DE4424370A1 - Verfahren und Anordnung zum Aufbereiten von Abgasen, insbesondere von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufbereiten von Abgasen, insbesondere von Verbrennungsmoto­ ren, für die Analyse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der österreichischen Patentschrift 391 556 ist ein Ver­ fahren zur ständigen Entnahme einer Probe aus einem Abgas­ strom bekannt, bei dem der Volumenstrom der entnommenen Probe geregelt wird. Die entnommene Probe wird mit Reinluft ver­ mischt, und das so gebildete Gasgemisch wird analysiert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufbereiten von Abgas für die Analyse zu schaffen, bei dem die gemessenen Anteile der Komponenten im Probengas mit den Anteilen der über das Abgas an die Umgebungsluft abgegebenen Komponenten möglichst gut übereinstimmen. Ferner soll eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung ermöglicht, nur so viel Probengas zu entnehmen, wie für die Bestimmung der Schadstoffemission erforderlich ist. Dementsprechend gering ist auch die zur Verdünnung er­ forderliche Reinluft. Es kann daher auch mit besonderem Auf­ wand hergestellte Reinluft, z. B. die sogenannte synthetische Luft, verwendet werden, die praktisch ausschließlich aus Sau­ erstoff und Stickstoff in dem in Luft normalerweise beste­ henden Verhältnis besteht und die frei von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen ist. Wegen des Fehlens von Wasserdampf kann die zugemischte Reinluftmenge kleiner sein als bei Ver­ wendung von Umgebungsluft. Daraus ergibt sich eine geringere Verdünnung des Probengases, so daß die Konzentration der zu messenden Schadstoffkomponenten in dem dem Analysator zuge­ führten Meßgas und damit die Meßgenauigkeit höher ist.

Anhand der Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel eine An­ lage zum Aufbereiten von Kraftfahrzeugabgasen schematisch dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie wei­ tere Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.

Mit einer Kopplung 1 kann die Anlage an den Auspuff eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden. Sie besteht aus Kunst­ stoff und ist so ausgebildet, daß die mechanischen Schwingun­ gen vom Kraftfahrzeug stark gedämpft werden.

Sie nimmt das gesamte Abgas des zu testenden Kraftfahrzeuges auf und führt es zu einem aufgesteckten Abgasschlauch 2. Die­ ser ist flexibel, dämpft daher nochmals die Schwingungen vom Fahrzeug und ist mit einer Heizwendel versehen, die das Abgas auf einer Temperatur von z. B. 130° hält, bei welcher im Ab­ gas enthaltener Wasserdampf und auch Kohlenwasserstoffe nicht kondensieren. Der Abgasschlauch 2 mündet in ein Strömungsbe­ ruhigungselement, das von einem pneumatischen Tiefpaß gebil­ det ist. Das Strömungsberuhigungselement ist ebenfalls be­ heizt. An dieses schließt sich ein Meßrohr 4 an, aus dem das Abgas an die Umgebungsluft abgegeben wird. Das Meßrohr 4 enthält eine Probenentnahmesonde 5, einen Temperatursensor 7 und einen Drucksensor 8. Ferner ist an ihm ein Durchfluß­ messer 6 angebracht. Die Signale des Durchflußmessers, des Druck- und des Temperatursensors werden einer Steuereinheit 9 zugeführt, die daraus den Normvolumenstrom, d. h. die Menge des je Zeiteinheit durch das Meßrohr 4 strömenden Abgases, ermittelt. Das von der Sonde 5 entnommene Probengas strömt durch eine Probengasleitung 10 und ein Ventil 11 in eine Mischkammer 25, wo es mit synthetischer Luft vermischt wird, die einer Flasche 18 entnommen wird und durch ein Vor­ druckregelventil 15, ein Reinluftregelventil 14 und eine Reinluftleitung 19 in die Mischkammer 25 strömt. Das mit Reinluft verdünnte Probengas, das Meßgas, wird mit einer Pumpe 22 durch einen Hinterdruckregler 20, der den Druck in der Mischkammer 25 konstant hält, zu Sammelbeuteln 23 geför­ dert. Die Meßgasproben unterschiedlicher Phasen eines Abgas­ tests werden nacheinander in verschiedene Sammelbeutel ge­ füllt.

Probengas und Reinluft werden in einem solchen Verhältnis ge­ mischt, daß gerade kein Wasserdampf bei der Umgebungstempe­ ratur der Beutel 23 kondensiert, d. h., es wird möglichst we­ nig Luft zugeführt. Das Verhältnis hängt im wesentlichen von der Art des verwendeten Treibstoffs ab und bleibt zumindest während des Testens eines Motors konstant. Mit den Ventilen 11 und 14 werden der Probengas- und der Reinluft-Normvolumen­ strom eingestellt, und zwar so, daß das Verhältnis konstant bleibt. Die Anlage arbeitet in der Weise, daß der Normvolu­ menstrom des Meßgases in der Meßgasleitung 24 und damit auch des Probengases in der Leitung 10 sowie der Reinluft in der Leitung 19 proportional zum Normvolumenstrom des Abgases in der Leitung 4 sind. Dies kann dadurch erreicht werden, daß über eine Verhältnisbildung aus dem aktuellen Abgas-Normvo­ lumenstrom der einzustellende Meßgas-Normvolumenstrom er­ rechnet wird. Dieser wiederum setzt sich aus dem Probengas­ strom und dem Reinluftstrom zusammen. Da das Verdünnungsver­ hältnis konstant ist, werden aus dem Meßgas-Normvolumenstrom ein Proben-Normvolumenstrom und ein Reinluft-Normvolumenstrom bestimmt. Mit Hilfe von Temperatur- und Druckmeßwerten, die mit Drucksensoren 12 und 16, Temperatursensoren 13 und 17 sowie nicht dargestellten Sensoren in der Meßgasleitung 24 gemessen werden, werden die Normvolumenstrom-Sollwerte errechnet. Mit diesen Werten werden die Ventile 11 und 14 angesteuert.

Im Ausführungsbeispiel gibt die Steuereinheit 9 in Abhängig­ keit des ermittelten Abgas-Normvolumenstroms Steuersignale an die Ventile 11 und 14, welche die proportionale Änderung der Normvolumenströme des Probengases und der Reinluft bewirken, da der Druck in der Mischkammer 25 mittels eines Drucksensors 21 und des Hinterdruckregelventils 20 konstantgehalten wird. Das in die Mischkammer 25 einströmende Gas wird unmittelbar als Meßgas den Sammelbeuteln 23 zugeführt. Ergänzend wird die Drehzahl der Meßgasförderpumpe 22 entsprechend dem aktu­ ellen Abgas-Normvolumenstrom eingestellt.

Da von der Bestimmung des aktuellen Abgas-Normvolumenstromes bis zum Erreichen der korrekten Ventilstellungen eine gewisse Zeit vergeht, der Abgas-Volumenstrom dabei aber nicht kon­ stant bleibt, ist das Steuersystem für die Ventile voraus­ denkend ausgebildet, indem z. B. in den Sollwert des Meßgas- Normvolumenstroms bzw. in den Probengas-Normvolumenstrom ein Differentialanteil des Abgas-Volumenstromes eingeht. Dies be­ deutet, daß, wenn sich der Abgas-Volumenstrom sehr stark än­ dert, der Sollwert für den Meßgas-Normvolumenstrom erhöht bzw. erniedrigt wird, da zu erwarten ist, daß der Abgas-Norm­ volumenstrom bis zur vermeintlich korrekten Ventileinstellung schon angestiegen bzw. abgefallen ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Aufbereiten von Abgas, insbesondere von Ver­ brennungsmotoren, für die Analyse, bei dem einem Abgasstrom Probengas entnommen, der Probengasstrom gesteuert und das Probengas mit Reinluft gemischt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Normvolumenstrom des Abgases oder eine diesem entsprechende Größe bestimmt wird und daß der Probengasstrom und der Reinluftstrom derart gesteuert oder geregelt werden, daß die Normvolumenströme des Proben­ gases und der Reinluft je ein bestimmtes Verhältnis zum Norm­ volumenstrom des Abgases haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß aus dem Normvolumenstrom des Abgas es Sollwerte für die Regelung der Normvolumenströme des Probengases und der Reinluft abgeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dem Abgas-Normvolumenstrom entspre­ chende Größe differenziert wird und das differenzierte Signal der Steuerung oder Regelung des Probengasstromes und des Reinluftstromes direkt oder indirekt aufgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Probengas und die Reinluft bei konstantem Druck gemischt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl einer dem Ausgang ei­ ner Mischeinrichtung (25) nachgeschalteten Meßgaspumpe (22) in Abhängigkeit des Normvolumenstromes des Abgases insbeson­ dere proportional verändert wird.

6. Anordnung zum Aufbereiten von Abgas, insbesondere von Ver­ brennungsmotoren, für die Analyse

• - mit einer das Abgas führenden Meßleitung (4),
• - mit einer Durchflußmeßeinrichtung (6, 7, 8, 9), die den Normvolumenstrom des in der Meßleitung (4) strömenden Abga­ ses bestimmt,
• - mit einer in der Meßleitung (4) angebrachten Probenent­ nahmesonde (5),
• - mit einer Mischeinrichtung (25), die einerseits über eine Probengasleitung (10) an die Probenentnahmesonde (5) an­ geschlossen ist und der andererseits durch eine Reinluft­ leitung (19) Reinluft zugeführt ist und an die über eine Meßgasleitung (24) Meßgasbehälter (23) oder ein Analysen­ gerät angeschlossen sind,
• - mit einem in der Probengasleitung (10) liegenden Probenent­ nahmeventil (11),
• - mit einer Regel- oder Steuereinrichtung (9), die das Probenentnahme- und das Reinluftventil so einstellt, daß die Verhältnisse der Normvolumenströme in der Probengas­ leitung, in der Reinluftleitung und in der Meßleitung (4) konstant sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regeleinrichtung einen Differentialanteil enthält, über den die Größe des Normvolumenstroms des Abgases den Steuersignalen für das Probenentnahmeventil (11) und das Reinluftventil (14) aufgeschaltet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßgasleitung (24) eine Pumpe (22) angeordnet ist, deren Drehzahl in Abhängigkeit vom Normvolumenstrom des Abgases geregelt oder gesteuert ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßgasleitung (24) ein ge­ steuertes oder geregeltes Ventil (20) angeordnet ist, mit dem der Druck in der Mischeinrichtung (25) konstantgehalten wird.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinluft synthetische Luft ist.