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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten und einfachen Vorhersage der Rußpartikelbildungsneigung von Kraftstoffen, die insbesondere infolge sich verschärfender Emissionsgesetzgebung an Bedeutung gewinnt. Die Bildung von Rußpartikeln betrifft nicht nur Dieselkraftstoffe, sondern auch Ottokraftstoffe, wobei insbesondere direkteinspritzende Ottomotoren hinsichtlich der Rußpartikelanzahl von der verschärften Gesetzgebung erfasst werden.
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Zur Bestimmung insbesondere Berechnung von Ruß-Indizes existieren verschiedene Berechnungsverfahren, die auf Grundlage unterschiedlicher mehr oder weniger aufwändiger Voruntersuchungen durchgeführt werden. Bekannt ist der Particulate Matter Index (PMI), der auf der Grundlage einer Einzelkomponentenanalyse (Detailed Hydrocarbon Analysis) errechnet wird. Bekannt sind zudem außerdem der Threshold Sooting Index (TSI) und der Oxygen Extended Sooting Index (OESI), die auf der Grundlage von Rußpunkten aller Einzelkomponenten des Kraftstoffs errechnet werden. Der Particulate Evaluation Index (PEI), der dem PMI-Index ähnelt, berücksichtigt ausschließlich Aromaten und basiert auf der Analyse von Summenwerten der Kohlenwasserstoffe, der sogenannte PIONA Analyse. Schließlich sind aus dem Stand der Technik noch der Simplified Particulate Matter Index (Jama-Index) und der Simplified Particulate Matter Index (Menger-Index) bekannt, wobei ersterer auf den Siedeeigenschaften des zu untersuchenden Kraftstoffs und letzterer auf der Grundlage der in der Norm EN 228 aufgeführten beziehungsweise von dieser Norm erfassten Kraftstoffeigenschaften berechnet wird.
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Die Grundlage der genannten Ruß-Indizes sind Rechengrößen mit iterativ ermittelten Gewichtungsfaktoren für einzelne Parameter zur Herstellung von Korrelationen des jeweiligen Index mit Partikelanzahlemission im Fahrzeugtest. Die Ermittlung der Parameter ist nachteiliger Weise zeitaufwändig und kostspielig und die Analysen weisen teilweise eine unzureichende Reproduzierbarkeit auf, sodass insbesondere der Wunsch nach einem genormten Verfahren bisher nicht erfüllt werden konnten.
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Auf der Suche nach geeigneten anderen Lösungen sind folgenden Druckschriften gefunden worden, die nachfolgend in chronologischer Reihenfolge genannt sind.
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Die Druckschrift DIN ISO 3014 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Rußpunktes von Kerosin. Die Norm merkt hinsichtlich ihres Anwendungsbereiches an, dass der Rußpunkt von Kerosin abhängig von der Zusammensetzung nach Kohlenwasserstofftypen ist und einen Hinweis auf relative rußbildende Eigenschaften in einer diffusen Flamme liefert.
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Die Druckschrift
DE 197 35 205 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Rußanteiles in Gasen, vorzugsweise in Umgebungsluft, wobei das Gas durch Filter oder an Substrate gesaugt wird und die dort abgelagerte Rußmenge dadurch bestimmt wird, dass diese mit einem Laser beleuchtet und das Streulicht spektroskopisch, vorzugsweise ramanspektroskopisch, analysiert und die dem Ruß zuzuordnenden Spektrallinien ausgefiltert und deren Intensität bestimmt und daraus die abgeschiedene Rußmenge oder die Menge anderer auf dem Filter abgeschiedener Substanzen oder die Rußmenge und die Menge anderer Substanzen bestimmt wird.
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Die Druckschrift
EP 1 540 308 B1 erläutert eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von in einem strömenden Gas vorhandenen geladenen Partikeln, mit einer ersten Messelektrode zur Messung der Partikelladung, wobei ein Ionisator zur Aufladung der Partikel vorgesehen ist, und die Messelektrode in Strömungsrichtung hinter dem Ionisator angeordnet ist, wobei eine weitere Messelektrode vorgesehen ist, um in Verbindung mit der ersten Messelektrode die Strömungsgeschwindigkeit zu messen, die in Strömungsrichtung hinter der ersten Messelektrode angeordnet ist, wobei zudem eine Ablenkelektrode vorgesehen ist, wobei die Messelektroden über Ladungsverstärker, insbesondere Operationsverstärker, auf Masse geschaltet sind und die Ablenkelektrode zur größenabhängigen Abscheidung der Partikel auf den verschiedenen Messelektroden eingerichtet ist. Durch die Vorrichtung ist es möglich, die Konzentration von in einem strömenden Fluid oder Gas vorhandenen geladenen Partikeln zu messen. In einem Rohr, insbesondere einem Abgasrohr, ist der Ionisator eingebaut. Das Rohr wird von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, welche sich im Abgas befinden, in einer Strömungsrichtung durchströmt. Die Partikel durchströmen dabei auch den Ionisator. In Strömungsrichtung hinter dem Ionisator sind eine Feldsperre, eine Messelektrode, drei weitere Messelektroden sowie zwei Ablenkelektroden angeordnet. Zur Gewinnung der Partikelbeladung des Abgases wird die Amplitude des am Ausgang des Ladungsverstärkers anliegenden Signals ausgewertet.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 053 121 A1 erläutert einen Partikelsensor zur Erfassung von Partikeln, insbesondere von Ruß, mit einer Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem oder infrarotem Licht, auf eine Messprobe und mit einem Schallsensor zum Erfassen akustischer Wellen. Die Druckschrift schlägt vor, dass der Schallsensor wenigstens teilweise als Piezoelement ausgebildet ist. Die Druckschrift berichtet, dass es möglich sei, bei derartigen kompakt und kleinbauenden piezoelektrischen Schallsensoren einen Partikelsensor auszubilden, der für kontinuierliche Messungen von Partikeln wie Ruß oder dergleichen in Mehrphasensystemen mit wenigstens einer Gasphase eingesetzt werden kann. Eine akustische Welle der Partikel beziehungsweise Messprobe trifft direkt beziehungsweise unmittelbar auf den Schallsensor. Gegebenenfalls sind mehrere Schallsensoren beziehungsweise Piezoelemente vorgesehen. Der Schallsensor beziehungsweise das Piezoelement wandelt dabei die von den Partikeln ausgesendete akustische Welle in ein elektrisches auswertbares Signal um.
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Schließlich wurde kürzlich in der Druckschrift
DE 10 2015 225 739 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines elektrostatischen Rußsensors offenbart. Der elektrostatische Rußsensor weist eine Spannungsversorgung auf, wobei der elektrostatische Rußsensor ferner eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Guardelektrode aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode durch einen Isolationskörper elektrisch voneinander isoliert sind und zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die Guardelektrode angeordnet ist, wobei auch die Guardelektrode durch den Isolationskörper elektrisch von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode isoliert ist. Über die Spannungsversorgung wird ein erstes elektrisches Potential an die erste Elektrode angelegt und mit der Spannungsversorgung wird ferner ein zweites elektrisches Potential an die zweite Elektrode angelegt, sodass eine elektrische Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode entsteht, wobei mit der Spannungsversorgung an der Guardelektrode ein Guardpotential angelegt wird. Mit einem Strommesselement wird der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fließende Messstrom erfasst, wobei vorgesehen ist, dass zur Erfassung von Leckströmen die erste Elektrode von dem ersten elektrischen Potential getrennt wird und mit dem Strommesselement der zwischen der Guardelektrode und der zweiten Elektrode fließende Leckstrom erfasst wird. Insbesondere Rußpartikel, die in einem Abgasstrom von einer Brennkraftmaschine durch einen Abgasstrang transportiert werden, können in den im Abgasstrang integrierten Rußsensor eindringen. Die Rußpartikel gelangen in ein elektrisches Feld, das sich auf Grund der angelegten elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausbildet, wobei zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein gut messbarer elektrischer Strom erzeugt wird, der entsprechend auswertbar ist, wobei die Messung des Stroms durch das Strommesselement erfolgt, das mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.
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Verwiesen wird zudem auf die Druckschrift
DE 14 70 666 C3 . Die Druckschrift offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Erdöldestillats mit verbessertem Rauchpunkt unter Anwendung einer katalytischen, hydrierenden Entschwefelungsbehandlung, gefolgt von einer katalytischen, hydrierenden Entaromatisierungsbehandlung mindestens einer Anteilsmenge des Entschwefelungsprodukts und Mischen der dabei erhaltenen aromatenarmen Anteilsmenge mit mindestens einer weiteren nichtaromatisierten Anteilsmenge des Entschwefelungsprodukts. Verschiebe-Gleitvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Ausgangsmaterial verwendete Erdölfraktion nur teilentschwefelt, das teilentschwefelte Produkt, gegebenenfalls destillativ, in mindestens zwei Anteilsmengen mit untereinander gleichem oder verschiedenem Siedebereich aufgetrennt und eine der Anteilsmengen, und zwar bei destillativer Auftrennung des teilentschwefelten Produkts eine aus einer oder mehreren leichten Fraktionen bestehende Anteilsmenge, der Entaromatisierungsbehandlung unterworfen wird.
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Die ebenfalls zum Stand der Technik gehörende Druckschrift
US 2017/0 206 764 A1 beschreibt einen Rauchmelder und eine Rauch-Erkennungsmethode. Schließlich offenbart die Druckschrift
US 5 420 440 A einen weiteren Rauchmelder in der Art eines optischen Rauchwächters, der für den Einsatz in staubigen und schmutzigen Umgebungen vorgesehen ist.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass aus dem Stand der Technik einige Vorrichtungen und Verfahrensweisen bekannt sind, um in einem gasförmigen Fluid eine Bestimmung von Rußpartikeln vornehmen zu können.
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Der bekannte Stand der Technik liefert jedoch noch keine Lösung für eine Vorrichtung und eine zugehöriges Verfahren zur verbesserten und einfachen Vorhersage der Rußpartikelbildungsneigung von Kraftstoffen, die in flüssigem Zustand vorliegen, wobei insbesondere nach einem genormten Verfahren gesucht wird, welches eine Vergleichbarkeit hinsichtlich der Rußpartikelbildungsneigung unterschiedlicher Kraftstoffe gewährleistet, ohne dass eine aufwändige Analyse der flüssigen Kraftstoffe vorgenommen werden muss.
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Ein nicht vorhergesehener Ansatzpunkt liefert die Druckschrift DIN ISO 3014, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Norm DIN ISO 3014 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Rußpunktes von flüssigem Kerosin. Die Norm merkt hinsichtlich ihres Anwendungsbereiches an, dass speziell der Rußpunkt von Kerosin abhängig von der Zusammensetzung nach Kohlenwasserstofftypen ist und einen Hinweis auf relative rußbildende Eigenschaften in einer diffusen Flamme liefert.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Laborverfahren und eine Vorrichtung zur qualitativen und/oder quantitativen Normung von Kraftstoffen/Kraftstoffkomponenten hinsichtlich ihrer Rußbildungsneigung zu schaffen.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Rußpunktlampe zur Normung, insbesondere zur qualitativen und/oder quantitativen Normung von Kraftstoffen und Kraftstoffkomponenten hinsichtlich ihrer Rußbildungsneigung, die unter Erzeugung einer Flamme verbrannt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rußpunktlampe mindestens eine optische und/oder kapazitive und/oder induktive Sensoranordnung aufweist, die in einem Schornstein oder einer Schornsteinverlängerung der Rußpunktlampe angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass mittels der mindestens einen Sensoranordnung zur Bestimmung eines quantitativen Rußpunktes der in der Rußpunktlampe erzeugten Flamme eine Flammenhöhe mittels der optischen oder kapazitiven oder induktiven Sensoranordnung sensorisch eingestellt wird, und/oder mittels der mindestens einen Sensoranordnung sensorisch eine quantitative Rußpartikelintensität, bei einer vorgegebenen Flammenhöhe, der in der Rußpunktlampe erzeugten Flamme bestimmt wird.
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Die optische Sensoranordnung wird nachfolgend als erste Ausführungsform, die kapazitive Sensoranordnung als zweite Ausführungsform und die induktive Sensoranordnung als dritte Ausführungsform bezeichnet und erläutert.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die optische Sensoranordnung auf dem Prinzip des Streulichtverfahrens (erste Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform) oder auf dem Prinzip des Transmissionsverfahrens (zweite Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform) beruht und dazu eingerichtet ist.
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Die kapazitive Sensoranordnung beruht auf dem Prinzip der Kapazitätsmessung und die induktive Sensoranordnung beruht auf dem Prinzip der Induktivitätsmessung, wobei die Sensoranordnungen jeweils dazu eingerichtet sind, diese Messverfahren zu bewerkstelligen.
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Die Erfindung betrifft ferner als Ausgangspunkt ein Verfahren zur qualitativen und quantitativen Normung von Kraftstoffen und Kraftstoffkomponenten hinsichtlich ihrer Rußbildungsneigung, die in einer Rußpunktlampe unter Erzeugung einer Flamme verbrannt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels der mindestens einen optischen und/oder kapazitiven und/oder induktiven Sensoranordnung aufweisenden Rußpunktlampe, die in einem Schornstein oder einer Schornsteinverlängerung der Rußpunktlampe angeordnet ist, in einem ersten Messmodus ein quantitativer Rußpunkt der Flamme bestimmt wird, in dem eine maximale Flammenhöhe der Flamme ohne zu rußen erreicht ist, wobei die maximale Flammenhöhe der Flamme sensorisch eingestellt und die maximale Flammenhöhe sensorunabhängig an einer Skale der Rußpunktlampe abgelesen wird, und/oder in einem zweiten Messmodus eine quantitative Rußpartikelintensität der Flamme sensorisch bestimmt wird, die bei einer vorgegebenen sensorunabhängig eingestellten Flammenhöhe der Flamme unter Bildung von Ruß in der Rußpunktlampe verbrennt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehrere quantitativ bestimmte Rußpunkte und/oder mehrere quantitativ bestimmte Rußpartikelintensitäten mehrerer zu untersuchender spezifischer Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten als Vergleichsgrößen herangezogen werden, um eine genormte qualitative Aussage über die Rußbildungsneigung der untersuchten spezifischen Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten zu treffen.
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In vorteilhafter Weise ist ferner vorgesehen, dass in dem ersten Messmodus für mehrere zu untersuchende spezifische Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten der quantitative Rußpunkt der Flamme bestimmt wird, sodass eine Einordnung der bestimmten Rußpunkte eine Aussage über die Qualität der spezifischen Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten hinsichtlich der Rußbildungsneigung zulässt, wobei ein geringerer Rußpunkt einer geringeren Qualität eines spezifischen Kraftstoffs oder einer Kraftstoffkomponente gegenüber mindestens einem anderen spezifischen Kraftstoff oder mindestens einer anderen Kraftstoffkomponente entspricht, und/oder in dem zweiten Messmodus für mehrere zu untersuchende spezifischen Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten die quantitative Rußpartikelintensität der Flamme bestimmt wird, sodass eine Einordnung der quantitativ bestimmten Rußpartikelintensität je nach Rußpartikelintensität eine Aussage über die Qualität der spezifischen Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten hinsichtlich der Rußbildungsneigung zulässt, wobei eine geringere Rußpartikelintensität einer höheren Qualität eines spezifischen Kraftstoffs oder einer Kraftstoffkomponente gegenüber mindestens einem anderen spezifischen Kraftstoff oder einer Kraftstoffkomponente entspricht.
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Schließlich ist noch bevorzugt vorgesehen, dass der erste Messmodus für mehrere Kraftstoffe und oder Kraftstoffkomponenten einer Versuchsgruppe durchgeführt wird, um durch die Bestimmung der quantitativen Rußpunkte der jeweiligen Flammen einen unteren Mindest-Grenzwert eines Schwellbereichs der einzustellenden Flammenhöhe der Flamme innerhalb des Messbereiches der Rußpunktlampe zu ermitteln, wobei der untere Mindest-Grenzwert im zweiten Messmodus zur Vorgabe der einzustellenden Flammenhöhe der Flamme berücksichtigt wird, und der untere Mindest-Grenzwert der einzustellenden Flammenhöhe des Schwellbereiches demjenigen im ersten Messmodus ermittelten quantitativen Rußpunkt mit der geringsten Flammenhöhe entspricht.
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Zusammenfassend wird die sensorische Einstellung der maximalen Flammenhöhe des quantitativen Rußpunktes im ersten Messmodus und/oder die sensorische Bestimmung der quantitativen Rußintensität im zweiten Messmodus durch optische oder kapazitive oder induktive Messverfahren mittels der Rußpunktlampe nach Anspruch 1 durchgeführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten einer Rußpunktlampe nach dem Stand der Technik gemäß der DIN ISO 3014: 1997-07 (Seite 3);
- 1A eine erfindungsgemäße Rußpunktlampe mit einer Sensoranordnung in einer ersten Ausführungsvariante einer ersten Ausführungsform;
- 1B eine erfindungsgemäße Rußpunktlampe mit einer Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform;
- 2 eine erfindungsgemäße Rußpunktlampe mit einer Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsform und
- 3 eine erfindungsgemäße Rußpunktlampe mit einer Sensoranordnung in einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten einer Rußpunktlampe R nach dem Stand der Technik. Die Darstellung entspricht der schematischen Darstellung der wesentlichen Komponenten der Rußpunktlampe R nach dem Stand der Technik gemäß der DIN ISO 3014: 1997-07 (Seite 3).
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Die Rußpunktlampe R umfasst einen Brenner R-AB, der eine Dochthülse R-A und ein Belüftungsrohr R-B (in DIN ISO 3014, Seite 3, Bild 2, getrennt dargestellt) aufweist. Die Rußpunktlampe R umfasst zudem einen Brennerhalter R-C, in denen ein Verstellelement R-V integriert angeordnet ist, um den Brenner R-AB gegenüber dem Brennerhalter R-C verschieben zu können. Der Brennerhalter R-C ist mit einem Lampengehäuse R-G fest verbunden. Oberhalb des Lampengehäuses R-G ist ein sogenannter Schornstein R-H angeordnet, über den das gasförmige Fluid, das heißt die Verbrennungsgase in die Umgebung abgeführt werden.
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Innerhalb des Lampengehäuses R-G ist eine Skale S angeordnet, deren Nullpunkt mit dem oberen Ende einer Dochthülsenführung, die in 1 nicht dargestellt ist, übereinstimmt. Die erwähnte Dochthülse R-A ist durch die Verschiebung des Brenners R-AB gegenüber dem Brennerhalter R-C gegenüber der ortsfesten Dochthülsenführung R-D (in DIN ISO 3014, Seite 5, Bild 3, linke Abbildung dargestellt) verlagerbar, sodass sich ein in der Dochthülse R-A angeordneter Docht (nicht näher dargestellt) derart verstellen lässt, dass gemäß der genannten Norm DIN-ISO 3014 und den in der Norm im Detail beschriebenen Vorgehensweisen für einen bestimmten Kraftstoff ein Rußpunkt L bestimmt werden kann.
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Um die Schwierigkeiten bei der Bestimmung des Rußpunktes L zu verdeutlichen, wird die bekannte Vorgehensweise nachfolgend wiedergegeben.
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Die Rußpunktlampe R wird angezündet und der Docht so eingestellt, dass die Flamme FL ungefähr 10 mm hoch ist. Die Rußpunktlampe R lässt man gemäß der Norm 5 min brennen.
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Der Brenner R-AB wird soweit hochgeschraubt, bis eine Rußfahne FA erscheint. Danach wird der Brenner R-AB langsam wieder herunter gedreht, wobei nacheinander die folgenden Flammenbilder erscheinen:
- a) Eine lange Flammenspitze der Flamme FL, die schwach sichtbar rußt und unruhig flackert.
- b) Eine verlängerte, zugespitzte Flamme FL mit konkav nach oben gerichteten Seiten an der Spitze ist sichtbar (Flamme FL zu hoch).
- c) Die Flammenspitze verschwindet gerade, es ist eine ganz leicht abgestumpfte Flamme FL sichtbar (Flamme FL richtig). Manchmal werden neben dem richtigen Flammenbild unregelmäßig gezackte flackernde Flammen FL beobachtet. Sie werden nicht berücksichtigt.
- d) Eine gut abgerundete Flammenspitze der Flamme FL ist sichtbar (Flamme FL zu niedrig).
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Die Höhe der Flamme FL gemäß Punkt c) ist auf 0,5 mm zu messen. Die beobachtete Höhe wird notiert.
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Um Fehler durch Parallaxe zu vermeiden, muss der Beobachter sein Auge leicht seitlich der Mittellinie halten, sodass ein reflektiertes Flammenbild auf der einen Seite der mittleren vertikalen weißen Linie der Skale S gesehen wird und die Flamme FL selbst gegen die andere Seite der Skale gesehen wird, wobei die Ablesung für beide Beobachtungen identisch sein muss.
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Die Flammenhöhe zFL beim Rußpunkt L innerhalb eines Skalenbereiches ΔzFL, der beispielsweise 50 mm beträgt, ist dreimal getrennt abzulesen, und zwar durch Wiederholung der zuvor beschriebenen Vorgehensweise a) bis d) zur Erzeugung der Flammenbilder. Wenn diese Werte sich über einen Bereich von mehr als 1,0 mm unterscheiden, wird die Prüfung mit einer neuen Probe und einem anderen Docht wiederholt.
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Zur Wiederholbarkeit wird ausgeführt, dass der Unterschied zwischen zwei Ergebnissen, die von demselben Beobachter mit demselben Gerät unter konstanten Arbeitsbedingungen an derselben Probe ermittelt werden, auf die Dauer bei üblicher und korrekter Anwendung des Verfahrens den Wert in einem von 20 Fällen um 2 mm übersteigen wird.
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Zur Vergleichbarkeit wird ausgeführt, dass der Unterschied zwischen zwei einzelnen und unabhängigen Ergebnissen, die von verschiedenen Beobachtern in verschiedenen Laboratorien an gleichen Proben ermittelt werden, auf die Dauer bei üblicher und korrekter Anwendung des Verfahrens den Wert nur in einem von 20 Fällen um 3 mm übersteigen wird.
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Unter Berücksichtigung der vorhergehenden Ausführungen kann festgestellt werden, dass zum einen die Einstellungsmethodik der Flamme FL einerseits durch unterschiedliche subjektive Wahrnehmung des Einstellenden, wann gemäß dem Punkt c) eine Flammenhöhe zFL-OR (OR = ohne Rußbildung) der Flamme FL ohne zu rußen erreicht ist, sehr fehlerbehaftet ist und zum anderen die Genauigkeit der Ablesemethodik des Ablesenden, das heißt die Wiederholbarkeit und die Vergleichbarkeit, zusammengefasst die Präzision der Ablesung der Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ebenfalls einer Verbesserung bedürfen.
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Die Anmelderin hat zunächst in Versuchen überraschender Weise festgestellt, dass sich die für Kerosin geltende Norm DIN-ISO 3014 auch für andere brennbare Kraftstoffe, insbesondere Otto-Kraftstoffe, die mit der Rußpunktlampe R verbrannt werden können, einsetzbar ist, jedoch muss bei den zu prüfenden Kraftstoffen, insbesondere Otto-Kraftstoffen, der Rußpunkt L wesentlich genauer, das heißt sensitiver bestimmt werden, als es die bisherige Vorgehensweise und die bisherige Vorrichtung der Norm DIN-ISO 3014 ermöglichen.
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Die Erfindung sieht vor, dass die herkömmliche Vorrichtung, das heißt die herkömmliche Rußpunktlampe R gemäß 1 um eine Sensoranordnung 10, 20, 30 ergänzt wird, mittels der erfindungsgemäß verschiedene Messmodalitäten M1, M2 realisiert werden können, die sich somit hinsichtlich der Vorrichtung und hinsichtlich der bisherigen Vorgehensweise unterscheiden, wie nachfolgend detailliert erläutert wird.
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Erfindungsgemäß werden drei verschiedene Ausführungsformen von Sensoranordnungen 10, 20, 30 vorgeschlagen, die nachfolgend im Zusammenhang mit den verschiedenen erfindungsgemäßen Messmodalitäten M1, M2 erläutert werden.
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Erster Messmodus M1:
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Bei dem ersten Messmodus M1 erfolgt die Qualifizierung und Quantifizierung der Kraftstoffe anhand des Vergleiches der verschiedenen kraftstoffspezifischen Rußpunkte L, wobei gilt, dass ein kleinerer Rußpunkt L einem bestimmten Kraftstoff zugeordnet wird, der schlechtere rußbildende Eigenschaften in einer diffusen Flamme FL aufweist, als ein anderer Kraftstoff mit einem größeren Rußpunkt L.
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Bei dem ersten Modus M1 wird die bisherige Einstellungsmethodik der Flamme FL mit unterschiedlicher subjektiver Wahrnehmung, wann gemäß dem Punkt c) eine maximale Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen erreicht ist, durch eine der Sensoranordnungen 10, 20, 30 ersetzt.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise des ersten Messmodus M1 wird vorgeschlagen, dass gemäß Punkt c), bei der die Flammenspitze der Flamme FL gerade verschwindet, und eine ganz leicht abgestumpfte Flamme FL sichtbar ist, durch einen der jeweiligen Sensoranordnung 10, 20, 30 zugeordneten Sensor als Ersatz für das menschliche Auge eingestellt wird.
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Bei dieser Einstellung, gemäß Punkt c), ist eine Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen erreicht, sodass mittels der Sensorik ermittelt werden kann, bei welcher Flammenhöhe zFL-OR im Bereich ΔzFL der quantitativ geringste Rußintensitätswert vorliegt.
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Der quantitativ geringste Rußintensitätswert liegt dann bei der maximal ermittelten Flammenhöhe zFL-OR des zuvor richtig eingestellten kraftstoffspezifischen Rußpunktes L vor, der von dem Ablesenden gemäß der oben beschriebenen Ablesemethodik abgelesen wird.
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Mit anderen Worten der Vergleichswert des ersten Messmodus M1 sind die verschiedenen Flammenhöhen zFL-OR des kraftstoffspezifischen Rußpunktes L, wobei ein mehr zur Rußbildung neigender Kraftstoff eine kleinere Flammenhöhe zFL-OR, mithin einen kleineren Rußpunkt L und ein weniger zur Rußbildung neigender Kraftstoff eine größere Flammenhöhe zFL-OR, mithin einen größeren Rußpunkt L aufweist.
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Somit wird der durch die bisherige Einstellungsmethodik vorhandene Messfehler, der durch die unterschiedliche subjektive Wahrnehmung der Flamme FL des Einstellenden vorliegt reduziert, da die Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen mittels der Sensorik objektiv frei von subjektiven Wahrnehmungen des Einstellenden eingestellt werden kann.
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Die Präzision der Ermittlung des Rußpunktes L, bezüglich der Wiederholbarkeit und die Vergleichbarkeit, zusammengefasst die Präzision der Ablesung der Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen, mithin die Ablesemethodik des Rußpunktes L wird in dem ersten Messmodus M1, der die Einstellungsmethodik betrifft, noch nicht verbessert.
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Um auch den subjektiven Fehler der Ablesemethodik des Rußpunktes L mittels der Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen ebenfalls zu überwinden, wird ein zweiter Messmodus M2 vorgeschlagen, der auf die Vergleichbarkeit verschiedener Kraftstoffe durch den Vergleich der kraftstoffspezifischen Rußpunkte L generell verzichtet, indem auf die bisherige Einstellungsmethodik und somit auf die Feststellung des Rußpunktes L generell verzichtet wird.
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Es wird bei dem zweiten Messmodus M2 erfindungsgemäß mit einer der erfindungsgemäßen alternativen Sensoranordnungen 10, 20, 30 eine Rußintensität der verschiedenen Kraftstoffe wie folgt gemessen:
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Zweiter Messmodus M2:
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Der zweite Messmodus M2 sieht vor, die Rußintensität verschiedener spezifischer Kraftstoffe bei einer vorgebbaren stets gleichen Flammenhöhe zFL-MR (MR = mit Rußbildung) mittels der Sensoranordnungen 10, 20, 30 zu ermitteln.
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Mit anderen Worten, die Flamme FL wird auf einen bestimmten vorgebbaren Flammenhöhen-Vergleichswert zFL-MR eingestellt, der innerhalb des Bereiches ΔzFL (vergleiche Figuren) oder innerhalb eines vorher bestimmten Schwellbereiches ΔzFLS (ΔzFLS < ΔzFL) liegt und nicht mehr der maximalen Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen entspricht.
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Im Gegensatz zu der bisherigen Vorgehensweise wird gemäß dem Messmodus M1 der Flammenhöhen-Vergleichswert zFL-MR des zweiten Messmodus M2 möglichst derart festgelegt, dass die zu untersuchenden spezifischen Kraftstoffe einer Versuchsgruppe messbar Ruß bilden.
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Es wird deutlich, dass auf die bisherige Einstellungsmethodik und die Feststellung des Rußpunktes L gemäß dem ersten Messmodus M1 verzichtet wird. Die bisherige Ablesemethodik des Rußpunktes L an der Skale S gemäß dem ersten Messmodus M1 wird gemäß dem zweiten Messmodus M2 durch eine Ablesemethodik des Vergleichswertes zFL-MR an der Skale S ersetzt.
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Bei diesem Vergleichswert zFL-MR werden die zu untersuchenden spezifischen Kraftstoffe auf ihre quantitative Rußintensität hin gemessen und hinsichtlich ihrer gemessenen Rußintensität eingeordnet, wie anhand der nachfolgenden Erläuterungen zu den Sensoranordnungen 10, 20, 30 beschrieben wird.
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Generell werden drei Ausführungsformen vorgeschlagen, die nachfolgend zumindest teilweise in verschiedenen Ausführungsvarianten erläutert werden.
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Kombination der Messmodi 1 und 2:
- Die Messmodi M1 und M2 sind dahingehend kombinierbar, dass mittels dem ersten Messmodus M1 mithilfe der jeweiligen Sensoranordnung 10, 20, 30 als Ersatz für das menschliche Auge für zu untersuchende spezifische Kraftstoffe einer Versuchsgruppe, beispielsweise einer Otto-Kraftstoff-Versuchsgruppe festgestellt wird, wann der jeweilige Punkt c), bei der die Flammenspitze der jeweiligen Flamme FL gerade verschwindet, und eine ganz leicht abgestumpfte Flamme FL sichtbar ist. Dadurch kann für jeden der Kraftstoffe einer Versuchsgruppe die maximale Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen verifiziert werden, sodass mittels der Sensorik ermittelt werden kann, bei welcher Flammenhöhe zFL-OR im Bereich ΔzFL der geringste Rußintensitätswert jedes Kraftstoffes der Versuchsgruppe vorliegt.
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Daraus kann geschlussfolgert werden, dass der Vergleichswert zFL-MR des zweiten Messmodus M2 oberhalb derjenigen maximalen Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen liegen muss, die den höchsten Betrag aufweist, sodass in den zu untersuchenden spezifischen Kraftstoffen einer Versuchsgruppe messbar Ruß gemessen werden kann. Mit anderen Worten, der Vergleichswert zFL-MR kann beispielsweise in einem Schwellbereich ΔzFLS gewählt werden, dessen unterer Grenzwert derjenigen maximalen Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL ohne zu rußen entspricht, die den höchsten Betrag aufweist.
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Erste Ausführungsform:
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Eine erste Ausführungsform verwendet als Grundprinzip eine optische Sensoranordnung 10.
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In 1A ist eine optische Sensoranordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform dargestellt.
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In 1B ist eine optische Sensoranordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform dargestellt.
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Die jeweilige Sensoranordnung 10 (vergleiche auch 1B) umfasst stets eine Lichtquelle 10A und einen Detektor 10B sowie eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 10C.
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In der ersten bevorzugten Ausführungsvariante (vergleiche 1A) der ersten Ausführungsform beruht die Sensoranordnung 10 auf dem nicht näher dargestellten Streulichtverfahren.
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Bei dieser Methode wird das Streulicht einzelner Rußpartikel detektiert. Der prinzipielle Aufbau eines Streulicht-Partikelzählers ähnelt dem des Extinktions-Partikelzählers und besteht somit aus einer Lichtquelle 10A, einer Messzelle und einem Detektor 10B. Da der Detektor 10B bei der Streulichtmethode unter Umständen kleinste Signale erkennen muss, kann hier z.B. ein Photomultiplier eingesetzt werden. Meist wird eine Streulicht-Sensor/Detektoranordnung so aufgebaut, dass gerade kein Licht den Detektor 10B erreicht, wenn sich kein Partikel in der Messzelle befindet. Dies wird z.B. durch eine Lichtfalle oder durch die Platzierung des Detektors 10B im 90°-Winkel zur Beleuchtungsrichtung erreicht. Befindet sich ein Rußpartikel in der Messzelle, so wird das einfallende Licht an diesem gestreut. Die zu Grunde liegenden physikalischen Effekte dieser Richtungsänderung des Lichts sind Beugung, Brechung und Reflexion. In Abhängigkeit von der Größe der Partikel ändert sich das Signal am Detektor 10B und es erfolgt eine Auswertung über die Ansteuer- und Auswerteelektronik 10C.
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Als Messzelle wird entweder eine Schornsteinverlängerung R-H1 gemäß 1A oder der Schornstein R-H der Rußpunktlampe R gemäß 1B verwendet. Dabei ist die Sensoranordnung 10 derart angeordnet, dass das Licht durch die Rußfahne FA geleitet wird und durch die Rußpartikel der Rußfahne FA gestreut wird.
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Mithilfe des Streulichtverfahrens und der zugehörige Anordnung 10 kann somit die Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL im Rußpunkt L gemäß dem ersten Messmodus M1 oder die Rußintensität gemäß dem zweiten Messmodus M2 bei eingestelltem Vergleichswert zFL-MR der Flamme FL mindestens eines Kraftstoffes ermittelt werden, wobei nicht unbedingt eine quantitative Rußmenge ermittelt wird/werden, sondern innerhalb einer Versuchsgruppe kann qualifiziert werden, welcher der spezifischen Kraftstoffe mehr oder weniger zu Rußbildung neigt, beziehungsweise rußbildende Eigenschaften aufweist. Eine stärkere Streuung wird einer höheren Rußbildungsneigung zugeordnet. Es besteht, wie erläutert, auch die Möglichkeit eine quantitative Rußmenge zu ermitteln, sodass anhand der quantitativen Rußmengen eine qualitative Einordnung der Kraftstoffe vorgenommen werden kann. Bei einer quantitativen Bestimmung der Partikelanzahlemission (entspricht der Rußintensität) besteht die Möglichkeit, bei Festlegung eines Grenzwertes, bei einer Unterschreitung des Grenzwertes der Partikelanzahlemission genormt festzustellen, ob der Grenzwert eingehalten wird. Wird keine quantitative Bestimmung durchgeführt, besteht trotzdem die Möglichkeit die sogenannte qualitative Normung vorzunehmen, ohne dass die Partikelanzahlemission quantitativ bestimmt wird.
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Gemäß 1B beruht die Sensoranordnung 10 in der zweiten bevorzugten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform auf dem Transmissionsverfahren.
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Die jeweilige Sensoranordnung 10 umfasst wiederum eine Lichtquelle 10A und einen Detektor 10B sowie eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 10C. Bei dieser Ausführungsvariante ist die Sensoranordnung 10 in den Schornstein R-H integriert angeordnet, wobei die Sensoranordnung 10 zur Durchführung des Transmissionsverfahrens analog zu 1A auch in der Schornsteinverlängerung R-H1 angeordnet werden kann.
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Bei der Durchführung des Transmissionsverfahrens werden die Rußpartikel von einer Lichtquelle 10A durchleuchtet. Der Sensor ermittelt also, wie viel Licht in der Messzelle absorbiert und somit von dem Detektor 10B wiederum einer Photodiode erfasst wird.
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Daraus berechnet sich der Trübungsgrad beziehungsweise Trübungskoeffizient zwischen Lichtquelle 10A und Detektor 10B, wobei innerhalb einer Versuchsgruppe durch den ermittelten Trübungsgrad qualifiziert und quantifiziert wird, welcher der spezifischen Kraftstoffe mehr oder weniger zu Rußbildung neigt, beziehungsweise rußbildende Eigenschaften aufweist. Ein höherer Trübungsgrad wird einer höheren Rußbildungsneigung zugeordnet. Die Lichtquelle 10A bevorzugt als LED ausgeführt, sendet Licht mit einer bestimmten Wellenlänge von beispielsweise λ = 780 nm aus, welches bevorzugt über eine Kollimatorlinse 10A-1 geführt wird.
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Die Kollimatorlinse 10A-1 bevorzugt mit einer Brennweite F = 4,64 mm dient zur Erzeugung eines parallelen Strahlenverlaufs (vergleiche 1B), also zur Kollimation.
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Die Steuerung der Lichtquelle 10A erfolgt gemäß der zweiten Ausführungsvariante über einen Vorwiderstand 10C-1 der Ansteuer- und Auswerteelektronik 10C, wobei die Auswertung des ausgangseitigen Sensorsignals im Detektor 10, insbesondere einer Photodiode, mithilfe eines das Sensorsignal verstärkenden Operationsverstärkers 10C-2 und einem parallel geschalteten Messwiderstand 10C-3 vorgenommen wird (vergleiche 1B), sodass eine für einen Datenlogger 10C-4 auswertbare Messspannung UM vorliegt, mittels der die Qualifizierung und Quantifizierung der spezifischen Kraftstoffe hinsichtlich einer geringeren oder stärkeren Rußbildung möglich ist.
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Somit kann auch mithilfe des Transmissionsverfahrens und der zugehörigen Anordnung 10 die Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL im Rußpunkt L gemäß dem ersten Messmodus M1 oder die Rußintensität bei eingestelltem Vergleichswert zFL-MR der Flamme FL gemäß dem zweiten Messmodus M2 mindestens eines Kraftstoffes ermittelt werden, wobei nicht unbedingt eine quantitative Rußmenge/ ermittelt wird/werden, sondern innerhalb einer Versuchsgruppe kann qualifiziert und quantifiziert werden, welcher der spezifischen Kraftstoffe mehr oder weniger zu Rußbildung neigt, beziehungsweise rußbildende Eigenschaften aufweist. Es besteht, wie erläutert, auch bei dieser zweiten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform die Möglichkeit auch eine quantitative Rußmenge zu ermitteln, sodass anhand der quantitativen Rußmengen eine qualitative Einordnung der Kraftstoffe vorgenommen werden kann. Bei einer quantitativen Bestimmung der Partikelanzahlemission (entspricht der Rußintensität) besteht die Möglichkeit, bei Festlegung eines Grenzwertes, bei einer Unterschreitung des Grenzwertes der Partikelanzahlemission genormt festzustellen, ob der Grenzwert eingehalten wird. Wird keine quantitative Bestimmung durchgeführt, besteht trotzdem die Möglichkeit die sogenannte qualitative Normung vorzunehmen, ohne dass die Partikelanzahlemission quantitativ bestimmt wird.
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Zweite Ausführungsform:
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Eine zweite Ausführungsform verwendet als Grundprinzip eine kapazitive Sensoranordnung 20.
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In 2 ist die erfindungsgemäße kapazitive Sensoranordnung 20 dargestellt.
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Die Sensoranordnung 20 umfasst einen kapazitiven Sensor 20A und eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 20C, der in der Druckschrift
DE 10 2015 218 770 A1 für die Untersuchung eines flüssigen Kraftstoffes eingesetzt wird. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass dieses Verfahren auch für die Erfassung von Rußpartikeln im Schornstein R-H oder über dem Schornstein R-H in der Schornsteinverlängerung R-H1 zur Detektion eines mit Rußpartikeln beladenen Gases einsetzbar ist. Der kapazitive Sensor 20A und die Ansteuer- und Auswerteelektronik 20C sind zu einer Bestimmung eines Imaginärteils der relativen Permittivität des spezifischen Kraftstoffs eingerichtet. Der kapazitive Sensor 20A ist als Kondensator ausgebildet, der eine Leerkapazität aufweist. Bevorzugt ist der Kondensator als ein Interdigital-Kondensator ausgebildet. Der Kondensator weist eine Elektrodenstruktur mit mindestens einem Elektrodenfinger oder einer Mehrzahl von Elektrodenfingern 20A-1 auf, die zueinander jeweils einen Abstand a in einem Bereich aufweisen, wodurch die Elektrodenstruktur des Kondensators eine vorgebbare Oberfläche vorbestimmter Größe aufweist. Der kapazitive Sensor 20A ist zur Messung der Leitfähigkeit des spezifischen Kraftstoffes ausgebildet und eingerichtet. Messgröße ist somit zusammenfassend die Permittivität - eine sich aus Real- und Imaginärteil zusammensetzende komplexwertige Funktion. Aus dem Realteil kann die Rußbildungsneigung abgeleitet werden, aus dem Imaginärteil die Größe der Rußmoleküle. Realteil: Je höher die gemessene Leitfähigkeit ist, desto höher ist die Rußbeladung auf dem Kondensator und desto höher ist die Partikelbildungsneigung des Kraftstoffs. Imaginärteil: Je höher der Imaginärteil, desto größer die Moleküle, da die Relaxation der großen Moleküle mehr Zeit in Anspruch nimmt. Vorgeschlagen wird insbesondere ein Aufbau der Sensoranordnung, bei dem die Sensorplatine, mit der Elektrodenstruktur, insbesondere zylindrisch parallel zur zylindrischen Wandung des Schornsteins R-H oder der Schornsteinverlängerung R-H1 (vergleiche
2) angeordnet ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass insbesondere kleine Rußpartikel aufgrund der Trägheit in irgendeiner Weise abgelenkt werden und gegebenenfalls von der zweiten Sensoranordnung 20 nicht erfasst werden. Mit anderen Worten, eine Anordnung der Sensorplatine mit der Elektrodenstruktur quer zur Strömungsrichtung ist nicht zielführend.
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Mithilfe des kapazitiven Verfahrens und der zugehörige kapazitiven Anordnung 20 kann somit die Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL im Rußpunkt L gemäß dem ersten Messmodus M1 oder die Rußintensität bei eingestelltem Vergleichswert zFL-MR der Flamme FL gemäß dem zweiten Messmodus M2 mindestens eines Kraftstoffes ermittelt werden, wobei keine quantitative Rußmenge ermittelt wird, sondern innerhalb einer Versuchsgruppe qualifiziert wird, welcher der spezifischen Kraftstoffe mehr oder weniger zu Rußbildung neigt, beziehungsweise rußbildende Eigenschaften aufweist. Je höher die gemessene Leitfähigkeit ist, desto höher ist die Rußbeladung beziehungsweise die Rußbildungsneigung. Es besteht auch bei dieser zweiten Ausführungsform die Möglichkeit, auch eine quantitative Rußmenge zu ermitteln, sodass anhand der quantitativen Rußmengen eine qualitative Einordnung der Kraftstoffe vorgenommen werden kann. Bei einer quantitativen Bestimmung der Partikelanzahlemission (entspricht der Rußintensität) besteht die Möglichkeit, bei Festlegung eines Grenzwertes, bei einer Unterschreitung des Grenzwertes der Partikelanzahlemission genormt festzustellen, ob der Grenzwert eingehalten wird. Wird keine quantitative Bestimmung durchgeführt, besteht trotzdem die Möglichkeit die sogenannte qualitative Normung vorzunehmen, ohne dass die Partikelanzahlemission quantitativ bestimmt wird.
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Dritte Ausführungsform:
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Eine dritte Ausführungsform verwendet als Grundprinzip eine induktive Sensoranordnung 30.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße induktive Sensoranordnung 30 dargestellt.
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Die Sensoranordnung 30 umfasst einen induktiven Sensor 30A und eine Ansteuer- und Auswerteelektronik 30C.
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Erfindungsgemäß umfasst die Sensoranordnung 30 eine Messanordnung und ist mit einer induktiven Leiterstruktur vorgesehen, mit welcher Rußpartikel erfasst werden können. Die Leiterstruktur ist als Spule ausgebildet, deren Wicklungen einen Abschnitt in dem Schornstein R-H oder in der Schornsteinverlängerung R-H1 (vergleiche 3) umgeben. Vorzugsweise liegen die Wicklungen der Spule in einem geringen Abstand zur Innenmantelfläche der Schornsteinverlängerung R-H1. Ansteuer- und Auswerteelektronik 30C umfasst ferner einen Generator, der über Zuleitungen an die Spule angeschlossen ist. Über den Generator wird die Spule mit einer vorzugsweise als Wechselspannung ausgebildeten Messspannung versorgt. Der von der Spule umgebene Abschnitt Schornsteinverlängerung R-H1 bildet den Kern der Spule, weshalb deren Induktivität wesentlich von im Spulenkern wirksamer Materie bestimmt wird. Auf Grund des die Spule durchströmenden Verbrennungsgases der Flamme FL kann anhand der erfassten Induktivität eine Rußbeladung festgestellt werden. Die dabei erfasste Induktivität wird mit der komplexen elektrischen Impedanz der Leiterstruktur verknüpft und es ist vorgesehen, dass diese hinsichtlich ihres Imaginärteils und/oder ihres Realteils beziehungsweise nach Betrag und Phase ausgewertet wird. Neben der Induktivität können auch die elektrischen Verluste, wie ohmsche Verluste oder Wirbelstromverluste, erfasst und ausgewertet werden. Vereinfachend gesagt, führen die genannten Messgrößen der dritten Sensoranordnung schließlich zu einem auswertbaren Messsignal UM innerhalb der Ansteuer- und Auswerteelektronik 30C.
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Mithilfe des induktiven Verfahrens und der zugehörigen induktiven Anordnung 30 kann somit die Flammenhöhe zFL-OR der Flamme FL im Rußpunkt L gemäß dem ersten Messmodus M1 oder die Rußintensität bei eingestelltem Vergleichswert zFL-MR der Flamme FL gemäß dem zweiten Messmodus M2 mindestens eines Kraftstoffes ermittelt werden, wobei keine quantitative Rußmenge ermittelt wird, sondern innerhalb einer Versuchsgruppe qualifiziert wird, welcher der spezifischen Kraftstoffe mehr oder weniger zu Rußbildung neigt, beziehungsweise rußbildende Eigenschaften aufweist. Je höher die gemessene Induktivität ist, desto höher ist die Rußbeladung beziehungsweise die Rußbildungsneigung. Es gilt wiederum, dass auch bei dieser dritten Ausführungsform die Möglichkeit einer quantitativen Rußmengenermittlung besteht, sodass anhand der quantitativen Rußmengen eine qualitative Einordnung der Kraftstoffe vorgenommen werden kann. Bei einer quantitativen Bestimmung der Partikelanzahlemission (entspricht der Rußintensität) besteht die Möglichkeit, bei Festlegung eines Grenzwertes, bei einer Unterschreitung des Grenzwertes der Partikelanzahlemission genormt festzustellen, ob der Grenzwert eingehalten wird. Wird keine quantitative Bestimmung durchgeführt, besteht trotzdem die Möglichkeit, die sogenannte qualitative Normung vorzunehmen, ohne dass die Partikelanzahlemission quantitativ bestimmt wird.
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In vorteilhafter Weise schafft die Erfindung ein Laborverfahren zur Kraftstoffnormung, insbesondere zur Qualifizierung vorhandener - handelsüblicher - und potentiell neuartiger Kraftstoffe oder Kraftstoffkomponenten unter Verwendung der für Kerosin genormten Rußpunktlampe nach DIN ISO 3014. Es wird somit eine im Vergleich zum Normverfahren nach DIN ISO 3014 präzisere Bestimmung der Rußbildungsneigung ermöglicht, da mithilfe mindestens einer der Sensoranordnungen 10, 20, 30 erfindungsgemäß eine sensorische Erkennung des Rußpunktes L einer Flamme FL und/oder eine sensorische Qualifizierung der Rußpartikelintensität einer oberhalb des Rußpunktes L eingestellten Flamme möglich ist.
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Es ist vorgesehen, das Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in einem einfachen, zeit- und ressourcensparenden Laborverfahren zur Ermittlung der Rußbildungsneigung ohne die Notwendigkeit, weitere Tiefenanalytik des Kraftstoffs als von der bekannten DIN ISO 3014 abweichende Norm zu etablieren. Wie erläutert, ist gegenüber anderen in der Beschreibungseileitung beschriebenen Verfahren kein iterativer Anpassungsprozess nötig.
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Die optischen Sensoranordnungen 10 mit den optischen Messverfahren der beiden Ausführungsvarianten gemäß der ersten Ausführungsform eignen sich in vorteilhafter Weise insbesondere als sogenannte „In-situ“-Messmethoden, da mit Eintritt des Gases in die Messzelle im Wesentlichen sofort eine Messwert innerhalb einer kontinuierlichen Messung im Gasstrom möglich ist. Das kapazitive und induktive Messverfahren gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform weisen während hinsichtlich des ersten Messwertes eine geringe zeitliche Verzögerung auf, sodass eine kontinuierlich Messung im Gasstrom erst möglich ist, nachdem der erste Messwert erfasst werden kann.
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Die optischen Verfahren der ersten Ausführungsform sind in vorteilhafter Weise besonders einfach bedienbar, wobei ferner insbesondere weniger Störfaktoren als beispielsweise bei dem kapazitiven Verfahren vorliegen, welches beispielsweise bei der Verbrennung gebildete Ionen als Störgröße mitdetektiert.
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Die beschriebenen Verfahren zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie ressourcenschonend sind, bei der Durchführung und Auswertung keine Fachexpertise erforderlich ist und die Durchführung und Auswertung bei geringem Zeitaufwand möglich ist.
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Außerdem wird bei der Verwendung der Rußpunktlampe und bei der Durchführung des Verfahrens weniger Kraftstoff benötigt, um im Vergleich zu den bisher üblichen Prüfstandstests zur Ermittlung der Rußintensität weniger Kraftstoff zu benötigen, wobei ferner der Untersuchungsaufwand reduziert wird und insgesamt geringere Betriebskosten entstehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen tragen dazu bei, um die Kraftstoffe qualitativ und quantifiziert hinsichtlich ihrer Rußneigung im Hinblick auf den Schutz der Umwelt einordnen zu können, sodass weniger umweltschädigende Kraftstoffe gewählt werden können.
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Zudem kann in vorteilhafter Weise eine bestehende Laborausrüstung, insbesondere die Rußpunktlampe R genutzt werden.
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Im Übrigen besteht die Möglichkeit, die Kraftstoffe unter Berücksichtigung ihrer genormten Qualität zu behandeln. Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und dem erfindungsgemäßen Normungsverfahren ist es zukünftig auch möglich, den virtuellen Handel mit Kraftstoff und die direkte Bereitstellung von Kraftstoffen an Kunden, unter Angabe der Qualifizierung durchzuführen. Mit anderen Worten, die Kraftstoffe können mit der neu geschaffenen Kraftstoffnormung hinsichtlich der Rußneigungsbildung mit einem Kennwert versehen werden, der als Parameter zur Differenzierung der Qualität eines Kraftstoffs gegenüber einem anderen Kraftstoff gegenüber dem Kunden und bei dem virtuellen Kraftstoffhandel verschiedener - unterschiedlich qualifizierter - Kraftstoffe nutzbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- R
- Rußpunktlampe
- R-AB
- Brenner
- R-A
- Dochthülse
- R-B
- Belüftungsrohr
- R-C
- Brennerhalter
- R-D
- Dochthülsenführung
- R-G
- Lampengehäuse
- R-H
- Schornstein
- R-H1
- Schornsteinverlängerung
- R-V
- Verstellelement
- L
- Rußpunkt
- FL
- Flamme
- FA
- Rußfahne
- S
- Skale
- ΔzFL
- Skalenbereich
- ΔzFLS
- Schwellbereich
- zFL
- Flammenhöhe
- zFL-OR
- Flammenhöhe (OR = ohne Rußbildung)
- zFL-MR
- Flammenhöhe (MR = mit Rußbildung)
- M1, M2
- Messmodalitäten
- 10
- optische Sensoranordnung
- 10A
- Lichtquelle
- 10A-1
- Kollimatorlinse
- 10B
- Detektor
- 10C
- Ansteuer- und Auswerteelektronik
- 10C-1
- Vorwiderstand
- 10C-2
- Operationsverstärkers
- 10C-3
- Messwiderstand
- 10C-4
- Datenlogger
- UM
- Messspannung
- 20
- kapazitive Sensoranordnung
- 20A
- kapazitiver Sensor
- 20C
- Ansteuer- und Auswerteelektronik
- 20A-1
- Elektrodenfinger
- UM
- Messspannung
- 30
- induktive Sensoranordnung
- 30A
- induktiver Sensor
- 30C
- Ansteuer- und Auswerteelektronik
- UM
- Messspannung
