用於排氣取樣系統的智能袋填充的製作方法

2023-06-04 16:54:41 4

用於排氣取樣系統的智能袋填充的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種用於發動機的排氣取樣系統。所述排氣取樣系統可包括：排氣的源；排氣收集單元，包括選擇性接收所述排氣的至少一個收集袋；以及第一樣品探頭，與所述排氣的源流體連通並選擇性地向所述至少一個收集袋供應所述排氣。所述排氣取樣系統還可包括控制器，該控制器在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個收集袋，並且在第二狀態下阻止所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個收集袋。所述控制器可基於所述發動機在取樣周期期間的開啟時間來確定所述第一樣品探頭的提取速率。
【專利說明】用於排氣取樣系統的智能袋填充
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求於2013年3月15日遞交的美國臨時申請第61/791,635號的權益並 要求於2012年5月29日遞交的美國臨時申請第61/652, 367號的權益。每個上述申請的 全部公開內容均通過引用合併於此。

【技術領域】
[0003] 本公開涉及一種排氣取樣系統。

【背景技術】
[0004] 該部分提供與本公開有關的背景信息，其不一定構成現有技術。
[0005] 排氣取樣系統通常與具有內燃機的發動機或車輛結合使用，以確定發動機在使用 期間產生的排放物質量。這種排氣取樣系統可包括定容取樣系統（CVS)或部分流袋採系統 (bagmini-diluter,BMD)，它們提取並分析稀釋排氣以便確定特定發動機的排放物質量。
[0006] 在CVS系統操作期間，例如，可用補充空氣或稀釋劑將發動機排氣進行稀釋，稀釋 排氣樣品按比例提取並存儲在一個或多個樣品袋中。根據發動機或車輛尺寸、驅動或工作 周期以及周圍環境情況，包括補充空氣和發動機排氣的CVS總流率被選擇以確保稀釋排氣 樣品在取樣期間提取、存儲在袋中或在取樣周期之後分析時凝結水。一旦樣品袋被填充有 稀釋排氣，存儲袋中的內容物可被分析以確定特定發動機在測試間隔期間的排放物質量。
[0007] 包含傳統內燃機動力系統的車輛連續操作動力系統的內燃機，並因此與傳統車輛 動力系統關聯的內燃機在測試間隔或取樣周期期間被連續操作。結果，CVS系統對稀釋排 氣的收集在整個測試間隔同樣是連續的。
[0008] 然而，在車輛操作期間間歇地使用內燃機的新動力系統被開發。例如，混合動力車 輛可在對車輛電池進行再充電時僅使用內燃機。這種動力系統對CVS取樣系統和BMD取樣 系統都提出了挑戰，因為每個系統通常均被構造為從在整個取樣周期期間操作的內燃機對 稀釋排氣進行取樣（即，收集）用於分析。


【發明內容】

[0009] 本部分提供本公開的大致概要，並非其全部範圍或其所有特徵的全面公開。
[0010] 提供一種用於發動機的排氣取樣系統。所述排氣取樣系統可包括：排氣的源；排 氣收集單元，包括選擇性接收所述排氣的至少一個收集袋；以及第一樣品探頭，與所述排氣 的源流體連通並選擇性地向所述至少一個收集袋供應所述排氣。所述排氣取樣系統還可包 括控制器，該控制器在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個 收集袋，並在第二狀態下阻止或避免所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個收 集袋。所述控制器可基於所述發動機在取樣周期期間的開啟（ON)時間來確定所述第一樣 品探頭的提取速率。
[0011] 在另一構造中，提供一種用於發動機或車輛的排氣取樣系統。所述排氣取樣系統 可包括：稀釋排氣的源，所述稀釋排氣包括補充空氣和來自所述發動機的排氣；排氣收集 單元，包括選擇性接收所述稀釋排氣的至少一個收集袋；以及第一樣品探頭，與所述排氣的 源流體連通並能操作以選擇性地向所述至少一個收集袋供應所述稀釋排氣。所述排氣取樣 系統還可包括控制器，該控制器以在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到 所述至少一個收集袋，並在第二狀態下阻止或避免所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所 述至少一個收集袋。所述控制器在取樣周期期間可選擇性地將所述補充空氣供應到所述至 少一個收集袋。
[0012] 在又一構造中，提供一種用於發動機或車輛的排氣取樣系統。所述排氣取樣系統 可包括：排氣的源；排氣收集單元，包括選擇性接收所述排氣的至少一個收集袋；第一樣品 探頭，與所述排氣的源流體連通並能操作以選擇性地向所述至少一個收集袋供應所述排 氣；和填充氣體的源。所述排氣取樣系統還可包括控制器，該控制器在第一狀態下允許所述 排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個收集袋，並在第二狀態下阻止或避免所述排 氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一個收集袋。所述控制器可在取樣周期期間將所述 填充氣體供應到所述至少一個收集袋。
[0013] 進一步的可應用領域由在此提供的描述將變得明顯。在該概要中的描述和具體示 例僅意在例示的目的，並且不意在限制本公開的範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 在此描述的附圖僅用於所選實施例而非全部可能實施方式的例示目的，並且不意 在限制本公開的範圍。
[0015] 圖1為根據本公開原理的CVS取樣系統的示意圖；
[0016] 圖2為根據本公開原理的CVS取樣系統的示意圖；
[0017] 圖3為對於內燃機一測試周期的排氣流量與時間的曲線圖；
[0018] 圖4為對於內燃機一測試周期的排氣流量與時間的曲線圖，其突出了在測試周期 期間何時獲得排氣的樣品；
[0019] 圖5為對於內燃機一測試周期的排氣流量與時間的曲線圖，其突出了在測試周期 期間執行的補充填充期；和
[0020] 圖6為根據本公開原理的BMD取樣系統的示意圖。
[0021] 相應的附圖標記在附圖的數個視圖中始終指示相應的部分。

【具體實施方式】
[0022] 現在將參照附圖更充分地描述示例實施例。
[0023] 示例實施例被提供以使本公開將是全面的，並將範圍充分地傳達給本領域技術人 員。許多特定細節被陳述，諸如特定部件、設備和方法的示例，以提供對本公開的實施例的 全面理解。本領域技術人員將明白，不需要採用特定細節，示例實施例可以許多不同的形式 被呈現並且不應該被理解為限制本公開的範圍。在一些示例實施例中，眾所周知的工藝、眾 所周知的設備結構以及眾所周知的技術不再詳細描述。
[0024] 本文中所用的術語僅為了描述特定示例實施例的目的，而不意在為限定性的。如 在本文中使用的，單數形式的"一"、"一個"和"所述"可意在還包括複數形式，除非上下文另 外明確指出。術語"包括"、"包含"、"含有"和"具有"為包括性的，並因此明確指明所述特 徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或增加一個或多個其它特徵、 整數、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。在本文中描述的方法步驟、過程和操作不應被 解釋為必然要求以所討論或例示的特定順序執行，除非明確指出為執行順序。還將理解，可 採用另外的或替代的步驟。
[0025] 當一元件或層被提及為在另一元件或層"上"、"接合到"、"連接到"或"聯接到"另 一元件或層時，其可以直接在另一元件或層上、直接接合到、直接連接到或直接聯接到另一 元件或層，或者可存在中間元件或層。相比之下，當一元件被提及為"直接"在另一元件或層 "上"、"直接接合到"、"直接連接到"或"直接聯接到"另一元件或層時，則不存在中間元件或 層。用於描述元件之間關係的其它用語應該以相似的方式被解釋（例如，"在……之間"與 "直接在……之間"，"鄰近"與"直接鄰近"等）。如在本文中使用的，用語"和/或"包括一 個或多個關聯的所列項中的任意或全部組合。
[0026] 雖然用語第一、第二、第三等在本文中可用於描述各個元件、部件、區域、層和/或 部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分不應受這些用語的限制。這些用語可僅用於 將一個元件、部件、區域、層或部分與另一區域、層或部分區分開。諸如"第一"、"第二"的用 語或其它數字用語當在本文中使用時不意指順序或次序，除非上下文明確指出。因此，下文 中討論的第一元件、部件、區域、層或部分可被稱為第二元件、部件、區域、層或部分，而不脫 離示例實施例的教導。
[0027]諸如"內部"、"外部"、"之下"、"下方"、"下部"、"上方"、"上部"等的空間相關用語 可為了易於描述起見而在本文中描述如圖中例示的一個元件或特徵與另外的元件或特徵 的關係。空間相關用語可意在包括設備在使用或操作中的除了圖中所描繪的方位之外的不 同方位。例如，如果圖中的設備被翻轉，被描述為在其它元件或特徵"下方"或"之下"的元 件於是將被定向為在該其它元件或特徵"上方"。因此，示例用語"下方"可包括上方和下方 兩種方位。設備可被另外定向（旋轉90度或處於其它方位），並且本文中使用的空間相關 描述詞語被相應地解釋。
[0028] 參照圖1，排氣取樣系統10被提供，並可包括稀釋通道12、排氣收集單元14、本底 收集單元（backgroundcollectionunit) 16、控制器18和分析器20。如在下面將更詳細 地描述的那樣，排氣收集單元14從稀釋通道12收集稀釋排氣，並將稀釋排氣的樣品提供給 分析器20以允許分析器20確定稀釋排氣樣品的排放物濃度。
[0029] 稀釋通道12可被流體聯接到發動機22,並可從發動機20接收排氣流。在一種構 造中，發動機22為被構造用於在具有電驅動動力系統的車輛（未示出）中使用的內燃機 (ICE)。稀釋通道12還可被流體聯接到補充空氣入口 24,補充空氣入口 24將補充空氣提供 到稀釋通道12。補充空氣入口 24可包括在空氣流進入稀釋通道12之前從空氣流中移除雜 質的過濾器26。
[0030] 混合板28可被布置在稀釋通道12內，並可包括貫穿其形成的開口或孔30。孔30 可與混合板28的主體協作，以便當在入口 24處進入稀釋通道12的空氣流動通過混合板28 的孔30時，促使該空氣被混合。因此，來自發動機22的排氣與由稀釋通道12在補充空氣 入口 24處接收的補充空氣混合，使得補充空氣與排氣的基本均勻的混合物被可布置在混 合板28下遊的熱交換器32接收。
[0031] 熱交換器32可沿稀釋通道12的長度定位，並可被用於將排氣和補充空氣的混合 物保持在期望溫度。混合物的溫度可由布置在熱交換器32下遊的溫度傳感器或其他測量 設備34確定。
[0032] 泵36可在稀釋通道12的與補充空氣入口 24相反的端部處被流體聯接到稀釋通 道12。泵36可在稀釋通道12上施加流體力，以便將空氣抽吸到補充空氣入口 24中並通過 過濾器26。施加在補充空氣入口 24上的力促使補充空氣進入稀釋通道12並與來自發動 機22的排氣混合。具體而言，施加在補充空氣上並施加在來自發動機22的排氣上的力促 使排氣與補充空氣碰觸混合板28並流過孔30。這樣做，補充空氣和排氣被混合。因此，基 本均勻的混合物被熱交換器32和溫度傳感器34接收。補充空氣和排氣的均勻的混合物然 後可經由泵36的出口 38從稀釋通道12排放。
[0033] 繼續參照圖1，排氣收集單元14可被流體聯接到稀釋通道12,以接收布置在稀釋 通道12內並流動通過稀釋通道12的稀釋排氣（即，補充空氣和排氣的均勻混合物）的一 部分。在稀釋排氣被分析器20分析之前，排氣收集單元12可接收並存儲稀釋排氣的一部 分。
[0034] 排氣收集單元14可包括一個或多個樣品袋40, 一個或多個樣品袋40將稀釋排氣 存儲於其中。樣品袋40可被流體聯接到與稀釋通道12流體連通的一個或多個樣品探頭。 如圖1中所示，樣品探頭可包括第一樣品探頭42、第二樣品探頭44和第三樣品探頭46。樣 品探頭42、44、46可相同，使得每個樣品探頭42、44、46的從稀釋通道12內接收稀釋排氣流 的噴嘴（未標註）可基本相同。換言之，噴嘴包括基本相同的直徑，使得由每個樣品探頭42、 44、46接收的流率基本相同。相反地，樣品探頭42、44、46可包括不同的噴嘴，使得每個樣品 探頭42、44、46的內徑不同，由此為每個樣品探頭42、44、46提供不同的樣品提取速率。最 終，雖然樣品探頭42、44、46可包括不同的直徑並因此包括不同的提取速率，但是樣品探頭 42、44、46中的兩個樣品探頭可包括相同的直徑並因此包括相同的提取速率，而三個樣品探 頭42、44、46中的另一個樣品探頭包括不同的直徑並因此包括不同的提取速率。不管各個 樣品探頭42、44、46的特定構造如何，樣品探頭42、44、46均從稀釋通道12提取稀釋排氣的 樣品，並將提取的稀釋排氣的樣品傳送到樣品袋40用於存儲。
[0035] 樣品探頭42、44、46中的每個均可與控制稀釋排氣從樣品探頭42、44、46到樣品袋 40的流動的控制閥關聯。也就是說，第一樣品探頭42可被流體聯接到第一控制閥48 ;第 二樣品探頭44可被流體聯接到第二控制閥50 ;第三樣品探頭46可被流體聯接到第三控制 閥52。控制閥48、50、52控制分別由樣品探頭42、44、46接收的稀釋排氣到樣品袋40的流 動。例如，控制閥48、50、52可為能在打開狀態與閉合狀態之間移動的螺線管致動閥。可替 代地，控制閥48、50、52中的一個或多個可為能從完全打開狀態向閉合狀態逐步移動的步 進閥。換言之，控制閥48、50、52中的一個或多個為可變閥，其在完全打開狀態和完全閉合 狀態之間具有任意數量的打開狀態，以便為閥48、50、52中的一個或多個提供可調節度。因 此，如果控制閥48、50、52中的一個或多個包括步進閥，則控制閥48、50、52可對從稀釋通道 12到樣品袋40的稀釋排氣流進行計量，以便精確地控制稀釋排氣的提取速率，並最終精確 地控制在測試間隔或取樣周期期間由樣品袋40接收的稀釋排氣的量。
[0036] 稀釋排氣可由樣品探頭42、44、46接收並可藉助泵54被抽吸通過控制閥48、50、 52。具體而言，泵54可被布置在控制閥48、50、52的下遊，並可在樣品探頭42、44、46上施 加力，以使稀釋排氣被抽吸到樣品探頭42、44、46中並流動通過控制閥48、50、52。
[0037] 被抽吸通過控制閥48、50、52的稀釋排氣還可在被樣品袋40接收之前流動通過流 量計56。稀釋排氣可由樣品袋40中的一個或多個接收，由此稀釋排氣向相應樣品袋40中 的流動通過布置在每個樣品袋40上遊的控制閥58被控制。
[0038] 雖然樣品袋40被描述並顯示為經由樣品探頭42、44、46和控制閥48、50、52從稀 釋通道12接收稀釋排氣，但是樣品袋40在測試間隔或取樣周期期間的任意時間可另外接 收填充氣體60。填充氣體60可在被樣品袋40接收之前通過泵64被抽吸通過流量計62。 填充氣體60可在到達流量計62之前流動通過控制閥66並可在被樣品袋40接收之前流動 通過控制閥68。控制閥66可選擇性地在允許填充氣體60流動到流量計62的打開狀態與 阻止填充氣體60流動到流量計62的閉合狀態之間移動。當控制閥68處於打開狀態時允 許填充氣體60進入樣品袋40,當控制閥68處於閉合狀態時阻止填充氣體60進入樣品袋 40。
[0039] 如圖1中所示，控制器18可與流量計62、泵64和控制閥66連通，以便控制在測試 間隔或取樣周期期間供應到樣品袋40的填充氣體60的量。例如，如果在測試間隔或取樣 周期期間被樣品袋40接收的稀釋排氣的量不足以允許分析器20確定排氣中包含的排放物 質量，則控制器18可使泵64通電，並可打開控制閥66以便為樣品袋40供應一定體積的填 充氣體60。填充氣體60與布置在樣品袋40內的稀釋排氣混合，並用於補充布置在每個樣 品袋40內的體積。進一步，填充氣體60可為純淨乾燥的氣體，其減少在樣品袋40內形成 凝結的可能性。
[0040]當確定包含在由排氣收集單元14提供的稀釋排氣內的排放物質量時，本底收集 單元16可被分析器20使用。具體而言，分析器20可分析在補充空氣入口 24處提供到稀 釋通道12的補充空氣的樣品，以便允許分析器20說明在補充空氣入口 24處供應的補充空 氣內的任意本底汙染物。在補充空氣內布置的顆粒物質沒有被疏忽地視為構成排放物質量 的一部分的情況下，對布置在補充空氣內的本底汙染物的說明允許分析器獲得對稀釋排氣 樣品內包含的排放物質量的準確測量。
[0041] 本底收集單元16可包括一個或多個樣品袋70、泵72和控制閥74。當控制閥74處 於打開狀態時，泵72可將補充空氣從過濾器26抽吸通過控制閥74。由泵72從過濾器26 抽吸的補充空氣可在被樣品袋70接收之前被引導通過流量計76。補充空氣可流動通過流 量計76並可由樣品袋70接收以便收集。樣品袋70可分別與選擇性地允許補充空氣流入 一個或多個樣品袋70中的控制閥78關聯。
[0042] 繼續參照圖1，分析器20被示出為流體聯接到排氣收集單元14並被流體聯接到本 底收集單元16。因此，分析器20可從排氣收集單元14接收稀釋排氣樣品，並可從本底收集 單元16接收補充空氣樣品。
[0043] 通過藉助泵80對包含在單元14、16內的流體施加力，分析器20可從排氣收集單 元14接收稀釋排氣樣品和/或可從本底收集單元16接收補充空氣樣品。當與排氣收集單 元14關聯的一個或多個控制閥82處於打開狀態時，泵80可從排氣收集單元14抽吸稀釋 排氣。同樣地，當與本底收集單元16關聯的一個或多個控制閥84處於打開狀態時，泵80 可從本底收集單元16抽吸補充空氣。稀釋排氣樣品或補充空氣樣品可從相應的單元14、16 被抽吸，並可在到達分析器20之前流動通過控制閥86和流量計88。一旦分析器20從排氣 收集單元14接收稀釋排氣樣品和/或從本底收集單元16接收補充空氣樣品，則分析器20 可確定稀釋排氣樣品內包含的排放物質量和/或布置在補充空氣內的顆粒物質的量。
[0044] 繼續參照圖1，將詳細描述排氣取樣系統10的操作。排氣取樣系統10的下列操作 可由控制器18執行。雖然沒有在圖1中具體例示，但是控制器18可以與溫度傳感器34、 泵 36、54、64、72、80、控制閥48、50、52、58、66、68、74、82、84、86以及流量計56、62、76連通。 因此，控制器18可從溫度傳感器34和流量計56、62、76接收操作數據，並可使用前述信息 來控制泵 36、54、64、72、80和控制閥48、50、52、58、66、68、74、82、84、86，以便允許分析器20 獲得布置在稀釋通道12內的稀釋排氣內包含的排放物質量的準確讀數。
[0045] 控制器18可被編程以運行具有任意數量的測試間隔或取樣周期的任意數量的測 試程序。例如，控制器18可通過控制各個泵36、54、64、72、80和控制閥48、50、52、58、66、 68、74、82、84、86在五百零五秒（505s)的取樣周期期間從稀釋通道對稀釋排氣進行取樣。 雖然可以執行事實上具有任意長度測試間隔或取樣周期的任意數量的測試程序，但是下面 的描述將參照五百零五秒（505s)的示例性取樣周期期間進行。
[0046] 控制器18可在零時啟動取樣周期。如果在零時發動機22沒有運行，則控制器18 可以將閥48、50、52移動進入打開狀態並可使泵54通電以排放從稀釋通道12抽吸的補充 空氣。具體而言，當發動機22處於關閉（OFF)狀態時，控制器18可打開泵54下遊的閥57， 以便排放從稀釋通道12抽吸的補充空氣。控制器18還可通過打開閥89並使泵90通電而 確保樣品袋40為完全空的，泵90可被用於在啟動取樣周期之前排空布置在樣品袋40內的 任何空氣。
[0047] 在發動機22處於關閉狀態時，控制器18可保持泵54處於通電狀態並保持閥48、 50、52處於打開狀態。在發動機22處於關閉狀態時，控制器18同樣地可保持泵72處於通 電狀態並保持閥74處於打開狀態。正如在發動機22處於關閉狀態時由樣品探頭42、44、46 從稀釋通道12提取的補充空氣一樣，在發動機22處於關閉狀態時由泵72提取的補充空氣 可通過打開布置在泵72下遊的閥73而被排放。
[0048] 控制器18可與對發動機22的操作進行監控的傳感器92連通。另外地或可替代 地，控制器18可從諸如計算機或控制器之類的控制測試循環的另一系統（即，測試自動化 系統）或從測試車輛的CAN總線或OBD(車載數據）接收發動機22的狀態（即，開啟或關 閉）。不管控制器18如何確定發動機22的狀態，控制器18可保持閥57、73處於打開狀態， 直到控制器18從傳感器92接收到發動機22處於開啟狀態的信號。此時，控制器18可關 閉閥57、73,以阻止從稀釋通道12提取的補充空氣的排放。
[0049] 控制器18可記錄在測試間隔或取樣周期期間如通過傳感器92報告的發動機22 開啟的時間。也就是說，控制器18可確定距離在取樣周期開始時記錄的零時的時間，以確 定在發動機開啟之前在取樣周期期間已經經過多長時間。控制器18可記錄並利用發動機 22的開啟時間，以確保樣品袋40以期望的稀釋比率收集足夠的體積，如將在下面更詳細地 討論的。
[0050] 控制器18可基於樣品袋40的尺寸確定樣品袋40的樣品流率。也就是說，控制器 18可確定，如果發動機20在整個取樣周期期間運行，填充樣品袋40所需的樣品流率。樣品 填充流率可由收集周期的長度（即，本示例中的五百零五秒）和樣品袋40的容積確定。樣 品填充流率可通過樣品袋40的容積（S卩，最大目標填充容積）除以取樣周期的長度（五百 零五秒）而被確定。
[0051] 如截止目前所描述的，控制器18僅在如由傳感器92指示的那樣發動機22移動進 入開啟狀態時閉合閥57、73。當發動機22未運行時（即，處於關閉狀態），閥57、73處於打 開狀態以排放從稀釋通道12收集的補充空氣。因此，當發動機處於關閉狀態且閥57、73處 於打開狀態時，排氣收集單元14和本底收集單元16不將樣品收集在相應的樣品袋40、70 內。
[0052] 如果發動機22在整個取樣周期處於開啟狀態，則控制器18可同時使泵54、72通 電並打開閥48、50、52、74,以允許排氣收集單元14的樣品袋40和本底收集單元16的樣品 袋70分別收集稀釋排氣樣品和補充空氣樣品。假設發動機22保持處於開啟狀態，泵54、72 將保持通電，且閥48、50、52、74將保持打開。
[0053] 當傳感器92指示發動機處於開啟狀態時，控制器18確定允許排氣收集單元14的 樣品袋40和本底收集單元16的樣品袋70分別接收足夠體積的稀釋排氣和補充空氣所需 的流率。可替代地，控制器18可連續計算並調節流率，直到傳感器92指示發動機22處於 開啟狀態。
[0054]為了允許分析器20分析從排氣收集單元14接收的稀釋排氣樣品並分析從本底收 集單元16接收的補充空氣樣品，排氣收集單元14的樣品袋40必須接收足夠體積的稀釋排 氣，並且本底收集單元16的樣品袋70必須接收足夠體積的補充空氣。由排氣收集單元14 的樣品袋40接收的稀釋排氣的體積基於稀釋通道12內的稀釋排氣的流率以及樣品探頭 42、44、46的提取速率確定。因為控制器18僅在發動機22處於開啟狀態時打開閥58以從 稀釋通道12收集稀釋排氣，所以如果在五百零五秒（505s)取樣周期期間發動機22僅短時 間處於開啟狀態則可能收集的稀釋排氣的體積不夠。
[0055] 控制器18確保從稀釋通道12對稀釋排氣的取樣實現分析器20所需的最小體積， 而不管發動機22的狀態（S卩，開啟或關閉）如何。簡言之，控制器18將閥58、78保持在閉 合狀態並將旁通閥57、73保持在打開狀態，直到在取樣周期期間閥58、78必須打開且旁通 閥57、73必須閉合以實現控制器18所需的最小體積的時間點。換言之，即使發動機22處 於關閉狀態，自取樣周期開始以後已經經過了預定量的時間，控制器18可閉合旁通閥57、 73並可打開閥58、78,以允許樣品袋40被填充流動通過稀釋通道12的補充空氣並允許樣 品袋70被填充補充空氣。
[0056] 另外地或可替代地，控制器18可將泵54保持處於斷電狀態並可將閥48、50、52保 持在閉合狀態，並且可打開閥66、68並使泵64通電以促使填充氣體進入樣品袋40。因此， 在取樣周期期間可用填充氣體60填充樣品袋40。雖然控制器18被描述為用填充氣體60 或來自稀釋通道12的補充空氣填充樣品袋40,但是控制器18可用填充氣體60和來自稀釋 通道12的補充空氣兩者填充樣品袋40。而且，控制器18可用填充氣體60或來自稀釋通 道12的補充空氣至少部分地填充樣品袋40,以允許樣品袋40實現分析器20所需的最小體 積，以便分析樣品袋40內的內容物。分析器20所需的最小樣品體積可由分析器20的流率 以及取樣周期的長度預先確定。總之，控制器18可在取樣周期期間為樣品袋40提供填充 氣體60或來自稀釋通道12的補充空氣中的任一種或兩種。
[0057] 在取樣周期期間將填充氣體60和/或來自稀釋通道12的補充空氣添加到樣品袋 40,增加排氣取樣系統10的效率，因為在取樣周期之前或之後不添加補充空氣和/或填充 氣體60。因此，在取樣周期期間添加填充氣體60和/或來自稀釋通道12的補充空氣，使整 體測試效率提高，因為添加到樣品袋40的氣體在取樣周期期間被添加並且在取樣周期之 前或之後不會由於另外的停止（additionalstop)而被需要。
[0058] 在取樣周期期間開始時，控制器18基於樣品袋40的容積、規定的收集時間（即， 取樣周期的長度）確定樣品探頭42、44、46的樣品提取速率。在取樣周期期間的起始時由 控制器18確定的提取速率可為初始提取速率，並可受限於取樣周期的長度。例如，樣品袋 40包括固定或最大容積。因此，較長的取樣周期期間要求控制器18選擇的提取流率在被積 分時不超過樣品袋40的容積。
[0059] 在操作期間，控制器18可基於發動機22的操作來動態調節探頭42、44、46的提取 速率。也就是說，基於取樣周期期間發動機22被移動至開啟狀態的時間，控制器18可連續 計算為樣品袋40提供期望的體積所需的提取速率。當發動機22首次移動進入開啟狀態 時，提取流率被選擇並被保持至取樣周期結束，以確保比例取樣，這是用於精確計算稀釋排 氣樣品內包含的排放物質量的CVS和BMD系統的比例取樣理論所要求的。
[0060] 基於前述內容，控制器18通過在如由傳感器92所識別的發動機22移動到開啟狀 態之前連續計算提取速率來使優化起始提取速率。因此，控制器18確保最大提取速率被選 擇，由此當發動機22處於開啟狀態時允許控制器18在周期期間實現分析器20所需的足夠 體積的稀釋排氣。
[0061] 調節提取流率同樣使控制器為樣品袋40供應來自稀釋通道12的補充空氣和/或 填充氣體60的需求最小化，以便為分析器20提供所需的最小體積。在發動機22移動進入 開啟狀態之前，控制器18連續計算並優化樣品探頭42、44、46的提取流率，以使提取流率達 到最大，使得當發動機處於開啟狀態時取得足夠的樣品，由此使當發動機22處於關閉狀態 時為樣品袋40填充來自稀釋通道12的補充空氣或填充氣體60的需求最小化或被消除。因 此，樣品袋40主要填充有來自稀釋通道12的稀釋排氣，結果，樣品袋40內容納的樣品的稀 釋比率達到最小。
[0062] 控制器18可通過對閥48、50、52中的一個或多個閥進行控制而實現提取流率。例 如，如果樣品探頭42、44、46包括不同尺寸的噴嘴，使得第一樣品探頭42提供大約二（2) Ipm(升每分）的提取流率，第二樣品探頭44提供大約五（5)Ipm的提取流率，第三樣品探頭 46提供大約五（5)Ipm的提取流率，那麼如果計算的提取流率大約為七（7)lpm，則控制器18 可僅打開與第一樣品探頭42和第二樣品探頭44關聯的閥48、50。因為第一樣品探頭42包 括大約二（2)Ipm的提取流率，第二樣品探頭44供應大約五（5)Ipm的提取流率，第一樣品 探頭42和第二樣品探頭44的使用提供大約七（7)Ipm的總樣品提取流率。
[0063] 另一方面，如果控制器18確定需要更高的樣品流動提取流率（即，在取樣周期期 間發動機22較晚地被移動至開啟狀態），使得需要大約十二（12)Ipm的樣品提取流率，那麼 控制器18可打開閥48、50、52中的每個閥，以便允許由樣品探頭42、44、46提供的提取流率 等於大約十二（12)Ipm(即，來自樣品探頭42的二（2)Ipm;來自樣品探頭44的五（5)Ipm; 來自樣品探頭46的五（5)Ipm)。
[0064] 前述示例例示當發動機22移動到開啟狀態時控制器18如何通過控制閥48、50、52 並僅允許流動通過樣品探頭42、44、46中的選擇探頭而可以調節樣品提取流率。如果控制 閥48、50、52為步進閥使得閥48、50、52可以移動進入部分打開狀態（即，在完全打開狀態 與完全閉合狀態之間），則控制器18可進一步調整提供到樣品袋40的樣品提取流率。例如， 在前述示例中，如果控制器18確定需要大約八（8)Ipm的樣品提取流率，則控制器18可完 全打開第一控制閥48和第二控制閥50但可僅部分打開第三控制閥52,使得通過第三閥52 的有效流率為大約一（l)lpm。因此，在本示例中供應的總提取流率將為來自第一樣品探頭 42的二（2)Ipm;來自樣品探頭44的五（5)Ipm;來自第三樣品探頭46的一⑴lpm，因為第 三控制閥52僅部分打開，由此限制通過第三控制閥的流動。進一步，如果閥48、50、52中的 一個或多個閥包括電磁控制閥，諸如螺線管閥，電磁控制閥可通過使用脈衝寬度調製（PWM) 控制，以實現期望的提取流率。不管樣品提取流率如何實現，一旦控制器18確定樣品提取 速率，則樣品提取速率在整個取樣周期中被保持並基於在取樣周期期間何時發動機22被 移動進入開啟狀態而確定。如果PWM被用於控制閥42、44、46中的一個或多個閥，則利用用 作反饋元件的流量計56保持比例取樣。
[0065]分析器20可基於按比例收集的排氣樣品的排放物濃度以及相應的平均CVS體積 來確定取樣周期期間的排放物質量（m)。參見下面的方程式1。
[0066]m=Vmix*P[emission]*c*x
[0067] 在前述方程式中，m代表在取樣周期期間以克計的排放物質量；Vmix代表在標準參 考條件下在取樣周期期間的總稀釋排氣體積（scf或m3) ; P[Missim]代表合適的化學物種的 密度（g/scfm或gram/m3) ;x[emissim]R表在由幹到溼（dry-to-wet)和本底校正之後在樣品 中測量的排放物濃度（PPmV或百分比）；c對於排放物濃度百分比代表KT2並且對於ppm形 式的排放物濃度代表10'
[0068] 基於前述內容，CVS體積的積分必須與樣品袋40、70的填充協同地開始和停止。因 此，控制器18可與袋填充（即，樣品袋40、70的填充）的開始和停止協同地開始並停止方 程式1中CVS體積的積分。
[0069] 控制器18亦可按順序進行與本底收集單元16關聯的樣品袋70的填充和與排氣 收集單元14關聯的樣品袋40的填充。因此，當控制器18打開閥58或者為樣品袋40提供 補充空氣和/或填充氣體60時，控制器18亦可打開閥78以便為樣品袋70填充補充空氣。 簡言之，可同時填充樣品袋70與樣品袋40,以便樣品袋70與樣品袋40以相同方式被控制。
[0070] 雖然樣品袋70被描述為與樣品袋40以相同方式被控制，使得在樣品袋40被填充 稀釋排氣、補充空氣或填充氣體60的同時樣品袋70被填充補充空氣，但是樣品袋70可以 不同的方式被控制。也就是說，樣品袋70可在整個取樣周期期間收集補充空氣。可替代地， 樣品袋70內收集的補充空氣的體積可以與填充氣體60被供應到樣品袋40的類似方式利 用清潔氣體被調節，以確保樣品袋70內包含的體積實現分析器20分析所需的最小體積。
[0071] 總之，控制器18控制排氣取樣系統10,以便通過與發動機開啟/關閉時間協同地 開始和停止向樣品袋40填充稀釋排氣而實現期望的（即，低的）稀釋比率。進一步，控制 器18通過在取樣周期期間向樣品袋40選擇性地添加來自稀釋通道12的補充空氣和/或 填充氣體60而實現樣品袋40內的目標體積。控制器18還可動態選擇由樣品探頭42、44、 46實現的提取流率並可在取樣周期期間內連續地調節提取樣品速率直到發動機移動到開 啟狀態。最終，控制器18可控制補充空氣至樣品袋70中的流動，使得在稀釋排氣、補充空 氣或填充氣體60被樣品袋40接收的同時補充空氣被樣品袋70接收。
[0072] 如上所述，控制器18可控制排氣取樣系統10,使得樣品袋40被選擇性地填充來自 稀釋通道12的補充空氣和/或填充氣體60,如果由樣品袋40接收的稀釋排氣不足以允許 分析器20適當地分析樣品袋40的內容物。前述系統10可通過移除填充氣體的源60而被 簡化，使得假設樣品袋40在取樣周期期間接收的稀釋排氣的體積不充足，則控制器18僅向 樣品袋40填充來自稀釋通道12的補充空氣。
[0073] 填充氣體的源60被移除的排氣取樣系統IOa的示意性代表在圖2中示出。考慮 到與排氣取樣系統IOa關聯的部件相對於與排氣取樣系統10關聯的部件在結構和功能上 的基本相似性，相似的附圖標記被用於指示相似的部件，同時包含字母附加部分的相似的 附圖標記被用於指示已經被修改的部件。
[0074] 排氣取樣系統IOa的操作實質上等同於排氣取樣系統10,除了當被供應到樣品袋 40的稀釋排氣的體積不足以允許分析器20適當地分析樣品袋40的內容物時控制器18僅 向樣品袋40供應來自稀釋通道12的補充空氣。排氣取樣系統IOa的操作在其它方面等同 於排氣取樣系統10的操作。因此，排氣取樣系統IOa的操作的詳細描述如前述。
[0075] 前述系統IOUOa優化CVS的袋填充，以便優化所取樣品的稀釋比率，將足夠樣品 提供在收集袋40中用於分析並在限定的取樣階段時間內實現前述目的。系統10、IOa與發 動機22的操作並行地提取樣品，並在分析所需的最小樣品體積未實現時補充收集袋40的 體積。補充的體積可在發動機22處於關閉狀態時在測試階段期間提供到收集袋40。
[0076] 實現分析所需的最小樣品體積的一種方法是在測試間隔（即，測試階段）期間對 袋樣品體積進行積分並確定測試間隔中對於測試間隔的剩餘部分而言要求樣品收集保持 開啟而實現分析必需的最小樣品體積的時刻。圖3-5提供前述方法的示例。
[0077] 參照圖3,發動機22的測試間隔被提供。測試間隔包括505秒的運行時間，其中在 測試間隔期間發動機22僅處於開啟狀態191秒。
[0078]如果選擇350scfm的CVS流率（S卩，提取速率），則下面表1中所示的結果代表CVS標準操作。總體稀釋比率高，但是系統在收集袋40中將具有足夠樣品用於分析。

【權利要求】
1. 一種用於發動機的排氣取樣系統，所述排氣取樣系統包括： 排氣的源； 排氣收集單元，包括選擇性接收所述排氣的至少一個收集袋； 第一樣品探頭，與所述排氣的源流體連通並能操作以選擇性地向所述至少一個收集袋 供應所述排氣；以及 控制器，能操作以在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，並能操作以在第二狀態下阻止所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，所述控制器基於所述發動機在所述取樣周期期間的開啟時間來確定所述第一樣 品探頭的提取速率。
2. 根據權利要求1所述的排氣取樣系統，進一步包括旁通閥，該旁通閥與所述第一樣 品探頭關聯並能在允許所述排氣流動到所述至少一個收集袋的打開狀態和阻止所述排氣 流動到所述至少一個收集袋的閉合狀態之間移動，所述控制器與所述第一閥連通並能操作 以控制所述第一閥在所述打開狀態和所述閉合狀態之間的移動。
3. 根據權利要求2所述的排氣取樣系統，其中所述打開狀態為完全打開狀態，所述閥 能移動至在所述完全打開狀態和所述閉合狀態之間的多個部分打開狀態之一。
4. 根據權利要求1所述的排氣取樣系統，進一步包括填充氣體的源，所述控制器能操 作以選擇性地將所述填充氣體供應到所述至少一個樣品袋。
5. 根據權利要求4所述的排氣取樣系統，其中所述填充氣體的源與所述排氣的源分 離。
6. 根據權利要求4所述的排氣取樣系統，其中從包含所述排氣和補充空氣的混合物的 通道提取所述排氣的樣品，當所述發動機處於關閉狀態時所述填充氣體的源為所述補充空 氣。
7. 根據權利要求1所述的排氣取樣系統，其中所述排氣的源包括補充空氣和來自所述 發動機的排氣二者的混合物。
8. 根據權利要求1所述的排氣取樣系統，其中所述控制器在所述發動機處於所述開啟 狀態時以所述第一狀態操作，並在所述發動機處於關閉狀態時以所述第二狀態操作。
9. 根據權利要求1所述的排氣取樣系統，進一步包括包含至少一個本底取樣袋的本底 收集單元。
10. 根據權利要求9所述的排氣取樣系統，其中所述排氣的源包括補充空氣和來自所 述發動機的排氣二者的混合物，所述本底收集單元收集所述補充空氣。
11. 一種用於發動機的排氣取樣系統，所述排氣取樣系統包括： 稀釋排氣的源，所述稀釋排氣包括補充空氣和來自所述發動機的排氣； 排氣收集單元，包括選擇性接收所述稀釋排氣的至少一個收集袋； 第一樣品探頭，與所述排氣的源流體連通並能操作以選擇性地向所述至少一個收集袋 供應所述稀釋排氣；以及 控制器，能操作以在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，並能操作以在第二狀態下阻止所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，所述控制器在取樣周期期間選擇性地將所述補充空氣供應到所述至少一個收集 袋。
12. 根據權利要求11所述的排氣取樣系統，其中所述控制器基於所述發動機的開啟時 間將所述補充空氣供應到所述至少一個收集袋。
13. 根據權利要求11所述的排氣取樣系統，其中所述控制器基於在取樣周期期間所述 發動機被移動至開啟狀態的時間將所述補充空氣供應到所述至少一個收集袋。
14. 根據權利要求11所述的排氣取樣系統，進一步包括第一閥，該第一閥與第一樣品 探頭關聯並能在允許所述稀釋排氣流動到所述至少一個收集袋的打開狀態和阻止所述稀 釋排氣流動到所述至少一個收集袋的閉合狀態之間移動，所述控制器與所述第一閥連通並 能操作以控制所述第一閥在所述打開狀態和所述閉合狀態之間的移動。
15. 根據權利要求14所述的排氣取樣系統，其中所述打開狀態為完全打開狀態，所述 閥能移動至在所述完全打開狀態和所述閉合狀態之間的多個部分打開狀態之一。
16. 根據權利要求11所述的排氣取樣系統，進一步包括包含至少一個本底取樣袋的本 底收集單元。
17. 根據權利要求16所述的排氣取樣系統，其中所述本底收集單元收集所述補充空 氣。
18. 根據權利要求17所述的排氣取樣系統，其中所述本底收集單元在所述取樣周期期 間收集所述補充空氣。
19. 一種用於發動機的排氣取樣系統，所述排氣取樣系統包括： 排氣的源； 排氣收集單元，包括選擇性接收所述排氣的至少一個收集袋； 第一樣品探頭，與所述排氣的源流體連通並能操作以選擇性地向所述至少一個收集袋 供應所述排氣； 填充氣體的源；以及 控制器，能操作以在第一狀態下允許所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，並能操作以在第二狀態下阻止所述排氣從所述第一樣品探頭流動到所述至少一 個收集袋，所述控制器能操作以在取樣周期期間將所述填充氣體供應到所述至少一個收集 袋。
20. 根據權利要求19所述的排氣取樣系統，其中所述控制器基於所述發動機的開啟時 間將所述填充氣體供應到所述至少一個收集袋。
21. 根據權利要求19所述的排氣取樣系統，其中所述控制器基於在取樣周期期間所述 發動機被移動到開啟狀態的時間將所述填充氣體供應到所述至少一個收集袋。
22. 根據權利要求19所述的排氣取樣系統，進一步包括第一閥，該第一閥與第一樣品 探頭關聯並能在允許所述排氣流動到所述至少一個收集袋的打開狀態和阻止所述排氣流 動到所述至少一個收集袋的閉合狀態之間移動，所述控制器與所述第一閥連通並能操作以 控制所述第一閥在所述打開狀態和所述閉合狀態之間的移動。
23. 根據權利要求22所述的排氣取樣系統，其中所述打開狀態為完全打開狀態，所述 閥能移動至在所述完全打開狀態和所述閉合狀態之間的多個部分打開狀態之一。
24. 根據權利要求19所述的排氣取樣系統，其中所述排氣的源包括補充空氣和來自所 述發動機的排氣二者的混合物。
25. 根據權利要求24所述的排氣取樣系統，進一步包括包含至少一個本底取樣袋的本 底收集單元。
26. 根據權利要求24所述的排氣取樣系統，其中所述本底收集單元收集所述補充空 氣。
27. 根據權利要求24所述的排氣取樣系統，其中所述本底收集單元在所述取樣周期期 間收集所述補充空氣。
【文檔編號】G01M15/10GK104380077SQ201380028461
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2012年5月29日
【發明者】威廉·馬丁·西爾維斯, 詹姆斯·派屈克·威廉森 申請人:Avl測試系統公司