专利名称：颗粒物测量系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及监视在车辆的废气或排放物内的颗粒物(PM)的含量(质量、重量、浓度等)的系统。这种系统可以是车载的，用以提供精确的分化PM測量。
背景技术：
PM通常是指悬浮在流体(例如，气体)中的呈现为非常小的微粒或微滴的物质。所谓废气(或者，烟雾、排气、排出物等)是指ー种流体和其中所携帯的PM。PM通常从发动机射出，一般包括元素形式的含碳物质(或者，烟尘)和呈现为挥发和半挥发性烃化合物的含碳物质(可以是SOF或者可溶解的有机分馏物)以及其他有机和无机化合物(诸如硫酸盐)。可以要求某些车辆在政府所委托的包括所谓的不过度测量事件(NTE事件)的废气 测试程序期间或者在正常使用期间排放出的PM低于预定门限的水平。这样的车辆在测试的情况下所排出的PM含量可表示发动机效率、燃料质量、车辆污染等等。废气内的PM可以由废气所通过的测量过滤器收集或者可以附着到这过滤器上。在ー种已知的测试中，用收集在车辆废气的样本内的几乎所有PM的测量过滤器对PM进行监測。从采样装置中取下测量过滤器后，例如在实验室内确定过滤器所收集的PM含量。
发明内容
所公开的是ー种具有传感器、过滤器和计算机的系统。计算机包括处理器，被编程根据与另一个废气样本关联的至少ー个參数鉴定在废气样本内的至少ー个量。在废气样本内的这至少一个量可以是例如在废气样本内的烟尘、SOF和/或硫酸盐的含量(例如，数量、质量、重量、浓度等)。此外，这至少一个參数可以是例如与那另ー个废气样本关联的SOF对烟尘的比例因子和/或与那另ー个废气样本关联的硫酸盐形成因子。还公开的是ー种方法，包括提供ー个周期的废气样本和鉴定与在这个废气样本内的PM的总含量的一部分相应的量的步骤。这个量可以至少部分根据所鉴定的參数鉴定，这个參数可以是与另ー个废气样本关联的參数(例如，因子、值、数量等)。从以下说明和附图中可以清楚地看到本公开的这些和其他ー些特征。
下面将对附有以下详细说明的附图作简要说明，其中图I示出了与发动机的排气系统配置在一起的PM监测系统；图2为示出鉴定与在第一废气样本内的烟尘、硫酸盐和SOF相应的量和确定与第一废气样本关联的參数的步骤的流程图；以及图3为示出根据在第一废气样本内所鉴定的至少ー些參数/量鉴定与在第二废气样本内的烟尘、硫酸盐和SOF相应的量的步骤的流程图。
具体实施方式
參见图1，PM监测系统21被配置成与车辆10的排气系统11在一起。车辆10的发动机12产生废气14a,从发动机12向下游流入大气。废气14a通过排气管道15排离发动机12。发动机12可以是例如柴油机，而排气系统11可以包括与排气管道15同轴配置的内燃机氧化催化器(DOC) 16和内燃机颗粒过滤器(DPF) 18。如图所示，流量计17a被配置在DOC 16和DPF 18的下游，但流量计也可以被配置在DOC 16和DPF 18的上游。DOC 16和DPF 18的下游是废气采样器44和28。采样器44将废气14a的样本42(例如，样本废气流)引导到总碳氢化合物(THC，或者总HC)分析単元40，分析単元40应是耐热的，被配置成可以鉴定在样本42内存在的THC气体浓度。在这方面，THC分析单元40可以是任何类型的已知THC分析器。此外，采样器28还将废气14b的样本20引导到处在传感器22和测量过滤单元24上游的 调节单元50。废气14b为废气14a减去样本42，而废气14c定义为废气14b减去废气样本20，但是，由于样本20、42很小，因此废气14b_c的特性和流量基本上与14a类似。调节单元50的主要作用是稀释废气样本20，再将经稀释的废气流54提供给传感器22和測量过滤单元24。具体地说，调节単元将可以是空气或其他适当稀释流体的稀释剂52与废气样本20混合在一起。稀释剂52的流量可以用流量计17b监测。可以用稀释剂52的流量来鉴定包含在经稀释的废气流54内的稀释剂52的含量。如下面要说明的那样，确定在调节单元50内出现的稀释的稀释量对于确定例如流量和各种浓度是有益的。就称呼来说，经稀释的废气流54将被称为经稀释的传感器流56和经稀释的过滤器流58。传感器22和測量过滤单元24被配置成并行的，因此它们接收各自的经稀释的废气流56、58。经稀释的传感器流56和过滤器流58的流量可以由分别处在传感器22和測量过滤单元24下游的流量计17c、17d測量。按需要，可以在排气系统11的管线内或在PM监测系统21的管线内包括一些辅助流量计。流量计17a-d例如可以是关键性的流量文氏管或热质流量计。传感器22例如可以是AVL 483微烟尘传感器(MSS)。在任何情况下，传感器22都被配置成測量在经稀释的传感器流56 (或任何废气样本)内的烟尘的浓度，并且传感器22输出作为时间函数的所测浓度。測量过滤单元24包括測量过滤器25，它能收集在经稀释的过滤器流58内的几乎所有PM。測量过滤单元24可以是ー种重力測量过滤器，或者是任何其他适当类型的过滤单元。计算机29可以是车辆10上的，可以从各种设备，诸如温度传感器和流量计17a_d，接收与发动机12、排气系统11和PM监测系统21的各种參数关联的信息。计算机29可以通过例如电线束30与这些设备通信。具体地说，计算机29实时接收至少以下信息废气温度(例如，可以由紧邻流量计17a的温度传感器向计算机29报告；紧邻流量计17a的废气14c的温度基本上与在D0C16处或内的废气14a的温度雷同);废气14a_c、经稀释的废气流54和稀释剂52的流量(由相应流量计17a-d报告)；在经稀释的传感器流56内的烟尘的浓度(由传感器22报告)，等等。计算机29和电线束30可以按需要被安排成接收来自发动机
12、排气系统11和PM监测系统21的其他有关信息。温度传感器之类可以用已知方法安排在发动机10、排气系统11和PM监测系统21上(以及按需要设置的其他位置处)。计算机29可以存储信息(存储在诸如RAM的存储器内，或者存储在硬盘上，诸如此类)，并可以包括ー个或多个集成在一起或分开的被编程成执行各种算法、功能等的处理器。计算机29还可以包括监视器，从而可以被配置成在监视器上显示有用信息。如以上所说明的，已知的PM监测系统通常所涉及的是PM的未分化的总含量。然而，由于在燃料和润滑油内可以存在硫元素(S)，因此在测量过滤器25上就会出现ー些硫酸盐微滴。硫酸盐可以是由于硫元素(S)在发动机12内燃烧而形成的，燃烧使硫元素
(S)氧化并在一定条件下形成气态的硫酸盐(S03)。气态的硫酸盐可以与水化合而形成硫酸(H2SO4)15这种硫酸盐的形成基本上取决于在D0C16内存在废气和废气的温度(例如，TempllocX例如，如果DOC 16不存在，就不会有多少H2SO4形成。此外，如果存在DOC 16，如图I所示，那么只有在DOC足够热的情况下(例如，如果Tempiwe处于活化温度或更高)才会形成可观的H2S04。如果形成了硫酸，这硫酸H2S04还可以集结和冷却，从而产生纳米颗粒的硫酸盐，这些纳米颗粒可以被测量过滤器25收集或〃粘〃到測量过滤器25上，或者可以吸附到烟尘颗粒上。因为这硫酸盐可以出现在测量过滤器25上，因此也将被认为是PM。类似,在废气14a_c内存在的半挥发性烃中有些随着废气14a_c被采样和冷却可以吸附到在废气14a_c内的烟尘颗粒上。因此，这些半挥发性烃将成为总PM中的所谓的 SOF部分(或者，PM中的可归因于SOF的含量)。SOF的形成取决于在热的废气14a_c内这样的HC气体的含量(如由THC分析单元40所测量的)、经冷却的样本的温度(例如,样本20的温度，通常为47° C)、反应时间以及这些物质的其他化学和表面性质。这个SOF部分可以表征为可得到的半挥发HC气体在通常的工作条件(包括压强和温度)下与可得到的烟尘颗粒起反应的部分。下面将对实际确定这个比例的情况进行说明。为了更好地理解在给定的废气样本内的PM的组成，应该精确地估计在废气样本内的硫酸盐的含量。通过估计在废气样本内的硫酸盐的含量，可以推测在车辆的废气内的PM的组成，从而可以研究这废气与车辆污染、发动机性能、后处理效率、对人体健康和环境的影响等等的关系。这个示范性的排气系统11和方法(如图2-3所示)考虑了在废气内的硫酸盐和S0F,以提供精确的对在废气内的PM的组成的分化測量(例如，通过考虑总PM中的分别可归因于烟尘、SOF和硫酸盐的各个部分)。图2为示出鉴定在第一废气样本内的PM的组成的步骤的流程图。第一废气样本(以及第ニ废气样本，參见图3)可以以与图I中所示的提供废气14a-c (包括样本20、42)类似的方式提供。在步骤110，提供作为步骤112到124之间的时间的第一时间期间(Tl)的第一废气样本。在第一时间期间(T1)期间，在步骤114，监测废气样本20的温度。具体地说，有益的是在步骤114用与測量过滤单元24关联的温度传感器监测经稀释的过滤器流58的温度(TemPl_ex_filter)0在步骤116，传感器22測量在经稀释的传感器流56内的烟尘的作为时间函数的浓度((Vstrat⑴)，并将测量结果传送给计算机29。同时，測量过滤单元24的过滤器25收集在经稀释的过滤器流58内几乎所有的PM，如步骤118所示，而处在測量过滤单元24下游的流量计17d监测经稀释的过滤器流58的流量(qi_ex_filte)，如步骤120所示。此外，在步骤122，THC分析单元40确定废气样本42的作为时间函数的THC浓度(HC1U))。所有的数据然后都被发送给计算机29，存储在那里。值得注意的是，经稀释的过滤器流58的流量在对例如经稀释的传感器流56的流量这方面可以提供类似的精度，因为在图2所示的这种方法中所鉴定的这些量中有许多是与測量过滤单元24关联的。此外，在以下公式中所使用的流量(qi_6X_filt 河以是所测量的经稀释的过滤器流58的流量。样本经稀释后的含量可以根据将经稀释的废气流54的流量与稀释剂52的流量相联系的稀释率确定。例如，在实验室内，可以鉴定与在第一时间期间过滤器25所收集的硫酸盐的含量相应的量(M1Illfate),如步骤126所示。步骤126可以用已知的方法诸如离子交换层析执行。还可以对过滤器25进行分析，可以鉴定与在第一时间期间过滤器25所收集的PM的总含量(质量、重量等)相应的量(M1,),如步骤130所示。具体地说,步骤130可以通过将过滤器25在第一时间期间前的重量或质量与过滤器25在第一时间期间后的重量/质量相比较来执行。利用如从传感器22得出的在第一废气样本内的烟尘的浓度((Vswt (t))、通过测量过滤器25的流量(qi_ex_filte)和时间期间(T1),就可以如步骤128所示按下式确定在第一废气样本内的烟尘的含量(Mh。。,)(用计算机29，或者用另ー个単独的计算机，如果使用后处理的话)
权利要求
1.一种系统，包括 传感器； 过滤器；以及 包括处理器的计算机，所述计算机被编程成根据与另ー个废气样本关联的至少ー个參数鉴定在ー个废气样本内的至少ー个量。
2.权利要求I的系统，其中，所述至少ー个量包括在废气样本内的硫酸盐的含量。
3.权利要求2的系统，其中，所述至少一个參数包括根据在另ー个废气样本内的硫酸盐的含量确定的硫酸盐形成因子。
4.权利要求3的系统，其中，所述在另ー个废气样本内的硫酸盐的含量是在过滤器上收集的。
5.权利要求I的系统,其中,所述至少ー个量包括在废气样本内的SOF的含量。
6.权利要求5的系统，其中，所述SOF的含量部分根据传感器的測量确定，所述传感器的測量指示在废气样本内的烟尘的含量。
7.权利要求6的系统，其中，所述至少一个參数包括至少部分根据在另ー个废气样本内的SOF和烟尘的含量确定的比例因子。
8.权利要求7的系统，其中，所述比例因子还根据在另ー个废气样本内测得的烃气的浓度确定。
9.ー种方法，包括下列步骤 a)提供第一时间期间的第一废气样本； b)鉴定与在第一废气样本内的硫酸盐的含量相应的第一量； c)鉴定与在第一废气样本内的烟尘的含量相应的第二量；以及 d)利用第一和/或第二量鉴定与在第一废气样本内的SOF的含量相应的第三量。
10.权利要求9的方法，其中，所述步骤b)还包括下列步骤 e)提供指示在第一废气样本内的硫酸盐的浓度的模型；以及 f)通过将在步骤e)中的模型与在步骤b)所鉴定的第一量相联系确定硫酸盐形成因子。
11.权利要求10的方法，还包括 所述在步骤e)中的模型考虑了包括在提供给发动机的燃料内的硫的含量、提供给发动机的燃料的流量、第一废气样本的流量和紧邻DOC的废气样本的温度这些因素；以及所述在第一废气样本内的硫酸盐的含量在步骤b)中用离子交换层析确定。
12.权利要求11的方法，其中，所述在步骤f)中的硫酸盐形成因子用以下公式确定
13.权利要求10的方法，还包括下列步骤 g)提供第二时间期间的第二废气样本；以及 h)根据所述模型和硫酸盐形成因子鉴定与在第二废气样本内的硫酸盐的含量相应的第四量。
14.权利要求9的方法，还包括下列步骤 e)鉴定在第一废气样本内的烃气的浓度。
15.权利要求14的方法，其中，至少部分通过将第二和第三量与在步骤e)中所鉴定的烃气的浓度相联系确定比例因子。
16.权利要求15的方法，其中，所述比例因子用以下公式确定
17.权利要求15的方法，还包括下列步骤 f)提供第二时间期间的第二废气样本；以及 g)至少部分根据比例因子鉴定与在第二废气样本内的SOF的含量相应的第四量。
18.ー种方法，包括下列步骤 a)提供废气样本；以及 b)根据与另一个废气样本关联的至少ー个所鉴定的參数确定在废气样本内的至少ー个量。
19.权利要求18的方法，其中，所述至少一个所鉴定的參数包括通过将在另ー个废气样本内所鉴定的SOF与烟尘之比与在这另ー个废气样本内的烃气的浓度相联系确定的比例因子。
20.权利要求19的方法，其中，所述至少ー个所鉴定的參数还包括与在另ー个废气样本内的硫酸盐的浓度关联的硫酸盐形成因子。
21.权利要求20的方法，其中，所述至少ー个量包括在废气样本内的SOF和硫酸盐的含量，其中所述在废气内的SOF的含量至少部分根据比例因子确定，而所述在废气样本内的硫酸盐的含量至少部分根据硫酸盐形成因子确定。
22.权利要求21的方法，其中，所述至少ー个量包括在废气样本内的烟尘的含量。
23.权利要求21的方法，其中，所述废气样本在提供另ー个废气样本的时间中的一部分时间期间提供。
24.权利要求21的方法，其中，所述废气样本在这另ー个废气样本后提供。
25.权利要求22的方法，其中，所述步骤b)在车辆上执行。
全文摘要
所公开的是一种车辆废气监测系统，能提供对在车辆的废气内的颗粒物(PM)的含量的精确实时预测。这种系统能通过鉴定烟尘、SOF和硫酸盐的含量精确地分化PM的组成。
文档编号F01N3/00GK102656344SQ201080056942
公开日2012年9月5日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者R·万科, W·M·塞尔维斯 申请人:Avl北美公司