AT518900A4 - Exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams - Google Patents
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Abstract
Es sind Abgasanalysesysteme zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen mit einer Fluidleitung (12) mit einem Probengaseinlass (10) und einem Probengasauslass (42), einem Messgerät (70) zur Bestimmung der Konzentration zumindest einer Komponente im Abgasstrom, welches in der Fluidleitung (12) angeordnet ist, einem Kondensatabscheider (32) der stromaufwärts des Messgerätes (70) in der Fluidleitung (12) angeordnet ist, einer Kondensatleitung (46), die sich von einem Kondensatauslass (44) des Kondensatabscheiders (32) zu einer Kondensatförderpumpe (48) erstreckt, bekannt. Um diese unempfindlich gegen Harnstoffe oder andere bei der selektiven katalytischen Reaktion im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren entstehende Zwischenprodukte zu machen und insbesondere die Kondensatförderpumpe zu schützen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in der Kondensatleitung (46) stromabwärts des Kondensatabscheiders (32) und stromaufwärts der Kondensatförderpumpe (48) ein Kondensatfilter (50) angeordnet ist.There are exhaust gas analysis systems for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams with a fluid line (12) having a sample gas inlet (10) and a Probengasauslass (42), a measuring device (70) for determining the concentration of at least one component in the exhaust stream, which in the fluid line ( 12), a condensate separator (32) disposed upstream of the meter (70) in the fluid line (12), a condensate line (46) extending from a condensate outlet (44) of the condensate separator (32) to a condensate feed pump (48 ), known. To make these insensitive to ureas or other in the selective catalytic reaction in the exhaust system of internal combustion engines resulting intermediates and in particular to protect the condensate pump, the invention proposes that in the condensate line (46) downstream of the Kondensatabscheiders (32) and upstream of the condensate pump (48 ) a condensate filter (50) is arranged.
Description
Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in AbgasströmenExhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams
Die Erfindung betrifft ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen mit einer Fluidleitung, mit einem Probengaseinlass und einem Probengasauslass, einem Messgerät zur Bestimmung der Konzentration, zumindest einer Komponente im Abgasstrom, welches in der Fluidleitung angeordnet ist, einem Kondensatabscheider, der stromaufwärts des Messgerätes in der Fluidleitung angeordnet ist und einer Kondensatleitung, die sich von einem Kondensatauslass des Kondensatabscheiders zu einer Kondensatförderpumpe erstreckt.The invention relates to an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows with a fluid line, with a sample gas inlet and a sample gas outlet, a measuring device for determining the concentration, at least one component in the exhaust gas flow, which is arranged in the fluid line, a condensate separator upstream of the Measuring device is arranged in the fluid line and a condensate line, which extends from a condensate outlet of the condensate to a condensate pump.
Derartige Abgasanalysesysteme zur Messung chemischer Komponenten in Abgasströmen sind bekannt und werden beispielsweise zur Bestimmung von Konzentrationen von Komponenten in Abgasströmen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen genutzt. Neben fest installierten Analysesystemen, beispielsweise an Rollenprüfständen, werden zunehmend auch mobile Analysesysteme eingesetzt.Such exhaust gas analysis systems for measuring chemical components in exhaust gas streams are known and are used for example for determining concentrations of components in exhaust gas streams of internal combustion engines in motor vehicles. In addition to permanently installed analysis systems, for example on chassis dynamometers, mobile analysis systems are increasingly being used.
Aufgrund der stetig strenger werdenden Gesetzgebung und dem daraus resultierenden Zwang der Automobilhersteller, Verbrennungsmotoren mit geringerer Schadstoffmenge herzustellen, ist auch eine immer präzisere Messung erforderlich, weswegen in empfindlichen Messgeräten Störfaktoren ausgeschlossen werden müssen. So ist es bekannt, dass insbesondere Messgeräte, die bei Umgebungstemperaturen beziehungsweise Temperaturen von unter 80°C arbeiten, häufig sehr empfindlich gegen die Anwesenheit von Wasser im Probengasstrom sind, da hier in besonderem Maße mit einer Kondensation des Wasserdampfes aus dem Probengas zu rechnen ist. Flier sind beispielsweise die Messungen der Sauerstoffkonzentration mittels eines elektrochemischen oder eines paramagnetischen Analysators, der die magnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs zur Bestimmung von dessen Konzentration in einem Gasstrom nutzt, die spektroskopische Messung von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Kohlenwasserstoffen mittels des nicht-dispersiven Infrarotsensors oder die spektroskopische Messung von Stickoxiden mittels des nicht-dispersiven Ultraviolettanalysators zu nennen.Due to the ever stricter legislation and the resulting compulsion of automobile manufacturers to produce internal combustion engines with a lower amount of pollutants, an increasingly precise measurement is required, which is why disturbing factors must be excluded in sensitive measuring devices. Thus, it is known that, in particular, measuring instruments which operate at ambient temperatures or temperatures of below 80 ° C. are often very sensitive to the presence of water in the sample gas stream, since a condensation of the water vapor from the sample gas is to be expected in particular. Flier are, for example, the measurements of the oxygen concentration by means of an electrochemical or a paramagnetic analyzer, which uses the magnetic properties of oxygen to determine its concentration in a gas stream, the spectroscopic measurement of carbon monoxide, carbon dioxide or hydrocarbons by means of the non-dispersive infrared sensor or the spectroscopic measurement of nitrogen oxides by means of the non-dispersive ultraviolet analyzer.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen in Verbrennungsmotoren bildet sich jedoch Wasserdampf, der im Abgas gelöst ist, wobei das Abgas im Taupunkt gerade mit Wasserdampf gesättigt ist. Wird die Temperatur des Abgases unter den Taupunkt abgesenkt, kondensiert der Wasserdampf und das Kondensat wird abgeschieden. Zur Vermeidung ungenauer Messergebnisse und erhöhtem Verschleiß der Messgeräte, beispielswiese durch Korrosion, ist daher eine derartige Kondensation im Messgerät dringend zu vermeiden.In the combustion of fuels in internal combustion engines, however, forms water vapor, which is dissolved in the exhaust gas, the exhaust gas is just saturated in the dew point with water vapor. If the temperature of the exhaust gas is lowered below the dew point, the water vapor condenses and the condensate is separated. To avoid inaccurate measurement results and increased wear of the measuring instruments, for example due to corrosion, such condensation in the measuring instrument is therefore urgently to be avoided.
In Abgasanalysesystemen werden daher stromaufwärts dieser Messgeräte Kondensatabscheider zum Abscheiden von Wasser aus den Probengasströmen, welche Wasser oder Wasserdampf aufweisende Abgase enthalten, eingesetzt.In exhaust gas analysis systems, condensate separators are therefore used upstream of these measuring devices for separating water from the sample gas streams, which contain water or water vapor-containing exhaust gases.
Diese nutzen die Absenkung der Probengastemperatur unter den Taupunkt daher gezielt, um den im Gas enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren und vor dem Messgerät abzuscheiden, um das Probengas zu trocknen. Hierzu wird das Probengas über einen Kühler in einen Kondensatabscheider geführt, im Kondensatabscheider das Kondensat aus dem Fluid abgeschieden und das abgeschiedene Kondensat über eine Kondensatförderpumpe abgeführt.They therefore use the lowering of the sample gas temperature below the dew point in a targeted manner in order to condense the water vapor contained in the gas and deposit it in front of the measuring device in order to dry the sample gas. For this purpose, the sample gas is passed through a cooler in a condensate, the condensate separated from the fluid in the condensate and discharged condensate separated via a condensate pump.
Ein solches Abgasanalysesystem ist aus der EP 2 533 029 A1 bekannt. In diesem System ist sowohl vor dem Infrarotanalysator als auch vor dem Ultraviolettanalysator jeweils ein Kondensatabscheider angeordnet, der verhindert, dass Wasser zu den Messgeräten gelangt und vor allem, dass dieses dort kondensieren oder die Messung verfälschen kann. Dabei werden die Kühltemperaturen der Kondensatabscheider so gewählt, dass sie jeweils über der Taupunkttemperatur des zu analysierenden Gases liegen, jedoch möglichst niedrig sind, um eine möglichst große Menge Wasser abzuscheiden.Such an exhaust gas analysis system is known from EP 2 533 029 A1. In this system, both before the infrared analyzer and before the ultraviolet analyzer each a condensate separator is arranged, which prevents water from getting to the measuring instruments and especially that this can condense there or distort the measurement. The cooling temperatures of the condensate are chosen so that they are each above the dew point temperature of the gas to be analyzed, but are as low as possible in order to deposit the largest possible amount of water.
Des Weiteren ist aus der DE 1 946 210 A ein Gerät zur Gasanalyse bekannt, bei dem ebenfalls vor einem Messgerät ein Kondensatabscheider angeordnet ist, an dessen Gasauslass zusätzlich ein Filterelement ausgebildet ist.Furthermore, a device for gas analysis is known from DE 1 946 210 A, in which a condensate separator is likewise arranged in front of a measuring device, to the gas outlet of which a filter element is additionally formed.
In den letzten Jahren werden jedoch in den Abgassystemen der Verbrennungsmotoren immer häufiger Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion verwendet, bei denen in Wasser gelöster Harnstoff in das Abgas eingespritzt wird, um Stickoxide im Abgas zu reduzieren. Dies erfolgt zunächst in einem Reaktor, in dem durch Thermolyse aus Harnstoff Ammoniak undIn recent years, however, in the exhaust systems of internal combustion engines, systems for selective catalytic reduction are increasingly used, in which urea dissolved in water is injected into the exhaust gas to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas. This is done first in a reactor in which by thermolysis from urea ammonia and
Isocyansäure gewonnen werden, und anschließend durch Hydrolyse die Isocyansäure mit Wasser in Ammoniak und CO2 umgewandelt wird. Ammoniak reagiert anschließend in einem SCR-Katalysator mit den Stickoxiden im Abgas, wobei Stickstoff und Wasser gebildet werden.Isocyanic acid are obtained, and then the isocyanic acid is converted with water into ammonia and CO2 by hydrolysis. Ammonia then reacts in an SCR catalyst with the nitrogen oxides in the exhaust gas, whereby nitrogen and water are formed.
Die Menge des eingespritzten Harnstoffs muss jedoch immer an die vorhandenen Stickoxidemissionen und damit den vorhandenen Motorzustand angepasst werden, sie ändert sich daher je nach Betriebspunkt des Motors. Da dies jedoch nicht immer vollständig gelingt, gelangen Ammoniak und Isocyansäure oder nicht umgesetzter Harnstoff sowie Abbauprodukte aus allen Komponenten und Reaktionen mit dem Abgasstrom in die Abgasanalysesysteme, wo sie sich absetzen und zumeist helle Ablagerungen bilden, durch die Messergebnisse verfälscht werden, die Messgeräte verunreinigt werden und der Verschleiß an Pumpen und anderen Aggregaten deutlich erhöht wird, so dass deren Lebensdauer ebenso wie die Lebensdauer der Messgeräte deutlich sinkt.However, the amount of injected urea must always be adapted to the existing nitrogen oxide emissions and thus the existing engine condition, it therefore changes depending on the operating point of the engine. However, since this is not always completely successful, ammonia and isocyanic acid or unreacted urea, as well as degradation products from all components and reactions with the exhaust gas flow into the exhaust gas analysis systems, where they settle and form mostly bright deposits, are falsified by the measurement results, the measuring instruments are contaminated and the wear on pumps and other equipment is significantly increased, so that their life as well as the life of the measuring equipment drops significantly.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen bereitzustellen, mit dem trotz nicht optimierter eingespritzter Harnstoffmengen in die Abgasanlage eines Fahrzeugs eine zuverlässige und genaue Messung der Abgaskomponenten ermöglicht wird. Insbesondere sollen Aggregate vor Belägen geschützt werden, die sich durch Verkrustungen von Harnstoff, Isocyansäure oder Abbauprodukten aus der Abgasnachbehandlung sowie aus Reaktionen mit Komponenten des Messgerätes bilden und im Folgenden zusammenfassend mit dem Begriff Verschmutzungen bezeichnet werden, und die Lebensdauer der Aggregate deutlich reduzieren. Auch Messgeräte, die bei niedrigen Betriebstemperaturen arbeiten, sollen über eine lange Betriebsdauer zuverlässige Messergebnisse liefern und eine lange Lebensdauer aufweisen.It is therefore the object to provide an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams, with which, despite not optimized injected amounts of urea in the exhaust system of a vehicle, a reliable and accurate measurement of the exhaust gas components is possible. In particular, aggregates should be protected from deposits that are formed by incrustations of urea, isocyanic acid or degradation products from the exhaust aftertreatment and reactions with components of the meter and are collectively referred to below the term soils, and significantly reduce the life of the units. Even measuring instruments that operate at low operating temperatures should provide reliable measurement results over a long service life and have a long service life.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams with the features of claim 1.
Dadurch, dass in der Kondensatleitung stromabwärts des Kondensatabscheiders und stromaufwärts der Kondensatförderpumpe ein Kondensatfilter angeordnet ist, werden die ungelösten Verschmutzungen aus dem Kondensat herausgefiltert, wodurch Schäden an der Kondensatförderpumpe, welche insbesondere als Membranpumpe ausgebildet ist, zuverlässig vermieden werden, da die festen Verschmutzungen nicht ins Innere der Pumpe gelangen können. Die üblicherweise verwendeten Membranpumpen, reagieren sehr empfindlich auf feste sowie hochviskose Verschmutzungen, da sich diese zwischen Ventilsitz und Ventilplättchen anlagern können und somit Ventilsitz und Ventilplättchen nicht mehr dicht miteinander abschließen. Dadurch kann die Pumpe nur noch wenig bis keinen Unterdrück erzeugen und die Förderleistung bricht zusammen, was durch die vorliegende Anordnung zuverlässig verhindert wird.Because a condensate filter is arranged in the condensate line downstream of the condensate separator and upstream of the condensate feed pump, the undissolved contaminants are filtered out of the condensate, thereby reliably preventing damage to the condensate feed pump, which is designed in particular as a diaphragm pump, since the solid contaminants do not penetrate Inside the pump can get. The diaphragm pumps commonly used are very sensitive to solid and highly viscous soils, as they can accumulate between valve seat and valve plate and thus no longer close the valve seat and valve plate together. As a result, the pump can only generate little to no suppression and the delivery rate collapses, which is reliably prevented by the present arrangement.
Vorzugsweise weist der Kondensatfilter eine Filterfläche aus Gewebe, Gestrick, Vlies oder Papier auf. Diese weisen eine große feinmaschige Filterfläche auf und eignen sich in besonderem Maße zur Filterung von Flüssigkeiten, aus denen Feststoffe herausgefiltert werden müssen.The condensate filter preferably has a filter surface made of woven, knitted fabric, fleece or paper. These have a large fine-meshed filter surface and are particularly suitable for filtering liquids from which solids must be filtered out.
Dabei beträgt die Porengröße des Kondensatfilters vorzugsweise 10 bis 40 pm, insbesondere 25pm. Diese Korngröße wird von fast allen festen Verschmutzungen im Kondensat überschritten, so dass mit einer sehr guten Filterwirkung bei gleichzeitig relativ geringem Strömungswiderstand gerechnet werden kann. Derartige Filter werden beispielswiese als Kraftstoffleitungsfilter angeboten.The pore size of the condensate filter is preferably 10 to 40 .mu.m, in particular 25pm. This grain size is exceeded by almost all solid contaminants in the condensate, so that can be expected with a very good filtering effect at the same time relatively low flow resistance. Such filters are offered, for example, as a fuel line filter.
Vorteilhafterweise weist der Kondensatfilter einen Raum auf, welcher im Betrieb stetig zumindest teilweise mit Kondensat gefüllt ist, so dass die Filterfläche stetig benetzt ist. Dieser Raum erfüllt eine Rückhaltefunktion des Kondensats bei Ausfall der Kondensatförderpumpe, da dieses aufgenommen werden kann. Vor allem jedoch wird durch das stetige Feuchthalten der Filterfläche im Normalbetrieb das Auskristallisieren des Harnstoffs deutlich verzögert, wodurch die Lebensdauer des Filters steigt.Advantageously, the condensate filter on a space which is continuously filled at least partially with condensate during operation, so that the filter surface is continuously wetted. This room fulfills a retention function of the condensate in case of failure of the condensate pump as this can be accommodated. Above all, however, the constant moisturization of the filter surface during normal operation clearly retards the crystallization of the urea, which increases the service life of the filter.
Entsprechend sollte die Filterfläche des Kondensatfilters zumindest teilweise im mit Kondensat gefüllten Raum angeordnet sein, um das Auskristallisieren möglichst vollständig in diesem Bereich des Filters zu unterbinden.Accordingly, the filter surface of the condensate filter should at least partially be arranged in the space filled with condensate in order to prevent the crystallization as completely as possible in this area of the filter.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Filterfläche des Kondensatfilters hydrophil ist, da auf diese Weise auch die nicht im Kondensat angeordnete Filterfläche feucht gehalten wird und somit die Kristallisation an der Filterfläche verzögert wird.It is also advantageous if the filter surface of the condensate filter is hydrophilic, since in this way the filter surface not arranged in the condensate is kept moist and thus the crystallization at the filter surface is delayed.
Vorzugsweise ist der Kondensatfilter geodätisch unterhalb der Kondensatförderpumpe und des Kondensatabscheiders angeordnet und der mit dem Kondensat gefüllte Teil des Raums unterhalb einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des Kondensatfilters angeordnet. So kann eine normale zylindrische Bauform eines Leitungsfilters verwendet werden und dieser in liegender Position angeordnet werden, um den Raum auf einfache und kostengünstige Weise zur Verfügung zu stellen, der mit dem Kondensat gefüllt wird.Preferably, the condensate filter is arranged geodetically below the condensate pump and the Kondensatabscheiders and arranged filled with the condensate part of the space below an inlet opening and an outlet opening of the condensate filter. Thus, a normal cylindrical design of a line filter can be used and arranged in a lying position to provide the space in a simple and cost-effective manner, which is filled with the condensate.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Kondensatabscheider und dem Messgerät in der Fluidleitung zumindest ein Probengasfilter angeordnet ist. Dieser dient zur Abscheidung von Feststoffen und auskristallisierendem Harnstoff, der gegebenenfalls noch im Restwasserdampf des Probengasstroms gelöst ist oder als Feststoffteilchen mit dem Gasstrom beziehungsweise dem Restwasserdampf aus dem Kondensator transportiert wurde. Entsprechend werden nachfolgende Geräte vor auskristallisierten Verunreinigungen geschützt.Furthermore, it is advantageous if at least one sample gas filter is arranged in the fluid line between the condensate separator and the measuring device. This is used for the separation of solids and auskristallisierendem urea, which is optionally still dissolved in the residual water vapor of the sample gas stream or was transported as a solid particles with the gas stream or the residual water vapor from the condenser. Accordingly, subsequent devices are protected from crystallized contaminants.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform der Erfindung ist der Probengasfilter unmittelbar stromabwärts des Kondensatabscheiders und stromaufwärts eines Drucksensors des Kondensatabscheiders und ein weiterer Probengasfilter unmittelbar stromaufwärts des Messgerätes in der Fluidleitung angeordnet. Somit wird der Drucksensor des Kondensatabscheiders vor Partikeln geschützt und durch die Verwendung des dritten Filters ein redundantes System geschaffen, bei dem zusätzlich bei einem Austausch des Probengasfilters hinter diesem eindringender Schmutz nicht in das Messgerät gelangen kann.In a further embodiment of the invention, the sample gas filter immediately downstream of the Kondensatabscheiders and upstream of a pressure sensor of the Kondensatabscheiders and another sample gas filter is arranged immediately upstream of the measuring device in the fluid line. Thus, the pressure sensor of the condensate is protected from particles and created by the use of the third filter, a redundant system, in addition, when replacing the sample gas filter behind this penetrating dirt can not get into the meter.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, stromabwärts des Kondensatfilters und stromaufwärts der Kondensatförderpumpe in der Kondensatleitung einen weiteren Kondensatfilter anzuordnen, welcher ebenfalls dazu dient, Schmutzstoffe zu filtern, die beim Wechsel des ersten Filters in das System vor der Kondensatförderpumpe gelangen.Furthermore, it is advantageous, downstream of the condensate filter and upstream of the condensate pump in the condensate line to arrange a further condensate filter, which also serves to filter contaminants that get into the system before the condensate pump when changing the first filter.
Vorzugsweise sind der oder die Probengasfilter und/oder der weitere Kondensatfilter Netzfilter mit einem Edelstahlgewebe. Dieses weist eine hohe Haltbarkeit auch gegen kristallisierten Harnstoff oder Isocyansäure auf und ist unempfindlich gegen Korrosion aufgrund des im Abgas vorhandenen Wasserdampfes. So wird über eine lange Lebensdauer eine zuverlässige Filterwirkung sichergestellt.Preferably, the one or more sample gas filters and / or the further condensate filter mesh filter with a stainless steel mesh. This has a high durability against crystallized urea or isocyanic acid and is insensitive to corrosion due to the water vapor present in the exhaust gas. This ensures a reliable filter effect over a long service life.
Der oder die Probengasfilter und/oder der weitere Kondensatfilter weisen dabei vorzugsweise eine Porengröße von 50 bis 90μηπ, insbesondere von 73μηπ, auf. Bei dieser Porengröße werden die Messgeräte vor entsprechend größeren Partikeln der schädigenden Schmutzstoffe oder kristallisierten Reste des Harnstoffs oder der Isocyansäure geschützt, so dass der Hauptteil der Stoffe abgetrennt wird, jedoch zu hohe Strömungswiderstände am Filter durch Abtrennung kleinerer Partikel verhindert werden.The one or more sample gas filters and / or the further condensate filter preferably have a pore size of 50 to 90μηπ, in particular of 73μηπ on. With this pore size, the measuring instruments are protected against correspondingly larger particles of the harmful contaminants or crystallized residues of urea or isocyanic acid, so that the main part of the substances is separated, but too high flow resistance on the filter can be prevented by separating smaller particles.
Vorzugsweise ist der Kondensatabscheider als thermoelektrischer Kühler mit einer Kühltemperatur für den Probengasstrom von 2°C bis 8°C ausgebildet. Bei dieser Temperatur ist ein beinahe vollständiges Abscheiden des Wassers aus dem Probengas zu erwarten, da der Wasserdampf vollständig kondensieren sollte. Mit dem Wasser wird dann auch der im Wasser gelöste Harnstoff oder Kristalle der Isocyansäure zuverlässig über den thermoelektrischen Kühler vom übrigen Probengasstrom abgeschieden.Preferably, the Kondensatabscheider is designed as a thermoelectric cooler with a cooling temperature for the sample gas flow of 2 ° C to 8 ° C. At this temperature, almost complete separation of the water from the sample gas is to be expected, since the water vapor should condense completely. With the water and the dissolved urea or crystals of isocyanic acid is then reliably deposited via the thermoelectric cooler from the rest of the sample gas stream.
Vorzugsweise ist das Messgerät ein nicht-dispersiver Infrarotanalysator. Dieser ist empfindlich gegen die Anwesenheit von Wasser im Abgas, arbeitet jedoch bei relativ geringen Temperaturen von beispielsweise etwa 59° C, so dass Energie eingespart werden kann und liefert sehr genaue Messergebnisse auch bei kleinsten Konzentrationen in Echtzeit bei der Bestimmung des Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidgehaltes im Probengasstrom.Preferably, the meter is a non-dispersive infrared analyzer. This is sensitive to the presence of water in the exhaust gas, but operates at relatively low temperatures, for example, about 59 ° C, so that energy can be saved and provides very accurate readings even at very low concentrations in real time in the determination of carbon monoxide and carbon dioxide content in sample gas stream.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn stromabwärts des nicht-dispersiven Infrarotanalysators in der Fluidleitung ein Sauerstoffsensor angeordnet ist. Dieser kann beispielsweise als paramagnetischer Analysator ausgebildet sein, der die magnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs zur Bestimmung von dessen Konzentration im Probengasstrom nutzt und ebenfalls sehr gute Messergebisse liefert. Bei mobilen Messgeräten werden zumeist die kleineren elektrochemischen Sauerstoffsensoren verwendet, die nach dem amperometrischen beziehungsweise potentiostatischen Messprinzip arbeiten.Furthermore, it is advantageous if an oxygen sensor is arranged downstream of the non-dispersive infrared analyzer in the fluid line. This can be designed, for example, as a paramagnetic analyzer, which uses the magnetic properties of the oxygen to determine its concentration in the sample gas stream and also provides very good measurement results. In the case of mobile measuring devices, the smaller electrochemical oxygen sensors which operate according to the amperometric or potentiostatic measuring principle are usually used.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn stromaufwärts des Kondensatabscheiders eine Bypassleitung abzweigt, über die das Messgerät umgehbar ist. Somit wird nicht der gesamte Probengasstrom über den Kondensatabscheider geführt und muss entsprechend auch nicht so weit heruntergekühlt und später wieder erwärmt werden, wodurch Energie eingespart wird. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, im Bypasskanal die relative Feuchte des Probengasstromes stromabwärts des ersten thermoelektrischen Kühlers zu bestimmen.Furthermore, it is advantageous if, upstream of the condensate separator, a bypass line branches off, via which the measuring device can be bypassed. Thus, not the entire sample gas flow is passed through the condensate and must not be cooled down so far and later reheated accordingly, which energy is saved. In addition, it is possible to determine the relative humidity of the sample gas flow downstream of the first thermoelectric cooler in the bypass channel.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist in der Fluidleitung stromaufwärts des Kondensatabscheiders ein Messgerät angeordnet, stromaufwärts dessen eine Wasserfalle angeordnet ist. Durch diese wird zunächst das im Probengasstrom in flüssiger Form vorhandene Wasser und darin gelöste Harnstoffe und Zwischenprodukte der selektiven katalytischen Reduktion sowie andere feste Schmutzstoffe abgeschieden, wodurch die folgenden Messgeräte geschützt werden.In a further embodiment of the invention, a measuring device is arranged in the fluid line upstream of the condensate separator, upstream of which a water trap is arranged. This first separates the water present in liquid form in the sample gas stream and ureas and intermediate products of the selective catalytic reduction dissolved therein, as well as other solid contaminants, thereby protecting the following measuring instruments.
In einer bevorzugten Ausbildung ist stromaufwärts der Wasserfalle ein zweiter Kondensatabscheider in der Fluidleitung angeordnet, über den auch aus dem Probengas stammender Wasserdampf abgeschieden wird. Da die Wassermengen im bis zu 500°C warmen Abgas gegebenenfalls sehr groß sind und somit viel Wasser abgeschieden werden muss, können Wassertropfen mitgerissen werden oder eine Nachkondensation erfolgen. Dieses Wasser ist dann über die Wasserfalle ebenfalls noch aus dem System entfernbar.In a preferred embodiment, a second condensate separator is arranged in the fluid line upstream of the water trap, via which water vapor originating from the sample gas is also deposited. Since the amounts of water in the up to 500 ° C warm exhaust gas may be very large and thus much water must be deposited, water droplets can be entrained or carried out aftercondensation. This water is then also on the water trap still removable from the system.
Der zweite Kondensatabscheider ist ebenfalls vorzugsweise als thermoelektrischer Kühler jedoch mit einer Kühltemperatur für den Probengasstrom von 20 °C bis 30 °C ausgebildet. So kann zuverlässig ein Hauptteil des Wasserdampfes aus dem Abgas vor dem ersten Messgerät auskondensiert werden.The second condensate separator is also preferably designed as a thermoelectric cooler but with a cooling temperature for the sample gas flow of 20 ° C to 30 ° C. Thus, a major part of the water vapor can be reliably condensed out of the exhaust gas before the first measuring device.
Vorzugsweise ist das zweite Messgerät ein nicht-dispersiver Ultraviolett-Analysator zur Messung der Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxidkonzentrationen, die ebenfalls in Echtzeit trotz zu erwartender geringer Konzentrationen mit hoher Genauigkeit bei Raumtemperatur gemessen werden können, wobei üblicherweise die Innentemperatur des NDUV-Analysators etwa 50 °C beträgt. Gegenüber Wasserdampf ist der NDUV durch seine hohe Selektivität unempfindlich, jedoch sollte das Eindringen flüssigen Wassers zur Vermeidung von Schäden am Analysator vermieden werden.Preferably, the second meter is a non-dispersive ultraviolet analyzer for measuring nitrogen monoxide and nitrogen dioxide concentrations, which can also be measured in real time despite expected low concentrations with high accuracy at room temperature, usually the internal temperature of the NDUV analyzer is about 50 ° C is. Compared to water vapor, the NDUV is insensitive due to its high selectivity, but the ingress of liquid water should be avoided to avoid damage to the analyzer.
Es wird somit ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen geschaffen, welches gegen Ablagerungen durch Harnstoff oder Zwischenprodukte der selektiven katalytischenThus, an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams is provided, which is resistant to deposits of urea or intermediates of the selective catalytic
Reduktion unempfindlich ist und weiterhin zuverlässige Messergebnisse auch bei kleinsten Konzentrationen der zu messenden Komponenten liefert. Zusätzlich wird die Lebensdauer der Messgeräte und verwendeten Kondensatförderpumpen deutlich erhöht, da Schädigungen durch auskristallisierende zuvor im Wasser gelöste Komponenten vermieden werden.Reduction is insensitive and continues to provide reliable results even with the smallest concentrations of the components to be measured. In addition, the life of the measuring devices and condensate pumps used is significantly increased, as damage caused by crystallizing previously dissolved in the water components are avoided.
Ein erfindungsgemäßes Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels beschrieben.An exhaust gas analysis system according to the invention for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams is described below with reference to a non-restrictive exemplary embodiment illustrated in the figures.
Die Figur 1 zeigt ein Fließschema eines erfindungsgemäßen Abgasanalysesystems.FIG. 1 shows a flow chart of an exhaust gas analysis system according to the invention.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Kondensatfilters in Einbaulage im erfindungsgemäßen Abgasanalysesystem.FIG. 2 shows a schematic sectional view of a condensate filter in the installed position in the exhaust gas analysis system according to the invention.
Das in der Figur 1 dargestellte Abgasanalysesystem weist einen Probengaseinlass 10 auf, über den Abgas aus einem Verbrennungsmotor oder ein Abgas-Hilfsgasgemisch in das Abgasanalysesystem einströmen. Der Probengaseinlass 10 führt in eine Fluidleitung 12, welche gegebenenfalls als beheizte Leitung im vorderen Bereich ausgeführt sein kann. Dieser beheizte Leitungsabschnitt der Fluidleitung 12 mündet in einem beheizten Partikelfilter 14, an dem Feststoffe aus dem Probengasstrom ausgeschieden und falls gewünscht analysiert werden können.The exhaust gas analysis system shown in FIG. 1 has a sample gas inlet 10, via which exhaust gas from an internal combustion engine or an exhaust gas auxiliary gas mixture flow into the exhaust gas analysis system. The sample gas inlet 10 leads into a fluid line 12, which may optionally be designed as a heated line in the front area. This heated line section of the fluid line 12 terminates in a heated particulate filter 14 where solids can be separated from the sample gas stream and, if desired, analyzed.
Die üblicherweise im Folgenden als korrosionsunempfindliche Edelstahlleitung ausgeführte Fluidleitung 12 führt in einen zweiten Kondensatabscheider 16 überden zunächst das aus dem Probengasstrom aufgrund der Abkühlung in der Edelstahlleitung kondensierte Wasser, über eine Kondensatabführleitung 18 abgeschieden wird. Der zweite Kondensatabscheider 16 ist als thermoelektrischer Kühler ausgebildet, in dem der Probengasstrom auf eine Temperatur von etwa 25 °C herabgekühlt wird. In diesem thermoelektrischen Kühler wird entsprechend ein noch im Probengasstrom vorhandener Wasserdampfanteil kondensiert und über eine weitere Kondensatabführleitung 20 abgeführt. Hierzu sind die Kondensatabführleitungen 18, 20 jeweils mit einem Pumpenkopf 21 einer Doppelkopfmembranpumpe verbunden, die als Kondensatförderpumpe 22 dient, wobei vor jedem Pumpenkopf 21 ein Netzfilter 23 zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Kondensatstrom angeordnet ist.The fluid line 12, which is usually designed below as a corrosion-resistant stainless steel line, leads into a second condensate separator 16 via which the water condensed from the sample gas stream due to the cooling in the stainless steel line is deposited via a condensate discharge line 18. The second Kondensatabscheider 16 is designed as a thermoelectric cooler, in which the sample gas stream is cooled down to a temperature of about 25 ° C. In this thermoelectric cooler, a water vapor portion still present in the sample gas stream is correspondingly condensed and removed via a further condensate discharge line 20. For this purpose, the Kondensatabführleitungen 18, 20 are each connected to a pump head 21 of a double-headed diaphragm pump, which serves as a condensate pump 22, wherein before each pump head 21, a mains filter 23 is arranged to separate solids from the condensate stream.
Der von diesem Wasserdampfanteil befreite Probengasstrom strömt aus dem zweiten Kondensatabscheider 16 in Richtung eines Messgerätes 24, welches als nicht-dispersiver Ultraviolettanalysator ausgebildet ist und mittels dessen die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid bestimmt werden können. Stickstoffdioxid und Wasserdampf liegen bei ausreichend hohen Temperaturen beide als Gase im Abgas vor, solange sie nicht kondensieren. Kondensiert jedoch ein Anteil des Wasserdampfes, so dass Wasser in der flüssigen Phase vorliegt, kann sich gasförmiges Stickstoffdioxid darin lösen und würde mit dem abgeschiedenen Kondensat abgepumpt, wodurch dieser Anteil für die Messung nicht zur Verfügung stünde. Diese Verluste würden noch größer, wenn die Kühlertemperatur unter dem Kondensationspunkt von Stickstoffdioxid von etwa 21 °C liegt, da dieses sich dann selbst teilweise verflüssigt, wodurch die im Wasser gelöste Menge noch größer würde. Um jedoch den gesamten Stickoxidgehalt bestimmen zu können, wird die Temperatur, auf die der Probengasstrom herabgekühlt wird, auf über 21 °C gehalten, also immer über der Siedetemperatur des zu analysierenden Gases.The sample gas stream freed from this water vapor fraction flows out of the second condensate separator 16 in the direction of a measuring device 24, which is designed as a non-dispersive ultraviolet analyzer and by means of which the concentrations of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide can be determined. Nitrogen dioxide and water vapor are both present as gases in the exhaust gas at sufficiently high temperatures, as long as they do not condense. However, if a portion of the water vapor condenses so that water is in the liquid phase, gaseous nitrogen dioxide may dissolve therein and be pumped out with the precipitated condensate, making this proportion unavailable for the measurement. These losses would be even greater when the cooler temperature is below the condensation point of nitrogen dioxide of about 21 ° C, since this then itself partially liquefied, whereby the amount dissolved in the water would be even greater. However, in order to be able to determine the total nitrogen oxide content, the temperature to which the sample gas stream is cooled down, kept above 21 ° C, ie always above the boiling point of the gas to be analyzed.
Um Schäden am Messgerät 24 durch später aus dem Gasstrom noch abgeschiedenes oder durch den Gasstrom mitgerissenes Wasser zu vermeiden, ist vor dem Messgerät 24 noch eine Wasserfalle 26 in der Fluidleitung 12 angeordnet, welche einerseits eine PTFE-Membran zum Abscheiden dieses Wassers aufweist, während Wasserdampf durch die Membran gelangt, und andererseits ein Feinfiltervlies aufweist, über welches Schmutzstoffe, die beispielsweise als Schwebeteilchen noch im Probengasstrom enthalten sind, aus diesem abgetrennt werden können. Die Messung im Messgerät 24 erfolgt bei einer Temperatur des Probengases von etwa 57 °C, so dass ein weiteres Kondensieren von Wasserdampf im Messgerät 24 ausgeschlossen werden kann.In order to prevent damage to the measuring device 24 by water later separated from the gas flow or entrained by the gas flow, a water trap 26 is disposed in the fluid line 12 in front of the measuring device 24, which on the one hand has a PTFE membrane for separating this water, while water vapor passes through the membrane, and on the other hand has a fine filter fleece, over which contaminants, which are still contained as suspended particles in the sample gas stream, for example, can be separated from this. The measurement in the measuring device 24 takes place at a temperature of the sample gas of about 57 ° C, so that further condensation of water vapor in the meter 24 can be excluded.
Das aus dem Messgerät 24 ausströmende Probengas gelangt im Folgenden an eine Verzweigung 28, an der von der Fluidleitung 12 eine Bypassleitung 30 zur Umgehung eines folgenden Kondensatabscheiders 32 abzweigt, der in der weiterführenden Fluidleitung angeordnet ist. Die Bypassleitung führt zu einem Feuchtesensor 34, in welchem der relative Wassergehalt und die Temperatur des Probengasstroms bestimmt werden. Über einen weiteren Filter 36 und einen Durchflussbegrenzer 38 strömt das Probengas anschließend wieder mit demThe sample gas flowing out of the measuring device 24 subsequently reaches a branch 28, at which a bypass line 30 for bypassing a following condensate separator 32 branches off from the fluid line 12 and which is arranged in the continuing fluid line. The bypass line leads to a humidity sensor 34, in which the relative water content and the temperature of the sample gas flow are determined. Via a further filter 36 and a flow restrictor 38, the sample gas then flows again with the
Probengasstrom aus der Fluidleitung 12 zusammen und wird über eine Förderpumpe 40 zu einem Probengasauslass 42 gefördert.Sample gas stream from the fluid line 12 together and is conveyed via a feed pump 40 to a Probengasauslass 42.
Der Kondensatabscheider 32 ist erneut als thermoelektrischer Kühler ausgebildet, in dem jedoch das Probengas auf etwa 5 °C zur Kondensatabscheidung abgekühlt wird, so dass der Sättigungspunkt des Probengases verschoben wird und zusätzliches Wasser aus dem Probengasstrom ausfällt, welches den Kondensatabscheider 32 über einen Kondensatauslass 44 verlässt und in eine Kondensatleitung 46 mittels einer Kondensatförderpumpe 48 gefördert wird, die beispielsweise als Doppelkopfmembranpumpe ausgebildet ist.The Kondensatabscheider 32 is again formed as a thermoelectric cooler, in which, however, the sample gas is cooled to about 5 ° C for condensate separation, so that the saturation point of the sample gas is shifted and additional water from the sample gas stream fails, leaving the Kondensatabscheider 32 via a condensate outlet 44 and is conveyed into a condensate line 46 by means of a condensate feed pump 48, which is designed for example as a double-head diaphragm pump.
Erfindungsgemäß ist in der Kondensatleitung 46 stromaufwärts der Kondensatförderpumpe 48 ein Kondensatfilter 50 angeordnet. Dieser Kondensatfilter 50 weist insbesondere eine hydrophile Papierfilterfläche 52 mit einer Porengröße von etwa 25 pm auf, die in einem Raum 54 angeordnet ist, der ständig mit dem Kondensat gefüllt ist, indem der Kondensatfilter 50 einerseits an der niedrigsten Position der Kondensatleitung 46 angeordnet ist und andererseits eine Einlassöffnung 56 und eine Auslassöffnung 58 des Kondensatfilters 50 oberhalb dieses Raumes 54 angeordnet sind. Dies ist beispielsweise einfach herzustellen, in dem der Kondensatfilter 50 als Leitungsfilter mit zentrischer Einlassöffnung 56 und Auslassöffnung 58 ausgebildet ist und in liegender Position montiert wird, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Die untere Hälfte des Kondensatfilters 50 ist bei dieser Einbaulage im System entsprechend ständig mit Kondensat gefüllt und bildet den Raum 54. Da sich die Menge des eingespritzten Harnstoffes je nach Motorbetriebspunkt und damit über die Zeit verändert, ist auch die Menge der im Kondensat enthaltenen Verschmutzungen über die Zeit unterschiedlich. Dadurch können zu Zeitpunkten hoher Konzentrationen an Verunreinigungen im Abgas und damit im abgeschiedenen Kondensat gelartige Verdickungen des Kondensates beispielsweise durch Polymerisation von Reaktionsprodukten oder eine Auskristallisation entstehen. Durch die beschriebene Anordnung des Kondensatfilters 50 sammelt sich dabei über einen gewissen Zeitraum im Raum 54 des Kondensatfilters 50 das Kondensat, wobei gelartige Verdickungen oder bereits vorhandene Kristalle im ungesättigten Kondensat im Raum 54 wieder aufgelöst werden können. Der mit Kondensat gefüllte Raum 54 wirkt dabei wie ein Puffer, der bis zur Sättigungsgrenze des Kondensates Verunreinigungen aufnehmen und in flüssiger Form in Richtung Kondensatförderpumpe 48 weitergeben kann. Unlösliche Komponenten werden durch den Kondensatfilter 50 zurückgehalten und durch Übersättigung auftretende Abscheidungen können im unteren Teil des Kondensatfilters 50 absinken und zurückgehalten werden, bis sie durch Wiederauflösung über den Ausgang 58 Richtung Kondensatförderpumpe 48 in flüssiger und damit unschädlicher Form abtransportiert werden oder durch einen Austausch des Kondensatfilters 50 aus dem System entfernt werden. Des Weiteren hat die ständige Füllung des unteren Raums 54 des Kondensatfilters 50 mit Kondensat zur Folge, dass im Wasser gelöste Substanzen, insbesondere Reste eingespritzten Harnstoffs oder Zwischenprodukte einer selektiven katalytischen Reduktion, wie Isocyansäure im gelösten Zustand an der Filterfläche 52 verweilen oder diese je nach Größe passieren. Am trockenen oberen Teil der Filterfläche 52 werden die gelösten Substanzen auskristallisieren und beim Filterwechsel aus dem System entfernt werden. Zusätzlich kann der Kondensatfilter 50 bei Ausfall der Kondensatförderpumpe 48 zusätzliches Kondensat aufnehmen, bis das obere Zusatzvolumen 60 gefüllt ist. Insbesondere wird die Kondensatförderpumpe 48 durch diesen Kondensatfilter 50 zuverlässig vor dem Harnstoff und der Isocyansäure geschützt, die sich sonst als weiße krustige Ablagerungen in der Kondensatförderpumpe 48 ablagern würden und zu einem deutlich erhöhten Verschleiß und schließlich zu Funktionsstörungen der Kondensatförderpumpe 48 führen würden.According to the invention, a condensate filter 50 is arranged in the condensate line 46 upstream of the condensate feed pump 48. This condensate filter 50 has in particular a hydrophilic paper filter surface 52 with a pore size of about 25 pm, which is arranged in a space 54 which is constantly filled with the condensate by the condensate filter 50 is arranged on the one hand at the lowest position of the condensate line 46 and on the other an inlet opening 56 and an outlet opening 58 of the condensate filter 50 are arranged above this space 54. This is easy to produce, for example, in that the condensate filter 50 is designed as a line filter with centric inlet opening 56 and outlet opening 58 and is mounted in a lying position, as shown in FIG. The lower half of the condensate filter 50 is constantly filled with condensate in this installation position in the system and forms the space 54. Since the amount of injected urea varies depending on the engine operating point and thus over time, the amount of contaminants contained in the condensate over the time is different. As a result, gelatinous thickenings of the condensate, for example, by polymerization of reaction products or crystallization occur at times high concentrations of impurities in the exhaust gas and thus in the deposited condensate. By the described arrangement of the condensate filter 50 accumulates over a certain period of time in the space 54 of the condensate filter 50, the condensate, gelatinous thickening or existing crystals in the unsaturated condensate in the space 54 can be resolved again. The space 54 filled with condensate acts like a buffer, which absorbs impurities up to the saturation limit of the condensate and can pass on in the direction of the condensate feed pump 48 in liquid form. Insoluble components are retained by the condensate filter 50 and deposits occurring due to supersaturation can sink and be retained in the lower part of the condensate filter 50 until they are removed by re-dissolution via the outlet 58 in the direction of the condensate feed pump 48 in liquid and hence harmless form or by replacement of the condensate filter 50 are removed from the system. Furthermore, the constant filling of the lower space 54 of the condensate filter 50 with condensate has the consequence that substances dissolved in the water, in particular residues of injected urea or intermediates of a selective catalytic reduction, such as isocyanic acid in the dissolved state, remain on the filter surface 52 or these depending on the size happen. At the dry upper part of the filter surface 52, the dissolved substances will crystallize out and be removed from the system during filter replacement. In addition, the condensate filter 50 can absorb additional condensate in case of failure of the condensate pump 48 until the upper additional volume 60 is filled. In particular, the condensate pump 48 is reliably protected by this condensate filter 50 from the urea and the isocyanic acid, which would otherwise deposit as white, crusty deposits in the condensate pump 48 and would lead to significantly increased wear and finally malfunction of the condensate pump 48.
Zusätzlich ist stromabwärts dieses Kondensatfilters 50 ein weiterer Kondensatfilter 62 vor der Kondensatförderpumpe 48 angeordnet, der als Netzfilter mit einem Edelstahlgewebe als Filterfläche ausgebildet ist, die eine Porengröße von 73pm aufweist. Dieser Kondensatfilter 62 dient zum Schutz der Kondensatförderpumpe 48 bei Schäden an der Filterfläche 52 des Kondensatfilters 50 und bei einem Wechsel des Kondensatfilters 50, so dass beim Wechsel in die Kondensatleitung 46 eindringende Schmutzstoffe ebenfalls noch vor Erreichen der Kondensatförderpumpe 48 ausgefiltert werden können. Das aus der Kondensatförderpumpe 48 austretende Kondensat strömt in eine Kondensatabführleitung 64, in welche auch das Kondensat der beiden anderen Kondensatförderpumpen 22 strömt und die stromabwärts der Probengasförderpumpe 40 in die Fluidleitung 12 mündet. ÜberdenIn addition, downstream of this condensate filter 50 another condensate filter 62 is arranged in front of the condensate feed pump 48, which is designed as a mesh filter with a stainless steel mesh as a filter surface, which has a pore size of 73pm. This condensate filter 62 serves to protect the condensate pump 48 in case of damage to the filter surface 52 of the condensate filter 50 and a change of the condensate filter 50, so that when changing into the condensate line 46 penetrating contaminants can also be filtered out before reaching the condensate pump 48. The condensate leaving the condensate feed pump 48 flows into a condensate discharge line 64, into which the condensate of the two other condensate feed pumps 22 also flows and which opens into the fluid line 12 downstream of the sample gas feed pump 40. On the
Probengasauslass 42 wird dann sowohl das Probengas als auch das Kondensat abgeführt.Probengasauslass 42 is then discharged both the sample gas and the condensate.
Die Fluidleitung 12 führt vom Kondensatabscheider 32 zunächst zu einem ersten Probengasfilter 66, der unmittelbar vor einem Drucksensor 68 angeordnet ist und diesen vor Schmutzstoffen oder auskristallisiertem Harnstoff oder Isocyansäure schützt. Es handelt sich vorzugsweise auch hier um einen Netzfilter mit einem Edelstahlgewebe, mit einer Porengröße von etwa 73μιτι als Filterfläche. Mittels dieses Drucksensors wird eine Druckkorrektur der Messergebnisse vorgenommen und geprüft, ob ein ausreichender Druck zur Förderung des Probengases zu einem Messgerät 70 vorhanden ist, welches stromabwärts eines weiteren Probengasfilters 72, der ebenfalls als Netzfilter mit einem Edelstahlgewebe mit einer Porengröße von etwa 73pm als Filterfläche ausgebildet ist, in der Fluidleitung 12 angeordnet ist und durch den Probengasfilter 72 vor eindringenden Schmutzstoffen oder Harnstoff geschützt wird.The fluid line 12 first leads from the condensate separator 32 to a first sample gas filter 66, which is arranged directly in front of a pressure sensor 68 and protects it against contaminants or crystallized urea or isocyanic acid. It is also preferably a net filter with a stainless steel mesh, with a pore size of about 73μιτι as a filter surface. By means of this pressure sensor, a pressure correction of the measurement results is made and checked whether sufficient pressure for conveying the sample gas to a measuring device 70 is present downstream of another sample gas filter 72, which also designed as a net filter with a stainless steel mesh with a pore size of about 73pm as a filter surface is disposed in the fluid line 12 and is protected by the sample gas filter 72 from penetrating contaminants or urea.
Das Messgerät 70 ist ein nicht-dispersiver Infrarot-Analysator, der zur Konzentrationsbestimmung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid im Abgas dient. Dieser ist aufgrund der Nähe der Spektrallinien des Wasserdampfes zum Kohlenmonoxid bezüglich seiner Messergebnisse empfindlich bei Anwesenheit von Wasserdampf. Aus diesem Grund findet die Wasserabscheidung im Kondensatabscheider 32 bei möglichst niedrigen Temperaturen statt, so dass der abgeschiedene Wasseranteil entsprechend hoch ist. Die tiefen Temperaturen sind hier nicht nachteilig für den folgenden Messvorgang, da sich Kohlenstoffoxide nur in sehr geringen Mengen in flüssigem Wasser lösen und insbesondere einen Siedepunkt besitzen, der deutlich unter dem des Wassers liegt. Durch die Vorfilterung über die Probengasfilter 66 und 72 sowie die Kondensatabscheidung werden mit dem Messgerät 70 sehr gute Messergebnisse erzielt. Zusätzlich wird zuverlässig das Eindringen von dem Messgerät 70 schädigenden Stoffen, wie Harnstoff oder Isocyansäure, verhindert.The meter 70 is a non-dispersive infrared analyzer used to determine the concentration of carbon dioxide and carbon monoxide in the exhaust gas. This is due to the proximity of the spectral lines of the water vapor to carbon monoxide sensitive to its measurement results in the presence of water vapor. For this reason, the water separation takes place in the condensate 32 at the lowest possible temperatures, so that the separated water content is correspondingly high. The low temperatures are not detrimental to the following measurement process, since carbon oxides dissolve only in very small amounts in liquid water and in particular have a boiling point that is significantly lower than that of the water. By prefiltering the sample gas filters 66 and 72 as well as the condensate separation, the measuring device 70 achieves very good measurement results. In addition, the penetration of the meter 70 damaging substances such as urea or isocyanic acid is reliably prevented.
Stromabwärts des Messegerätes 70 ist noch ein Sauerstoffsensor 74 in der Fluidleitung 12 angeordnet, der als elektrochemischer Sensor ausgebildet sein kann, der nach dem amperometrischen Messprinzip die Konzentrationsbestimmung des Sauerstoffs im Probengasstrom durchführt. Über einen weiteren Netzfilter 76 gelangt der Probengasstrom schließlich über einen Durchflussbegrenzer 78, über den die geförderten Gasmengen eingestellt werden, zur Probengasförderpumpe 40 und somit zum Probengasauslass 42.Downstream of the measuring device 70, an oxygen sensor 74 is still arranged in the fluid line 12, which may be formed as an electrochemical sensor, which performs the concentration determination of the oxygen in the sample gas stream according to the amperometric measuring principle. Via a further network filter 76, the sample gas stream finally reaches the sample gas delivery pump 40 and thus the sample gas outlet 42 via a flow restrictor 78, via which the delivered gas quantities are adjusted.
Es wird somit ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen geschaffen, welches auch bei der Verwendung an Verbrennungsmotoren, in der die selektive katalytische Reduktion mittels Harnstoff zur Schadstoffreduzierung genutzt wird, sehr genaue Messergebnisse erzielt werden und die Komponenten, wie die Messgeräte aber insbesondere auch die Kondensatförderpumpen vor erhöhtem Verschleiß und anderen Schäden zuverlässig geschützt werden. Hierzu werden erfindungsgemäß Filter verwendet, die einerseits auskristallisierten Harnstoff abtrennen und anderseits am Kondensatfilter eine solche Kristallisation möglichst lange verhindern, um die Nutzdauer der Anlage zu erhöhen.Thus, an exhaust gas analysis system is provided for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams which, even when used in internal combustion engines in which the selective catalytic reduction by means of urea is used for emission reduction, very accurate measurement results and the components, such as the measuring devices but in particular Also the condensate pumps are reliably protected against increased wear and other damage. For this purpose, filters are used according to the invention, on the one hand separate crystallized urea and on the other hand on the condensate filter such crystallization as long as possible to increase the useful life of the system.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere kann die beanspruchte Filterung sowohl an stationären als auch an mobilen Analyseanlagen mit und ohne Verdünnung genutzt werden. Auch kann der Aufbau der Anlage variieren und beispielsweise zusätzliche Messgeräte verwendet werden oder nur ein einziges Messgerät vorhanden sein.It should be clear that the scope of the main claim is not limited to the embodiment described. In particular, the claimed filtering can be used both on stationary and on mobile analysis systems with and without dilution. Also, the structure of the system may vary and, for example, additional meters may be used or only a single meter may be present.
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3784902A (en) * | 1971-12-08 | 1974-01-08 | Ikor Inc | Apparatus for sensing particulate matter |
| EP0291630A2 (en) * | 1987-05-15 | 1988-11-23 | Gröger & Obst Mess- und Regeltechnik GmbH | Process and apparatus for pretreatment of a gas to be analysed |
| DE9101410U1 (en) * | 1991-02-07 | 1992-03-05 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | |
| US20050160838A1 (en) * | 1998-09-09 | 2005-07-28 | Christopher Weaver | System for extracting samples from a stream |
| DE102004060352B3 (en) * | 2004-12-15 | 2006-05-18 | Siemens Ag | Exhaust gas tester, for internal combustion engine of motor vehicle, has suction device close to exhaust pipe of engine, where device sucks exhaust gas from gas outlet of analyzing unit via exhaust gas return pipe to dispose gas |
| EP2937679A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-28 | AVL List GmbH | Particle measuring device and a method for operating the particle measuring device |
-
2016
- 2016-10-24 AT ATA50976/2016A patent/AT518900B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3784902A (en) * | 1971-12-08 | 1974-01-08 | Ikor Inc | Apparatus for sensing particulate matter |
| EP0291630A2 (en) * | 1987-05-15 | 1988-11-23 | Gröger & Obst Mess- und Regeltechnik GmbH | Process and apparatus for pretreatment of a gas to be analysed |
| DE9101410U1 (en) * | 1991-02-07 | 1992-03-05 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | |
| US20050160838A1 (en) * | 1998-09-09 | 2005-07-28 | Christopher Weaver | System for extracting samples from a stream |
| DE102004060352B3 (en) * | 2004-12-15 | 2006-05-18 | Siemens Ag | Exhaust gas tester, for internal combustion engine of motor vehicle, has suction device close to exhaust pipe of engine, where device sucks exhaust gas from gas outlet of analyzing unit via exhaust gas return pipe to dispose gas |
| EP2937679A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-28 | AVL List GmbH | Particle measuring device and a method for operating the particle measuring device |
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