[发明专利]颗粒取样系统和减小瞬态过程过度取样的方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及一种比例废气取样系统和方法，更具体地，涉及一种用于减小特别是在功率源的瞬态操作状况中废气过度取样的策略。

背景技术

联邦政府对机动高速路机械的废气排放进行规定，废气排放不得超过美国联邦法规的第40篇第1章子部分C第86节中所列出的特定污染水平。例如，一些政府法规对由柴油卡车发动机排出的颗粒物质的量设限。这些法规指定发动机废气流中载有的颗粒物质的可接受水平。颗粒物质例如可以包括碳颗粒、未燃烧的碳氢化合物和硫酸盐。起初的法规主要明确了当发动机在相对稳态状况下操作时的颗粒物质水平。更近颁布的法规规定了当发动机经历诸如从一个速度和负载状况加速到另一速度和负载状况的瞬态状况时颗粒物质的量。

由于这些法规，已经开发了用来测试和分析机械发动机和/或其它功率源的设备，以符合政府标准。特别地，已经开发了分流废气取样系统来验证这些功率源是否符合政府排放法规。通常，这些系统通过经由定位在排气管中的测试探头抽吸功率源废气流的一小部分来操作。然后，经过滤的环境空气的调节流与抽吸部分混合，并且结合流被引导至能够捕获结合流中所含的颗粒物质的过滤器。然后，可以基于在特定测试循环过程中由过滤器捕集的颗粒物质的量来评估功率源。共同拥有的美国专利7299690中示出和描述了近些年执行良好的一种颗粒取样系统和方法。但是，随着用于测试在瞬态状况过程中废气的颗粒物质含量的附加法规的出台，出现了之前未解决的新的问题。例如，由于包括测试探头上的固定流通面积开口在内的一些系统参数以及诸如在加速瞬态状况过程中排气管中压力上升的其它现象，现有的系统容易在排气管中压力增大的过程中过度取样，这能够导致在瞬态过程中对颗粒物质产生的评估不准确。

另一种系统在授予Weaver的美国专利No.6062092(‘092专利)中被描述。’092专利的系统利用反馈装置来改变从功率源废气流抽吸的废气相对于总的废气流的比例。虽然该系统基于功率源的废气流中的改变来改变该比例，但该系统利用了废气流和取样探头内的压力之间的压差用于反馈。因此，在确定要抽吸的废气流的量时‘092专利的系统并未考虑过滤器所遇到的结合流中的变化，这还是能够导致过度取样和不准确的结果。这些变化例如由废气流量漂移和/或其它基于系统的因素导致。

本发明的系统和方法旨在克服上述一个或多个问题。

发明内容

在一个方面，一种操作废气取样系统的方法包括使废气流入定位在排气管内的测试探头中。在探头位置处的排气管和大气压之间的压差小时，不限制废气流入测试探头中，但是，在所述压差大时，限制废气流入测试探头中。

在另一方面，一种在瞬态过程中减少废气取样系统对废气过度取样的方法，包括当在测试探头位置处的压力增大时限制流入取样系统中的步骤。限制步骤通过将孔口定位在进入测试探头中的流动路径中来完成。

在又一方面中，一种测试用单元，包括功率源，其流体连接到排气管线。废气取样系统包括测试探头，测试探头具有定位在排气管线中用于接收源自功率源的废气流的流动开口。流动开口基于进入废气取样系统的希望的流速和与功率源的瞬态操作状况相关的压差大小具有流通面积尺寸。

附图说明

图1是根据本发明的一种示例性实施方式的测试用单元的示意图；

图2是根据本发明的一种示例性实施方式的取样系统的示意图；

图3是测试探头56的末端区域的放大截面图；

图4是包括多个具有不同尺寸流动开口的末端的套件的示意图；

图5是对于进入取样系统中的若干不同体积流速，流动开口直径尺寸与压差的曲线图；

图6示出根据本发明在瞬态状况中压力场特征的曲线图，其中对希望的抽吸的取样流量、使用现有的测试探头实际抽吸的取样流量、以及包括有末端122的抽吸的取样流量进行了对比；

图7是示出了针对图6中图示的瞬时事件时颗粒物质浓度与时间的曲线图；

图8是类似于图6的曲线图，除了其示出考虑了图6的体积流速取样和图7中反映的颗粒物质浓度增加的相对取样量，以示出希望的取样量、根据现有技术的实际取样量、以及利用根据本发明的末端的实际取样之间的比较；和

图9是根据本发明的一种示例性实施方式的取样策略的流程图。

具体实施方式