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In
einem Aspekt betrifft diese Erfindung ein Computer-gesteuertes Verfahren
zur Bestimmung der Oktanzahl eines Treibstoffs. In einem anderen
Aspekt betrifft diese Erfindung eine Apparatur, die ein automatisches
System zur Bestimmung der Oktanzahl eines Treibstoffs umfasst.
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Es
gibt viele Standardverfahren zur Bestimmung der Oktanzahl von verschiedenen
Treibstoffen. Beispiele für
diese Standardverfahren schließen
ASTM-Verfahren D-2699-95
für das
Forschungsverfahren für Motortreibstoffe
und ASTM-Verfahren D-2700-95 für
das Motor-Verfahren zur Bestimmung der Oktanzahl von Motor- und
Flugtreibstoffen ein. Zur Bestimmung der Oktanzahl eines Testtreibstoffs
gemäß den ASTM-Verfahren
wird ein ASTM-CFR-Motor mit dem Testtreibstoff und mit mindestens
2 Referenztreibstoffen unter Bedingungen betrieben, die ein maximales
Klopfen verursachen. Ein Druckumwandler wird verwendet, um den Zylinderdruck
zu überwachen
und ein Spannungssignal zu erzeugen, das proportional zur Änderungsgeschwindigkeit
des Drucks ist. Ein Detonationsmesser wird zum Filtern, Integrieren
und Verstärken
des Ausgangs des Druckumwandlers verwendet, um ein Spannungssignal
herzustellen, das proportional zur Klopfintensität ist. Dieses Signal wird verwendet,
um ein Klopfanzeigeinstrument zu betreiben, das eine Skalen-Ablesung
in bezug auf die Klopfintensität
ermöglicht.
Ein Vergleich der durch die Verbrennung von Referenztreibstoffen
erzeugten Klopfanzeigeinstrument-Messwerte mit einem durch die Verbrennung
des Testtreibstoffs erzeugten Klopfanzeigeinstrument-Messwert wird
verwendet, um die Oktanzahl des Testtreibstoffs zu bestimmen.
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Die
ASTM-Verfahren und die meisten anderen Standard-Verfahren erfordern,
dass die Motor unter maximalen Klopfbedingungen für jeden
der Motor bereitgestellten Treibstoff betrieben wird. Im ASTM-Verfahren
wird das Luft-/ Treibstoffverhältnis,
dass zur maximalen Klopfintensität
fuhrt, durch ein schrittweises Näherungsverfahren
gefunden. Der Treibstoffstand in einer Vergaser-Schwimmerkugel wird auf und ab bewegt
und die Reaktion des Klopfanzeigeinstrumentes notiert. Dies benötigt beträchtlichen
Treibstoff (mindestens 300–400
ml). Zusätzlich
sind das Bestimmen des Luft-/Treibstoffverhältnisses, das zu maximalem
Klopfen fuhrt und das Ablesen des Klopfanzeigeinstruments subjektive
Maßnahmen,
die einem Benutzerfehler unterliegen. Die Ausbildung eines Benutzers
zum Bestimmen des Luft-/Treibstoffverhältnisses, das zur maximalen Klopfintensität fuhrt,
und genauen Ablesen des Klopfanzeigeinstruments erfordert eine wesentliche
Investition sowohl von Zeit als auch von Geld.
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Deshalb
wären ein
Verfahren und eine Apparatur wünschenswert,
die die Oktanzahl von Treibstoffen bestimmen können und weniger Treibstoff
als die Standard-ASTM-Verfahren
verwenden. Ebenso wären
ein Verfahren und eine Apparatur zum Messen der Oktanzahl von Treibstoff
wünschenswert,
die den subjektiven Benutzerfehler von früheren Verfahren beseitigen
und die Ausbildungskosten für
Benutzer reduzieren.
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Aus
US 4,331,024 ist ein Oktanzahl-Messsystem
bekannt, das erste und zweite Referenztreibstoffe und einen Testtreibstoff
verwendet, wobei die Oktanzahl des Testtreibstoffs auf der Basis
von Messungen der Änderungsgeschwindigkeit
des Zylinderdrucks in dem Testmotor bestimmt wird. Diese Änderungsgeschwindigkeiten
sind mit einem spezifischen konstanten Fließzustand verbunden, welcher nicht
unbedingt der Fließzustand
sein muss, in welchem die richtigen Klopfintensitäten auftreten.
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Ferner
ist aus
US 4,010,358 ein
Oktanzahlmesssystem bekannt, in welchem bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten
erhaltene Klopfintensitäten
in einem Datenelement gespeichert werden und dann miteinander durch
Berechnungselemente verglichen werden. Jedoch unterliegt dieser
Zugang einer bestimmten Ungenauigkeit, da die maximalen Werte der
Intensitäten
einfach während
einer Suche der richtigen Einstellung für den Strömungszustand gemessen werden.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Oktanzahlmeßsystem
zu ermöglichen,
das verglichen mit dem Fachgebiet eine verfeinerte Datenerfassung
bereitstellt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine
Apparatur zur Bestimmung der Oktanzahl von Treibstoff zu entwickeln,
die in Bezug auf die Menge von während
der Bestimmung verwendeten Treibstoff ökonomischer zu bedienen ist.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und
eine Apparatur zur Bestimmung der Oktanzahl eines Treibstoffs bereitzustellen,
die den durch andere Verfahren eingebrachten subjektiven Benutzerfehler
eliminiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden
ein Verfahren und eine Apparatur zur Bestimmung der Oktanzahl eines Testtreibstoffs
bereitgestellt. Daten, die ein paar Referenztreib stoffe charakterisieren,
werden in einen Computer eingegeben. Anschließend sendet der Computer ein
erstes Signal an ein Mehrwegventil, das funktionell mit dem Computer
verbunden ist, so dass über
Empfang des ersten Signals das Mehrwegventil zu einer ersten Position
wechselt in welcher der erste Referenztreibstoff in eine variable
Fließpumpe
eingebracht wird, die über
den Flüssigkeitsstrom
mit einem Motor verbunden ist. Der Computer ist auch funktionell
mit der variablen Fließpumpe
verbunden, so dass er die Fließgeschwindigkeit
einstellen kann, mit welcher Flüssigkeit
von der variablen Fließpumpe
in den Motor gepumpt wird. Der Motor weist ein Element zum Aufbauen
eines Drucksignals auf, dass für
die Änderungsgeschwindigkeit
des Zylinderdrucks repräsentativ
ist, welches an ihm während
der Verbrennung des Treibstoffs angebracht ist. Das Drucksignal
wird an den Computer gesendet, der das Signal verwendet, um den
maximalen Klopfgrad für
den ersten Referenztreibstoff zu berechnen. Nach Bestimmung des
maximalen Klopfgrades des ersten Referenztreibstoffs wird ein zweites
Signal an das Mehrwegventil gesendet. Als Reaktion auf das zweite
Signal wechselt das Mehrwegventil zu einer zweiten Position, um zu
gewähren,
dass der zweite Referenztreibstoff in die variable Fließpumpe eingebracht
wird. Anschließend empfängt der
Computer ein Drucksignal und berechnet den maximalen Klopfgrad für den zweiten
Referenztreibstoff. Nach Berechnen des maximalen Klopfgrades für den zweiten
Referenztreibstoff sendet der Computer ein drittes Signal an das
Mehrwegventil. Über
Empfang des dritten Signals wechselt das Mehrwegventil zu einer
dritten Position, in welcher ein Testtreibstoff in die variable
Fließpumpe
und damit in die Motorverbrennungskammer eingebracht wird. Ein Drucksignal
wird an den Computer gesendet, und der Computer berechnet den maximalen
Klopfgrad für
den Testtreibstoff. Über
Berechnen des maximalen Klopfgrades für den ersten Referenztreibstoff,
zweiten Referenztreibstoff und Testtreibstoff berechnet der Computer
eine Oktanzahl für
den Testtreibstoff durch lineare Interpolation unter Verwendung
des maximalen Klopfgrades des Testtreibstoffs, des maximalen Klopfgrades
des ersten Referenztreibstoffs und des maximalen Klopfgrades des
zweiten Referenztreibstoffs.
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Der
maximale Klopfgrad für
jeden Treibstoff wird durch Schritte bestimmt, umfassend Senden
einer Reihe Fließsignale
zur Änderung
der Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit,
so dass jeder Treibstoff abgegeben wird zur Verbrennung in dem Motor
mit einer Vielzahl von Fließgeschwindigkeiten,
ausgehend von einer vorbestimmten Anfangsfließgeschwindigkeit und Ändern der
Fließgeschwindigkeit
zu einer Fließgeschwindigkeit, welche
wahrscheinlich die maximale Klopfintensität produziert; Senden eines
Drucksignals bei jeder Fließgeschwindigkeit
von dem Motor an den Computer, wobei das Drucksignal für die Änderung
des Zylinderdrucks in dem Motor während der Verbrennung des Treibstoffs
in dem Motor repräsentativ
ist; Gewinnen einer Vielzahl an Datenfeldern bei jeder Fließgeschwindigkeit
als Reaktion auf das Signal, wobei die Vielzahl an Datenfeldern Daten
enthalten, die um den Verbrennungsteil des Kreislaufs des Motors
zentriert sind; Berechnen einer mittleren Klopfintensität aus der
Vielzahl von Datenfeldern für
jede Fließgeschwindigkeit;
Vergleichen der mittleren Klopfintensität für jede Fließgeschwindigkeit, außer der
Anfangsfließgeschwindigkeit,
die aus der vorhergehenden Fließgeschwindigkeit
erhalten wurde, um eine maximale mittlere Klopfintensität für Vielzahl
der gefundenen Fließgeschwindigkeiten
zu bestimmen; Berechnen eines polynominalen Ausdrucks für die Verteilung der
mittleren Klopfintensität
für die
Vielzahl an Fließgeschwindigkeiten,
nachdem eine maximale mittlere Klopfintensität gefunden wurde; Berechnen
der maximalen Klopfintensität
des polynominalen Ausdrucks, Bestimmen der damit verbundenen Fließgeschwindigkeit
und Einstellen der Fließgeschwindigkeit
auf die damit verbundene Fließgeschwindigkeit,
um Datenfelder zu erhalten, aus welchen der maximale Klopfgrad des
Treibstoffs berechnet wird.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
klar, wie durch die Zeichnungen veranschaulicht, wobei:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine vereinfachte
Diagramm-Veranschaulichung einer Apparatur zur erfindungsgemäßen Bestimmung
der Oktanzahl eines Treibstoffs.
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2 ist eine Veranschaulichung
einer geeigneten variablen Fließpumpe
und eines Treibstoffeinlasssystems für die Apparatur, die in 1 veranschaulicht ist.
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3 ist eine Schnittzeichnung
des Treibstoffeinlasssystems, dass in 2 veranschaulicht
ist.
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4 und 5 sind ein Flussdiagramm, dass das bevorzugte
Verfahren zur erfindungsgemäßen Bestimmung
der Oktanzahl eines Treibstoffs veranschaulicht.
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6 ist eine graphische Veranschaulichung
der mittleren Klopfintensitäten
bei verschiedenen Pumpeneinstellungen für einen Testtreibstoff.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter
jetziger Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 wird ein Anlauftreibstoff aus
der Zufuhr 11 durch Leitelement 12 zum Mehrwegventil 13 bereitgestellt,
ein Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl aus der Zufuhr 15 durch
Leitelement 16 zum Mehrwegventil 13 bereitgestellt,
ein Referenztreibstoff mit niedriger Oktanzahl aus der Zufuhr 18 durch
Leitelement 19 zum Mehrwegventil 13 bereitgestellt
und ein Testtreibstoff aus der Zufuhr 20 durch Leitelement 21 zum
Mehrwegventil 13 bereitgestellt. Die Zufuhreinheiten für die ver schiedenen
Treibstoffe können,
falls gewünscht,
unter Druck vorliegen oder es kann Schwerkraftfluss verwendet werden.
Jedoch ist es aufgrund der Verwendung der wie nachstehend beschriebenen
variablen Fließpumpe
nicht nötig,
dass die verschiedenen Treibstoffe unter Druck vorliegen. Ein bestimmter
Treibstoff wird durch die Verwendung des Mehrwegventils 13 ausgewählt und
durch Leitelement 24 der Pumpe 25 bereitgestellt.
Der durch Leitelement 24 fließende Treibstoff wird aus der
Pumpe 25 durch Leitelement 26 der Motor 29 zur
Verbrennung bereitgestellt.
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Ein
Druckumwandler, der mit dem Motor 29 verbunden ist, überwacht
den Zylinderdruck im Motor 29 und erzeugt ein Spannungssignal 33,
das proportional zur Änderungsgeschwindigkeit
des Zylinderdrucks ist. Signal 33 wird von Computer 35 weiterverarbeitet,
um die mittlere Klopfintensität
für den
bestimmten Treibstoff welcher dem Motor 29 mit jeder durch
die variable Fließpumpe 25 bereitgestellten
Fließgeschwindigkeit
bereitgestellt wird, abzuleiten. Computer 35 wird auch
verwendet, um die Position des Mehrwegventils 13 und damit, welcher
Treibstoff in den Motor geleitet wird, durch das Spannungssignal 36 zu
regulieren. Zudem sendet der Computer ein Spannungssignal 34,
um die Geschwindigkeit, mit welcher die variable Fließpumpe 25 Treibstoff in
den Motor 29 pumpt, zu regulieren.
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Jedes
beliebige Mehrwegventil kann zum Zuführen der verschiedenen Treibstoffe
in den Motor verwendet werden. Vorzugsweise weist das Mehrwegventil
drei Einlassöffnungen,
eine für
den Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl, eine für den Referenztreibstoff
mit niedriger Oktanzahl und eine für den Testtreibstoff, auf. Das
Mehrwegventil sollte eine Auslassöffnung aufweisen, die abhängig von
der Position des Mehrwegventils über
den Flüssigkeitsstrom
mit dem Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl verbunden ist, dem
Referenztreibstoff mit niedriger Oktanzahl oder dem Testtreibstoff
liegt. Wie in 1 gezeigt,
weist das Mehrwegventil vier Einlassöffnungen auf, wobei die vierte
Einlassöffnung über den Flüssigkeitsstrom
mit dem Anlauftreibstoff verbunden ist, und damit weist das Mehrwegventil
eine vierte Position auf, in welcher die Auslassöffnung über den Flüssigkeitsstrom mit dem Anlauftreibstoff
verbunden ist. Zudem könnte
anstelle des Anlauftreibstoffs oder zusätzlich zu den vier Treibstoffen,
welche über
den Flüssigkeitsstrom
mit dem Mehrwegventil in 1 verbunden
sind, ein zweiter Testtreibstoff über den Flüssigkeitsstrom mit Mehrwegventil 13 in
derselben Weise wie die anderen Treibstoffe verbunden sein, und
damit könnte
das System die Oktanzahlen von beiden Testtreibstoffen bestimmen.
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Eine
geeignete zeitgesteuerte Fließpumpe 25 ist
in 2 veranschaulicht.
In 2 ist die variable Fließpumpe 25 als
ventillose Pumpe veranschaulicht, wie diejenigen, die von Fluid
Metering, Inc., Oyster Bay, New York hergestellt werden. Die Pumpe
umfasst eine tragende Einheit 40, einen Kolben 42,
einen Zylinder 44, eine Einlassöffnung 46, eine Auslassöffnung 48 und
Drehelemente 50. Das tragende Element 40 wird
von Motor 29 betrieben. Die tragende Einheit 40 und
Motor 25 werden gekuppelt, so dass eine genaue Treibstoffvolumen-Freisetzung und ein
genaues Timing in Einklang gebracht werden. Die Treibstofffreisetzung
wird zeitlich auf den Aufnahmetakt von Motor 29 durch eine
Halbgeschwindigkeits- (Hälfte
der Motorgeschwindigkeit) Welle 41 festgelegt. Die tragende
Einheit 40 kann synchron rotieren und den Kolben 42 hin
und her bewegen. Ein Leitungskanal am Kolben verbindet die Einlass-
und Auslassöffnungen
abwechselnd mit einer Pumpkammer, die im Zylinder 44 enthalten
ist, d. h. eine Öffnung
am Druckteil des Pumpkreislaufs und die andere am Saugkreislauf.
Dieser Aufbau der Pumpe liefert ein Minimum an totem Volumen aufgrund
der Konfiguration des Kolbens und der Pumpkammer.
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Der
Zylinder 44 ist an Drehelement 50 in einer solchen
Weise befestigt, dass Drehelement 50 auf Änderung
des Winkels, an welchem Kolben 42 auf die tragende Einheit 40 trifft,
eingestellt werden kann. Zudem ist Kolben 42 mit der tragenden
Einheit 40 verbunden, so dass der Winkel geändert werden
kann. Der Winkel, an welchem Kolben 42 die tragende Einheit 40 trifft,
reguliert die Taktlänge
von Kolben 42, so dass die Fließgeschwindigkeit und damit
die Treibstoffvolumenabgabe reguliert wird.
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Folglich
sendet der Computer 35 zum Ändern der Fließgeschwindigkeit
des Treibstoffs ein Signal an Drehelement 50. Als Reaktion
auf dieses Signal erhöht
oder vermindert das Drehelement 50 den Winkel, mit welchem
Kolben 42 auf die tragende Einheit 40 trifft und ändert damit
die Fließgeschwindigkeit.
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Die
Flüssigkeit,
die Öffnung 46 von
dem Mehrwegventil über
Leitung 24 betritt, wird durch Öffnung 48 mit der
ausgewählten
Fließgeschwindigkeit
gepumpt und betritt Leitung 26. Treibstoff, der durch Leitung 26 fließt, betritt
Treibstoffeinlasssystem 56 durch Öffnung 55. Das Treibstoffeinlasssystem 56 ist
mit der Auslassöffnung 58 mit
Motor 29 verbunden und an eine Lufteinlassöffnung durch
Leitung 60 gebunden.
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Das
Treibstoffeinlasssystem 56 kann aus 3 besser gesehen werden. Treibstoff der Öffnung 55 betritt,
fließt
aufwärts
durch Leitung 62 und betritt Belüftungsrohr 64. Luft,
die die Kammer 66 durch Einlassöffnung 60 mit einer
konstanten Geschwindigkeit betritt, fließt durch Belüftungsrohr 64 und
mischt sich darin mit Treibstoff. Anschließend tritt das Luft-/Treibstoffgemisch
aus Kammer 66 durch Auslassöffnung 58 aus und wird
in den Motor 29 zur Verbrennung eingebracht.
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Pumpe 25 stellt
zusammen mit Treibstoffeinlasssystem 56 ein System bereit,
dass das Luft-/Treibstoffgemisch genau regulieren kann. Eine ventillose
Pumpe, wie diejenige, die von Fluid Metering, Inc., hergestellt ist,
weist eine Volumenreproduzierbarkeit von etwa 0,1 % zwischen Taktzyklen
auf. Durch Änderung
des Win kels, an welchem der Kolben 42 auf die tragende
Einheit 40 trifft, wird die Fließgeschwindigkeit des Treibstoffs und
somit das Verhältnis
von Luft zu Treibstoff im vom Treibstoffeinlasssystem erzeugten
Luft-/Treibstoffgemisch, geändert.
Die Verwendung der veranschaulichten ventillosen Pumpe stellt eine
genaue Regulierung der Pumpgeschwindigkeit bereit, indem kleine Änderungen
am Winkel, mit welchem der Kolben 42 auf den Motor 40 trifft
und damit kleine Änderungen
in der Pumpgeschwindigkeit gewährt
werden.
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Jeder
beliebige geeignete Motor kann für
die Oktanzahlbestimmung verwendet werden. Der Motor 29 ist
vorzugsweise der ASTM-CFR-Motor, der im Standard-ASTM-Verfahren zur Bestimmung der Oktanzahl
erforderlich ist. Der ASTM-CFR-Motor
ist ein Einzylinder-Viertaktmotor, welcher die Erfordernisse von ASTM-Standard
D-2699-95 erfüllt
und auch einen D1-Druckumwandler einschließt. Andere Motoren können bei
anderen Standardtests erforderlich sein.
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Wendet
man sich nun 1 zu, wird
im Betrieb der Anlauftreibstoff, der von der Zufuhr 11 fließt, verwendet,
um den Motor 29 anlaufen zu lassen, und kann für alle möglichen
erforderlichen Kalibrierungen verwendet werden. Falls gewünscht, kann
einer der Referenztreibstoffe für
Anlaufzwecke verwendet werden oder es kann natürliches Gas verwendet werden.
Wird natürliches
Gas zum Anlaufen des Motors verwendet, wird es bevorzugt, dass es
direkt an die Motoreinlassöffnung
abgegeben wird und nicht durch Mehrwegventil 13 oder die
variable Fließpumpe 25 fließt.
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Information
im Hinblick auf die Referenztreibstoffe, wie deren Oktanzahl wird
in den Computer durch eine geeignete Dateneingabevorrichtung 32 eingegeben.
Computer 35 steht in Datenkommunikation mit einem geeigneten
Barometer und empfängt
folglich automatisch Information über den Barometerdruck durch
Signal 37. Zudem empfängt
der Computer eine Information über
die Motortempera tur(en) durch Signal 38. Nach Anlaufen
des Motors berechnet der Computer das geeignete Kompressionsverhältnis unter
Verwendung der Information über
die Referenztreibstoffe, den Barometerdruck und die Motortemperatur.
Die anfänglichen Pumpeinstellungen
werden vom Benutzer eingegeben oder können durch den Computer bestimmt
werden. Der Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl, Referenztreibstoff
mit niedriger Oktanzahl und Testreibstoff werden dann sequentiell
dem Motor 29 bereitgestellt. Der Referenztreibstoff mit
hoher Oktanzahl, Referenztreibstoff mit niedriger Oktanzahl und
Testtreibstoff können
dem Motor 29 in beliebiger Reihenfolge bereitgestellt werden,
jedoch wird vorzugsweise der Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl
dem Motor 29, dann der Referenztreibstoff mit niedriger
Oktanzahl und dann der Testtreibstoff bereitgestellt.
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Für die meisten
Zwecke kann eine Fächerung
in der Oktanzahl von vier zwischen den Referenztreibstoffen verwendet
werden. Einige der am allgemeinsten verwendeten Gruppen von Referenztreibstoffen
sind 80/84, 84/88, 90/94, 94/98 und 96/100. Das Paar 90/94 von Referenztreibstoffen
wird besonders oft verwendet, wenn Treibstoffe unter dem ASTM-Verfahren
D-2699-95 getestet werden, und die Paare 80/84 und 84/88 von Referenztreibstoffen
werden besonders oft verwendet, wenn Treibstoffe unter ASTM-Verfahren
D-2700-95 getestet werden. Zur Bestimmung des Oktans müssen die
Referenztreibstoffe den Testtreibstoff nicht einklammern, z. B.
kann das Paar 90/94 von Referenztreibstoffen verwendet werden, um
Testtreibstoffe im Bereich von etwa 88 bis etwa 95 Oktan abzuschätzen, und
kann das Paar 96/100 von Referenztreibstoffen verwendet werden,
um Testtreibstoffe im Bereich von etwa 95 bis etwa 100 Oktan einzuschätzen. Um
jedoch die ASTM-Verfahren zu erfüllen
und genauere Ergebnisse zu erhalten, sollten die Referenztreibstoffe
die Testtreibstoffe einklammern und deshalb wird ein solches Einklammern
bevorzugt, z. B. wird es bevorzugt, dass das Paar von Referenztreibstoffen
94/98 zum Abschätzen
von Testtreibstoffen im Bereich von 94 bis 98 Oktan verwendet wird.
Vorzugsweise sollten der Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl
und der Referenztreibstoff mit niedriger Oktanzahl die Treibstoffanfor derungen
von ASTM-Verfahren D-2699-95 und D-2700-95 erfüllen, wenn die Research-Oktanzahl
oder Motortreibstoffoktanzahl eines Benzins bestimmt wird.
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Jeder
Treibstoff wird an den Motor in einer Reihe von verschiedenen Fließgeschwindigkeiten
durch die variable Fließpumpe 25 abgegeben.
Ein Treibstoff wird zuerst an Motor 29 mit einer vorbestimmten
anfänglichen
Fließgeschwindigkeit
abgegeben, von welcher bekannt ist, dass sie entweder höher oder
niedriger als die Fließgeschwindigkeit
ist, welche die maximale Klopfgeschwindigkeit für den Treibstoff erzeugt. Anschließend werden
die Treibstoffe an den Motor mit sequentiellem Vermindern bzw. Erhöhen der
Fließgeschwindigkeit
abgegeben. Obwohl die anfängliche
Fließgeschwindigkeit,
die entweder höher
oder niedriger als diejenige des maximalen Klopfgrades ist, verwendet
werden kann, wird es bevorzugt, die anfängliche Fließgeschwindigkeit
zu verwenden, die niedriger als diejenige des maximalen Klopfgrades
ist, und deshalb wird die Erfindung in Bezug auf die Auswahl der
niedrigeren anfänglichen
Fließgeschwindigkeit
beschrieben. Jedoch sollte klar sein, dass entweder die niedrigere
oder die höhere
anfängliche
Fließgeschwindigkeit
verwendet werden kann.
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Treibstoff,
der an Motor 29 abgegeben wird, wird verbrannt, und der
Druckumwandler in Motor 29 sendet Signal 33, das
für die Änderungsgeschwindigkeit
des Motorzylinderdrucks repräsentativ
ist, an Computer 35, wo das Signal verwendet wird, um eine
mittlere Klopfintensität
für den
Treibstoff mit einer bestimmten Fließgeschwindigkeit wie hier weiter
beschrieben abzuleiten. Nachdem der Computer ausreichende Daten
zum Berechnen der mittleren Klopfintensität des Treibstoffs mit einer
Fließgeschwindigkeit
empfangen hat, sendet er Signal 34 zur variablen Pumpe 25,
was zu einer Erhöhung
in der Treibstofffließgeschwindigkeit
führt.
Mit der erhöhten
Fließgeschwindigkeit
empfängt
der Computer wieder ein Signal 33 und bestimmt eine mittlere
Klopfintensität.
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Nach
der Bestimmung der mittleren Klopfintensität bestimmt der Computer, ob
eine der Fließgeschwindigkeiten
zu einer maximalen mittleren Klopfintensität, verglichen mit den mittleren
Klopfintensitäten
bei anderen Fließgeschwindigkeiten,
geführt
hat. Nachdem eine maximale Klopfintensität für die getesteten Fließgeschwindigkeiten
gefunden wurde, berechnet der Computer eine Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit,
auf der Basis der gemessenen Klopfintensitätsverteilung für alle Fließgeschwindigkeiten,
welche die maximale Klopfintensität oder einen maximalen Klopfgrad
bereitstellen, setzt die Pumpe auf diejenige Fließgeschwindigkeit zurück und empfängt ein
Datenfeld für
Klopfen mit der Fließgeschwindigkeit,
aus welchem er den maximalen Klopfgrad für die Flüssigkeit berechnet. Der Computer
zeigt die Klopfwerte für
jede Fließgeschwindigkeit
und den erhaltenen maximalen Klopfgrad auf einer Anzeigevorrichtung 39 an,
die ein Videobildschirm sein kann. Nach Berechnung des maximalen
Klopfgrades sendet der Computer ein Signal 36 an Mehrwegventil 13.
In Reaktion auf Signal 36 wechselt Mehrwegventil 13 zu
einer anderen Position und bringt demzufolge einen der anderen Treibstoffe
in Pumpe 25 zur Abgabe an Motor 29 ein. Folglich
wird Mehrwegventil 13 sequentiell eingestellt, um zuerst
den Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl, dann den Referenztreibstoff
mit niedriger Oktanzahl und schließlich den Testtreibstoff an
Pumpe 25 und damit an Motor 29 abzugeben. Typischerweise
sind nicht mehr als etwa 50 ml von jedem Treibstoff erforderlich,
um den maximalen Klopfgrad für
jeden Treibstoff zu finden.
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Nach
Bestimmung der Oktanzahl des Testtreibstoffs kann der Computer programmiert
werden, um die anfänglichen
Pumpeinstellungen unter Verwendung der erhaltenen Information neu
zu berechnen, um die anfängliche
Pumpeinstellung zu verfeinern und anschließend das Verfahren zur Bestimmung
der Oktanzahl des Testtreibstoffs zu wiederholen. Obwohl dies nicht
nötig ist,
kann diese zweite Bestimmung der Oktanzahl des Testtreibstoffs zu
einem genaueren Wert führen.
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Wendet
man sich nun 4 und 5 zu, ist hier ein Flussdiagramm
für das
Verfahren der vorliegenden Erfindung, das zur Bestimmung der Oktanzahl
des Testtreibstoffs verwendet wird, veranschaulicht. In einem ersten
Schritt werden Daten im Hinblick auf die Bezugsoktane eingegeben
und die Probenbeschreibungen und Umweltdaten entnommen, um den Barometerdruck
und die Motortemperatur zu bestimmen. Diese Information wird zur
Berechnung der anfänglichen
Pumpeneinstellungen und zum Kalibrieren des Modells in Schritt 102 verwendet.
Nach der Kalibrierung wird der erste Treibstoff in Schritt 104,
typischerweise der Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl, ausgewählt. Dies
wird durch Senden des geeigneten Signals 36 an Mehrwegventil 13 erzielt.
In Schritt 106 stellt der Computer die variable Fließpumpe auf
die anfängliche
Fließgeschwindigkeit durch
Senden eines geeigneten Signals 34 an die variable Fließpumpe 25 ein.
Wurde die mittlere Klopfintensität
für die
anfängliche
Fließgeschwindigkeit
nicht berechnet, fährt
der Computer mit Schritt 108 fort. Wurde sie berechnet,
sendet der Computer das geeignete Signal 34 an Pumpe 25,
um die zeitlich festgesetzten variablen Fließpumpeneinstellungen so zu
erhöhen,
dass die Treibstoffflussgeschwindigkeit in Schritt 107 erhöht wird,
und fährt
dann mit Schritt 108 fort. Nachdem die variable Fließpumpe so
eingestellt wurde, dass der Treibstoff den Motor mit einer geeigneten
Fließgeschwindigkeit
betritt, gewinnt der Computer in Schritt 108 ein Datenfeld über die
Klopfintensität
in Reaktion auf Signal 33 vom Druckumwandler in Motor 29,
wie in 2 veranschaulicht.
Unter Verwendung des in Schritt 108 erhaltenen Datenfelds
berechnet der Computer in Schritt 110 eine mittlere Klopfintensität für den Treibstoff
mit der vorliegenden Fließgeschwindigkeit.
Der Computer berechnet die mittlere Klopfintensität durch
Mitteln des Klopfergebnisses von einer Vielzahl von Verbrennungsvorgängen im
Motorzylinder. Im Allgemeinen sind 20 oder mehr Verbrennungsvorgänge, typischerweise
etwa 32 Verbrennungsvorgänge
durchschnittlich. Nachdem eine mittlere Klopfintensität erhalten
wurde und die mittlere Klopfintensität in Schritt 111 angezeigt
wurde, bewegt sich der Computer zu Schritt 114, wo er bestimmt, ob
er ein maximales mittleres Klopfen unter den mittleren Klopfwerten,
die er erhalten hat, gefunden hat.
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Wendet
man sich nun 6 zu, ist
eine graphische Veranschaulichung der mittleren Klopfintensitäten dargestellt. 6 ist ein Diagramm von mittleren
Klopfintensitäten
gegenüber
den Treibstoffpumpeneinstellungen. Sowohl die mittlere Klopfintensität als auch
die Treibstoffpumpeneinstellung sind willkürlich ausgewählte Skalen,
um das analoge Signal, das aus dem Druckumwandler erhalten wurde
und das Signal, das an die Treibstoffpumpe zur Regulierung der Treibstoffpumpengeschwindigkeit
gesendet wurde, darzustellen. Der Computer berechnet zuerst die
mittlere Klopfintensität
für die
anfängliche
Fließgeschwindigkeit 200.
Er berechnet dann die mittleren Klopfintensitätswerte 202, 204, 206, 208 und 210.
Nach jedem mittleren Klopfintensitätswert 202, 204, 206, 208 und 210 vergleicht
der Computer ihn mit dem vorher erhaltenen Klopfintensitätswert,
um zu bestimmen, ob der vorherige mittlere Klopfintensitätswert größer oder
kleiner als der neueste mittlere Klopfintensitätswert ist. Durch das Ergebnis,
das die mittleren Klopfintensitäten
eher vermindert als erhöht sind,
bestimmt der Computer, dass dies als maximale mittlere Klopfintensität gefunden
wurde. Vorzugsweise bestimmt das Programm, dass eine maximale mittlere
Klopfintensität
erhalten wurde durch Vergleichen der vorliegenden mittleren Klopfintensität mit der
größten vorherigen
mittleren Klopfintensität
bis die vorliegende mittlere Klopfintensität von der größten vorherigen
mittleren Klopfintensität
um eine vorbestimmte Menge vermindert wurde. Folglich stellt Wert 206 die
größte erhaltene
mittlere Klopfintensität
dar. Nach Erhalt von Wert 208 vergleicht der Computer Wert 208 mit
Wert 206. Ist die Verminderung in der Klopfintensität zwischen
den Werten 208 und 206 nicht größer als
die vorbestimmte Menge, wird dann ein neuer Wert 210 erhalten.
Wenn die Verminderung zwischen den Werten 206 und 210 größer als
die vorbestimmte Menge ist, fährt
der Computer mit Schritt 118 in 5 fort.
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Wendet
man sich nun 4 und 5 zu, wendet sich der Computer
dann, wenn er keinen maximalen Klopfintensitätswert gefunden hat, dem Schritt 108 zu,
um ein anderes Datenfeld für
eine höhere
Pumpgeschwindigkeit zu gewinnen. Wurde in Schritt 114 eine
maximale mittlere Klopfintensität
gefunden, fährt
der Computer dann mit Schritt 118 fort, um eine Gleichung
für eine
Kurve zu berechnen, die zu den erhaltenen mittleren Klopfintensitätspunkten
passt, wenn die mittlere Klopfintensität gegenüber der Treibstofffließgeschwindigkeit
graphisch dargestellt ist. Der Computer berechnet die Kurve unter
Verwendung eines geeigneten Annäherungsverfahrens,
um einen polynominalen Ausdruck dritter Ordnung für die Kurve
zu berechnen. Um eine genaue Kurvenpassung sicherzustellen ist es
erwünscht,
dass mindestens drei mittlere Klopfintensitätspunkte vor der maximalen
mittleren Klopfintensität
erhalten werden. Nach Berechnen des polynominalen Ausdrucks dritter
Ordnung für
eine Kurve, die zu der mittleren Klopfintensitätswerten passt, zeigt der Computer die
Kurve in Schritt 119 an und fährt dann bei Schritt 120 fort,
wo er das Maximum der Kurve berechnet und dieses Maximum zum Bestimmen
einer Fließgeschwindigkeit
für den
Treibstoff, der zu einer maximalen Klopfintensität („maximaler Klopfgrad") führt, verwendet.
Die Berechnung des maximalen Klopfgrades kann besser mit Bezug auf 6 verstanden werden. In
der graphischen Veranschaulichung stellt Kurve 212 den
polynominalen Ausdruck dritter Ordnung für die erhaltenen mittleren
Klopfwerte dar. Durch den Differentialquotienten dieses polynominalen
Ausdrucks kann der Computer Wert 214 berechnen. Aus Wert 211 kann
der Computer die entsprechende Pumpeinstellung oder Treibstofffließgeschwindigkeit
erhalten, die den maximalen Grad erzeugt.
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Nach
Berechnung der Fließgeschwindigkeit,
die zu dem maximalen Klopfgrad führt,
stellt der Computer die variable Fließpumpe auf diejenige Fließgeschwindigkeit
in Schritt 122 zurück
und gewinnt wieder ein Datenfeld in Reaktion auf ein Signal von
dem Druckumwandler in Motor 29 in Schritt 124.
Aus diesem Datenfeld wird der maximale Klopfgrad für den Treibstoff
in Schritt 126 berechnet und dann auf einer geeigneten
Anzeigevorrichtung in Schritt 127 angezeigt. Der Computer
bewegt sich dann zu Schritt 128 und bestimmt, ob alle Treibstoffe
getestet wurden. Wurden sie dies nicht, kehrt der Computer zu Schritt 104 zurück, um den nächsten Treibstoff
auszuwählen.
Wurden der Referenztreibstoff mit hoher Oktanzahl, der Referenztreibstoff mit
niedriger Oktanzahl und der Testtreibstoff alle getestet, berechnet
der Computer die Oktanzahl für
den Testtreibstoff in Schritt 130. Da die Oktanzahl des
Referenztreibstoffs mit hoher Oktanzahl und Referenztreibstoffs mit
niedriger Oktanzahl bekannt sind und die maximalen Klopfgrade für beide
Referenztreibstoffe und den Testtreibstoff gefunden wurden, kann
die Oktanzahl des Testtreibstoffs direkt durch Vergleichen des maximalen
Klopfgrades des Testtreibstoffs mit den maximalen Klopfgraden der
Referenztreibstoffe mit hoher und der Referenztreibstoffe mit niedriger
Oktanzahl und unter Verwendung von linearer Interpolation abgeleitet
werden. Nach Berechnen der Oktanzahl in Schritt 130 zeigt
der Computer die Oktanzahl in Schritt 132 auf einem geeigneten
Videobildschirm oder durch Ausdrucken einer Hartkopie an. Zusätzlich kann
der Computer eingestellt werden, um die mittlere Klopfintensität gegenüber dem
Fließgeschwindigkeitsgraphen
wie in 6 veranschaulicht,
sowie andere Daten, wie die Motortemperatur, den Barometerdruck
und die Oktanzahlen der Referenztreibstoffe anzuzeigen.
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Viele
verschiedene Arten von Softwareprogrammen könnten in verschiedenen Sprachen
und Formaten geschrieben werden, die gewähren würden, dass ein geeigneter Computer
seine erforderlichen Funktionen ausführt. Während viele verschiedene Softwareprogramme
entwickelt werden könnten,
um diese erforderlichen Funktionen zu erzielen, ist ein geeignetes
Computerprogramm geschrieben von LAB Windows für DOS unter Verwendung der
Programmiersprache C und NI-DAC®, vertrieben
von National Instruments Corporation, Austin, Texas, als Anhang
I an die vorliegende Anmeldung beigefügt.
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Die
Erfindung wurde mit besonderem Bezug auf die Standard-ASTM-Verfahren
zur Bestimmung der Oktanzahl von Benzin beschrieben. Die ASTM-Verfahren
erfordern die Verwendung des ASTM-CFR-Motors. Es wird wieder angemerkt, dass
die vorliegende Erfindung auf alle Oktanmessungen unter Verwendung
jedes beliebigen geeigneten Motors anwendbar ist.
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Die
Erfindung wurde allgemein in Bezug auf die vorliegende bevorzugte
Ausführungsform
beschrieben. Vernünftige
Abweichungen und Modifikationen sind dem Fachmann innerhalb des
Rahmens der beschriebenen Erfindung und den beigefügten Ansprüchen möglich.
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