ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ ЖИДКОСТИ, ПРИСПОСОБЛЕННЫЙ ДЛЯ УСТАНОВКИ В СИСТЕМЕ С ВАРИАЦИЯМИ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01N1/10 G01N33/22 G01N33/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к пробоотборнику для жидкости, к топливной системе, содержащей пробоотборник, к двигателю внутреннего сгорания, содержащему такую топливную систему, к транспортному средству, содержащему двигатель внутреннего сгорания, и к 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. Однако, 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, главным образом - 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 (NO_X) используются системы очистки выхлопных газов, которые могут содержать, например, дизельный катализатор окисления (DOC), фильтры задержания частиц и так называемые аттенюаторы NO_X, 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 составов, содержащих, например, серу. Такие, содержащие серу, соединения (например меркаптаны, тиолы, тиофены, тиоэфиры, сложные тиоэфиры, дисульфиды) и, особенно, 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 пониженный 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.

В технологии предшествующего уровня пробовались различные способы анализа содержания серы. Например, Патент US-2002/0079236 демонстрирует датчик для измерения концентрации соединений серы 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. Каждая капсула содержит жидкость с различными уровнями содержания серы, и слои имеют различные способности поглощения серы. При анализе уровня содержания серы в 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 том, чтобы иметь возможность легко регистрировать и/или анализировать появление и уровень 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 и, поэтому, требования к выбросам для выхлопа не могут быть выполнены. Если функционирование катализатора ухудшается, так, что требования к выбросам не выполняются, и если транспортное средство 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 флюида, особенно топлива, непрерывно, или 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. 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 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, уровень 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.

Эти цели достигаются с пробоотборником, задаваемым в п. 1 формулы.

Настоящее изобретение относится к пробоотборнику, который приспособлен для отбора пробы жидкости, предпочтительно для топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания. Пробоотборник приспособлен для установки в системе с вариациями давления, которая содержит в себе или транспортирует жидкость. Пробоотборник содержит секцию со стенками, частично окружающую полость, заполненную жидкостью, отверстие, снабженное блокирующим элементом, который приспособлен для контакта с отверстием и жидкостью в системе. Блокирующий элемент предотвращает поток жидкости в полость или из полости, по существу, при стабильном давлении, но позволяет жидкости течь в полость, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и из полости, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления. Блокирующий элемент предотвращает непрерывный приток жидкости и отток, например, поток в ситуациях, когда не происходит каких-либо существенных вариаций давления в системе. По существу, стабильное давление означает, что вариации давления в системе незначительны, и меньше, чем вариации между остаточным давлением и рабочим давлением. Такие малые вариации давления могут быть вызваны, например, вариациями атмосферного давления или сбоями в рабочем цикле.

С таким пробоотборником оказывается возможным 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 некоторого периода времени. Смешивание жидкостей происходит, когда жидкость в заполненном жидкостью пробоотборнике сжимается при увеличении давления от остаточного давления до рабочего давления (избыточное давление), так, чтобы малое количество жидкости имело возможность течь в полость и смешиваться с имеющейся жидкостью. Когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления, жидкость протекает в полость пробоотборника, и, приблизительно, то же самое малое количество жидкости, которое было в нем сжато, имеет возможность вытечь из полости. Количество жидкости, которая втекает в полость пробоотборника, и вытекает из полости, зависит от вариаций давления в системе. Сжатие и/или расширение жидкости пропорциональны вариации давления и могут быть определены экспериментально и/или посредством вычислений. Поскольку только часть жидкости внутри пробоотборника заменена в данный момент времени, то можно, таким образом, получить индикацию относительно состава жидкости во время периода отбора пробы и, таким образом, также оказывается возможным получить индикацию относительно недопустимых уровней вещества в жидкости.

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. 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 давления между остаточным давлением и рабочим давлением, и системой, содержащей полый компонент, который содержит в себе или транспортирует жидкость. Система содержит пробоотборник, как описано выше, который устанавливается внутри полого компонента. Предпочтительно, система представляет собой топливную систему, содержащую множество компонентов, причем, по меньшей мере, один пробоотборник, как описано выше, устанавливается, по меньшей мере, в один из компонентов.

Цели, определенные выше, также достигаются с двигателем внутреннего сгорания, содержащим топливную систему с пробоотборником, как описано выше, и транспортным средством, содержащим двигатель внутреннего сгорания. Поскольку имеются также различные стандарты и установленные законом требования, регулирующие разрешенные выбросы выхлопных газов для 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, например, уровень содержания серы.

Цели, определенные выше также достигаются со способом для анализа жидкости с пробоотборником, причем способ содержит этапы:

a) заполнения пробоотборника стартовым флюидом;

b) размещения или установки пробоотборника в систему, в которой жидкость подвергается вариациям давления между остаточным давлением и рабочим давлением, которое выше, чем остаточное давление;

c) увеличения давления от остаточного давления до рабочего давления, и предоставления возможности жидкости в системе течь в пробоотборник;

d) снижения давления от рабочего давления до остаточного давления, и предоставления возможности жидкости течь из пробоотборника;

e) удаления пробоотборника из системы через некоторый период времени, где это необходимо;

f) удаления накопленной жидкости из пробоотборника, и

g) анализа уровня вещества в жидкости со способом анализа, приспособленным для анализируемого вещества.

С помощью способа, уровень вещества в жидкости может быть проанализирован легко, например, уровень 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. 4 - вид сечения одного варианта реализации пробоотборника в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 5 - вид сечения кожуха пробоотборника в соответствии с настоящим изобретением, установленного в фильтр,

Фиг. 6a-6c - схематическая функциональная иллюстрация варианта реализации пробоотборника в соответствии с настоящим изобретением,

Фиг. 7a-7c - схематическая функциональная иллюстрация другого варианта реализации пробоотборника 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 давления. 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, отверстие, через которое жидкость может течь в полость и/или из полости при вариациях давления от остаточного давления до рабочего давления, и наоборот, и отверстие снабжено блокирующим элементом, предотвращающим поток жидкости в полость или из полости при стабильном давлении. Блокирующий элемент находится в контакте с отверстием и жидкостью в системе, и позволяет жидкости течь в полость через отверстие, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и из полости через отверстие, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления. Блокирующий элемент приспособлен для нахождения в контакте с отверстием и жидкостью, например, топливом, анализируемым в системе. Проба жидкости может отбираться непрерывно в течение некоторого периода времени из жидкости в системе, с которой пробоотборник находится в контакте. Период времени определяется исходя из потребностей анализа.

Во время вариации давления происходит обмен жидкостью внутри полости вследствие сжатия и расширения жидкости при переходе между остаточным давлением и рабочим давлением. Вариация давления между остаточным давлением и рабочим давлением может быть значительной, и, например, может составлять приблизительно между 6 и 2500 бар, если пробоотборник используется в топливной системе грузовика, но не ограничена такими вариациями. Остаточное давление может соответствовать атмосферному давлению, например, когда двигатель грузовика выключен. Рабочее давление выше, чем остаточное давление.

Пробы отбираются полостью, вначале заполняемой стартовой жидкостью, которая может быть "чистой" жидкостью, например, топливом, уровень содержания серы которого ниже 10 ppm. Во время действия рабочего давления, то есть избыточного давления, жидкость в полости сжимается и, таким образом, малое количество жидкости из окружающей системы может течь в полость через отверстие. После того, как давление в системе падает назад до остаточного давления, жидкость внутри полости расширяется, и то же самое количество жидкости, которое было введено, получает возможность выхода через отверстие. При избыточном давлении, жидкости могут смешиваться в полости.

Отбор пробы может быть непрерывным, и пробоотборник может быть удален из системы, где это необходимо, например, через некоторый период времени, когда несколько циклов избыточного давления и последующих падений давления произошли. Таким образом, имеется обмен жидкости внутри полости, и пробоотборник получает "память о жидкости", которая является средним составом жидкостей за некоторый период времени. Время обмена жидкости внутри полости варьируется в зависимости от вариаций давления в системе и конструкции пробоотборника. Времена обмена могут быть получены экспериментально или посредством различных вычислительных моделей. Когда обмен жидкости в пробоотборнике происходит относительно медленно, то возможно проверить, например, средний уровень содержания серы, за более длинный период. После того, как пробоотборник был удален из системы, содержание веществ может быть проанализировано подходящим способом.

Пробоотборник особенно подходит для отбора топливных проб, особенно дизельных проб. 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 принять 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. Это может быть преимущественным, поскольку цилиндрический пробоотборник прост в изготовлении и встраивается в различные системы. Пробоотборник может быть устанавливаемым в систему разъемным образом.

Пробоотборник дополнительно содержит блокирующий элемент, приспособленный для нахождения в контакте с отверстием и жидкостью в системе. Задача блокирующего элемента заключается в том, чтобы предотвратить поток жидкости в полость и из полости, когда давление в системе стабильно. При стабильном давлении в системе, могут быть незначительные вариации давления, которые по существу меньше, чем вариация между остаточным и рабочим давлениями, например, вариации, связанные со сбоями в системе и изменениями атмосферного давления. Вместе с тем, блокирующий элемент настроен так, чтобы не предотвращать поток жидкости при вариациях давления от остаточного давления до рабочего давления, или наоборот, поскольку он может не препятствовать потокам, вызванным сжатием и/или расширением жидкости в связи с вариациями давления. Таким образом, блокирующий элемент позволяет жидкости течь в полость, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и из полости, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления.

Блокирующий элемент может быть приспособлен как элемент покрытия, который, по меньшей мере, частично покрывает отверстие. Элемент покрытия может быть чувствительной к давлению мембраной, перфорированным элементом крышки или волоконной тканью. Чувствительные к давлению мембраны, элементы крышки и волоконные ткани, например, фильтровальная бумага, могут предотвратить перемешивание жидкостей между полостью пробоотборника и системой, когда система имеет стабильное давление. Чувствительные к давлению мембраны могут быть сделаны из гибкого материала, например, из полимерного материала, такого как фторполимерный материал. Чувствительные к давлению мембраны просты по форме и легко могут быть приспособлены к форме пробоотборника. Элемент также может иметь такую форму, как перфорированная крышка, сделанная, например, из алюминия или полимерного материала. Такие крышки также просты в изготовлении и используются в различных целях. Элемент также может быть волоконной тканью, например, волоконным фильтром.

В соответствии с одним вариантом реализации изобретения, блокирующий элемент пробоотборника может иметь форму буферного устройства, которое может быть размещено между жидкостью в системе и отверстием пробоотборника. Буферное устройство может предотвратить поток жидкости в полость или из полости при стабильном давлении, или при малых вариациях давления. Малые вариации давления в системе могут, например, произойти вследствие толчков или при изменениях температуры.

Буферное устройство размещается между жидкостью в системе и полостью пробоотборника. Буферное устройство может содержать канал или нечто подобное, который может быть заполненным жидкостью. Когда давление в системе увеличивается, жидкость в пробоотборнике, содержащем буферное устройство, сжимается, и когда давление падает, жидкость в пробоотборнике, включающем в себя буферное устройство, расширяется. Объем канала выбран так, чтобы объем соответствовал изменению объема, вызванному сжатием/расширением жидкости при определенной вариации давления, которая меньше вариации давления между остаточным давлением и рабочим давлением. Обмен жидкостью внутри полости, таким образом, может быть предотвращен при незначительных вариациях давления, поскольку при незначительных вариациях давления жидкость сжимается/расширяется меньше, чем объем, соответствующий объему буферного устройства. Если вариация давления равна или больше, чем вариация давления между остаточным давлением и рабочим давлением, то жидкость сжимается/расширяется на объем, больший чем объем буферного устройства. Таким образом, объем расширения/сжатия жидкости достигнет жидкости в полости и может произойти обмен жидкостями между системой и полостью. При этом нет повторного перемешивания жидкости в буферном устройстве, и когда отбор пробы завершен, буферное устройство удаляется из пробоотборника. Посредством буферного устройства, могут быть предотвращены малые, частые обмены и перемешивания жидкости в полости.

Канал буферного устройства может быть выполнен, например, как буферная трубка с определенным объемом. Буферная трубка может также использоваться для уменьшения обмена в пробоотборнике при данной вариации давления. Например, если обмен оптимален для вариации давления 12 бар, и система имеет вариацию давления 15 бар, объем буферного устройства может быть определен по объему сжатия, соответствующему сжатию при избыточном давлении 3 бар. Когда давление увеличивается на 3 бар, жидкость сжимается до объема, соответствующего объему в буферной трубке, и, поэтому, жидкость в полости не подвергается воздействию давления. При больших вариациях давления, жидкость в полости также сжимается/расширяется.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения, блокирующий элемент также может быть в виде структуры запорного клапана. Структура запорного клапана приспособлена для нахождения в контакте с отверстием и жидкостью в системе. Структура запорного клапана содержит первый запорный клапан, позволяющий жидкости течь в полость, и второй запорный клапан, позволяющий жидкости вытекать из полости в связи с вариациями давления. Каждый из запорных клапанов предпочтительно имеет определенное давление активации, что означает, что клапан открыт, когда поток, вызванный вариацией давления, имеет большее давление, чем давление активации запорного клапана. Таким образом, оказывается возможным предотвратить частый обмен жидкости внутри полости при незначительных вариациях давления в системе.

Пробоотборник может содержать секцию с гибкими стенками, обуславливающую увеличение объема полости, когда пробоотборник или жидкость подвергаются избыточному давлению, и обуславливающую уменьшение объема полости, когда давление падает, после того, как жидкость была подвергнута избыточному давлению. Объем пробоотборника может быть увеличен, если гибкая секция со стенками пружинит вследствие давления в жидкости, текущей в полость, когда давление в системе увеличивается. Когда давление затем падает, жидкость внутри полости расширяется, и малый объем жидкости вытекает из полости, и затем объем полости также уменьшается, когда гибкая секция со стенками пружинит назад к своей первоначальной форме. Устройство отбора пробы с секцией с гибкими стенками особенно подходит для использования в системах, где вариация давления между остаточным давлением и рабочим давлением не слишком велика, например, в системе низкого давления топливной системы, где вариация давления ниже, чем приблизительно 12 бар. Пробоотборник с секцией с гибкими стенками может быть использован, например, в комбинации с элементом покрытия или буферным устройством.

Изобретение также относится к системе, которая подвергается вариациям давления между остаточным давлением и рабочим давлением. Система содержит полый компонент, который содержит в себе или транспортирует жидкость. Система содержит пробоотборник, как описано выше, установленный в полый компонент. Когда пробоотборник устанавливается в компонент, что можно осуществить, например, через стенку компонента, он входит в контакт с жидкостью внутри полой части компонента.

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. Например, пробоотборник 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, чтобы жидкость могла течь в полость через отверстие, когда давление увеличивается, и из полости, когда давление падает.

Пробоотборник предпочтительно устанавливается в системе разъемным образом. При этом жидкость легко может быть высвобождена или удалена из полости.

Предпочтительно, система является топливной системой, содержащей несколько компонентов. Компоненты состоят, по меньшей мере, из одного топливного трубопровода, питающего насоса, главного топливного фильтра, насоса высокого давления, аккумулятора и инжекционной системы, причем эти компоненты соединены с одним или несколькими топливными трубопроводами. Насос высокого давления, аккумулятор и инжекционная система составляют компоненты в системе высокого давления топливной системы, и питающий насос и главный 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 6-15 бар. По меньшей мере, один пробоотборник, как описано выше, может быть установлен, по меньшей мере, в один из компонентов топливной системы.

Пробоотборник может быть установлен в компонент в системе низкого давления топливной системы. Легко заменить и контролировать пробоотборник, если он установлен в систему низкого давления топливной системы. Когда устройство отбора пробы устанавливается в систему низкого давления, оно предпочтительно содержит вышеупомянутую секцию с гибкими стенками, которая обуславливает то, что объем полости увеличивается, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и что объем полости уменьшается, когда давление в системе понижается от рабочего давления до остаточного давления. Альтернативно, пробоотборник может содержать упомянутое выше буферное устройство и, таким образом, предотвращает частый обмен жидкости внутри полости при малых вариациях давления. Пробоотборник, например, может быть установлен в главный топливный фильтр.

Пробоотборник также может быть установлен в компонент в системе высокого давления топливной системы. Когда пробоотборник устанавливается в систему высокого давления, отбор пробы подвергается только слабому воздействию, или не подвергается вовсе, вариаций температуры окружающей среды, поскольку давление в системе высокого давления значительно превышает окружающее давление. Поскольку давление в системе высокого давления велико, часто более 2000 бар, внутри полости достигается большее сжатие жидкости, чем то, что имеет место в системе низкого давления. Когда пробоотборник устанавливается в систему высокого давления, пробоотборник может содержать описанное выше буферное устройство и, таким образом, предотвращать слишком большой обмен жидкостью внутри полости. Когда буферное устройство выполнено в виде трубки, его объем может быть определен как объем сжатия, соответствующий сжатию при определенной вариации давления.

Предпочтительно, жидкость является топливом, система является топливной системой, 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, который выше, чем рекомендованный уровень для топлива, который составляет ниже 10 ppm.

Другие преимущества изобретения изложены в нижеприводимом описании в связи с приложенными чертежами.

На Фиг. 1 показан схематический вид сбоку транспортного средства 1, причем это транспортное средство содержит топливную систему 4 для двигателя 2 внутреннего сгорания, причем эта система содержит пробоотборник 100 в соответствии с настоящим изобретением. Двигатель 2 внутреннего сгорания соединен с коробкой передач 6, которая далее соединяется с приводными колесами 8 транспортного средства 1 через систему передачи. Транспортное средство также содержит шасси 10.

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 инжекционная система 18, схематично отображенная 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 4 компоненты в системе 19 высокого давления топливной системы. 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 в соответствии с изобретением. Пробоотборник 300 содержит секцию 317 со стенками, которая частично окружает полость 301, отверстие 303 и блокирующий элемент 305. Блокирующий элемент 305 и отверстие 303 помещаются для нахождения в контакте с жидкостью 307, например, анализируемым топливом. В течение некоторого периода времени, проба жидкости может быть отобрана непрерывно из жидкости 307 в системе, с которой пробоотборник 300 находится в контакте. Отбор пробы выполняется посредством полости, вначале заполненной стартовой жидкостью, которая может быть "чистой" жидкостью 309, например, топливом, уровень содержания серы в котором равен или ниже 10 ppm, как отображено на Фиг. 3a. На Фиг. 3b показано, что в течение избыточного давления жидкость 309, которая находится в полости 301, сжимается во время избыточного давления, и поэтому малое количество жидкости 311 из окружающего компонента 360, который в этом случае является топливным трубопроводом, может течь через отверстие 303 и через блокирующий элемент 305. На Фиг. 3c показано, что смешивание жидкостей 311 и 309 происходит во время избыточного давления, показанного на Фиг. 3b, и формируется жидкость 313 с новым составом. На Фиг. 3d показано, что жидкость 313 в полости 301 расширяется после падения давления, и приблизительно подобное же количество жидкости 313, которое было впущено (жидкость 311), вытекает через отверстие 303 и блокирующий элемент 305. В течение периода непрерывного отбора пробы имеется несколько циклов избыточного давления и последующих падений давления.

На Фиг. 4 показан пример возможной конструкции пробоотборника в соответствии с изобретением. Пробоотборник 400 содержит секцию 417 со стенками, которая частично окружает полость 401, отверстие 403 и блокирующий элемент 405. Пробоотборник 400 имеет форму винта, то есть винт, содержащий полую часть, составляющую полость, и закрепление выполнено с помощью резьбы 415 на внешней стороне винта. Полость 401 имеет удлиненную цилиндрическую форму. Блокирующий элемент 405 может, например, быть чувствительной к давлению мембраной из полимерного материала.

На Фиг. 5 показано, что пробоотборник 400 устанавливается в главный топливный фильтр 120, который составляет компонент в системе 21 низкого давления в топливной системе 4 (показанной на Фиг. 2) и содержит фильтр 125. Пробоотборник 400 вкручен в отверстие 123 в одной из стенок 121 главного топливного фильтра.

На Фиг. 6a-6c схематично показано функционирование пробоотборника 600, который содержит секцию 617 со стенками и секцию 615 с гибкими стенками, которые вместе частично окружают полость 601. Подобно тому, как описано выше в связи с Фиг. 3a-3d, пробоотборник 600 содержит полость 601, отверстие 603 и блокирующий элемент 605. Отверстие 603 и блокирующий элемент 605 помещены для нахождения в контакте с жидкостью 607, например, анализируемым топливом. Проба жидкости может быть собрана непрерывно из жидкости 607, с которой пробоотборник 600 находится в контакте. Отбор пробы выполняется посредством полости, вначале заполненной стартовой жидкостью, которая может быть "чистой" жидкостью 609, например, топливом, уровень содержания серы в котором ниже 10 ppm, как отображено на Фиг. 6a. Во время действия избыточного давления секция 615 с гибкими стенками пружинно разжимается и, таким образом, больший объем предоставляется в полости 601, как отображено на Фиг. 6b. Малое количество жидкости из окружающего компонента 660, который в этом случае является топливным трубопроводом, может втечь через отверстие 603 и блокирующий элемент 605 вследствие сжатия, смешаться с жидкостью 609 и образовать смешанную жидкость 613. На Фиг. 6c показано, что когда давление падает назад к остаточному давлению, которое может быть равным атмосферному давлению, секция 615 с гибкими стенками пружинно сжимается назад к ее первоначальной форме, и приблизительно то же самое количество жидкости, как впущенное количество, вытекает через отверстие 603 и блокирующий элемент 605. Секция 615 с гибкими стенками обуславливает то, что объем полости 601 увеличивается в течение действия избыточного давления, и что объем полости 601 уменьшается, когда давление падает до остаточного давления. Таким образом, объем жидкости 607 из компонента 660 может быть смешан с жидкостью 609 в полости.

На Фиг. 7a показан другой вариант реализации пробоотборника 700 в соответствии с настоящим изобретением. Пробоотборник 700 содержит секцию 717 со стенками, которая частично окружает полость 701, отверстие 703 и блокирующий элемент в форме буферной трубки 720. Полость 701 имеет цилиндрическую форму. Буферная трубка 720 размещена между полым компонентом 760 и отверстием 703 пробоотборника 700. Трубка 720 составляет канал и заполнена жидкостью.

На Фиг. 7b показано, что при малом увеличении давления, жидкость сжимается на малый объем, соответствуя части объема буферной трубки. Объем буферной трубки размещен так, чтобы трубка могла принять малую часть жидкости, когда имеется только малая вариация давления в жидкости относительно окружающего давления, например, вследствие сбоев в системе, вариаций окружающего давления воздуха или изменений температуры, которые допускают незначительные вариации давления.

На Фиг. 7c показана ситуация, когда давление увеличивается от остаточного давления до рабочего давления. Жидкость сжимается на объем, который больше, чем объем в трубке 720, и поэтому часть жидкости от полого компонента 760 может течь в полость 701, как показано с помощью стрелки 730. Когда затем давление падает от рабочего давления до остаточного давления, жидкость расширяется, например, на объем, который больше, чем объем трубки 720 (не показано), и в результате, полость и трубка 720 заполняются жидкостью из полости. В течение периода отбора пробы имеются несколько циклов сжатия и расширения, и некоторая часть жидкости может, поэтому, быть заменена в полости 701. Таким образом, оказывается возможным гарантировать, что жидкость в полости смешивается с жидкостью вне полости при рабочих условиях, когда возникает вариация давления между остаточным давлением и рабочим давлением.

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.

Изобретение относится к пробоотборнику для отбора проб жидкости, приспособленному для установки в систему с вариациями давления, причем эта система содержит в себе или транспортирует жидкость. Пробоотборник содержит секцию со стенками, которая частично окружает полость, заполняемую жидкостью, отверстие снабженное блокирующим элементом, который препятствует течению жидкости в полость или из полости при по существу стабильном давлении в системе, но позволяет жидкости течь в полость, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и из полости, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления. Изобретение позволяет получать пробу жидкости из системы в течение заданного периода времени и определять уровень вещества, которое жидкость содержала. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) для отбора пробы жидкости, предпочтительно для топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания (2), причем пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) приспособлен для установки в систему с вариациями давления, причем эта система содержит в себе или транспортирует жидкость, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) содержит секцию (317; 417; 617; 717) со стенками, которая частично окружает полость (301; 401; 601; 701), заполняемую жидкостью, отверстие (303; 403; 603; 703), снабженное блокирующим элементом (305; 405; 605; 705; 720), который приспособлен для нахождения в контакте с жидкостью в системе, причем этот блокирующий элемент (305; 405; 605; 705; 720) препятствует течению жидкости в полость или из полости при по существу стабильном давлении в системе, но позволяет жидкости течь в полость (301; 401; 601; 701), когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и из полости, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления.

2. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что блокирующий элемент (305; 405; 605; 705; 720) приспособлен как элемент (305; 405; 605; 705) покрытия, который, по меньшей мере, частично закрывает отверстие (303; 403; 603; 703).

3. Пробоотборник по п. 2, отличающийся тем, что элемент (305; 405; 605; 705) покрытия представляет собой чувствительную к давлению мембрану, элемент перфорированной крышки или волоконную ткань.

4. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что блокирующий элемент (305; 405; 605; 705; 720) представляет собой буферное устройство (720).

5. Пробоотборник по п. 4, отличающийся тем, что буферное устройство (720) представляет собой буферную трубку (720).

6. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что блокирующий элемент (305; 405; 605; 705; 720) представляет собой структуру запорных клапанов, содержащую первый запорный клапан, который позволяет жидкости течь в полость, и второй запорный клапан, который позволяет жидкости вытекать из полости.

7. Пробоотборник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) содержит секцию (615) с гибкими стенками, которая позволяет объему полости увеличиваться, когда давление в системе увеличивается от остаточного давления до рабочего давления, и позволяет объему полости уменьшаться, когда давление в системе падает от рабочего давления до остаточного давления.

8. Пробоотборник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается в систему разъемным образом.

9. Пробоотборник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что полость (301; 401; 601; 701) имеет цилиндрическую форму, например удлиненную цилиндрическую форму.

10. Пробоотборник по п. 8, отличающийся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) имеет форму винта с полой частью, составляющей полость.

11. Система для содержания или транспортировки жидкости, подвергаемой вариациям давления между остаточным давлением и рабочим давлением, которое выше, чем остаточное давление, причем система содержит полый компонент (760), который содержит в себе или транспортирует жидкость, отличающаяся тем, что система содержит пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) по п. 1, установленный в полый компонент (760).

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что система является топливной системой (4), которая содержит, по меньшей мере, один топливный трубопровод (36; 40), питающий насос (26), главный топливный фильтр (12), насос высокого давления (14), аккумулятор (16), инжекционную систему (18), которые соединяются с одним или несколькими топливными трубопроводами (40), причем насос высокого давления (14), аккумулятор (16) и инжекционная система (18) составляют полые компоненты в системе (19) высокого давления топливной системы, и питающий насос (26), и главный топливный фильтр (12) составляют компоненты в системе (21) низкого давления топливной системы, и причем, по меньшей мере, один пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается, по меньшей мере, в один из полых компонентов (760) топливной системы.

13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается в полый компонент (760) в системе низкого давления топливной системы (4).

14. Система по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается в главный топливный фильтр (12).

15. Система по п. 12, отличающаяся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается в полый компонент (760) в системе (19) высокого давления топливной системы.

16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700) устанавливается в топливный трубопровод в системе (19) высокого давления.

17. Двигатель (2) внутреннего сгорания, отличающийся тем, что двигатель (2) внутреннего сгорания содержит топливную систему (4) по любому из пп. 12-16.

18. Транспортное средство (1), отличающееся тем, что оно содержит двигатель (2) внутреннего сгорания по п. 17.

19. Способ для анализа жидкости с пробоотборником (100; 300; 400; 600; 700) по любому из пп. 1-10, отличающийся этапами:

a) заполнения пробоотборника (100; 300; 400; 600; 700) стартовой жидкостью;

b) размещения или установки пробоотборника (100; 300; 400; 600; 700) в систему (4, 19, 21), в которой жидкость подвергается вариациям давления между остаточным давлением и рабочим давлением, которое выше, чем остаточное давление;

c) увеличения давления от остаточного давления до рабочего давления и предоставления возможности течения жидкости в системе (4, 19, 21) в пробоотборник (100; 300; 400; 600; 700);

d) снижения давления от рабочего давления до остаточного давления и предоставления возможности течения жидкости из пробоотборника (100; 300; 400; 600; 700);

e) удаления пробоотборника (100; 300; 400; 600; 700) из системы (4, 19, 21) через некоторый период времени, где это необходимо;

f) удаления жидкости, накопленной в пробоотборнике (100; 300; 400; 600; 700); и

g) анализа уровня вещества в жидкости способом анализа, приспособленным для анализируемого вещества.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что жидкость является топливом и система представляет собой топливную систему (4).

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что анализируемое вещество является серой.