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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.
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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.
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Generalkammern
dieser Art ermöglichen eine
sehr genaue Feststellung von Verdunstungs- und/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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Kammer direkt mit einer Emissionsquelle des außerhalb
der Kammer angeordneten Objekts leitungsmäßig verbindbar ist.
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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
durchzuführen.
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.
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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.
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Zweckmäßig ist
die Kammer zur Sicherung kurzer Leitungsverbindungen zur Emissionsquelle und
damit zur Erhöhung
der Messgenauigkeit transportabel, wie z.B. mit einem Fahrgestell,
ausgebildet.
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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.
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Vorzugsweise
sind innerhalb der Kammer und/oder innerhalb der gegebenenfalls
vorhandenen Generalkammer eine Temperaturmesseinrichtung und eine
Druckmesseinrichtung vorgesehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
in der Generalkammer ein Ventilator zur Vergleichmäßigung der
Temperaturverteilung und zur Vergleichmäßigung der chemischen Zusammensetzung der
Gase innerhalb der Generalkammer vorgesehen.
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Vorzugsweise
ist die Kammr von einer Generalkammer umgeben, die ebenfalls an
eine außerhalb
von ihr angeordnete Analyseeinrichtung zur Analyse der Verdunstungs-
und/oder Verdampfungsemissionen anschließbar ist.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch
veranschaulichten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 einen
Blick in eine Generalkammer, in der drei erfindungsgemäße Kammern
installiert sind;
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2 eine
Frontansicht einer erfindungsgemäßen Kammer;
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3 ein
Detail im Schnitt im vergrößerten Maßstab;
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4a und 4b die
prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Kammern; und
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5 ein
Schaltbild zum Füllen
bzw. Leeren des in der Kammer vorgesehenen Beutelelements mit einem
vorbestimmten Volumen.
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In
einer luftdicht verschließbaren
Kammer, die im Nachfolgenden als Generalkammer 1 bezeichnet
ist, ist ein Kraftfahrzeug 2 eingebracht. Zum Ausgleich
von durch Temperatur- und/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.
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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.
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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 Ansaugöffnung 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.
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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 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.
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Das
Innere des Beutelelements steht mit dem Innenraum der Generalkammer
leitungsmäßig in Verbindung.
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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 4a und 4b veranschaulicht
ist. 4a zeigt den Anschluss eines heißen Auspuffes 9 an
das Innere einer Kammer, 4b veranschaulicht
die Verhältnisse
im Inneren der Kammer nach Erkalten des Auspuffes 9.
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Das
relativ geringe Gesamtvolumen der Kammer 7 ermöglicht eine
geringe Grundfläche
der Kammer 7 und eine leichte Transportfähigkeit,
zu welchem Zweck die Kammern auf einem Fahrgestell 20 angeordnet
werden können,
wie dies in 1 in schematischer Darstellung
angedeutet ist. Hierdurch lässt
sich jede der Kammern 7 möglichst nahe zur Emissionquelle 8, 9, 10 anordnen.
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Die
Kammern 7 weisen große,
dicht verschließbare
Einbau- und Montageöffnungen 21 auf, sodass
jeder Punkt innerhalb der Kammer von Hand aus erreicht werden kann.
Jede der Kammern 7 weist weiters Spülöffnungen 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Beutelvolumens 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.
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Das
Füllen
und Leeren des Beutelelements 12 erfolgt über eine
Füll- und
Leeranlage, die von einer Pumpe 29 angetrieben wird.
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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.
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Jede
der Kammern 7 weist zudem noch eine Temperatur- und Druckmesseinrichtung 31, 32 auf.
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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
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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.
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Standardablauf:
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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°C
- – Tagesemissionsprüfung bei
variabler Kammertemperatur über
24 Stunden
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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.
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Erweitertes Verfahren
mit Kammern:
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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.
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Beispiel:
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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
- – Kurbelgehäuseentlüftung: 0,1
g
- – Rest
(Kunststoffe, Lack etc.): 0,4 g
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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.