AT503136A4 - Kammer zur messung von verdunstungs- und/oder verdampfungsemissionen eines objekts - Google Patents

Description

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Kammer zur Messung von Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen eines Objekts
Die Erfindung betrifft eine Kammer (SHED) zur Messung von Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen eines Objekts, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welche zum Ausgleich von während der Messung stattfindenden Temperatur- und Druckschwankungen mit einer Volumsausgleichseinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Beutelelement, versehen ist.
Zur Messung von Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen wie z.B. von Kohlenwasserstoffen, die von mit Kraftstoff betriebenen Motoren, von Kraftfahrzeugen etc., an die Umgebungsluft abgegeben werden, sind Generalkammern in Form von SHED (= Seald Housing for Evaporative Determination) im Einsatz. Eine solche Generalkammer ist beispielsweise aus der DE 41 27 435 C3 bekannt.

   Diese Generalkammer ist, nachdem das zu messende Objekt in der Generalkammer angeordnet ist, dicht verschliessbar, wobei bei der Messung zur Kompensation von während der Messung auftretenden Temperaturschwankungen bzw. Drucksschwankungen im Inneren der Generalkammer eine Volumsausgleichseinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise in Form eines Beutelelements oder in Form einer beweglichen Wand der Generalkammer, bei deren Bewegen das Volumen der Generalkammer verkleinerbar oder vergrösserbar ist.
Generalkammern dieser Art ermöglichen eine sehr genaue Feststellung von Verdunstungsund/oder Verdampfungsemissionen, haben jedoch den Nachteil, dass bei einem Objekt, das zwei oder mehrere Emissionsquellen aufweist,

   nur eine Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemission des gesamten Objekts feststellbar ist.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Kammer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Gesamtverdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen eines Objekts dahingehend zu verbessern, dass einzelne Problemkomponenten des Objekts hinsichtlich der Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen detektiert werden können, wodurch das Setzen von Verbesserungsmassnahmen ermöglicht wird.

   So ist es insbesondere bei Kraftfahrzeugen von Interesse, welche Komponenten des Kraftfahrzeuges wesentlich zur Gesamtemission des Kraftfahrzeuges beitragen.
Diese Aufgabe wird erfindungs gemäss dadurch gelöst, dass die Kammer direkt mit einer Emissionsquelle des ausserhalb der Kammer angeordneten Objekts leitungsmässig verbindbar ist. Hierdurch ist es möglich, mit relativ kleinen Kammern, die vorzugsweise ein Volumen von max. 600 Litern, insbesondere ein Volumen von 300-400 Litern aufweisen, Messungen durchzufuhren. Für Kammern dieser Dimensionen ist es besonders wichtig bei der Durchführung der Messung, innerhalb der Kammer über das gesamte Volumen gleichmässige Gasverhältnisse zu sichern. Es ist also eine schnelle und zuverlässige Durchmischung der in der Kammer befindlichen und die Schadstoffe aufnehmenden Gase zu erzielen.

   Dies ist vorzugsweise dadurch zu bewerkstelligen, dass in der Kammer ein Ventilator vorgesehen ist, der von ausserhalb der Kammer berührungslos antreibbar ist, vorzugsweise mittels einer Magnetkoppelung von einem ausserhalb der Kammer angeordneten Elektromotor.
Um gleichzeitig auch die gesamten Emissionen eines Objekts feststellen zu können, ist vorzugsweise zumindest eine erfindungsgemässe Kammer in einer das Objekt und die Kammer zur Gänze dicht einschliessenden Generalkammer vorgesehen.
Zweckmässig ist die Kammer zur Sicherung kurzer Leitungsverbindungen zur Emissionsquelle und damit zur Erhöhung der Messgenauigkeit transportabel, wie z.B.

   mit einem Fahrgestell, ausgebildet.
Zweckmässig ist eine Analyseeinrichtung zur Analyse der Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemisssionen ausserhalb der Kammer vorgesehen, die über eine Gaszufuhr- und Gasrückführleitung mit der Kammer leitungsmässig in Verbindung bringbar ist.
Vorzugsweise sind innerhalb der Kammer und/oder innerhalb der gegebenenfalls vorhandenen Generalkammer eine Temperaturmesseinrichtung und eine Druckmesseinrichtung vorgesehen.
Gemäss einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist in der Generalkammer ein Ventilator zur Vergleichmässigung der Temperaturverteilung und zur Vergleichmässigung der chemischen Zusammensetzung der Gase innerhalb der Generalkammer vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Ka mr von einer Generalkammer umgeben,

   die ebenfalls an eine ausserhalb von ihr angeordnete Analyseeinrichtung zur Analyse der Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen anschliessbar ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Blick in eine Generalkammer, in der drei erfindungsgemässe Kammern installiert sind. Fig. 2 veranschaulicht eine Frontansicht einer erfindungsgemässen Kammer, Fig. 3 ein Detail im Schnitt im vergrösserten Massstab. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen die prinzipielle Funktion der erfindungsgemässen Kammern, Fig. 5 veranschaulicht ein Schaltbild zum Füllen bzw.

   Leeren des in der Kammer vorgesehenen Beutelelements mit einem vorbestimmten Volumen.
In einer luftdicht verschliessbaren Kammer, die im Nachfolgenden als Generalkammer 1 bezeichnet ist, ist ein Kraftfahrzeug 2 eingebracht. Zum Ausgleich von durch Temperaturund/oder Druckschwankungen verursachten Volumsänderungen ist im Inneren der Generalkammer 1 an deren Decke 3 ein Ausgleichsbehälter 4 vorgesehen, dessen Innenraum über eine die Decke 3 durchsetzende Leitung 5 mit dem die Generalkammer 1 umgebenden Aussenraum verbunden ist.

   Der Ausgleichsbehälter 4 ist aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt, sodass sein Volumen variierbar ist.
Weiters ist in der Generalkammer 1 ein Ventilator 6, gegebenenfalls mit Temperiereinrichtung, zur Vergleichmässigung der Temperaturverteilung und auch zur Vergleichmässigung der chemischen Zusammensetzung der innerhalb der Generalkammer 1 vorhandenen Gase eingebaut.
Im Inneren der Generalkammer 1 sind drei erfindungsgemässe Kammern 7 vorgesehen, die ebenfalls gasdicht abschliessbar sind. Der Innenraum jeder der Kammern 7 ist an eine Emissionsquelle 8, 9, 10 des Kraftfahrzeugs 2 über Rohrstützen 11 anschliessbar.

   So ist die in Front des Kraftfahrzeugs 2 angeordnete Kammer 7 an die Ansaugöff[eta]ung 8 des Motors, die am Heck des Kraftfahrzeugs 2 angeordnete Kammer 7 an den Auspuff 9 und die seitlich des Kraftfahrzeugs 2 vorgesehene Kammer 7 an den Tankeinfüllstutzen 10 angeschlossen.
Im Innern jeder der Kammern 7 befindet sich ein Beutelelement 12, das für einen Volumsausgleich sorgt, um Volumsänderungen, hervorgerufen durch Temperatur- und Druckschwankungen, auszugleichen. Zur Vergleichmässigung der im Inneren der Kammern 7 vorhandenen Gase ist in jeder der Kammern ein Ventilator 13 vorgesehen, der berührungslos von ausserhalb jeder der Kammern 7 antreibbar ist, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist. Ausserhalb der Kammer 7 ist jeweils ein Elektromotor 14 angeordnet, an dessen Antriebswelle 15 ein Träger 16 befestigt ist, an dessen radialen Enden Magnete 17 vorgesehen sind.

   Im Inneren jeder Kammer 7 ist in Achsrichtung der Antriebswelle 15 des Elektromotors 14 ein Ventilatorflügel 18 des Ventilators 13 drehbar gelagert, der ebenfalls mit Magneten 19 ausgestattet ist, sodass bei Rotation des Trägers 16 dessen Magnete den Ventilator 13 mit seinem Ventilatorflügel 18 in Drehung versetzen. Das Innere des Beutelelements steht mit dem Innenraum der Generalkammer leitungsmässig in Verbindung.
Das Gehäuse jeder Kammer 7 ist vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt und das Gesamtvolumen jeder Kammer 7 inkl. Beutelelement 12 liegt vorzugsweise zwischen 300 und 400 Litern. Dieses Volumen hat sich als zweckmässig erwiesen, um bei Messungen der Emissionen aus dem Auspufftrakt die Volumvserkleinerung bei der Abkühlung des heissen Abgases im Auspuff ausgleichen zu können, wie dies in Fig. 4a und Fig. 4b veranschaulicht ist.

   Fig. 4a zeigt den Anschluss eines heissen Auspuffes 9 an das Innere einer Kammer, Fig. 4b veranschaulicht die Verhältnisse im Inneren der Kammer nach Erkalten des Auspuffes 9.
Das relativ geringe Gesamtvolumen der Kammer 7 ermöglicht eine geringe Grundfläche der Kammer 7 und eine leichte Transportfahigkeit, zu welchem Zweck die Kammern auf einem Fahrgestell 20 angeordnet werden können, wie dies in Fig. 1 in schematischer Darstellung angedeutet ist. Hierdurch lässt sich jede der Kammern 7 möglichst nahe zur Emissionquelle 8, 9, 10 anordnen.
Die Kammern 7 weisen grosse, dicht verschliessbare Einbau- und Montageöffhungen 21 auf, sodass jeder Punkt innerhalb der Kammer von Hand aus erreicht werden kann.

   Jede der Kammern 7 weist weiters Spülöff[eta]ungen 22 auf, um nach einer Verdunstungsemissionsmessung eine mehr oder minder grosse Menge verdunsteter Kohlenwasserstoffe aus der Kammer 7 wieder entfernen zu können, und zwar durch Spülung mit Frischluft. Die Spülöffnungen 22 befinden sich oberhalb des Beutelelements 12, wodurch eine gute Durchströmung mit Frischluft gesichert ist. Es hat sich als Vorteil erwiesen, das Beutelelement an der Decke 23 der Kammer 7 aufzuhängen, weil hierdurch während des Spülens das Beutelelement 12 durch die Luftströmung hin- und herschwingt, was eine Verbesserung der Durchmischung und somit eine sehr effiziente Spülung mit Frischluft sichert.
Das Beutelelement 12 ist über einen Teflonschlauch 24 mit den die Kammer 7 umgebenden Gasen, beispielsweise Umgebungsluft, leitungsmässig verbunden.

   Diese leitungsmässige Verbindung lässt sich über ein nicht näher dargestelltes elektromagnetisches Ventil öffnen oder schliessen. Eine Schliessung ist erforderlich, um das Volumen des Beutelelements 12 auf einen gewünschten Wert vor einer Messung einzustellen. Ein Analysengerät 25 zur Analyse der im Inneren der Kammer 7 befindlichen Gase ist ausserhalb der Generalkammer 1 angeordnet und kann wahlweise leitungsmässig mit dem Innenvolumen jeder der Kammern 7 verbunden werden.
Das Analysegerät 25 ist zu diesem Zweck jeweils über eine Zu- und eine Rücklaufleitung 26, 27 und Absperr- bzw. Umschaltventile 28 mit dem Innenvolumen der Kammern verbindbar.
Das Analysegerät 25 liefert als Messergebnis eine Kohlenwasserstoffkonzentration.

   Um die eigentliche Menge an Kohlenwasserstoff bestimmen zu können, müssen die Konzentration der Kohlenwasserstoffe sowie das Volumen, in dem diese Konzentration auftritt, bekannt sein. Das Volumen der Kammer 7 ist jeweils bekannt, das Volumen des Beutelelements 12 muss jedoch genau bestimmt werden können.
Dazu wird vor Beginn einer Messung das Beutelelement 12 leer gesaugt. Dann wird über eine Messturbine 30 das Startvolumen des Beutelelements 12 und der Beutelanschluss bis zum Beginn der Messung gesperrt. Während der Messung verändert sich das Volumen des Beutelelements 12 durch die Temperaturschwankungen. Am Ende der Messung herrscht wieder dieselbe Temperatur wie am Anfang. Deshalb sollte auch das Beutelvolumen wieder dasselbe sein. Dann kann auf eine erneute Messung des Beutel volumens am Ende der Messung verzichtet werden.

   Bei Messungen der Verdunstungsemissionen aus dem Auspufftrakt während des Hot Soak Test verringert sich das Volumen der Gase im Auspuff. Deshalb muss der Beutelinhalt nach dem Test neu gemessen werden. Dies geschieht, indem der Beutel nach der Messung leer gesaugt wird, wobei der Luftstrom über eine Messturbine 30 geleitet wird.
Das Füllen und Leeren des Beutelelements 12 erfolgt über eine Füll- und Leeranlage, die von einer Pumpe 29 angetrieben wird.
Wird das Beutelelement 12 mit dem Druckanschluss der Pumpe 29 verbunden, so wird er gefüllt. Gleichzeitig wird der Sauganschluss der Pumpe 29 aber mit der Messturbine 30 verbunden, die so die in das Beutelelement 12 gepumpte Luftmenge misst. Wird das Beutelelement 12 geleert, so wird der Sauganschluss der Pumpe 29 mit dem Beutelelement 12 verbunden und der Druckanschluss auf die Messturbine 30 geschaltet.

   So kann auch in diesem Fall die abgesaugte Luftmenge genau bestimmt werden. Jede der Kammern 7 weist zudem noch eine Temperatur- und Druckmesseinrichtung 31, 32 auf.
Mit den gegenständlichen Kammern 7 können Verdunstungsemissionen aus beispielsweise den folgenden Quellen am Fahrzeug gezielt erfasst werden:
Ansaugtrakt
Auspuffsystem
Aktivkohlebehälter
Kurbelgehäuseentlüftung
Getriebeentlüftung
Differentialentlüftung, falls vorhanden
Tankeinfüllstutzen
Weiters ist es möglich, mit einer speziellen Vorrichtung verschiedene Tankdeckel separat zu prüfen oder auch einzelne Komponenten, die von den baulichen Abmessungen in die Kammer passen, auf Ihre Verdunstungsemissionen zu testen.
Standardablauf:
Nach der Vorbereitung und Vorkonditionierung (Beladung der Aktivkohlefalle, Fahrzyklen auf dem Rollenprüfstand) wird das Kraftfahrzeug 2 dem folgenden Prüfablauf unterworfen:

  
- Kraftfahrzeug 2 in die Generalkammer 1 einbringen Generalkammer 1 gasdicht verschliessen
- Heissabstellprüfung bei konstanter Kammertemperatur über 1 Stunde Abstellperiode, Konditionieren des Fahrzeuges bei 20 [deg.]C
- Tagesemissionsprüf[upsilon]ng bei variabler Kammertemperatur über 24 Stunden
Während der Heissabstell- und Tagesemissionsprüfung wird die in der Generalkammer 1 befindliche Luft analysiert und ihr Kohlenwasserstoffgehalt bestimmt, was ebenfalls mit dem Analysegerät 25 erfolgt.

   Damit ist es lediglich möglich, die Verdunstungsemission des gesamten Fahrzeuges zu ermitteln.
Erweitertes Verfahren mit Kammern:
Der Prüfablauf entspricht im Wesentlichen dem Standardverfahren mit dem Unterschied, dass vor dem Verschliessen der Generalkammer 1 die Kammern 7 an verschiedene Komponenten des Kraftfahrzeuges 2, wie beispielsweise den Ansaugtrakt 8 und den Auspuff 9 oder die Austrittsöffnungen der Aktivkohlefalle und der Kurbelgehäuse- bzw. Getriebeentlüftung, angeschlossen werden. Damit ist es nun möglich, zusätzlich zur Fahrzeug-Gesamtemission, die Verdunstungsemissionen aus diesen speziellen Bereichen zu bestimmen und somit ganz gezielt eventuelle Problemzonen detektieren zu können.

   Dadurch wird das Setzen von Verbesserungsmassnahmen wesentlich vereinfacht bzw. überhaupt erst ermöglicht.
Beispiel:
Die Gesamtverdunstungsemission eines Kraftfahrzeuges 2 beträgt 2,3 g pro Test. Mit Hilfe der Kammer wurden die folgenden Teilemissionen ermittelt:
Auspuff: 0,1 g
Ansaugtrakt: 0,3 g
Tankeinfüllstutzen: 0,2 g
Aktivkohlefalle: 1,2 g
 <EMI ID=7.1> 
Kurbelgehäuseentlüftung: 0,1 g
Rest (Kunststoffe, Lack etc.): 0,4 g
Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass es durch die Verwendung der Kammer 7 ermöglicht wurde, die Aktivkohlefalle des Kraftfahrzeuges 2 als Hauptemittent zu lokalisieren. Mit dieser Erkenntnis wird nun klar, in welchem Bereich man gezielte
Verbesserungsmassnahmen setzen muss, um die Verdunstungsemission des Kraftfahrzeuges 2 auf ein den gesetzlichen Anforderungen entsprechendes Niveau zu reduzieren.

Claims (9)

P atentansprüche :

1. Kammer (7) (SHED) zur Messung von Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen eines Objekts (2), insbesondere eines Kraftfahrzeuges (2), welche zum Ausgleich von während der Messung stattfindenden Temperatur- und Druckschwankungen mit einer Volumsausgleichseinrichtung (12), vorzugsweise ausgebildet als Beutelelement (12), versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) direkt mit einer Emissionsquelle (8, 9, 10) des ausserhalb der Kammer (7) angeordneten Objekts (2) leitungsmässig verbindbar ist.

2. Kammer (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (7) ein Ventilator (13) vorgesehen ist, der von ausserhalb der Kammer (7) berührungslos antreibbar ist, vorzugsweise mittels einer Magnetkoppelung (17, 19) von einem ausserhalb der Kammer (7) angeordneten Elektromotor (14).

3. Kammer (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einer weiteren das Objekt (2) zur Gänze dicht einschliessenden Generalkammer (1) zur Messung von Verdunstung und/oder Verdampfungsemissionen des gesamten Objekts (2) umgeben ist.

4. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenzeichnet, dass sie zur Erzielung kurzer Leitungsverbindungen zur Emissionsquelle (8, 9, 10) transportabel ist.

5. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Volumen von maximal 600 Liter, vorzugsweise ein Volumen von 300 bis 400 Liter aufweist.

6. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Analyseeinrichtung (25) zur Analyse der Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemisssionen ausserhalb der Kammer (7) vorgesehen ist, die über eine Gaszufuhr- und Gasrückführleitung (26, 27) mit der Kammer (7) leitungsmässig in Verbindung bringbar ist.

7. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kammer (7) und/oder innerhalb der gegebenenfalls vorhandenen Generalkammer (1) eine Temperaturmesseinrichtung (31) und eine Druckmesseinrichtung (32) vorgesehen sind.

8. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einer Generalkammer (1) umgeben ist, in der ein Ventilator (6) zur Vergleichmässigung der Temperaturverteilung und zur Vergleichmässigung der chemischen Zusammensetzung der Gase innerhalb der Generalkammer (1) vorgesehen ist.

9. Kammer (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einer Generalkammer (1) umgeben ist, die ebenfalls an eine ausserhalb von ihr angeordnete Analyseeinrichtung 25 zur Analyse der Verdunstungs- und/oder Verdampfungsemissionen anschliessbar ist.