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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fanggradmessung an einem Arbeitszylinder einer Zweitakt-
Brennkraftmaschine mit einem Probenbehälter, weicher durch eine Entnahmeleitung mit dem Arbeitszylin- der strömungsverbunden ist. wobei in der Entnahmeleitung ein erstes Ventil vorgesehen 1St, sowie ein Verfahren zur Fanggradmessung unter Verwendung dieser Vorrichtung.
Der Fanggrad ist definiert als Verhältnis der im Arbeitszylinder während eines Arbeitsspieles gefange- nen Frischgasmenge zum Gesamtdurchsatz des Frischgases während des Arbeitsspieles pro Arbeitszylinder. Bisher konnte die Fanggradmessung in eigenen Versuchsmotoren und nur bei inaktiviertem Motor bei extern angetriebener Kurbelwelle durchgeführt werden.
Aus der SU-PS 1 153 259 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, mit weicher über ein elektromagnetisches Gasentnahmeventil aus dem Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine Gas entnommen und in einem Sammelvolumen mit veränderlichem Querschnitt zwischengespeichert werden kann.
Zur kontinuierlichen Fanggradmessung bei laufendem Motor könnte eine derartige Vorrichtung allerdings nicht verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung Ist es, eine Vorrichtung zur Bestimmung des Fanggrades bel seriennahen Zweitakt-Brennkraftmaschinen zu schaffen, mit welchen während des Motorbetnebes eine Fanggradmessung durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Probenbehälter über eine erste Verbindungsleitung und eine Saugpumpe mit einer Messeinrichtung strömungsverbindbar ist, wobei stromaufwärts des Probenbehälters ein zweites Ventil angeordnet ist.
Die erfindungsgemässe Probenentnahme sieht vor, dass nach Spülen des Probensammelvolumens a) während des gefeuerten regulären Motorbetriebes für einen Zyklus die Zündung und/oder Einsprit- zung ausgesetzt, b) nach dem Schliessen aller Motorsternerorgane die Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitszylinder und dem Probenbehälter freigegeben, c) das im Arbeitszylinder enthaltene Gas in den Probenbehälter befördert, d) bei Druckausgleich zwischen dem Druck Im Arbeitszylinder und dem Druck im Probenbehälter deren
Strömungsverbindung unterbrochen, und schliess ! ich e) das Probengas einer Messeinnchtung zur weiteren Analyse und Fanggradbestimmung zugeführt wird.
Vor der eigentlichen Probenentnahme erfolgt eine Evakuierung der gesamten Anlage mittels der
Saugpumpe.
In einer äusserst vorteilhaften Ausführungsvanante der Erfindung ist vorgesehen, dass an die Saugpumpe ausgangsseitig über eine zweite Verbindungsleitung ein evakuierbarer Sammelbehälter angeschlossen 1St. Dies ermöglicht eine mehrmalige Wiederholung der Gasentnahme mit einer bestimmten Anzahl dazwischenliegender gefeuerter Zyklen, wodurch eine genauere Fanggradmessung möglich wird. Dies wird besonders dadurch erreicht, dass zur Evakuierung des Sammelbehälters eine weitere Saugpumpe In einer vom Sammelbehälter ausgehenden, dritten Verbindungsleitung angeordnet ist, wobei die dritte Verbindungsleitung durch ein drittes Ventil absperrbar 1St.
In einer anderen erfindungsgemässen Ausführungsvariante mit einer einzigen Saugpumpe ist vorgesehen, dass das In der ersten Verbindungsleitung angeordnete zweite Ventil als Dreiwegventil ausgeführt Ist und der Sammelbehälter über eine Leitung und das Dreiwegventil mit der ersten Verbindungsleitung strömungsverbindbar ist. und dass die zweite Verbindungsleitung über ein in Ihr angeordnetes weiteres Dreiwegventil mit der Messeinrichtung strömungsverbindbar ist.
Vorzugsweise ist zumindest eines der Ventile als steuerbares Ventil ausgebildet. Die Steuerung des oder der Ventile und der Saugpumpe (n) erfolgt dabei vorteilhafterwelse über eine Steuereinheit In Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels und der Kurbelwellendrehzahl.
In einer einfachen Ausführungsvanante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Ventile als Rückschlagventil ausgebildet ist. Eine Beeinflussung der Entnahmemenge ist hier nur über die Saugpumpe (n) möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Mittel zur dosierten Beimischung eines nicht reagierenden Tracergases in den Luftstrom am Arbeitszylindereintritt, vorgesehen sind. Dies ermöglicht es, dass vor der Entnahme des Probengases aus dem Arbeitszylinder ein chemisch
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tion beigemischt wird, wobei dieses Tracergas während der Verbrennung sich durch die übngen Gaskomponenten nicht verändert. Durch Verwendung des Tracergases wird die Aussagekraft der Fanggradmessung verbessert, da hiermit eine weitere Gaskomponente Im Entnahmegas bestimmt werden kann.
Die Erfindung wird Im folgenden anhand der schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig 1 bis 4 verschiedene Ausführungsvarianten der Erfindung, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Gasentnahmephase während eines Zykluses.
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Funktionsgleiche Teile tragen gleiche Bezugszeichen.
Am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ist eine Entnahmeleitung 1 mit einem steuerbaren Ventil 3 vorgesehen, welche den Arbeitszylinder 6 mit dem Probenbehälter 2 verbindet. Dieser Probenbehälter 2 kann über das in der Verbindungsleitung 8 angeordnete Ventil 7 und die Saugpumpe 5 evakuiert werden.
Die Ventile 3 und 7, sowie die Saugpumpe 5 werden durch eine Steuereinheit 4 in Abhängigkeit des Kurbelwinkels a und der Kurbelwellendrehzahl n gesteuert. Die Saugpumpe 5 ist ausgangsseitig mit der Messeinrichtung 9 verbunden.
Die Probenentnahme erfolgt nun in der Art, dass während des gefeuerten regulären Motorbetriebes für einen Zyklus die Zündung bzw. Einspritzung ausgesetzt wird. In diesem Zyklus wird nach dem Schliessen aller Motorsteuerorgane (Schlitze oder Ventile) das Ventil 3 geöffnet und das Frischgas aus dem Arbertszy- linder 6 In den Probenbehälter 2 übergeschoben. Sobald sich der Druck pz im Arbeitszylinder 6 und der Druck P2 im Probenbehälter 2 näherungsweise angeglichen haben, wird das Ventil 3 geschlossen und der nachfolgende Motorzyklus kann wieder regulär gefeuert werden.
Das Im Probenbehälter 2 gesammelte Gas wird nun über Ventil 7 und die Saugeinrichtung 5 einer Messeinnchtung 9 zugeführt und bezüglich der Gaszusammensetzung analysiert. Schliesslich wird mittels des gleichzeitig gemessenen Gesamtgasstromes am Motoreintntt der Fanggrad als Verhältnis zwischen der während eines Arbeitsspieles gefangenen Frischgasmenge zum Gesamtdurchsatz des Frischgases eindeutig bestimmt.
Eine besonders genaue Fanggradmessung wird erreicht, wenn dem über den Einlasskanal 16 in den Arbeitszylinder 6 eintretenden Luftstrom über eine Tracergaszuführeinrichtung 17 ein Tracergas mit einer bestimmten Konzentration beigemengt wird, wobei dieses Tracergas während der Verbrennung mit den übrigen Gaskomponenten nicht reagiert (Edelgas). Die Vorrichtung 17 wird vorteilhafterweise ebenfalls durch die Steuereinheit 4 gesteuert.
Fig. 2 zeigt eine sehr einfache Ausführungsvariante der Erfindung, bei welcher anstelle der gesteuerten Ventile 3 und 7 in Fig. 1 ungesteuerte Rückschlagventile 3'und 7'vorgesehen sind. Eine Steuerung der entnommenen Gasmenge ist dabei nur über die Saugpumpe 5 möglich. Selbstverständlich ist es auch denkbar, nur eines der beiden Ventile 3 und 7 in Fig. 1 durch ein Rückschlagventil 3'oder 7'zu ersetzen.
Zur Erhöhung der Genauigkeit kann der Probenbehälter 2 über das Ventil 7 und die Saugpumpe 5 und eine zweite Verbindungsleitung 10 mit einem Sammelbehälter 11 verbunden sein, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Zur Evakuierung des Sammelbehälters 11 kann in einer dntten Verbindungsleitung 13 zur Messeinrichtung 9 ein dnttes Ventil 3, sowie eine weitere Saugpumpe 12 vorgesehen sein. Die Ventile 7 und 14 können wiederum durch die Steuereinheit 4 gesteuert oder als Rückschlagventile ausgeführt sein.
Anstelle einer weiteren Saugpumpe 12, wie dies in Fig. 3 vorgesehen ist. kann der Sammelbehälter 11 über eine Leitung 15 und ein Dreiwegventil 7" mit der ersten Verbindungsleitung 8 verbunden sein. Ein weiteres Dreiwegventil 14" ist In der zweiten Verbindungsleitung 10 vorgesehen, welches über die dritte Verbindungsleitung 13 eine Strömungsverbindung zur Messeinrichtung 9 herstellt. Die Dreiwegventile 7" und 14" werden über die Steuereinheit 4 angesteuert, wobei folgende betnebsmässige Schaltungsmöglichkeiten vorhanden sind.
1. Gleichzeitige Evakuierung des Probenbehälters 2 und des Sammelbehälters 11, wobei alle drei Wege des Dreiwegventiles 7" geöffnet und der Strömungsweg vom Ausgang der Saugpumpe 5 zur dntten
Verbindungsleitung 13 hergestellt, die zweite Verbindungsleitung 10 allerdings unterbrochen ist ;
2. Füllung des Probenbehälters 2 durch Unterbrechen der ersten Verbindungsleitung 8 ;
3. Überleiten des Gases vom Probenbehälter 2 zum Sammelbehälter 11 durch Öffnen der ersten und zweiten Verbindungsleitung 8 und 10 bei gleichzeitigem Aktivieren der Saugpumpe 5 und Schliessen der dntten Verbindungsleitung 13 und Leitung 15 ;
4 Evakuieren nur des Probenbehälters 2 - die dafür notwendigen Stellungen der Dreiwegventile 7" und
14" sind in Fig. 4 eingezeichnet ;
5.
Entleeren des Sammelbehälters 11 zur Messeinnchtung 9 durch Unterbrechen der ersten und zweiten
Verbindungsleitungen 8 und 10 sowie Öffnen von Leitung 15 und der dritten Verbindungsleitung 13.
Nach einer bestimmten, frei wählbaren Zahl regulär gefeuerter Motorzyklen kann in den Ausführungsvananten nach Flg. 3 und 4 mit einem zusätzlichen Sammelbehälter 11 die Gasprobenentnahme mittels Entnahmeleitung 1 und Probenbehälter 2 beliebig oft wiederholt werden, sodass zur Bestimmung der Gaszusammensetzung Im Sammelbehälter 11 eine grössere Masse zur Verfügung steht, als dies bel nur einmaliger Probenentnahme der Fall wäre.
In Flg. 5 ist ein Zyklus eines regulären Motorbetriebes MB mit Feuerung einem Motorzyklus FGM mit Gasprobenentnahme zwischen zwei unteren Totpunkten UT zur Veranschaulichung gegenübergestellt. Im Bereich des oberen Totpunktes OT liegt der Hochdruckbereich HD, welcher sich aus der überwiegend vor
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OT liegenden Vedichtungsphase und der nach UT folgenden Verbrennungs- und Expansionsphase zusammensetzt. Bei einem Motorzyklus FGM mit Gasprobenentnahme wird die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 6 und dem Probennahmebehälter 2 nach der Niederdruckphase ND hergestellt, Wie dies durch Bezugszeichen GE symbolisiert ist. Die Gasentnahme GE endet, wenn der Druck pz Im Arbeitszylin- der 6 gleich ist dem Druck P2 im Probennahmebehälter 2.
Dieser Punkt des Gasentnahmeendes ist In Fig.
5 mit 18 bezeichnet. Im restlichen Teil der Hochdruckphase HD ist das Ventil 3 wieder geschlossen, was durch Bezugszeichen 19 angedeutet ist.