearisierender Algorithmus verwendet wird oder wenn (irgend)ein anderes Strömungsmess-System anwendbar ist, das eine zur Strömungsrate lineare Spannungs- Ausgangsgröße erzeugt. Ferner zeigt die Test-Zelle 10 einen Verbrennungsmotor 16, der nur einen einzigen Turbolader aufweist. Jedoch, im Falle, dass ein Motor 16, der eine (nicht gezeigte) duale oder vierfache Turbolader-Anordnung aufweist, zu untersuchen bzw. zu testen ist, wird der Vorrat an Ansaugluft 14 in zwei bzw. vier Pfade separiert, von denen jeder Pfad ein stromaufwärts jedes Turboladers gelegenes Laminar-Strömungselement 20 enthält. In der Leitung 13 finden vor dem Laminar-Strömungselement 20 zusätzliche Messungen statt. Eine Prüfsonde 30 zur Überwachung des Prozentsatzes der relativen Feuchtigkeit im Vorrat der Ansaugluft 14 ist beispielsweise durch einen Draht mit dem Luftströmungsraten-Wandler-Gehäuse 22 verbunden. Ein Widerstands-Temperatursonde 32 ist ebenfalls durch einen Draht mit dem Gehäuse 22 verbunden. Diese ermittelten Messergebnisse werden einem Testzellen- Host-Computer 34 zugeleitet.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 umfasst ein Gasprüfsystem 36 gemäß vorliegender Erfindung einen Partialströmungs-Verdünnungstunnel (PFDT = partial flow dilution tunnel) 38. Der Verdünnungstunnel 38 ist von (irgend)einer bekannten Konstruktion, die der Mischbox-Art oder von der Art sind, welche ein poröses Mittelrohr umfasst, das eine Vielzahl von Löchern in Micron- bzw. in µ-Größe aufweist, die in einem innerhalb einer Luftvorratskammer angeordneten Luftverteilungsrohr ausgebildet sind. Die zuletzt genannte der beiden Arten ist in der US-PS 5,058,440 beschrieben. Außerdem ist eine Vielzahl von zusätzlichen Steuerkomponenten 39 für das Gasprüfungssystem 36 genauer in Fig. 2 dargestellt und sind mit dem Auslass des Verdünnungstunnels 38 verbunden. Der Verdünnungstunnel 38 kann mit dem Abgasrohr 40 des Motors 16 verbunden. Der Verdünnungstunnel 38 ist mit dem Abgasrohr 40 in einem Niederdruckabschnitt des Rohrs 40 verbunden werden, wo Abweichungen minimiert sind. Oder es wird wahlweise eine Prüfsonde 42, wie etwa eine zumessöffnungs-geneigte Probeentnahmesonde, die so bemessen und konstruiert ist, dass die Wirkung von Druckabweichungen im Abgasrohr 16 minimiert wird, mit einem Ende oder Einlass des Verdünnungstunnels 38 verbunden und in das Abgasrohr 40 verläuft. Die Prüfsonde 42 ist in der Industrie als "Quadratwurzel- Extraktor" ("square root extractor") bekannt. Der Gebrauch der Prüfsonde 42 gibt bzw. ermöglicht die Wahl der Prüfung einer stromaufwärts gelegenen Rückdruck- bzw. Gegendruck-Reguliervorrichtung oder in einem konventionellen Stapel (stack) ohne das Potential der Daten-Vorspannung. Wie in Fig. 2 ersichtlich, weist die Prüfsonde ein Nasenstück 44 auf, das einen Einlass-Durchlass 46 definiert, der in das Abgasrohr 40 hineinragt. Somit wird eine proportionale Probe eines durch die Bezugsziffer 48 gekennzeichneten partikel-belasteten Abgasstromes in den Verdünnungstunnel 38 geleitet.
Ein Einlass-Anschluss 50 im Verdünnungstunnel 38 steht in Verbindung mit einem Vorrat an Luft, wie zum Beispiel eine Fabrikluftversorgung, wie allgemein durch die Bezugsziffer 52 angezeigt ist. Um die Strömungsrate der verdünnten Luft in den Verdünnungstunnel 38 besser regulieren zu können, wird der Vorrat an Luft 52 in Serie angeordneter Reihenfolge einem unter Druck stehenden sauberen Luftbehälter (RES = reservoir) 54 und einem elektrisch gesteuerten Massenstromsteuergerät (MFC1 = mass flow controller 1) 60 zugeführt. Bevor sie den Behälter 54 erreicht, wird die Luft behandelt, um ihre Sauberkeit zu verbessern, und zwar beispielsweise durch serielles Durchleiten des Vorrates an Luft 52 durch einen Trockenfilter 62 zur Entfernung übermäßiger Feuchtigkeit sowie durch einen Holzkohlen-Gaswäscher 64 oder dergleichen zur Entfernung von Öl und/oder Kohlenwasserstoffen. Ein vor dem Filter 62 stromaufwärts gelegenes elektromagnetisches Ventil 66 dient zur An- und Abschaltung von Luft 52. Ein elektromagnetisches Ventil 68 ist in Strömungsrichtung nach dem Massenstromsteuergerät 60 und vor dem Verdünnungstunnel 38 angeordnet.
Das entgegengesetzte oder Auslassende des Verdünnungstunnels 38 ist mit einem elektromagnetischen Ventil 70 und mit einer schematisch dargestellten Filteranordnung 72 verbunden. Die Filteranordnung 72 weist auch ein schematisch dargestelltes, entfernbares Filterelement 76 auf. Die Filteranordnung 72 ist in serieller Reihenfolge mit einem elektromagnetischen Ventil 78, einem elektrisch gesteuerten Massenstromsteuergerät 80 (MFC2) und einer Vakuumpumpe 82 verbunden. Ferner ist ein elektromagnetisches Ventil 79 parallel zum Auslass des Massenstromsteuergeräts 60 und zum Einlass des Massenstromsteuergeräts 80 angeordnet. Ein elektromagnetisches Ventil 81 ist zwischen dem elektromagnetischen Ventil 79 und dem Einlass des Massenstromsteuergeräts 80 angeordnet. Das elektromagnetische Ventil 81 ist an seinem Einlass gegenüber der Atmosphäre offen, so dass die Vakuumpumpe 82 nicht zerstört wird, wenn das Prüfsystem nicht in Betrieb ist. Das elektromagnetische Ventil 81 ist mit einer speziell bemessenen Öffnung 83 versehen um in Antizipation des Prüfens einen Standby-Betrieb zu gestatten. Die Öffnung 83 minimiert den Druckverlust über das Reinigungsfilterelement 76 und die Vakuumleitung hinweg.
Das elektrisch gesteuerte Massenstromsteuergerät (MFC2) 80 ist das Master- bzw. Haupt-Steuergerät und wird als Gesamt-Strömungsratensteuerungsinstrument verwendet. Das elektrisch gesteuerte Massenstromsteuergerät (MFC1) 60 ist das Sklaven- bzw. untergeordnete Steuergerät und wird als Instrument zur genauen Steuerung der verdünnten Luftströmungsrate vom Behälter 54 verwendet. Diese thermischen Massenstromsteuergeräte sind vorzugsweise von der im Handel erhältlichen Kapillarrohr-Bauart und arbeiten im wesentlichen unabhängig von normalen Temperatur- und Druckveränderungen. Das Master-Steuergerät 80 und das Sklaven-Steuergerät 60 sind jeweils über Paare elektrischer Leitungen 86,88 bzw. 90,92 mit einem Mikroprozessor (PR) 84 elektrisch verbunden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, zeigte das vorstehend erläuterte System gemäß US-PS 5,058,440 ein Luftströmungsratenmessgerät (AM) 94, und zwar als ein Laminar-Strömungselement oder ein Brandt-Strömungsmessgerät, welches die Rate der einströmenden, dem zu prüfenden Motor 16 zugeführten Luft misst. Ferner ist eine Kraftstoff-Strömungsraten-Messvorrichtung (FM) 96 vorgesehen, um die dem Motor augenblicklich zugeführte Kraftstoffrate zu messen. Das Luftströmungsratenmessgerät 94 weist eine Signalleitung 98 auf, die mit einer Signal- Konditioniereinrichtung 100 verbunden ist. Das Kraftstoffströmungsratenmessgerät 96 weist eine Signalleitung 102 auf, die ebenfalls mit der Signal-Konditioniereinrichtung verbunden ist.
Die Signal-Konditioniereinrichtung 100 weist vorzugsweise zwei in dieser angeordnete (nicht dargestellte) programmierbare elektronische Prozesseinheiten auf. Eine dieser Einheiten ist geeignet, das Spannungssignal in der Signalleitung 98 durch eine erste vorprogrammierte Raten-Tabelle in ein elektrisches Signal in einer ersten Ausgangsleitung 104 zum Mikroprozessor (PR) 84 umzuwandeln. Die andere Einheit ist geeignet, das Frequenzsignal in der Signalleitung 102 durch eine zweite vorprogrammierte Raten-Tabelle in ein elektrisches Signal in einer zweiten Ausgangsleitung 106 zum Mikroprozessor 84 umzuwandeln.
In enger Nachbarschaft zum und in einem vorbestimmten Abstand vom Verdünnungstunnel 38 ist eine Übergangs-Verdünnungs-Luftstrom-Steueranordnung (TDAC = transient dilution airflow control arrangement) 110 angeordnet. Gemäß Fig. 3 ist die Übergangs-Verdünnungs-Luftstrom-Steueranordnung 110 geteilt in einen konstanten Massenfluss-Strom 112, der für exemplarische Zwecke eine feste Strömung von 130 Litern/Minute von Verdünnungsluft für einen vorgegebenen Test liefert, und in einen variablen Massenfluss-Strom 114, der für exemplarische Zwecke zwischen 0 und 30 Litern/Minute von Verdünnungsluft für einen vorgegebenen Test liefert. Der konstante Massenfluss-Strom 112 ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des Sklaven-Massenfluss-Steuergeräts 60 angeordnet und umfasst ein Druck regulierendes Ventil 116, das in Serie betriebsmäßig mit einem kritischen Strömungs-Venturi-Rohr 118 verbunden ist. Das kritische Strömungs-Venturi-Rohr ist aus einem Material hergestellt, das dimensionsmäßig bzw. größenmäßig unter thermischen Abweichungen stabil ist. Ein derartiges Material kann Invar 36, Keramik, Edelsteine oder bestimmte Sorten von hoch-thermisch stabilen Edelstählen (insbesondere Edelstähle der 400er-Serie) sein.
Der variable Massenfluss-Strom 114 ist parallel zum konstanten Massenfluss- Strom 112 angeordnet und weist erste und zweite parallel verbundene Druck- Regulierventile 120,122 auf. Das erste Druck-Regulierventil 120 ist in Serie betriebsmäßig verbunden mit einem kuppelbelasteten Regulierventil 124 und einem thermischen Massenfluss-Wandler 126. Der Ausgang des thermischen Massenfluss-Wandlers ist betriebsmäßig zurückverbunden zum Ausgang des kritischen Strömungs-Venturi-Rohrs 118. Das zweite Druck-Regulierventil 122 ist in Serie betriebsmäßig verbunden mit einer Spannung-zu-Druck-Steuerungsvorrichtung 130. Ein elektrischer Ausgang vom thermischen Massenfluss- Wandler 126 ist durch eine Leitung 132 mit der Spannung-zu-Druck-Steuerungsvorrichtung 130 verbunden. Eine Leitung 134 verbindet die Spannung zu Druck-Steuerungsvorrichtung 130 mit dem dritten Druck-Regulierventil 124. Es ist klar, dass das Druck-Regulierventil 116 sowie die ersten und zweiten Druck- Regulierventile 120,122 als manuell betätigte Ventile mit Druck anzeigenden Messgeräten 136 dargestellt sind, zur Einstellung jeweils auf einen gewünschten bzw. Soll-Druck für einen vorgegebenen Test. Es ist jedoch auch klar, dass im Rahmen vorliegender Erfindung vorgesehen ist, dass das Druck-Regulierventil 116 sowie die ersten und zweiten Druck-Regulierventile 120,122 elektrisch gesteuerte Ventile sein können, die verbunden sind mit und gesteuert sind durch den Mikroprozessor 84.
Wie in Fig. 3 zu sehen und in Fig. 4 im Detail gezeigt ist, ist eine Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung über eine Leitung 160 mit der Spannung-zu- Drucksteuerungsvorrichtung 130 verbunden. Die Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung ist eine Analog-Verfeinerungsschaltung, die ein zur Massenfluss- Rate der Einlass-Luft proportionales elektrisches Eingangssignal durch die Leitung 26 vom Druckdifferenz-Wandler 24 erhält. Das Analog-Signal vom Druckdifferenz-Wandler 24 wird an einer ersten Eingangsverbindung 142 aufgenommen. Im Falle eines dualen Ansaugpfades für einen Verbrennungsmotor 16 mit dualem Turbolader ist eine zweite Eingangsverbindung 144 vorgesehen. Ein Schalter 146 sorgt dafür, dass die Schaltung 140 zwischen einer offenen Position für eine Einzelkanaleingangsgröße und einer geschlossenen Position zur Mittelung einer Dualkanaleingangsgröße hin- und hergeschaltet werden kann. Eine Schaltung 150 mit wählbarer Verstärkung ist wählbar zwischen einer Vielzahl von groben Spannungspositionen 152, beispielsweise von 0-5 V Gleichspannung Maximal-Position bis zu 0-1,67 V Gleichspannung Minimalposition, basierend auf der Menge der Einlassluft oder der bestimmten Größe des Motors 16 für einen gegebenen Test. Ein Potentiometer 154 wird verwendet, um danach das Signal feinabzustimmen. Ein verbleibender Teil 156 der Schaltung 140 verfeinert das Analog-Signal in konventioneller Weise mit einer Ausgangsverbindung 158, die das Analog-Signal über die Leitung 160 an die Spannung- zu-Drucksteuerungsvorrichtung 130 liefert. Die Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung wählbare Verstärker-Schaltkreis kann manuell betätigt oder durch den Mikroprozessor 84 gesteuert werden.
In Fig. 5 stellt ein Graph die Beziehung zwischen der Motorabgasströmung und der Übergangs-Verdünnungsluft-Ansprechzeit dar.

Industrielle Anwendbarkeit

In Betrieb sind die elektromagnetischen Ventile 66, 67, 70, 78 und 81 Ventile der offenen/geschlossenen Art, die für viele Zwecke verwendet werden, die sich aus Betrachtung von Fig. 2 ergeben, und zwar beim Start und Bypass-Modus, so dass die Vakuumpumpe 82 nicht beschädigt wird. Das elektromagnetische Ventil 79 ist vorgesehen, um einen Kalibrier-Regelkreis zu schaffen, der durch Überbrücken des Systems das Sklaven-Massenstromsteuergerät (MFC1) 60 und das Master-Massenstromsteuergerät (MFC2) 80 direkt in Reihe miteinander schaltet.
Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Gasprüfsystem benutzt thermische Massenstromsteuergeräte 60 und 80 der Kapillarohrart, die elektrisch durch den Mikroprozessor 84 betrieben werden. Der Prozessor 84 steuert die gesamte Luftströmungsrate zum Teilstrom-Verdünnungstunnel 38, der fähig ist, auf Motoren- Übergangsbedingungen zu reagieren, wobei die Abscheidung und der Eintrag der Partikel im wesentlichen beseitigt werden. Beispielsweise kann der das Verhältnis vorsehende Prozessor 84 die Steuersignale in den Leitungen 86 und 88 zum Master-Massenstromsteuergerät 80 und die Steuersignale in den Leitungen 90 und 92 zum Sklaven-Massenstromsteuergerät 60 mit geringerer Strömungskapazität übertragen, um ein ungefähres Strömungsverhältnis von etwa 1,1 bis 1,0 zu etablieren, um ein typisches Verdünnungsverhältnis von etwa 10 : 1 zu erzielen. Dieser Wert sollte steuerbar und variabel sein. Übergangsbedingungen werden korrigiert durch das Laminar-Strömungselement 20, die Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung und die Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung 110. Speziell während eines Übergangs-Testbetriebs verändern sich die Messungen des Laminar-Strömungselements 20 im Differenz-Druck am Element 20. Diese Messung wird durch den Druckdifferenz- Wandler 24 zu einem Analog-Gleichspannungssignal umgewandelt. Die Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung verfeinert das Analogsignal, wie vorstehend diskutiert. Die Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung 110 sorgt für konstanten Massenfluss-Strom 112 und für einen variablen Massenfluss-Strom 114. Der konstante Massenfluss-Strom 112 ist wahrscheinlich größer als der variable Massenfluss-Strom 114. Der konstante Massenfluss-Strom 112 kann mit Hilfe des Druckregulierventils 116 variiert werden, bevor das Testen beginnt. Der variable Massenfluss-Strom 114 ist eine extrem schnell ansprechende bzw. reagierende Anordnung (15 Millisekunden), die das Signal von der Schaltung 140 mit wählbarer Verstärkung erhält und eine Verdünnungsströmungsrate etabliert relativ zur Motorströmung. Die Strömungsmenge der von des variablen Massenfluss-Stroms 114 ist umgekehrt proportional zur Strömungsrate des Motors 16, das heißt, die maximale Motor-Eingangs-Strömungsrate ergibt eine proportional minimale Massenströmungsrate vom variablen Massenfluss-Strom 114. Auf diese Weise wird eine maximale und proportionale Rate an Probemasse aus dem Abgasstrom 48 extrahiert.
Ein zusätzlicher Vorteil bzw. Nutzen besteht darin, dass die Übergangs-Luftverdünnungs-Strömungssteuerungsanordnung 110 in enger Nähe zum partiellen Strömungsverdünnungstunnel 38 angeordnet ist. Dies reduziert die pneumatische Kapazität des Gasprüfungssystems 36 und sorgt für eine Reaktionszeit von 500 Millisekunden oder weniger. In den meisten Fällen ist das Gasprüfungssystem 36 in der Lage, innerhalb von 300 Millisekunden oder weniger zu reagieren, dank der Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung 110. Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung erhält man aus dem Studium der Zeichnung, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen.

Claims

1. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung zur Steuerung eines Verdünnungsluftvorrats für einen partiellen Strömungsverdünnungstunnel eines Gasprüfsystems, wobei der partielle Strömungsverdünnungstunnel mit einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors verbunden ist, und wobei das Gasprüfsystem aufweist:
eine erste Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung, die betriebsmäßig verbunden ist mit einem Einlass des partiellen Strömungsverdünnungstunnels,
eine zweite Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung, die verbunden ist mit einem Auslass-Ende des partiellen Strömungsverdünnungstunnels, sowie einen Filter, der zwischen der zweiten Massenströmungs-Steuerungsvorrichtung und dem Auslass-Ende des partiellen Strömungsverdünnungstunnels vorgesehen ist, wobei die Übergangs-Verdünnungs-Steuerungsanordnung folgende Merkmale aufweist:
einen konstanten Massenfluss-Strom, der mit dem Eingang bzw. Einlass des partiellen Strömungsverdünnungstunnels verbunden ist; und
einen variablen Massenfluss-Strom, der parallel zum konstanten Massenfluss-Strom angeordnet ist.

2. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der konstante Massenfluss-Strom ein Druckregulierventil umfasst, das in Serie mit einem kritischen Strömungs-Venturi-Rohr verbunden ist.

3. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der variable Massenfluss-Strom parallel zum konstanten Massenfluss- Strom angeordnet ist.

4. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der variable Massenfluss-Strom ein erstes Druckregulierventil aufweist, das in Serie mit einem kuppelbelasteten Regulierventil und einem Massenströmungs-Wandler verbunden ist.

5. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 4, wobei ein Druckregulierventil in Serie mit einer Spannung-zu-Druck-Steuervorrichtung verbunden ist.

6. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Spannung-zu-Druck-Steuervorrichtung elektrische Eingangssignale von einer Strömungsmessvorrichtung und dem Massenströmungs-Wandler erhält, und wobei die Strömungsmessvorrichtung geeignet ist, die Strömung der Einlass-Luft zum Motor zu messen.

7. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Spannung-zu-Druck-Steuervorrichtung verbunden ist mit und Drucksignale sendet zum kuppelbelasteten Druck-Regulierventil.

8. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 7, wobei ein Ausgang des kuppelbelasteten Druck-Regulierventils und das kritische Strömungs-Venturi-Rohr Verdünnungsluft zum partiellen Strömungsverdünnungstunnel liefern.

9. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, mit einer Strömungsmessvorrichtung, die geeignet ist, die Strömung der Einlassluft zu messen, wobei die Strömungsmessvorrichtung in einer Leitung eines Lufteinlasses des Motors angeordnet ist.

10. Übergangs-Luftverdünnungs-Steuerungsanordnung nach Anspruch 9, wobei das Laminar-Strömungselement mit einem Druckdifferenz-Wandler verbunden ist, der mit einem wählbaren Verstärker-Schaltkreis verbunden ist.