Пробоотборник для отбора пробы жидкости, приспособленный для установки в систему с вариациями температуры
Группа изобретений относится к отбору пробы жидкости, в частности топливной, на определение уровня содержания серы в топливе. Пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) приспособлен для установки в систему с вариациями температуры, которая содержит в себе или транспортирует жидкость. Пробоотборник содержит секцию (304; 404; 504'; 604) со стенками, частично окружающую полость (301; 401; 501'; 601), заполненную жидкостью, и содержащую первое и второе отверстие. Через первое отверстие (303; 403; 503'; 603) жидкость в полости вытекает из полости. Через второе отверстие (307; 407; 507'; 607) жидкость в системе втекает в полость. Первое отверстие снабжено первым элементом-заслонкой (305; 405; 505'; 605; 605'; 605"), которая открывается, когда температура жидкости в полости увеличивается и жидкость расширяется и избыточное давление создается в полости. Второе отверстие снабжено вторым элементом-заслонкой (309; 409; 509'; 609; 609'; 609"), которая открывается, когда температура жидкости в полости падает и в полости создается отрицательное давление. Блок пробоотборников содержит, по меньшей мере, два пробоотборника. Система подвергается вариациям температуры между остаточной и рабочей температурами и содержит пробоотборник, установленный в полый компонент, содержащий в себе или транспортирующий жидкость. Транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания с топливной системой. Способ для анализа жидкости с пробоотборником или блоком пробоотборников содержит следующие этапы. Заполняют полость пробоотборника первоначально стартовой жидкостью. Размещают пробоотборник в системе, в которой пробоотборник входит в контакт с анализируемой жидкостью. Подвергают жидкость в системе вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, и наоборот. Предоставляют возможность жидкости в полости вытекать из полости, когда температура жидкости увеличивается, течь в полость, когда температура падает, и перемешиваться внутри полости посредством притока и оттока жидкости. Удаляют пробоотборник или блок пробоотборников из системы. Удаляют жидкость из пробоотборника и проводят анализ уровня содержания вещества в жидкости способом анализа, приспособленным к анализируемому веществу. Обеспечивается упрощение отбора пробы жидкости в системе с вариациями температуры для дальнейшего анализа. 7 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к пробоотборнику для отбора пробы жидкости, к системе, содержащей пробоотборник, двигателю внутреннего сгорания, содержащему топливную систему с пробоотборником, транспортному средству, содержащему двигатель внутреннего сгорания, и способу для отбора пробы жидкости.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Транспортные средства с дизельным двигателем снабжаются устройствами очистки выхлопных газов с целью снижения выбросов частиц и химикалий, возникающих в выхлопе дизельного двигателя. Существуют также различные стандарты и установленные законом требования, регулирующие допустимые выхлопные выбросы от транспортных средств. Устройства очистки выхлопного газа техники предшествующего уровня чувствительны к высоким уровням серы в топливе. Уровень серы в топливе, превышающий 10 ppm (миллионных частей), может привести к недостаточному снижению выбросов в устройстве очистки выхлопного газа. Для снижения такого риска и гарантии того, что законодательные требования будут удовлетворены, некоторые изготовители транспортных средств задают максимальный уровень серы, который может содержать топливо, например уровень серы должен быть меньше чем 10 ppm. Топливо с большим уровнем содержания серы часто бывает дешевле и поэтому более привлекательно для использования в транспортном средстве. Такое топливо повреждает транспортное средство, но затруднительно задним числом определить и засвидетельствовать, что транспортное средство было заправлено топливом с уровнем серы, превышающим 10 ppm.
Также и другие соединения, такие как фосфорные соединения, могут быть разрушительными для транспортного средства, и, что более важно, они вредны для окружающей среды. Однако и в связи с этими составами, также трудно определить задним числом и засвидетельствовать, что транспортное средство было заправлено топливом, содержащим вредные концентрации нежелательных химикалий.
Для сокращения выбросов частиц и оксидов азота (NOX) используются системы очистки выхлопных газов, которые могут содержать, например, дизельный катализатор окисления (DOC), фильтры задержания частиц и так называемые аттенюаторы NOX, например, системы EGR (Редукции Выхлопного газа) и системы селективной каталитической редукции (SCR) в потоке выхлопного газа от двигателей внутреннего сгорания, например, в транспортных средствах. Эффективность таких систем очистки выхлопных газов и особенно дизельных катализаторов окисления снижается при появлении соединений, содержащих, например, серу. Такие содержащие серу соединения (например меркаптаны, тиолы, тиофены, тиоэфиры, сложные тиоэфиры, дисульфиды) и, например, содержащие серу ароматические соединения "портят" дизельный катализатор окисления, или реагируют с дизельным катализатором окисления и/или другими компонентами системы выхлопной очистки, и поэтому эти части системы становятся менее эффективными, приводя к проблемам коррозии в двигателе и к увеличенным выхлопным выбросам. Дизельный катализатор окисления чувствителен к высоким уровням серы и поэтому может иметь сниженный срок эксплуатации при чрезмерно высоких уровнях содержания серы в топливе. Поэтому важно иметь возможность анализировать, было ли транспортное средство заправлено топливом со слишком высоким уровнем содержания серы.
Патент US-2002/0079236 относится к датчику для измерения концентрации сернистых соединений в жидкости. Датчик содержит два электрода - один активный электрод, который находится в контакте с измеряемой жидкостью, и опорный электрод, который изолирован от жидкости. Между электродами образуется напряжение, зависящее от концентрации соединений серы в жидкости, и, таким образом, концентрация может быть определена.
Патент US-2009/0317299 относится к оптическому датчику для определения уровня содержания серы в топливе. Это осуществляется освещением топлива светом со спектром с подходящими длинами волн, регистрацией отраженного света и последующего его анализа для получения регистрационного сигнала, который определяет уровень содержания серы.
Оба этих датчика предшествующего уровня техники являются активизируемыми, поскольку они требуют определенного электропитания или в связи с регистрацией, или когда выполняется обработка сигналов. Измерения, описанные в обеих этих опубликованных патентных заявках, предоставляют результат непосредственного измерения, то есть значение измерения, которое отражает текущий уровень содержания серы.
Предложенная альтернатива электрически питаемому датчику описана в патенте SE 535895 C2, который демонстрирует блок индикации с множеством капсул, или слоев, которые поглощают серу, когда они находятся в контакте с топливом. Капсулы содержат жидкость с различными уровнями содержания серы, и слои имеют различные способности поглощения серы. При анализе уровня содержания серы в соответственных капсулах/слоях определяется, увеличился ли уровень серы и превышает ли он первоначальные уровни. Если оказывается именно так, то это является индикацией того, что сера из топлива поступала и что уровень содержания серы в топливе превышает заданный уровень соответственной капсулы/слоя.
Несмотря на решения техники предшествующего уровня имеется потребность в легкой регистрации и/или анализе появления и уровня сернистых загрязнителей и других экологически опасных соединений в топливе. Имеется также потребность сбора информации относительно максимального уровня химикалий в топливе, например серы, воздействию которых был подвергнут двигатель внутреннего сгорания, поскольку топливо со слишком высоким уровнем содержания серы увеличивает риск ухудшения функционирования катализатора, что означает, что требования к выбросам для выхлопа не могут быть выполнены. Если функционирование катализатора ухудшается, так что требования к выбросам не выполняются, и если транспортное средство не было заправлено топливом с уровнем содержания серы, превышающим 10 ppm, то в худшем случае это может повлечь за собой прекращение эксплуатации и отзыв производителем большого количества транспортных средств, что может оказаться очень дорогостоящим. Если, с другой стороны, может быть доказано, что инструкции не выполнялись, то есть использовалось топливо с содержанием серы, большим чем, например, 10 ppm, то такая мера не будет необходима.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Несмотря на решения техники предшествующего уровня имеется потребность дальнейшего развития техники отбора пробы жидкости, особенно топлива, в течение некоторого периода времени, что могло бы дать простую индикацию уровня вещества, накопленного в течение данного периода времени. Если пробоотборник используется в транспортном средстве, то оказывается возможным проанализировать, было ли транспортное средство заправлено топливом с превышением заданных уровней различных химикалий или соединений. Имеется также потребность в пробоотборнике, который является пассивным и не требует какого-либо обслуживания и поэтому имеет низкую стоимость.
Цель настоящего изобретения заключается, таким образом, в предоставлении пробоотборника, который простым образом приспосабливается для отбора пробы жидкости, особенно для отбора пробы топлива, для дальнейшего анализа. Проба затем может предоставить индикацию относительно того, было ли транспортное средство заправлено топливом, имеющим уровни химикалий, превышающие допустимые уровни для топлива, например, по уровню содержания серы.
Другая цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить пробоотборник, который не требует какого-либо обслуживания.
Другая цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить пробоотборник, который имеет низкую стоимость.
Другая цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить пробоотборник, который легко приспосабливается для использования в конкретной температурной области.
Эти цели достигаются с пробоотборником, задаваемым в п.1 формулы.
Настоящее изобретение относится к пробоотборнику для отбора пробы жидкости, предпочтительно для топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания. Пробоотборник приспособлен для установки в системе с вариациями температуры, причем эта система содержит в себе или транспортирует жидкость. Пробоотборник содержит секцию со стенками, частично окружающую заполненную жидкостью полость, и первое отверстие, через которое жидкость в полости может вытечь из полости, и второе отверстие, через которое жидкость в системе может течь в полость. Первое отверстие снабжено первым элементом-заслонкой, которая открыта, когда температура жидкости в полости увеличивается, жидкость расширяется и имеется избыточное давление в полости. Элемент-заслонка закрывается, когда давление между полостью и системой выравнивается, то есть нет разности давления между системой и полостью. Второе отверстие снабжено вторым элементом-заслонкой, которая открывается, когда температура жидкости в полости падает и в полости создается отрицательное давление. Второй элемент-заслонка закрывается, когда давление между системой и полостью выравнивается. Соответственно, жидкость вытекает из полости, когда температура жидкости увеличивается и жидкость расширяется, и жидкость течет в полость из системы, когда температура жидкости в полости падает и жидкости сжимается.
С таким пробоотборником оказывается возможным непрерывно получать пробу жидкости из системы в течение данного периода времени и затем определять уровень некоторого вещества, которое жидкость содержала, если это необходимо и когда это необходимо. Период времени может быть определен исходя из потребности. Например, если функционирование блока DOC ухудшилось, то имеется потребность проанализировать, какое топливо было заправлено. Жидкость в пробоотборнике содержит смесь жидкостей, которые прошли через пробоотборник в течение заданного периода времени. Смесь жидкостей может иметь место, когда жидкость в заполненном жидкостью пробоотборнике сжимается, если температура падает, и малое количество жидкости имеет возможность течь в полость, в которой жидкости смешиваются. Это может произойти, поскольку второй элемент-заслонка открыт вследствие пониженного давления в жидкости внутри полости и соответственно малое количество жидкости может течь в полость. Когда температура жидкости увеличивается, жидкость расширяется и вытекает из полости. Первый элемент-заслонка затем открывается вследствие давления в жидкости, и малое количество жидкости может вытекать из полости в систему. Количество жидкости, которая течет в полость пробоотборника и из полости, зависит от конструкции пробоотборника и вариаций температуры в системе. Сжатие и/или расширение жидкости пропорциональны вариации температуры и могут быть определены экспериментально и/или посредством вычислений. Только часть жидкости в пробоотборнике оказывается замененной в данный момент времени, и для жидкости в пробоотборнике можно дать время замены или время оборота, которое может быть определено исходя из вариации температуры. Когда только часть жидкости внутри пробоотборника заменена в данный момент времени, то можно, таким образом, получить индикацию относительно состава жидкости в течение периода отбора пробы и, соответственно, также возможно получить индикацию относительно недопустимых уровней вещества в жидкости.
Вышеупомянутые цели достигаются также блоком пробоотборников, содержащим, по меньшей мере, два пробоотборника, в целом описанные выше.
Когда пробоотборник используется в топливной системе для отбора пробы из топлива, то оказывается возможным получить индикацию с помощью изобретения, например, уровня содержания серы, находившейся в топливе, например, в течение длительного времени. Поэтому возможно, например, в связи с слишком высокими уровнями содержания серы в топливе получить индикацию причины того, почему устройство очистки выхлопных газов было выведено из работы. В случае использования топлива с уровнем содержания серы выше приемлемых уровней и в случае выведения из работы устройства очистки выхлопных газов пользователь информируется, что он должен в будущем использовать топливо с предписанным уровнем содержания серы. В случае если пользователь не знал о высоком уровне содержания серы в топливе, пользователь может предъявлять требования к поставщику топлива, который должен указать реальный уровень содержания серы в топливе.
Цели, определенные выше, также достигаются с системой, подвергаемой вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой. Рабочая температура может быть выше, чем остаточная температура, но остаточная температура также может быть выше, чем рабочая температура. Система содержит полый компонент, который содержит в себе или транспортирует жидкость. Предпочтительно система представляет собой топливную систему, которая содержит множество компонентов, причем, по меньшей мере, один пробоотборник или блок пробоотборников, как описано выше, устанавливается, по меньшей мере, в один из компонентов.
Цели, определенные выше, также достигаются с двигателем внутреннего сгорания и транспортным средством, содержащим двигатель внутреннего сгорания с топливной системой, имеющей пробоотборник, или блок пробоотборников, как описано выше. Поскольку имеются также различные стандарты и установленные законом требования, регулирующие разрешенные выбросы выхлопных газов из транспортных средств, то и для изготовителя транспортного средства, и для пользователя транспортного средства важно, чтобы устройство очистки выхлопных газов транспортного средства функционировало бы корректно. Пробоотборник в соответствии с изобретением обеспечивает и изготовителя транспортного средства, и пользователя, индикацией относительно того, имеет ли топливо, питающее двигатель внутреннего сгорания транспортного средства, слишком высокий уровень содержания вещества, химикалий, или соединений, например уровень содержания серы.
Цели, определенные выше также, достигаются со способом для анализа жидкости с пробоотборником, или с блоком пробоотборников, причем способ содержит этапы:
a) заполнения полости в пробоотборнике первоначально стартовой жидкостью;
b) размещения или установки пробоотборника в системе, в которой пробоотборник входит в контакт с анализируемой жидкостью;
c) подвергания жидкости в системе вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, и наоборот;
d) предоставления возможности жидкости внутри полости вытекать из полости, когда температура жидкости увеличивается;
e) предоставления возможности жидкости в системе течь в полость, когда температура жидкости падает;
f) предоставления возможности смеси жидкости втекать и вытекать через отверстие в полости;
g) удаления пробоотборника, или блока пробоотборников, из системы после некоторого периода времени,
h) удаления накопленной жидкости из пробоотборника, и
i) анализа уровня вещества в жидкости из пробоотборника со способом анализа, приспособленным к анализируемому веществу.
С помощью способа уровень вещества в жидкости может быть легко проанализирован, например, уровень содержания серы в топливе.
Другие признаки и преимущества изобретения изложены в нижеприведенных примерных описаниях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже в качестве примера приводится описание предпочтительных вариантов реализации изобретения в связи с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг.1 изображает схематический вид сбоку транспортного средства с пробоотборником в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг.2 - пример схемы связи для топливной системы в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг.3a-3d - схематическая иллюстрация функционирования пробоотборника в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг.4a-4c - схематический вид сечения блока пробоотборников в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг.5 - вид сечения другого варианта реализации блока пробоотборников в соответствии с настоящим изобретением,
Фиг.6a-6c - схематическая иллюстрация функционирования блока пробоотборников в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Изобретение описано ниже в отношении пробоотборника и способа, которые в целом описаны выше.
Пробоотборник в соответствии с настоящим изобретением предназначен для отбора пробы жидкости. Предпочтительно жидкость является топливом, предназначенным для двигателя внутреннего сгорания, но жидкость может быть и другой жидкостью, которая может быть использована в применениях обрабатывающей промышленности. Когда пробоотборник используется, он устанавливается в компонент в системе, которая подвергается вариациям температуры. Пробоотборник, таким образом, может быть использован в топливной системе или в другой системе в применениях обрабатывающей промышленности.
Пробоотборник содержит секцию со стенками, которая частично окружает полость, заполняемую жидкостью, первое отверстие, через которое жидкость в системе может вытекать из полости, и второе отверстие, через которое жидкость может втекать в полость. Пробоотборник устанавливается так, чтобы находиться в контакте с жидкостью, например в контакте с анализируемым топливом, и при этом может происходить обмен жидкостями между полостью и окружающим полым компонентом. Проба жидкости может отбираться непрерывно в течение некоторого периода времени из жидкости, с которой пробоотборник находится в контакте. Период времени определяется исходя из потребностей анализа.
Жидкость внутри полости заменяется вследствие расширения и сжатия жидкости при вариациях температуры между остаточной температурой и рабочей температурой. Вариация температуры между остаточной температурой и рабочей температурой может значительно варьироваться и может, например, составлять от 5 до 40°C, например, если пробоотборник используется в топливной системе грузовика, но не ограничивается такой вариацией. Остаточная температура может соответствовать средней окружающей температуре, например, когда двигатель грузовика выключен. Рабочая температура может быть выше, чем остаточная температура, но также может быть ниже, чем рабочая температура. Температура также может несколько изменяться в пределах области остаточных температур и области рабочих температур.
Пробы отбираются полостью, вначале заполняемой стартовой жидкостью, которая может быть "чистой" жидкостью, например топливом, уровень содержания серы в котором ниже 10 ppm. При остаточной температуре, которая, например, может составлять приблизительно 20°C, жидкость в полости пробоотборника находится в нормальном положении, то есть полость заполнена жидкостью. В рабочем состоянии, например, при работе грузовика, температура жидкости в полости увеличивается так, чтобы жидкость расширилась. Когда система отключена, температура падает снова к нормальной температуре и жидкость сжимается. Первое отверстие пробоотборника, которое снабжено первым элементом-заслонкой, позволяет жидкости вытекать из полости, когда температура жидкости в полости повышается. Соответственно, малое количество жидкости может вытечь из полости. Второе отверстие снабжено вторым элементом-заслонкой, которая позволяет жидкости течь в полость, когда температура жидкости в полости понижается. Соответственно, малое количество жидкости может течь в полость. Таким образом, жидкость внутри полости может быть смешана с жидкостью в системе небольшими порциями. Устройство отбора пробы тогда получает "память жидкости", которая является средним составом жидкостей по периоду времени, где происходят несколько циклов увеличения температуры и последующих падений температуры. Поскольку обмен жидкостью в пробоотборнике происходит относительно медленно, с пробоотборником оказывается возможным проверить, например, средний уровень содержания серы за более длинный период. После периода отбора пробы содержание пробоотборника анализируется подходящим способом в соответствии с техникой предшествующего уровня.
Пробоотборник особенно подходит для отбора топливных проб, особенно дизельных проб в топливных системах транспортного средства. Молекулы в дизельном топливе содержат, главным образом, углеводороды, имеющие от 10 до 22 атомов углерода, например алканы, ароматики, нафтены и олефины, но топливо также содержит соединения серы и другие неорганические соединения, такие как фосфорные соединения.
Полость пробоотборника заполняется жидкостью и может принимать пробы жидкости. Полость частично окружена секцией со стенками пробоотборника. Пробоотборник имеет форму и размер, подходящий для анализируемой пробы жидкости. Например, полость может иметь форму капли, конуса, цилиндра или, например, удлиненного цилиндра. С такой формой может быть получена малая контактная поверхность с жидкостью относительно объема полости. Удлиненная цилиндрическая форма может быть преимущественной, поскольку такой пробоотборник прост в изготовлении и легко устанавливается в различных системах. Согласно одному варианту реализации первое отверстие может быть помещено в первом конце пробоотборника и второе отверстие может быть помещено во втором конце пробоотборника, напротив первого отверстия. Соответственно, может быть получено лучшее перемешивание жидкостей в полости. Полость может иметь размер, или объем, например, приблизительно от 1 до 30 см3, например 20 см3, но не ограничена такими объемами.
Когда пробоотборник устанавливается в компонент, что можно осуществить, например, через стенку компонента, он может войти в контакт с жидкостью внутри полой части. Установка пробоотборника может быть выполнена по-разному. Например, стенка может быть просверлена так, чтобы в стенке было сформировано сквозное отверстие. Затем пробоотборник устанавливается и закрепляется в отверстиях подходящим закрепляющим устройством. Пробоотборник также может иметь форму винта с полой частью, составляющей полость, и закрепление может быть выполнено с помощью резьбы на внешней стороне винта. Однако пробоотборник может быть установлен в компонент с помощью других способов закрепления и, например, может быть помещен внутри компонента и привинчен к внутренней части стенки компонента так, что он может войти в контакт с окружающей жидкостью.
Пробоотборник предпочтительно устанавливается в полый компонент разъемным образом. Соответственно, жидкость может быть легко высвобождена из полости.
Первый и второй элементы-заслонки могут состоять из запорных клапанов. Элемент-заслонка или запорный клапан, который содержит открывающийся элемент, имеют заданное давление активации. Открывающийся элемент может, например, быть шаром или конусом, который открывается, когда давление, вызванное расширением жидкости, или отрицательное давление, вызванное сжатием жидкости, оказывается равным или большим, чем давление активации. Запор может тогда быть открыт заданным давлением активации и закрывается автоматически, когда давление меньше, чем давление активации. Выражение давление активации означает давление, которое должно открывать запорный клапан. Давление создается жидкостью, когда жидкость расширяется/сжимается при вариациях температуры. Когда разность давлений между полостью и системой больше, чем давление активации запорного клапана, открывающийся элемент в запорном клапане открывается.
Давление активации выбирается так, чтобы запорный клапан открывался, когда температура увеличивается от меньшей температуры, которая может быть остаточной температурой, до большей температуры, которая может быть рабочей температурой, чтобы дать возможность притока или оттока жидкости. Запорный клапан приспособлен для закрывания при стабильной температуре, когда нет вариации температуры или имеется только незначительная вариация температуры в системе. Предпочтительно давление активации выбирается так, чтобы запорный клапан оставался закрытым при малых вариациях температуры, например приблизительно от 1 до 5°C, но интервал температур не ограничен этим. Таким образом, оказывается возможным предотвратить частый обмен жидкости внутри полости при незначительных вариациях температуры в системе. Альтернативно давление активации может быть выбрано так, чтобы запорный клапан открывался также при малых вариациях температуры.
Открывающийся элемент запорного клапана может быть снабжен пружинным элементом, определяющим задаваемое давление активации. Соответственно, открывающийся элемент запорного клапана может быть приспособлен для сопротивления заданным вариациям температуры, и может быть получен пробоотборник, который функционирует при больших вариациях температуры, например приблизительно от 10-100°C. Когда давление активации варьируется, скорость обмена жидкости в полости также может варьироваться. Чем выше давление активации, тем меньше скорость обмена, которая может быть получена для пробоотборника.
Изобретение также относится к блоку пробоотборников, содержащему, по меньшей мере, два пробоотборника, как описано выше. Пробоотборник в блоке содержит элементы-заслонки или запорные клапаны с заданным давлением активации, которое может быть приспособлено к преобладающим вариациям температуры в системе. Давление активации может быть различным для соответственных пробоотборников. В таком блоке пробы жидкости могут накапливаться за некоторый период времени с пробоотборниками, имеющими различные скорости обмена. Соответственно, уровень химикалий может быть оценен за определенный период.
Пробоотборники в блоке предпочтительно размещены последовательно, но могут также быть размещены параллельно. Когда блок содержит два пробоотборника последовательно, второе отверстие первого пробоотборника может быть в контакте с жидкостью в системе. Первое отверстие первого пробоотборника, через которое жидкость может вытечь из полости, тогда составляет второе отверстие второго пробоотборника, через которое жидкость может течь во вторую полость пробоотборника. В этом случае первое отверстие второго пробоотборника находится в контакте с жидкостью в системе и жидкость может вытечь из системы через это отверстие. Когда блок содержит больше чем два пробоотборника, первое отверстие предыдущего пробоотборника размещается так, что оно составляет последующее второе отверстие пробоотборника. Последний пробоотборник в последовательности содержит первое отверстие, которое находится в контакте с жидкостью в системе, и жидкость из блока может вытекать из этого отверстия.
Изобретение также относится к системе, которая подвергается вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой. Рабочая температура обычно выше, чем остаточная температура, но также может быть ниже, чем остаточная температура. Система содержит полый компонент, который содержит в себе или транспортирует жидкость. Система содержит пробоотборник в соответствии с вышеописанным, установленный в полый компонент, или блок пробоотборников, как описано выше, установленный в полый компонент.
Предпочтительно система является топливной системой, содержащей топливный бак, топливный трубопровод, питающий насос, топливный фильтр, насос высокого давления, аккумулятор и инжекционную систему. Насос высокого давления, аккумулятор и инжекционная система составляют компоненты в системе высокого давления топливной системы, и питающий насос и топливный фильтр составляют компоненты в системе низкого давления топливной системы. Давление в системе высокого давления может составлять приблизительно 1800-2500 бар, и давление в системе низкого давления может составлять приблизительно 8-15 бар. По меньшей мере, один описанный выше пробоотборник устанавливается в топливном баке и/или, по меньшей мере, в одном из: топливном трубопроводе, питающем насосе или топливном фильтре, которые являются компонентами топливной системы.
Пробоотборник или блок пробоотборников может быть установлен в топливный бак. Соответственно, пробоотборник или блок пробоотборников входит в контакт с загруженным топливом. Пробоотборник или блок пробоотборников альтернативно или как дополнение также могут быть установлены в компонент в системе низкого давления топливной системы. Пробоотборник или блок пробоотборников, например, могут быть установлены в главный топливный фильтр. Оказывается, легко заменить и контролировать пробоотборник или блок пробоотборников, если они установлены в систему низкого давления топливной системы или в топливном баке.
Изобретение также относится к транспортному средству, содержащему описанную выше топливную систему.
Изобретение также относится к способу для анализа жидкости с пробоотборником, или с блоком пробоотборников, как описано выше, причем этот способ содержит этапы:
a) заполнения полости в пробоотборнике первоначально стартовой жидкостью;
b) размещения или установки пробоотборника в систему, в которой пробоотборник входит в контакт с анализируемой жидкостью;
c) подвергания жидкости в полости вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, и наоборот;
d) предоставления возможности жидкости внутри полости вытекать из полости, когда температура жидкости увеличивается;
e) предоставления возможности жидкости в системе течь в полость, когда температура жидкости понижается;
f) предоставления возможности смеси жидкости втекать и вытекать через отверстие в полости;
g) удаления пробоотборника или блока пробоотборников из системы после некоторого периода времени,
h) удаления накопленной жидкости из пробоотборника, и
i) анализа уровня вещества в жидкости из пробоотборника со способом анализа, приспособленным к анализируемому веществу.
Рабочая температура может быть выше, чем остаточная температура в пределах способа. Предпочтительно жидкость является топливом, и система представляет собой топливную систему, и анализируемое вещество - это сера.
Для определения уровня содержания серы топлива, жидкость должна быть проанализирована. Это соответственно происходит после того, как пробоотборник удаляется из топливной системы. Уровень содержания серы топлива может быть проанализирован в соответствии со стандартными способами, такими как описанные в Swedish Standard SS-EN ISO 20884 (Petroleum Products - Determination of Sulphur Content in Fuels - Wavelength-dispersive X-ray Spectroscopy (ISO 20884:2011) and/or Swedish Standard SS-EN ISO 20846 (Petroleum Products - Determination of Sulphur Content in Fuels - Ultraviolet Fluorescence Method (ISO 20846:2011). Из результатов анализа получается индикация относительно того, имеет ли тестируемое топливо уровень содержания серы выше рекомендованного уровня для топлива, который составляет ниже 10 ppm.
Другие преимущества изобретения изложены в нижеприведенном описании в связи с приложенными чертежами.
На Фиг.1 показано транспортное средство 1 на схематическом виде сбоку, причем это транспортное средство 1 снабжено двигателем 2 внутреннего сгорания, который управляет приводными колесами 3 транспортного средства 1 через коробку передач 5 и карданный вал 9. Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен выхлопной системой 10. Двигатель 2 внутреннего сгорания работает на топливе 8, которое подается к двигателю 2 внутреннего сгорания топливной системой 4, содержащей топливный бак 6. Топливная система 4 также содержит пробоотборник 100 в соответствии с изобретением, который в этом примере помещен в топливный бак 100. Транспортное средство также содержит шасси 7. Выхлопная система 10 может содержать, например, дизельный катализатор окисления (DOC), фильтр для улавливания частиц, и EGR-систему, и SCR-систему.
На Фиг.2 показан пример схемы связи для топливной системы 4 для двигателя 2 внутреннего сгорания. Пробоотборник 100 в соответствии с настоящим изобретением может быть использован, например, в такой топливной системе, но другие варианты топливной системы также могут быть соответственными. Пробоотборник также может быть использован в других жидкостных системах, например в системах обрабатывающей промышленности.
Топливная система 4 содержит несколько компонентов, включая в себя главный топливный фильтр 12, насос 14 высокого давления, аккумулятор, в виде так называемой общей магистрали 16, и инжекционную систему 18, схематично отображенную в виде топливных инжекторов, размещаемых в двигателе 2 внутреннего сгорания (двигатель 2 внутреннего сгорания отображен на Фиг.1). Альтернативно, общая магистраль 16 может быть заменена другой формой инжекционной системы 18, например пьезо-струйной инжекционной системой или инжекционной системой с насосом-форсункой. Насос 14 высокого давления, общая магистраль 16 и инжекционная система 18 составляют компоненты в системе 19 высокого давления топливной системы 4. Пробоотборник в соответствии с настоящим изобретением может быть помещен в любой из компонентов системы высокого давления, например, в топливный трубопровод между насосом 14 высокого давления и общей магистралью 16.
Топливная система 4 также содержит топливный бак 20 и питающий насос 26. Эти компоненты могут быть размещены на шасси транспортного средства 10 (блок 10 отображен на Фиг.1). Главный топливный фильтр 12 размещен ниже по ходу относительно насоса 26 и выше по ходу относительно насоса 14 высокого давления в топливной системе 4. Пробоотборник 100 может быть установлен в главный топливный фильтр 12, как отображено в этом примере, но другие размещения также возможны, например, в топливном трубопроводе 40.
Питающий насос 26 сжимает топливо в системе 21 низкого давления топливной системы и подает топливо из топливного бака 20, через топливный трубопровод 40, через главный топливный фильтр 12 и далее на насос 14 высокого давления. Топливо затем подается при высоком давлении на общую магистраль 16 и далее на инжекционную систему18.
На Фиг.3a-3d схематично показано функционирование пробоотборника 300. Пробоотборник 300 содержит секцию 304 со стенками, которая частично окружает полость 301, первое отверстие 303 с первым запорным клапаном 305 и второе отверстие 307 со вторым запорным клапаном 309. Пробоотборник заполнен стартовой жидкостью 302. Запорные клапаны 305 и 309 имеют заданное давление активации, и первый запорный клапан 305 позволяет вытекание из полости, когда температура жидкости 302 в полости 301 увеличивается, и второй запорный клапан 309 позволяет приток в полость 301, когда температура жидкости в полости 301 падает. На Фиг.3a показано состояние при нормальной температуре в системе, которая может составлять, например, 20°C. В этом состоянии жидкость 302 заполняет полость 301. На Фиг.3b показана ситуация в системе, когда температура увеличивается от остаточной температуры до рабочей температуры и температура жидкости в полости увеличивается, например, в интервале приблизительно 5-40°C. Вследствие увеличенной температуры жидкости 302 в полости 301 жидкость 302 расширяется, давление в жидкости увеличивается выше давления активации первого запорного клапана 305 и малое количество жидкости 302 в полости 301 может вытечь через первое отверстие 303 в окружающий компонент в системе, например топливный бак, как показано стрелками. На Фиг.3c показана ситуация, после того как жидкость была выпущена из полости 301 и когда температура была стабилизирована до рабочей температуры и давление внутри полости 301 упало. Оба запорных клапана 305 и 309 закрыты, и жидкость не может течь в полость 301 или вытекать из полости 301. На Фиг.3d показана ситуация, после того как температура в полости 301 упала от рабочей температуры назад к нормальной температуре. Когда температура жидкости падает, жидкость 302 сжимается внутри полости 301 так, чтобы было создано отрицательное давление в полости 301. Отрицательное давление превышает давление активации второго запорного клапана 309, запорный клапан открывается и жидкость из системы может течь в полость 301 через второе отверстие 307. Малое количество жидкости, которое может соответствовать количеству жидкости, выпущенной из полости при расширении, течет в полость 301 из окружающего компонента в системе. После того как в полости 301 достигается нормальное давление, запорный клапан 309 закрывается и пробоотборник 300 возвращается к нормальному состоянию, как отображено на Фиг.3a. Соответственно, жидкость внутри полости 301 была смешана с окружающей жидкостью. В течение периода отбора пробы происходят несколько циклов увеличения температуры и последующих падений температуры, и поэтому в течение фиксированного периода времени может быть получена смесь жидкостей.
На Фиг.4a-4c показаны примеры возможных конструкций пробоотборника в соответствии с изобретением. В каждом из примеров на Фиг.4a-4c пробоотборник 400 содержит секцию 404 со стенками (отображенную на Фиг.4c), которая частично окружает полость 401, первое отверстие 403, второе отверстие 407, первый запорный клапан 405 и второй запорный клапан 409. Каждый из вторых запорных клапанов 409 содержит пружинный элемент в виде пружины 411 (Фиг.4a); 413 (Фиг.4b); 415 (Фиг.4c). Эти пружины имеют различную жесткость, и они влияют на давление активации второго запорного клапана 409. Пружина 411 имеет наименьшую жесткость и, соответственно, наименьшее давление активации, и пружина 415 имеет наибольшую жесткость и, соответственно, наибольшее давление активации. Соответственно, запорный клапан 409 пробоотборника может быть открыт и закрыт пружиной 411 при меньших вариациях температуры, чем, например, запорный клапан 409 с пружиной 415. Соответственно, пробоотборник с пружиной 411 может иметь больший обмен жидкостью в полости 401 в каждом цикле, чем пробоотборник с пружиной 415. Дополнительно, пробоотборник с пружиной 411 может иметь обмен даже при малых вариациях температуры. Пробоотборники 400 могут быть помещены в жидкостную систему как отдельные модули или в виде блока. Вследствие варьирующегося давления активации для жидкости в соответствующих пробоотборниках получаются различные скорости обмена. Пробоотборник 400 сконструирован как удлиненный цилиндр, и первое отверстие 403 помещено в первом конце 410 (показано на Фиг.4c) пробоотборника 400, и второе отверстие 407 помещено на втором конце 420 (отображено на Фиг.4c) пробоотборника 400, напротив первого отверстия 403. Пробоотборник 400 может быть снабжен резьбой на внешней стороне секции 404 со стенками (не отображено) для облегчения закрепления пробоотборника 400 внутри полого компонента.
На Фиг.5 показан другой вариант реализации пробоотборника 500 в соответствии с изобретением, причем этот пробоотборник 500 содержит выпускную камеру 520. Пробоотборник содержит секцию 504' со стенками, которая частично окружает полость 501'. Пробоотборник содержит первое отверстие 503', которое снабжено первым запорным клапаном 505', через который жидкость может вытечь из полости 501' в выпускную камеру 520. Выпускная камера принимает жидкость из пробоотборника 500, но его задача заключается также в том, чтобы облегчить закрепление пружины 512 в запорном клапане 505'. Пробоотборник 500 также содержит второе отверстие 507', которое находится в контакте с анализируемой жидкостью в системе. Второе отверстие 507' снабжено вторым запорным клапаном 509', через который жидкость может течь в полость 501'. Жидкость вытекает из полости 501' через первое отверстие 503', снабженное первым запорным клапаном 505', когда температура жидкости в полости 501' увеличивается, жидкость расширяется и в полости 501' создается избыточное давление. Жидкость вытекает из полости 501' в выпускную камеру 520, которая снабжена двумя отверстиями 503", через которые жидкость может свободно втекать или вытекать. Когда температура жидкости в полости 501' падает, в полости 501' создается отрицательное давление так, чтобы второй запорный клапан 509' открылся и жидкость из системы могла течь в полость 501' через второе отверстие 507'. Второй запорный клапан 509' закрывается, когда давление между полостью 501' и системой выравнивается.
На Фиг.6a показан блок 600 пробоотборников, содержащий три пробоотборника 610, 620 и 630, и одну выпускную камеру 640, которые соединены последовательно. Пробоотборники 610, 620 и 630 соответствуют пробоотборнику 500 на Фиг.5, и выпускная камера 640 соответствует выпускной камере 520 на Фиг.5. Для большей ясности на чертежах компоненты пробоотборников 610, 620 и 630 показаны только в связи с пробоотборником 620. Пробоотборник 620 содержит секцию 604 со стенками, которая частично окружает полость 601, первое отверстие 603, через которое жидкость может вытекать из полости 601, когда температура увеличивается, например, от остаточной температуры до рабочей температуры, и жидкость расширяется, и второе отверстие 607, через которое жидкость может втекать в полость 601, когда температура падает и жидкость сжимается. Каждое из отверстий 603, 607 снабжено запорным клапаном 605', 609, которые открываются, когда разность давлений при расширении или сжатии жидкости оказывается больше, чем давление активации запорных клапанов 605', 609. Первый запорный клапан 605' снабжен пружиной 612, которая прикреплена к последующему пробоотборнику 630, и второй запорный клапан 609 снабжен пружиной 611, которая прикреплена к пробоотборнику 620. На Фиг.6a показаны все модули 610, 620 и 630, заполненные стартовым флюидом, и система в остаточном состоянии.
На Фиг.6b показано функционирование блока 600, когда температура увеличивается, например, от остаточной температуры до рабочей температуры, жидкость расширяется, и в пробоотборниках 610, 620 и 630 создается избыточное давление. Каждый из пробоотборников 610, 620 и 630 содержит первый запорный клапан 605, 605' и 605". Первые запорные клапаны 605, 605' и 605" открываются, и жидкость из первого пробоотборника 610 протекает во второй пробоотборник 620, и аналогично - жидкость из второго пробоотборника 620 течет в третий пробоотборник 630. Жидкость из третьего пробоотборника 630 течет в выпускную камеру 640, которая снабжена двумя отверстиями 603', через которые жидкость может свободно течь в систему или из системы. Система может быть, например, топливным баком, в котором пробоотборник может быть установлен или находиться свободно, так чтобы второе отверстие 609" в пробоотборнике 610 и отверстия 603' могли войти в контакт с топливом в баке. После расширения система возвращается к устойчивому состоянию, как отображено на Фиг.6a.
На Фиг.6c показано функционирование блока, когда температура падает от рабочей температуры до остаточной температуры, жидкость сжимается и в пробоотборниках 610, 620 и 630 создается отрицательное давление. Каждый из пробоотборников 610, 620 и 630 содержит второй запорный клапан 609", 609 и 609'. Вторые запорные клапаны 609", 609 и 609' открываются, и жидкость из системы может течь в первый пробоотборник 610, и аналогично, жидкость течет из первого пробоотборника 610 во второй пробоотборник 620 и из второго пробоотборника 620 в третий пробоотборник 630. Вторые запорные клапаны закрываются после того, как разность давлений между системами и пробоотборниками выравнивается. Первый запорный клапан 605" закрывается и жидкость не течет в выпускную камеру 640. Соответственно, жидкости в пробоотборниках могут быть перемешаны, когда происходят несколько циклов вариаций температуры в течение периода отбора пробы. С таким блоком пробоотборников более медленный обмен или обращение жидкости может быть достигнуто внутри полости пробоотборников после первого пробоотборника так, чтобы скорость обмена была наименьшей в пробоотборнике, который является последним в последовательности пробоотборников.
Приведенное описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения было представлено с целью иллюстрации и описания изобретения. Описанные варианты реализации не следует понимать как исчерпывающие или ограничивающие изобретение, и изобретение ограничивается объемом притязаний приложенной формулы.
1. Пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) для отбора пробы жидкости, предпочтительно для топлива, предназначенного для двигателя (2) внутреннего сгорания, причем пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) приспособлен для установки в систему с вариациями температуры, причем эта система содержит в себе или транспортирует жидкость, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) содержит секцию (304; 404; 504'; 604) со стенками, частично окружающую полость (301; 401; 501'; 601), которая заполнена жидкостью, первое отверстие (303; 403; 503'; 603), через которое жидкость в полости может вытечь из полости, и второе отверстие (307; 407; 507'; 507"; 607), через которое жидкость внутри системы может течь в полость (301; 401; 501'; 601), причем первое отверстие (303; 403; 503'; 603) снабжено первым элементом-заслонкой (305; 405; 505'; 605; 605'; 605"), которая открывается, когда температура жидкости в полости увеличивается, жидкость расширяется и избыточное давление создается в полости, причем второе отверстие (307; 407; 507'; 607), снабжено вторым элементом-заслонкой (309; 409; 509'; 609; 609'; 609"), которая открывается, когда температура жидкости в полости падает и в полости создается отрицательное давление.
2. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что первый элемент-заслонка (305; 405; 505'; 605; 605'; 605") и второй элемент-заслонка (309; 409; 509'; 609; 609'; 609") состоят из запорных клапанов, содержащих открывающиеся элементы с заданным давлением активации.
3. Пробоотборник по п.2, отличающийся тем, что открывающийся элемент содержит пружинный элемент (411; 413; 415; 511; 512; 611).
4. Пробоотборник по п.2, отличающийся тем, что давление активации подобрано для соответствия вариации давления, возникающей в жидкости, когда температура жидкости варьируется между остаточной температурой и рабочей температурой.
5. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что первый элемент-заслонка (305; 405; 505'; 605; 605'; 605") и второй элемент-заслонка (309; 409; 509'; 609; 609'; 609"), приспособлены для закрытия при стабильной температуре.
6. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) имеет форму цилиндра, содержащего первый конец (410) и второй конец (420); этот второй конец (420) помещается напротив первого конца (410), и первое отверстие (403; 503'; 603) помещается в первом конце (410), и второе отверстие (407; 507'; 607) помещается на втором конце (420).
7. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) приспособлен для установки в систему разъемным образом.
8. Блок (600) пробоотборников, отличающийся тем, что блок (600) содержит, по меньшей мере, два пробоотборника (610; 620; 630) по любому из пп.1-7.
9. Блок (600) пробоотборников по п.8, отличающийся тем, что пробоотборники (610; 620; 630) размещены последовательно.
10. Система, которая подвергается вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, причем эта система содержит полый компонент, содержащий в себе или транспортирующий жидкость, отличающаяся тем, что система содержит пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) по любому из пп.1-7, установленный в полый компонент.
11. Система по п.10, отличающаяся тем, что рабочая температура выше, чем остаточная температура.
12. Система по п.10, отличающаяся тем, что система является топливной системой (4) и полые компоненты в системе состоят, по меньшей мере, из топливного бака (6), топливного трубопровода (40), питающего насоса (26) и топливного фильтра (12).
13. Система по п.12, отличающаяся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) или блок (600) пробоотборников устанавливается в топливный бак (6).
14. Двигатель (2) внутреннего сгорания, отличающийся тем, что двигатель (2) внутреннего сгорания содержит топливную систему (4) по п.12.
15. Транспортное средство (1), отличающееся тем, что оно содержит двигатель (2) внутреннего сгорания по п.14.
16. Способ для анализа жидкости с пробоотборником (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) по любому из пп.1-7 или с блоком (500; 600) пробоотборников по любому из пп.8, 9, отличающийся этапами:
a) заполнения полости (301; 401; 501'; 601) пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) первоначально стартовой жидкостью;
b) размещения или установки пробоотборника в системе, в которой пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) входит в контакт с анализируемой жидкостью;
c) подвергания жидкости в системе вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, и наоборот;
d) предоставления возможности жидкости в полости (301; 401; 501'; 601) вытекать из полости, когда температура жидкости увеличивается;
e) предоставления возможности жидкости в системе течь в полость (301; 401; 501'; 601), когда температура жидкости падает;
f) предоставления возможности перемешивания жидкости внутри полости (301; 401; 501'; 601) посредством притока и оттока жидкости;
g) удаления пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) или блока (600) пробоотборников из системы после некоторого периода времени,
h) удаления жидкости, накопленной в пробоотборнике (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630), и
i) анализа уровня содержания вещества в жидкости из пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) способом анализа, приспособленным к анализируемому веществу.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что жидкость является топливом и система является топливной системой (4).
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что анализируемое вещество является серой.
19. Способ для анализа жидкости с блоком пробоотборников (500; 600) по любому из пп.8, 9, отличающийся этапами:
a) заполнения полости (301; 401; 501'; 601) пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) первоначально стартовой жидкостью;
b) размещения или установки пробоотборника в системе, в которой пробоотборник (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) входит в контакт с анализируемой жидкостью;
c) подвергания жидкости в системе вариациям температуры между остаточной температурой и рабочей температурой, и наоборот;
d) предоставления возможности жидкости в полости (301; 401; 501'; 601) вытекать из полости, когда температура жидкости увеличивается;
e) предоставления возможности жидкости в системе течь в полость (301; 401; 501'; 601), когда температура жидкости падает;
f) предоставления возможности перемешивания жидкости внутри полости (301; 401; 501'; 601) посредством притока и оттока жидкости;
g) удаления пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) или блока пробоотборников (600) из системы после некоторого периода времени,
h) удаление жидкости, накопленной в пробоотборнике (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630), и
i) анализа уровня вещества в жидкости из пробоотборника (100; 300; 400; 500; 610; 620; 630) со способом анализа, приспособленным к анализируемому веществу.
20. Способ по п.19, отличающаяся тем, что жидкость является топливом и система представляет собой топливную систему (4).
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что анализируемое вещество - это сера.
