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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trübungsmessung an partikelbeladenen Gasströmen, insbesonders am Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer im wesentlichen rohrförmigen Messkammer, die im Bereich eines ihrer offenen Enden eine einstrahlende Beleuchtungsanordnung und im Bereich des gegenüberliegenden Endes eine Sensoranordnung aufweist, sowie mit einer im Mittenbereich der Messkammer in diese einmündenden Zuführleitung.
Derartige Einrichtungen bzw. die damit durchgeführten Messverfahren arbeiten nach dem Beer-Lambert'schen Gesetz, wonach durch die im Gas bzw. Abgas befindlichen Partikel eine Abschwächung eines Lichtstrahles hervorgerufen wird. Die Grössenordnung der Abschwächung wird als Mass für die Partikelbelastung des Gases herangezogen. Im speziell angesprochenen Fall der Abgasmessung an Diesel-Brennkraftmaschinen wird das Abgas zumeist durch den Staudruck der Brennkraftmaschine über eine im Auspuffrohr befindliche Sonde mit anschliessendem Sondenschlauch in die Messkammer geleitet, wobei ein vorgeordnetes Umschaltventil eine Kalibrierung und Spülung auch bei laufender Brennkraftmaschine ermöglicht.
Speziell im Zusammenhang mit als Antriebsmotoren in Fahrzeugen verwendeten Dieselbrennkraftmaschinen sind vom Gesetzgeber mittlerweile in einer Vielzahl von Ländern periodische Abgasuntersuchungen vorgeschrieben, wobei zur Sicherstellung reproduzierbarer und vergleichbarer Ergebnisse eine möglichst optimale Befüllung der Messkammer mit dem zu messenden Abgas gefordert wird. Bei den bisher bekannten konstruktiven Ausführungen derartiger Vorrichtungen bestehen allerdings oft Schwierigkeiten mit dem gewünschten schnellen Ansprechverhalten der Messkammer.
So wird beispielsweise bei einer im Mittenbereich der Messkammer in Form eines einfachen T-Stückes einmünenden Zuführleitung bewirkt, dass sich die Strömung nach der Aufteilung in die beidseitigen Messkammerhälften an einer glatten Innenwand der Messkammer anlegt, was erst nach einer relativ grossen Wegstrecke des in die Messkammer eingeströmten Abgases eine Vergleichmässigung des Geschwindigkeitsprofils über den Querschnitt der Messkammer ermöglicht. Es kann damit eine optimale Befüllung der Messkammer nicht sichergestellt werden, bzw. wird eine relativ grosse Messkammerlänge erforderlich (ergibt ein schlechtes Ansprechverhalten der Messkammer) um überhaupt mit einiger Sicherheit messen zu können (siehe dazu auch Fig. 1 und die zugehörige Beschreibung).
Weiters ist beispielsweise aus der EP 0 586 363 A1 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei der durch in einer rohrförmigen Messkammer mit relativ grossem Durchmesser eingebaute Blenden eine rasche Verwirbelung des mittig einströmenden Abgases und damit eine relativ rasche Vergleichmässigung des Strömungsprofiles des Abgases innerhalb der Messkammer erreicht wird.
Allerdings erzeugen diese eingebauten Blenden ein grosses Totvolumen sowie Reibungsverluste, was wiederum zu einer Verlängerungen der Ansprechzeit sowie auch zu einer Verwirbelung des Trübungsprofiles führt (siehe dazu auch Fig. 2 und die zugehörige Beschreibung).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass auf einfache Weise eine möglichst rasche Vergleichmässigung des Strömungsprofiles des im Mittenbereich der Messkammer zugeführten Abgases nach beiden Seiten der Messkammer hin erfolgt, sodass eine optimale Befüllung der Messkammer und ein schnelles Ansprechverhalten möglich wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass gegenüber der Einmündung der Zuführleitung in der Messkammer ein Prallbereich mit von der ansonsten im wesentlichen glatten Innenwand der Messkammer abweichender Oberfläche angeordnet ist. Durch die gezielte Ausbildung dieses Prall bereiches legt sich das zugeführte Abgas nicht an der Innenwand der Messkammer an, sondern wird durch den Prallbereich verwirbelt und reflektiert, wonach sich im Anschluss an den Prattbereich auf beiden Seiten sehr rasch eine weitgehende Vergleichmässigung des Geschwindigkeitsprofiles über den Messkammerquerschnitt ergibt.
Durch diesen Effekt kann die sonstige Innenwand der Messkammer glatt und ohne wesentliche Reibungsverluste ausgebildet werden, womit ein sehr schnelles Ansprechverhalten bei optimaler Befüllung der Messkammer und weitgehend ausgeschlossener Verwirbelung des Trübungsprofiles erhalten wird.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Prallbereich eine bezüglich der Achse der einmündenden Zuführleitung und der beidseitigen Abströmrichtung der auftreffenden Gasströme im wesentlichen symmetrische, gegenüber der Innenwand der Messkammer vertiefte Mulde aufweist. Diese Mulde ermöglicht eine konstruktiv sehr einfache Ausbildung des Prallbereiches, die sehr wirkungsvoll den zugeführten Abgasstrom reflektiert und für eine rasche Verwirbelung unter Verhinderung eines Anlegens an die Innenwand der Messkammer sorgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mulde - in Richtung der Achse der Zuführleitung betrachtet - eine sich mit ihrer längeren Ausdehnung in Richtung der Achse der Messkammer erstreckende Rechteckform, einen im wesentlichen ebenen, gegenüber der Innenwand der Messkammer abgesenkten Boden und im wesentlichen senkrecht zu diesem stehende Seitenwände aufweist. Diese Form der Mulde bzw. des Prallbereiches hat sich in der praktischen Ausführung sehr bewährt und ermöglicht
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auch eine einfache Herstellung der Messkammer.
Die Rechteckform der beschriebenen Mulde kann in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ein Verhältnis von Breite zu Länge im Bereich von 1 : 1, 5 bis 1. 2, 5 aufweisen, was sich in praktisch durchgeführten Versuchen als sehr effektiv für die angestrebte Verwirbelung und möglichst rasche Ver- gleichmässigung des Geschwindigkeitsprofiles des zugeführten Abgases nach beiden Seiten der Messkammer hin gezeigt hat.
Der Boden der Mulde kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gegenüber der Innenwand der Messkammer um einen Wert im Bereich vom 0, 1- bis 0, 3-fachen des Innendurchmessers der Messkammer abgesenkt sein, was sich ebenfalls bei praktischen Versuches als sehr effektiv im Hinblick auf die gesteckten Ziele erwiesen hat.
Die Übergänge von der Mulde zur Innenwand der Messkammer sind nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung im wesentlichen scharfkantig ausgebildet, was die Verwirbelung der Strömung in diesem Bereich für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sehr positiv beeinflusst.
Um nun das zugeführte und auf beschriebene Weise hinsichtlich seines Geschwindigkeitsprofiles schnell und einfach vergleichmässigte Abgas auch auf der Abströmseite aus den beiden offenen Enden der Messkammer nicht in für die Befüllung bzw. Stabilität der Messlänge ungünstiger Weise zu beeinflussen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass gegenüber den offenen Enden vor der Beleuchtungsanordnung bzw. der Sensoranordnung der Messkammer weitere Prallbereiche angeordnet sind, die das jeweilige Ende im wesentlichen topfförmig überdecken, im Bereich des Durchstosses der Achse der Messkammer eine gegenüber deren Innendurchmesser kleine Öffnung aufweisen und deren Rand mit dem Ende der Messkammer einen offenen Ringspalt für den Austritt des Gasstromes bildet.
Bei den beiden eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung der genannten Art (siehe auch Fig. 1 und Fig. 2) ist abströmseitig ein definiertes Totvolumen vorgesehen, in welchem das austretende Abgas verwirbelt wird und von dem es sodann an einer seitlichen Ausströmöffnung in einem Winkel von ca. 90. ausströmen muss.
Durch diese Verwirbelung und die erzwungene einseitig, beengte Ausströmung ergeben sich Reibungsverluste und unerwünschte Beeinflussungen des Ansprechens der Messung bzw. der Stabilität der Messlänge. Demgegenüber ist durch die beschriebene, entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine einfache Umlenkung des austretenden Abgases nach allen Seiten ohne wesentliche Verwirbelung und Beeinflussung der Stabilität der Messlänge erreicht, wonach das Abgas rotationssymmetrisch um die Achse der Messkammer nach allen Seiten abströmen kann.
Damit wird dem abströmenden Abgas geringstmöglicher Widerstand entgegengesetzt und eine möglichst geringe Vermischung zwischen dem ausströmenden Abgas und dem üblicherweise zur Beleuchtungsanordnung sowie zur Sensoranordnung hin vorgesehenen Spülluftvorhang sichergestellt.
Im zuletzt genannten Zusammenhang ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung von besonderem Vorteil, gemäss welcher der Rand der topfförmigen weiteren Prallbereiche einen Innendurchmesser im Bereich vom 2- bis 3-fachen des Innendurchmessers der Messkammer aufweist, wobei der Abstand vom Ende der Messkammer bis zum Boden des jeweiligen topfförmigen Prallbereiches etwa der Breite des Ringspaltes zwischen Ende der Messkammer und Rand des topfförmigen Prallbereiches entspricht. Damit ist ein möglichst geringer Widerstand für das aus dem Ende der Messkammer austretende und mittels des topfförmigen Prallbereiches umgelenkte Abgas gegeben.
Zwischen der Aussenseite der topfförmigen weiteren Prallbereiche und der Sensor- bzw. Beleuchtungs- anordnung sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Spülluftvorhänge in mehreren Kanälen im wesentlichen senkrecht zur Achse der Messkammer geführt, wobei die Kanalwände im Bereich der Durchstosspunkt der Achse der Messkammer Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise gleich der Öffnung im zugeordneten topfförmigen Prallbereich sind. Auf diese Weise wird das unter Umständen durch die kleine mittige Öffnung des topfförmigen Prallbereiches noch in den Bereich des Spülluftvorhangs eindringende Abgas sicher und schnell abgeführt und eine Verunreinigung der Sensor- bzw. Beleuchtungsanordnung bzw. von diesen Anordnungen vorgeschalteten Fenstern mit Sicherheit vermieden.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen dabei schematische Messkammeranordnungen nach dem Stande der Technik, Fig. 3 zeigt eine entsprechende Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 bis 6 zeigen Details einer erfindungsgemässen Vorrichtung betreffend die Messkammer und die Zuführleitung, und Fig. 7 zeigt eine im wesentlichen den Fig. 4 bis 6 entsprechende Messkammer eingebaut in einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Bei der Anordnung nach dem Stande der Technik gemäss Fig. 1 ist eine im wesentlichen rohrförmige Messkammer 1 vorgesehen, die im Bereich eines ihrer offenen Enden 2,3 eine hier nicht dargestellte einstrahlende Beleuchtungsanordnung und im Bereich des gegenüberliegenden Endes 3,2 eine ebenfalls nicht dargestellte Sensoranordnung aufweist. Im Mittenbereich 4 der Messkammer 1 ist eine in diese
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einmündende Zuführleitung 5 vorgesehen, mittels der im Messbetrieb der Vorrichtung Abgas zugeführt wird.
Die Strömung dieses zugeführten Abgases legt sich nach der Aufteilung in die beiden Rohrhälften 6,7 der Messkammer 1 vorerst wie anhand der Strömungslinien 8 ersichtlich an der glatten Innenwand der Messkammer 1 an, womit eine Vergleichmässigung des symbolisch eingezeichneten und mit 9 gekennzeichneten Geschwindigkeitsprofiles erst zu einem relativ späten Zeitpunkt erreicht wird und eine optimale Befüllung der Messkammer nicht sichergestellt werden kann.
An den beiden offenen Enden 2,3 der Messkammer 1 tritt im Messbetrieb der Vorrichtung das Abgas in ein definiertes Totvolumen 10 aus, verwirbelt nach dem Aufprall an der messkammerseitigen Begrenzung 11 von Spülluftkanälen 12 vor den hier nicht dargestellten Beleuchtungs- bzw. Sensoranordnungen und muss sodann in einem Winkel von ca. 90. an einer Ausströmöffnung 13 einseitig ausströmen. Damit ergeben sich unnötige Reibungsverluste bzw. auch eine unstabile gesamt Messlänge.
Fig. 2 zeigt eine weitere Vorrichtung nach dem Stande der Technik (beispielsweise EP 0 586 363 A1).
Hier ist nun die Messkammer 1 mit relativ grossem Durchmesser ausgeführt und weist eingebaute Blenden 14 auf, welche für eine gegenüber Fig. 1 schnellere Verwirbelung der über die Zuführleitung 5 im Messbetrieb einströmenden Abgase sorgen, womit das Strömungsprofil 9 innerhalb der Messkammer 1 schneller vergleichmässigt wird. Allerdings erzeugen diese Blenden 14 auch relative grosse Totvolumina sowie Reibungsverluste, welche zu einer Verlängerung der Ansprechzeit sowie zu einer Verwirbelung des Trübungsprofiles führen. Ausströmseitig sind die Verhältnisse wiederum ähnlich wie zu Fig. 1 beschriebenzur Vermeidung von Wiederholungen wird diesbezüglich auf die obigen Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
In Fig. 3 ist nun eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung prinzipiell dargestellt. Gegenüber der Einmündung 15 der Zuführleitung 5 ist hier im Mittenbereich 4 der ansonsten innen im wesentlichen glatten Messkammer 1 ein Prallbereich 16 zur Verwirbelung der auftreffenden Gasströme (Strömungslinien bzw.
Pfeile 8) angeordnet, der eine bezüglich der Achse 17 der einmündenden Zuführleitung 5 und der beidseitigen Abströmrichtung (Pfeile 18) der auftreffenden Gasströme symmetrische, gegenüber der Innenwand 19 der Messkammer 1 vertiefte Mulde 20 aufweist. Damit wird nun erreicht, dass sich das im Messbetrieb einströmende Abgas nicht an der Innenwand der Messkammer 1 anlegt, sondern durch die Muldenform verwirbelt und reflektiert wird, womit bereits knapp nach dem Verlassen der Mulde bzw.
Einströmen in die beiden Rohrhälften 6,7 der Messkammer 1 ein weitgehend homogenes Geschwindigkeitsprofil 9 erzielt wird. Dies ermöglicht eine optimale Befüllung der gesamten Messkammer mit dem zu messenden Abgas ohne wesentliche Reibungsverluste.
Gegenüber den offenen Enden 2,3 der erfindungsgemässen Messkammer 1 sind nach Fig. 3 weitere Prallbereiche 21 angeordnet, die das jeweilige Ende 2,3 im wesentlichen topfförmig überdecken, im Bereich 22 des Durchstosses der Achse 23 der Messkammer 1 eine gegenüber deren Innendurchmesser kleine Öffnung 24 aufweisen und deren Rand 25 mit dem Ende 2,3 der Messkammer 1 einen offenen Ringspalt 26 für den Austritt des Gasstromes bildet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Abströmen der Abgase möglichst ohne Verwirbelung und unnötige Reibungsverluste erfolgen kann, was günstige Auswirkungen auf die Stabilität der Messlänge und das Ansprechverhalten hat.
In den Fig. 4 bis 6 ist in verschiedenen Ansichten eine konkret ausgebildete Messkammer 1 samt Zuführleitung 5 für die Verwendung in einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei gleichen bzw. zumindest von der Funktion her gleichwertigen Teilen sind die auch bisher bereits verwendeten Bezugszeichen wieder verwendet. Bezüglich der allgemeinen Ausführungen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zu Fig. 3 verwiesen.
Insbesonders aus der, einen von unten betrachteten Teilschnitt von Fig. 4 darstellenden, Fig. 6 ist zu ersehen, dass die Mulde 20 - in Richtung der Achse 17 der Zuführleitung 5 betrachtet - eine sich mit ihrer längeren Ausdehnung in Richtung der Achse 23 der Messkammer 1 erstreckende Rechteckform aufweist.
Aus dem Längsschnitt nach Fig. 4 bzw. dem Querschnitt nach Fig. 5 ist zu ersehen, dass die Mulde 20 einen im wesentlichen ebenen, gegenüber der Innenwand 19 der Messkammer 1 abgesenkten Boden 27 und im wesentlichen senkrecht zu diesem stehende Seitenwände 28 aufweist. Die Rechteckform der Mulde 20 weist bevorzugt ein Verhältnis von Breite zu Länge im Bereich von 1 : 1, 5 bis 1 : 2, 5 auf, wobei der Boden 27 der Mulde 20 gegenüber der Innenwand 19 der Messkammer 1 um einen Wert 29 im Bereich vom 0, 1- bis 0, 3-fachen des Innendurchmessers 30 der Messkammer 1 abgesenkt ist. Die Übergänge vom Boden 27 zu den Seitenwänden 28 und von diesen zur Innenwand 19 der Messkammer 1 sind im wesentlichen scharfkantig ausgebildet, wobei die Mulde 20 bzw. deren Rechteckform an den Ecken mit einem Radius 31 abgerundet ist.
Der in Fig. 7 dargestellte Teilschnitt durch eine gesamte Vorrichtung zur Trübungsmessung am Abgas einer nicht weiter dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine zeigt als zentralen Teil wiederum die Messkammer 1 samt Zuführleitung 5 ausgebildet wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Am der Messkammer 1 abgewandten Ende der Zuführleitung 5 ist nur schematisch ein Umschaltventil 32 zu erkennen, welches die
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auf nicht dargestellte Weise eingangsseitig mit der Probensonde verbindbare Einströmleitung 33 im normalen Messbetrieb mit der Zuführleitung 5 und damit der Messkammer 1 verbindet. In einer zweiten Schaftstellung wird die Einströmleitung 33 abgeschlossen und Kalibrierluft mittels eines hier nicht dargestellten Ventilators von oben her in die Zuführleitung 5 gedrückt.
Der am offenen Ende 3 der Messkammer 1 angeordnete weitere Prallbereich 21 ist hier in einem Bauteil mit dem Spülluftkanal 12 kombiniert, dem von der in der Darstellung oberen Seite her ebenfalls vom nicht dargestellten Ventilator Spülluft zugeführt wird, die unten ausströmt und somit einen Spülluftvorhang vor der Beleuchtungs- bzw. Sensoranordnung 34 bildet. Der Rand 25 des topfförmigen weiteren Prallbereiches 21 weist hier einen Innendurchmesser im Bereich vom 2- bis 3-fachen des Innendurchmessers 30 der Messkammer 1 auf, wobei der Abstand 34'vom Ende 3 der Messkammer 1 bis zum Boden 35 etwa der Breite des Ringspalts 26 zwischen Ende 3 der Messkammer 1 und Rand 25 des topfförmigen Prallbereiches 21 entspricht.
Zwischen der Aussenseite 36 des topfförmigen Prallbereiches 21 und der Sensor- bzw. Beleuchtungsan- ordnung 34 sind einzelne Spülluftvorhänge hier in drei Kanälen 37 im wesentlichen senkrecht zur Achse 23 der Messkammer 1 geführt, wobei die Kanalwände im Bereich der Durchstosspunkte der Achse 23 der Messkammer 1 Öffnungen 38 aufweisen, die vorzugsweise gleich der Öffnung 24 im zugeordneten topfförmigen Prallbereich 21 sind.
Das aus dem Ringspalt 26 im Messbetrieb der Vorrichtung austretende Abgas, bzw. die dort im Kalibrierbetrieb austretende Kalibrierluft, wird an Gehäuseöffnungen 39 ins Freie geleitet, welche im Mittenbereich des Gehäuses 40 in der Darstellung hinter dem Prallbereich 16 angeordnet sind.
Aufgrund der beschriebenen Prall bereiche am mittigen Eintritt in die Messkammer und an den endseitigen Austritten aus der Messkammer kann diese und damit die gesamte Vorrichtung sehr kurz gebaut werden, ohne dass Messgenauigkeit oder Ansprechgeschwindigkeit negativ beeinflusst werden.
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The invention relates to a device for measuring turbidity on particle-laden gas streams, in particular on the exhaust gas of a diesel internal combustion engine, with an essentially tubular measuring chamber which has an illuminating lighting arrangement in the region of one of its open ends and a sensor arrangement in the region of the opposite end, and with an Middle area of the measuring chamber into this feed line.
Devices of this type and the measurement methods carried out with them operate according to Beer-Lambert law, according to which a weakening of a light beam is caused by the particles in the gas or exhaust gas. The magnitude of the weakening is used as a measure of the particle load in the gas. In the specifically mentioned case of exhaust gas measurement on diesel internal combustion engines, the exhaust gas is usually led into the measuring chamber by the back pressure of the internal combustion engine via a probe in the exhaust pipe with a connecting probe hose, whereby an upstream switching valve enables calibration and purging even when the internal combustion engine is running.
In connection with diesel internal combustion engines used as drive motors in vehicles, periodic emissions tests are now prescribed by law in a large number of countries, with the optimal filling of the measuring chamber with the exhaust gas to be measured being required to ensure reproducible and comparable results. In the previously known constructive designs of such devices, however, there are often difficulties with the desired rapid response behavior of the measuring chamber.
For example, in the case of a feed line that merges into the middle of the measuring chamber in the form of a simple T-piece, the flow, after the division into the two-sided measuring chamber halves, settles on a smooth inner wall of the measuring chamber, which takes a relatively long distance from the measuring chamber flowed-in exhaust gas enables a uniformity of the speed profile over the cross section of the measuring chamber. This means that an optimal filling of the measuring chamber cannot be ensured, or a relatively long measuring chamber length is required (results in poor response of the measuring chamber) in order to be able to measure with some certainty (see also Fig. 1 and the associated description).
Furthermore, from EP 0 586 363 A1, for example, a device of the type mentioned at the outset has become known, in which, due to the orifices built into a tubular measuring chamber with a relatively large diameter, rapid swirling of the exhaust gas flowing into the center and thus a relatively rapid homogenization of the flow profile of the exhaust gas within the measuring chamber is reached.
However, these built-in orifices produce a large dead volume and friction losses, which in turn leads to an increase in the response time and also to turbulence in the turbidity profile (see also FIG. 2 and the associated description).
The object of the present invention is to improve a device of the type mentioned at the outset in such a way that the flow profile of the exhaust gas supplied in the central region of the measuring chamber is smoothed as quickly as possible to both sides of the measuring chamber, so that the measuring chamber is optimally filled and a quick response is possible.
This object is achieved in a device of the type mentioned at the outset in accordance with the present invention in that a baffle area with a surface deviating from the otherwise essentially smooth inner wall of the measuring chamber is arranged opposite the junction of the feed line in the measuring chamber. Due to the targeted design of this impact area, the exhaust gas supplied does not touch the inner wall of the measuring chamber, but is swirled and reflected by the impact area, after which the speed profile across the measuring chamber cross-section quickly becomes even after the pratt area .
As a result of this effect, the other inner wall of the measuring chamber can be made smooth and without significant friction losses, which results in a very fast response behavior with optimal filling of the measuring chamber and largely excluded turbulence in the turbidity profile.
In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the impact region has a trough which is essentially symmetrical with respect to the axis of the opening supply line and the outflow direction of the impinging gas streams and is recessed with respect to the inner wall of the measuring chamber. This trough enables the impact area to be designed in a structurally very simple manner, which very effectively reflects the exhaust gas flow supplied and ensures rapid swirling while preventing contact with the inner wall of the measuring chamber.
In a further embodiment of the invention it is provided that the trough - viewed in the direction of the axis of the feed line - has a rectangular shape with its longer extension in the direction of the axis of the measuring chamber, an essentially flat bottom, and substantially lower than the inner wall of the measuring chamber has perpendicular to this side walls. This shape of the trough or the impact area has proven itself in practical implementation and made it possible
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also a simple manufacture of the measuring chamber.
In a particularly preferred embodiment of the invention, the rectangular shape of the depression described can have a ratio of width to length in the range from 1: 1.5 to 1.2.5, which in practical tests has proven to be very effective for the desired swirling and as quickly as possible Uniformity of the velocity profile of the exhaust gas supplied has shown on both sides of the measuring chamber.
According to a further embodiment of the invention, the bottom of the trough can be lowered by a value in the range from 0.1 to 0.3 times the inner diameter of the measuring chamber, which is also very effective in practical tests has demonstrated the goals set.
According to another further development of the invention, the transitions from the trough to the inner wall of the measuring chamber are essentially sharp-edged, which has a very positive influence on the swirling of the flow in this area for the purposes of the present invention.
In order not to influence the exhaust gas which is supplied and described in terms of its speed profile quickly and simply on the outflow side from the two open ends of the measuring chamber in a manner which is unfavorable for the filling or stability of the measuring length, a further embodiment of the invention is preferably provided that opposite the open ends in front of the lighting arrangement or the sensor arrangement of the measuring chamber, further impact areas are arranged, which essentially cover the respective end in a pot-shaped manner, in the region of the penetration of the axis of the measuring chamber have an opening that is small compared to their inner diameter and the edge of which ends the measuring chamber forms an open annular gap for the exit of the gas flow.
In the two known devices of the type mentioned (see also FIGS. 1 and 2) described at the outset, a defined dead volume is provided on the outflow side, in which the exhaust gas emerging is swirled and from which it is then at a lateral outflow opening at an angle of approx. 90. must flow out.
This turbulence and the forced one-sided, narrow outflow result in friction losses and undesirable influences on the response of the measurement or the stability of the measuring length. In contrast, the described, corresponding configuration of the device according to the present invention achieves a simple deflection of the exiting exhaust gas on all sides without substantial swirling and influencing the stability of the measuring length, after which the exhaust gas can flow out in a rotationally symmetrical manner about the axis of the measuring chamber on all sides.
The lowest possible resistance is thus opposed to the outflowing exhaust gas and the least possible mixing between the outflowing exhaust gas and the scavenging air curtain which is usually provided for the lighting arrangement and for the sensor arrangement is ensured.
In the last-mentioned context, a further embodiment of the invention is particularly advantageous, according to which the edge of the cup-shaped further impact areas has an inside diameter in the range from 2 to 3 times the inside diameter of the measuring chamber, the distance from the end of the measuring chamber to the bottom of the each pot-shaped impact area corresponds approximately to the width of the annular gap between the end of the measuring chamber and the edge of the pot-shaped impact area. This provides the lowest possible resistance for the exhaust gas emerging from the end of the measuring chamber and deflected by means of the cup-shaped impact area.
In a further embodiment of the invention, purging air curtains are guided in several channels essentially perpendicular to the axis of the measuring chamber between the outside of the pot-shaped further impact areas and the sensor or lighting arrangement, the channel walls having openings in the area of the intersection point of the axis of the measuring chamber are preferably equal to the opening in the associated cup-shaped impact area. In this way, the exhaust gas which may possibly enter the region of the scavenging air curtain through the small central opening of the pot-shaped impact area is discharged safely and quickly, and contamination of the sensor or lighting arrangement or windows upstream from these arrangements is reliably avoided.
The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. 1 and 2 show schematic measuring chamber arrangements according to the prior art, FIG. 3 shows a corresponding arrangement according to the present invention, FIGS. 4 to 6 show details of a device according to the invention relating to the measuring chamber and the feed line, and FIG. 7 shows one 4 to 6 corresponding measuring chamber installed in a device according to the present invention.
In the arrangement according to the prior art according to FIG. 1, an essentially tubular measuring chamber 1 is provided which in the area of one of its open ends 2, 3 has an illuminating lighting arrangement, not shown here, and in the area of the opposite end 3, 2, also not shown Has sensor arrangement. In the central region 4 of the measuring chamber 1 there is one
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opening supply line 5 is provided, by means of which exhaust gas is supplied to the device during measuring operation.
The flow of this supplied exhaust gas settles into the two tube halves 6, 7 of the measuring chamber 1 for the time being, as can be seen from the flow lines 8, on the smooth inner wall of the measuring chamber 1, so that the speed profile, which is symbolically shown and marked with 9, becomes even more uniform is reached relatively late and optimal filling of the measuring chamber cannot be ensured.
At the two open ends 2, 3 of the measuring chamber 1, the exhaust gas exits into a defined dead volume 10 during measuring operation of the device, swirls after the impact at the measuring chamber-side boundary 11 of purge air channels 12 in front of the lighting or sensor arrangements (not shown here) and must then Flow out on one side at an angle of approximately 90 ° at an outflow opening 13. This results in unnecessary friction losses or an unstable overall measuring length.
2 shows a further device according to the prior art (for example EP 0 586 363 A1).
Here, the measuring chamber 1 is now designed with a relatively large diameter and has built-in orifices 14 which, compared to FIG. 1, ensure a faster swirling of the exhaust gases flowing in via the feed line 5 during the measuring operation, so that the flow profile 9 within the measuring chamber 1 is more uniform. However, these orifices 14 also produce relatively large dead volumes and friction losses, which lead to an increase in the response time and to turbulence in the turbidity profile. On the outflow side, the conditions are again similar to that described in relation to FIG. 1, in order to avoid repetition, reference is made in this regard to the above explanations for FIG. 1.
In Fig. 3, an arrangement according to the present invention is shown in principle. Opposite the mouth 15 of the feed line 5 there is a baffle area 16 in the central area 4 of the otherwise essentially smooth measuring chamber 1 for swirling the impinging gas flows (flow lines or
Arrows 8) is arranged, which has a trough 20 which is symmetrical with respect to the axis 17 of the opening supply line 5 and the outflow direction on both sides (arrows 18) of the impinging gas streams and is recessed with respect to the inner wall 19 of the measuring chamber 1. What is now achieved is that the exhaust gas flowing in during measuring operation does not abut the inner wall of the measuring chamber 1, but is swirled and reflected by the trough shape, which means that it leaves the trough just after leaving or
A largely homogeneous velocity profile 9 is achieved in the two tube halves 6, 7 of the measuring chamber 1. This enables the entire measuring chamber to be optimally filled with the exhaust gas to be measured without significant friction losses.
3 further baffle areas 21 are arranged opposite the open ends 2, 3 of the measuring chamber 1 according to the invention, which essentially cover the respective end 2, 3 in a cup-shaped manner, in the area 22 of the penetration of the axis 23 of the measuring chamber 1, an opening that is small compared to its inner diameter 24 and the edge 25 forms with the end 2, 3 of the measuring chamber 1 an open annular gap 26 for the exit of the gas flow. This ensures that the exhaust gases can flow away without turbulence and unnecessary friction losses, which has a favorable effect on the stability of the measuring length and the response.
4 to 6, a specifically designed measuring chamber 1 together with feed line 5 for use in a device according to the present invention is shown in different views. In the case of identical or at least functionally equivalent parts, the reference numerals which have already been used so far are used again. With regard to the general statements, reference is made to the above statements relating to FIG. 3 in order to avoid repetitions.
In particular, from FIG. 6, which shows a partial section of FIG. 4 viewed from below, it can be seen that the trough 20 - viewed in the direction of the axis 17 of the feed line 5 - has a longer extension in the direction of the axis 23 of the measuring chamber 1 has a rectangular shape.
From the longitudinal section according to FIG. 4 or the cross section according to FIG. 5 it can be seen that the trough 20 has a substantially flat bottom 27 which is lowered with respect to the inner wall 19 of the measuring chamber 1 and essentially perpendicular to the side walls 28. The rectangular shape of the trough 20 preferably has a ratio of width to length in the range from 1: 1.5 to 1: 2.5, the bottom 27 of the trough 20 relative to the inner wall 19 of the measuring chamber 1 by a value 29 in the range from 0.1 to 0.3 times the inner diameter 30 of the measuring chamber 1 is lowered. The transitions from the floor 27 to the side walls 28 and from these to the inner wall 19 of the measuring chamber 1 are essentially sharp-edged, the trough 20 or its rectangular shape being rounded at the corners with a radius 31.
The partial section shown in FIG. 7 through an entire device for turbidity measurement on the exhaust gas of a diesel internal combustion engine (not shown further) shows, as a central part, the measuring chamber 1 together with the feed line 5, as shown in FIGS. 4 to 6. At the end of the feed line 5 facing away from the measuring chamber 1, a changeover valve 32 can be seen only schematically, which the
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In normal measuring mode, the inflow line 33, which is connectable to the sample probe on the input side in a manner not shown, connects the supply line 5 and thus the measuring chamber 1. In a second shaft position, the inflow line 33 is closed and calibration air is pressed into the supply line 5 from above by means of a fan (not shown here).
The further impact region 21 arranged at the open end 3 of the measuring chamber 1 is combined here in one component with the purge air duct 12, to which purge air is also supplied from the upper side in the illustration, also from the fan (not shown), which flows out at the bottom and thus a purge air curtain in front of the Illumination or sensor arrangement 34 forms. The edge 25 of the pot-shaped further impact region 21 here has an inside diameter in the range from 2 to 3 times the inside diameter 30 of the measuring chamber 1, the distance 34 ′ from the end 3 of the measuring chamber 1 to the bottom 35 being approximately the width of the annular gap 26 between end 3 of measuring chamber 1 and edge 25 of pot-shaped impact region 21.
Between the outside 36 of the pot-shaped baffle area 21 and the sensor or lighting arrangement 34, individual scavenging air curtains are here guided in three channels 37 essentially perpendicular to the axis 23 of the measuring chamber 1, the channel walls in the area of the intersection points of the axis 23 of the measuring chamber 1 Have openings 38, which are preferably equal to the opening 24 in the associated cup-shaped impact region 21.
The exhaust gas emerging from the annular gap 26 in the measuring operation of the device, or the calibration air exiting there in the calibration operation, is conducted outside to housing openings 39 which are arranged in the center region of the housing 40 behind the impact region 16 in the illustration.
Due to the described impact areas at the central entry into the measuring chamber and at the end exits from the measuring chamber, this and thus the entire device can be made very short without the measuring accuracy or response speed being adversely affected.