DE1648974C3 - Vorrichtung zum Bestimmen des Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses eines Motorbrennstoffs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 40 nungskammer, eine Schwimm- bzw. Schwebeeinrich-

zum Bestimmen des Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis- tung, die sich im abdichtenden Eingriff mit den Wän-

ses eines Motorbrennstoffs. den der Kammer befindet und sich zwischen dem

Das Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis eines Motor- Oberende und dem Unterende der Kammer bewegen brennstoffs wie Benzin ist ein Maß für die Menge kann, und durch eine Einrichtung zum Zu- und Ableichter Frakü'onen bzw. leichter Destillate, die in 45 führen einer Motorbrennstoff-Probe, bestehend aus einem gegebenen Brennstoff vorhanden ist. Dieses einem Ventil mit einem Probenbecher und einem Verhältnis ist vom ASTM wie folgt definiert worden: Abzugsbecher, von denen der Probenbecher abwech-Das Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis eines Benzins bei selnd in abdichtenden Eingriff mit der Probenzuführirgendeiner bestimmten Temperatur und irgendeinem leitung und dem Unterende der Ausdehnungskambestimmten Druck ist das Verhältnis des sich mit 50 rner angeordnet werden kann und der Abzugsbecher Flüssigkeit im Gleichgewicht befindenden Dampfvo- die Ausdehnungskammer mit der Probenabführleilumens bei dieser Temperatur und bei diesem Druck tung verbinden kann, wenn der Probenbecher in abzu dem Volumen einer eingegebenen Probe, bei- dichtendem Eingriff mit der Probeneinlaßeinrichtung spielsweise einer Flüssigkeit, bei 0° C. angeordnet ist.

Die Flüchtigkeit von Motorbrennstoff ist als wich- 55 Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung tige Eigenschaft erkannt worden, und zwar vom ist dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbecher Standpunkt richtigen Arbeitens der Maschine aus. sich mit der Einlaßeinrichtung und einem Auslab in Ein zu großer Anteil leichter Destillate kann zu einer abdichtendem Eingriff befindet, wenn der Abzugsbe-Dampfsperre und zu anderen Problemen bei wa<-- eher sieh in abdichtendem Eingriff mit dem Untermem Wetter bei Motorbrennstoffeinrichtungen füh- 60 ende der Ausdehnungskammer befindet,
ren. Ein zu geringer Anteil an leichten Fraktionen Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsoder Destillaten kann die Eigenschaften des Benzins form der Erfindung ist ein Umgehungsschlitz vorge- oder Motorbrennstoffs bezüglich des Anlassens und sehen, der den Probeneinlaß mit dem Auslaß verbinder Aufwärmperiode nachteilig beeinflussen. Ein den kann, wenn der Probenbecher sich in abdichtenweiterer wichtiger Faktor ergibt sich aus den günsti- 65 dem Eingriff mit dem Unterende der Ausdehnungsgen Ersparnissen beim Zumischen leichter Produkte, kammer befindet.

wo dieses ausführbar ist. Beispielsweise wird Butan, Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung geschaf-

eln verhältnismäßig billiges Produkt, durch Verwen- fen, mittels welcher das Dampf-Flüssigkeits-Verhält-

nls eines Motorbrennstoffs genau und kontinuierlich bestimmt und damit Überwacht und gesteuert werden kann, 30 daß die Erzeugung eines Motorbrennstoffs guter Qualität bei niedrigstem Preis zumindest erleichten ist. Eine solche Vorrichtung ist ebenfalls s wertvoll als Steuerelement zum Zumischen der maximalen Menge leichter Produkte innerhalb eines annehmbaren Bereichs für das Darapf-Flüssigkeits-Verhältnis des Motorbrennstoffs.

Die Erfindung wird nschstehend an Hand der \a Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Schnittansicht des Drehventils und damit verbundener Teile in einer Füll- und Abzugsstellung;

Fig.3 ist eine Ajisicht des Drehventils in einer Verdampfungsstellung, die gegenüber der Stellung gemäß F i g. 2 um 120° verdreht ist;

Fig.4 ist eine Schnittansicht nach Linie 4-4 der ao Fig.3;

Fig.5 ist eine Schnittansicht nach Linie 5-5 der Fig.3;

F i g. 6 ist eine Ansicht, in welcher die Verwendung der Vorrichtung zum Bestimmen des Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses als Steuerelement beim Mischen von Motorbrennstoffen dargestellt ist;

F i g. 7 ist eine graphische Darstellung, in der das Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis eines Benzins bei mehreren Temperaturen wiedergegeben ist, bestimmt durch Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung und durch bekannte Verfahren und bekannte Vorrichtungen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Benzinprobe konstanten Volumens bei gesteuerter Temperatur durch eine Drehventileinrichtung periodisch an ein geeichtes Glasrohr abgegeben. Die Probe verdampft teilweise in dem Rohr zu einer Höhe, die von einem quecksilberabgedichteten Schwimmkörper oder Schwebekörper angezeigt ist. Der Schwebekörper kann eine elektrische Fühleinrichtung betätigen, die eine direkte Ablesung des Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses schafft. Nachdem eine Ablesung erhalten ist, wird das Ventil in eine Stellung gedreht, in welcher das Glasrohr entleert wird, und die Probenkammer wird gespült und mit einer nachfolgenden Probe gefüllt. Um das Mischen von Arbeitsmittelkomponenten in Übereinstimmung mit dem festgestellten Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis eines gemischten Produktes zu steuern, wird ein Fehlersignal entwickelt, welches die Abweichung des festgestellten Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses vou einem vorbestimmten Bezugsverhältnis darstellt. Das Fehlersignal steuert einen Servomotor, der die Menge wenigstens einer Komponente ändert, die einen Teil des gemischten Produktes bildet. Beispielsweise wird in dem Fall eines Brennstoffstromes, welchem Butan als eine Komponente zugegeben ist, das Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis des Stroms überwacht, und ein Servomotor wird erregt, um die Menge des zugegebenen Butans zu ändern, so daß das Dampf-Flüssigkeits-Verhältnis des Stromes verhältnismäßig konstant auf einem · vorbestimmten Wert gehalten wird.

Gemäß Fig. I ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einem isolierten Gehäuse 1 enthalten. Ein Probenstrom wird von einer Pumpe 2 durch eine temperaturgesteuerte Spule 3, die vorzugsweise in dem Gehäuse 1 angeordnet Ist, an einen Probeneinlaß 4 abgegeben. Der Probenstrom fließt zu einem DrehvenSl 5, das nachstehend im einzelne» beschrieben wird, und dann zu einer Auslaßverbmdungö und zu einer Abzug?einrichtung7, die einen Rückdruckregler enthält. In dieser Stellung ist das Drehventii 5 so angeordnet, daß die vorhergehende Probe durch eine Abzugsverbindung 8 zu einer Flüssigkeitsauffangeinricbtung 9 und einer Abzugseicrichtun^ gelangt, die einen Druckregler 10, einen Luftregjer 11 und eine Vacuumquelle umfaßt.

Wenn das Drehventil 5 von einem Motor 12 in die Verdaropfungsstellung gedreht wird, wird die Probe in ein Gasstromeichrohr 13 gerichtet, das einen quecksilberabgedichteten Schwimmkörper bzw. Schwebekörper 14 enthält. Eine elektrische oder fotoelektrische Fühleinricbtung 15 erzeugt ein Signal, welches die Stellung des Schwebekörpers 14 wiedergibt Das Rohr 13 ist weiterhin geeicht, um eine visuelle Ablesung der Schwebestellung zu schaffen.

Der Druck auf jeder Seite des Schwebekörpers 14 wird in der Abzugsstellun^ durch eine Leitung 16 ausgeglichen. Die Leitung 16 kann mit einer üblichen Druckausgleichsquelle 10,11 veibupden sein, welche den Druck oberhalb des Schwebekörpers 14 konstant hält, wenn der Schwebekörper 14 steigt. Beispielsweise kann der Druck unter dem Schwebekörper 14 auf einem Wert einer Standardatmosphäre gehalten werden, wenn das Drehventil 5 sich in der Probenverdampfungsstellung befindet. Der Druck oberhalb des Schwebekörpers 14 würde dann gleich einer Atmosphäre minus eines Wertes sein, der von dem Gewicht des Schwebekörpers 14 bestimmt ist.

In den F i g. 2 bis 5 ist das Drehventil 5 im einzelnen dargestellt. Das Ventil S enthält einen Probenbehälter 17, einen Abzugsbecher 18 und einen Umgehungsschlitz 19. Der Probenbehälter 17 soll ein bekanries Volumen haben, bzw. sein Volumen relativ zu derrij Volumen der Ausdehnungskammer bzw. dem Glasrohr 13 soll sichergestellt sein.

Gemäß F i g. 2 ist der Abzugsbecher 18 unter dem Eichrohr 13 angeordnet. An dieser Stelle fließt die Probe über den Becher 18 und dessen zugeordnete Leitungen durch die Abzugsverbindung 8 ab, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Das Ausmaß, in welchem die Probe abgezogen wird, kann durch das Druckdifferential gesteuert werden, das an dem Schwebekörper 14 durch den Druck- und Luftregler 10 und 11 erzeugt ist. Gleichzeitig mit dem Abziehen der Probe aus dem Becher 18 wird der Probenbehälter 17 gespült und mit einem Probenstrom gefüllt, der durch den Probeneinlaß 4 und zugeordnete Leitungen zu dem Probenbehälter 17 und durch die Auslaßverbindung 6 und zugeordnete Leitungen fließt, wie es durch die Pfeile angedeutet ist.

Wie in F i g. 3 dargestellt, dreht nach einem vorbestimmfn Zeitraum der Motor 12 das Ventil 5 um eine geeignete Strecke, die als eine Strecke entsp'echend 120° dargestellt ist, um den Probenbehälter 17 unter dem Eichrohr 13 anzuordnen. An dieser Stelle verdampft die Probe, und der abgedichtete Schwebekörper 14 zeigt das Volumen der Dämpfe und Flüssigkeit an. Gleichzeitig schafft der Umgehungsschlitz 19 einen Kanal für den Fluß des Probenstromes von der Einlaßverbindung 4 zu der Auslaßverbindung 6. Selbstverständlich kann eine abgewandelte Einrichtung vorgesehen sein, um die Zufuhr des Probenstromes abzusperren, wenn das Ven-

til 5 sich in der Probenverdampfungsstellung befin- konische aus rostfreiem Stahl bestehende Verschluß-

det. Jedoch unterstützt die erhitzte Probe das Auf- stück wurde in eine Hülse aus Polytetrafluoräthylen

fechterhalten der Temperatur des Ventils 5 und des mit passender Konizität eingesetzt. Die beiden Teile

Gehäuses 1. wurden dann in einen Messingverschluß (brass Lock)

Ein weiteres Merkmal des Drehventils 5 ist die 5 eingesetzt, der mit dem präzisionsgebohrten Gasströ-

Schaffung einer Thermobohrung (thermowell) 20, mungseichrohr 13 zusammenpaßte. Die Bemessungs-

durch welche die Temperatur des Ventils 5 und der einrichtung wurde gespült und gefüllt aus der Stel-

Probe avf einem vorbestimmten Wert gehalten wer- lung, die in F i g. 2 wiedergegeben ist. Die Bemes-

den können. sungseinrichtung wurde dann um 120° in die in

In F i g. 6 ist eine automatische Oberwachungs- io F i g. 3 wiedergegebene Stellung gedreht. Der Druck und Mischeinrichtung dargestellt. Ein Arbeitsmittel unter dem quecksilberabgedichteten Schwebekörper fließt in einer Leitung 21 und wird von einer über- 14 wur'de auf 760 mm Hg mit einem Nullmatikdruckwachungsvorrichtung 22 gemäß vorstehender Be- regler aufrechterhalten. Die verwendete Probe war Schreibung hinsichtlich des Dampf-FlüssigkeitsVer- ein handelsübliches Benzin erster Qualität. Die obenhältnisses überwacht. Ein das Dampf-Flüssigkeits- 15 genannte Arbeitsweise wurde bei einer Prüfung meh-Verhältnis des Arbeitsmittels darstellendes Signal rerer Proben beibehalten, die auf Temperaturen im wird an eine Subtraktionseinrichtung 23 angelegt. Bereich von 49 bis 57° C (120 bis 134^ F) gehalten Das Signal wird durch eine übliche elektrische (oder wurden, und zwar durch eine übliche Temperaturfotoelektrische) Fühleinrichtung 15 erzeugt, die von steuereinrichtung. Die Stellung des Schwebekörpers dem Schwebekörper 14 aktiviert wird. Weiterhin ao 14 ist auf der Abszisse der graphischen Darstellung wird an die Subtraktionseinrichtung 23 ein Bezugs- gemäß F i g. 7 an jeder der betreffenden Temperatusißnal angelegt, welches das Dampf-Flüssigkeits-Ver- ren, die auf der Ordinate der graphischen Darstclhältnis darstellt, auf welchem das Arbeitsmittel ge- lung angegeben sind, angezeigt. In der Zeichenerklähalten werden soll. Dieses Bezugssignal kann durch rung sind diese Punkte mit I bezeichnet,
in der Technik bekannte Verfahren erzeugt werden. as Um die Genauigkeit der Arbeitsweise einer Vor-

Das Ausgangssignal der Subtraktionsein richtung richtung gemäß der Erfindung zu überprüfen, wur-23 stellt dann die Abweichung des Dampf-Flüssig- den Teile der obengenannten Benzinprobe hinsichtkeits-Verhältnisses des Arbeitsmittels von dem ge- lieh ihres Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses durch wünschten Verhältnis dar. Dieses Signal wird als zwei andere Arbeitsweisen analysiert, die als Fehlersignal an einen Servomotor 24 angelegt, der 30 ASTM-Verfahren und berechnetes Verfahren bezur Steuerung der Einstellung eines Ventils 25 ver- zeichnet sind (bzw. in der Zeichenerklärung gemäß wendet wird, welches den Zufluß einer Komponente, F i g. 7 als II und III angedeutet sind). Bei dem beispielsweise Butan, für eine Komponentenquelle 26 ASTM-Verfahren wird ein abgemessenes Volumen bemißt, die in die Leitung 21 fließen kann. Die Ein- flüssigen Brennstoffs bei einer Temperatur von 0 bis stellung des Ventils 25 wird geändert, bis das Fehler- 35 4,5° C (32 bis 40° F) durch eine Kautschukscheidesignal auf Null zurückgeführt ist, und auf diese wand in eine mit Glyzerin gefüllte Bürette eingeführt. Weise wird das Arbeitsmittel kontinuierlich über- Die gefüllte Bürette wird in einem temperaturgesteuwacht und mit der Komponente kombiniert, um eine erten Wasserbad angeordnet. Das Dampfvolumen, vorbestimmte Zusammensetzung hinsichtlich des das sich im Gleichgewicht mit flüssigem Brennstoff Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses zu erhalten. 40 befindet, wurde bei jeder der oben angewendeten

Bei einem besonderen Beispiel war die Flüssig- Temperaturen und bei dem gleichen Druck von keitsbemessungseinrichtung ein konisches aus rost- 760 mm Hg gemessen. Das Dampf-Flüssigkeits-Verfreiem Stahl bestehendes Verschlußstück mit einem hältnis wurde dann aus dem von dem Dampf in der Durchmesser von etwa 31,75 mm (1 V4 Zoll) an der Bürette verdrängten Volumen und aus dem anfäng-Mitte seiner Längsachse. Ein halbkugelförmiger Be- 45 Hch gemessenen Volumen der verwendeten Flüssigcher mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm keit berechnet. Bei dem berechneten Verfahren (0,5 Zoll) mit einem Aufnahmevermögen von 0,7 cm³ wurde der »Reid Vapor«-Druck und die 10 ⁰Zo, 10 °/o werde in das Verschlußstück an der Mittellinie des und 50 °/o-Destillationspunkte für die gegebene 31,75 mm Durchmessers gehlst. Bin Abzugsbecher Probe bei jeder der obengenannten Temperaturen wurde in das VerschluBstOck an der gleichen Mittel- s* bestimmt. Das Dampf-Flussigkeits-Verhälüiis wurde ßeie in einem Winkel von 120° in Gegenuhrzeiger- aus diesen Fluchtigkeitsdaten durch Zusammenrichtung von dem Probenbecher, gesehen von dem hänge, die in der Technik dargestellt sind (s. 1946 Manen Ende des konischen Verschlußstückes, ge- CRC-Handbook, S. 154 und 155) geschätzt. Die Erfräst Eine Abzugsleitung wurde von dem Boden des gebnisse dieser Prüfungen, die in Fig.7 dargestellt Bechers durch das Verschlußstück gebohrt. Ein Um- 55 sind, zeigen, daß die mit einer Vorrichtung gemäß gehungsschlite für die Flössigfcettsprobe wurde in das der Erfindung bestimmten Werte des Dampf-Flüssig-Verschlußstück auf der gleichen Mittellinie an einer keits-Verhältnisses enter Benzinprobe mit den nach Stellung 120° in Gegenuhrzeigerrichtung von dem den bekannten ASTM-Methoden erhaltenen Werten Abzugsbecher und der Abzugsleitung gefräst Das gut übereinstimmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 dung in Benzin wirtschaftlich aufgewertet, da das Patentansprüche: Benzin fttr einen höheren Preis verkauft wird, Butan hat eine hohe Oktanzahl, Jedoch ist seine Verwen-

1. Vorrichtung zwm Bestimmen des Dampf- dung in Benzin «ufolge seiner hohen Flüchtigkeit be-Flüssigkeits-VerbSitnisses eines Motorbrenn- 8 grenzt. Es ist somit wichtig und wertvoll, das

^ Stoffs, gekennzeichnet durch eine ein Daropf-Flüssigkeits-VerbSUnis eines Motorbrenn-

'■" Öberende und ei» Unterende aufweisende Aus- Stoffs zu bestimmen und damit zu überwachen und

debnungskammer (13), eine Schwimm- bzw. zusteuern.

Schwebeeinrichtung (14), die sich im abdichten- Für direkte Bestimmung des Dampf-Flüssigkeitsden Eingriff mit den Wänden der Kammer befin- »o Verhältnisses eines Moiorbrennstoffs im Laboratodet und sich zwischen dem Oberende und dem rium ist die Verwendung einer Einrichtung, die einer Unterende der Kammer bewegen kann, und Gaspirouette ähnlich ist, bekannt, und diese Einrichdurch eine Einrichtung zum Zu- und Abführen tung wird in einem Bad konstanter Temperatur geeiner Motorbrennstoff-Probe, bestehend aus halten (ASTM-Tests D 323-58 und D 2533-67). Ein einem Ventil (5) mit einem Probenbecher (17) 15 solches Bestimmungsverfahren ist kompliziert und und einem Abzugsbecher (18), von denen der zeitraubend, so daß auch seine Anwendung begrenzt Probenbecher (17) abwechselnd in abdichtenden ist

Eingriff mit der Probenzuführleitung (4) und dem Es ist auch eine indirekte Bestimmung des

Unterende der Ausdehnungskammer (13) an- Dampf-Flüssigkeits-Verhältnisses eines Motorbrenn-

geordnet werden kann und der Abzugsbecher ao Stoffs im Laboratorium bekannt, bei weichem haupt-

(18) die Ausdehnungskammer (13) mit der Pro- sächlich der Reid-Dampfdruck gemessen wird und

benabführleitung (8) verbinden kann, wenn der Destillationspunktmessungen durchgeführt werden.

Probenbecher in abdichtendem Eingriff mit der Die Destillationspunktmessungen umfassen das De-

Probenzuführieitung angeordnet ist. stillieren einer Probe des Motorbrennstoffs unter ge-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- as steuerten Bedingungen und das Messen des Anteils, kennzeichnet, daß der Probenbecher (17) sich mit der bei den verschiedenen Temperaturen destilliert, der Probenzuführleitung (4) uni einer Auslaßlei- Hierdurch kann in Kombination mit den Messungen rung (6) in abdichtendem Eingriff befindet, wenn des Reid-Dampfdrucks eine Korrelation zu zuvor beder Abzugsbecher (18) sich in abdichtendem Ein- stimmten Dampf-Flüssigkeits-Verhältnissen hergegriff mit dem Unterende der Ausdehnungskam- 30 stellt werden. Auch dieses Bestimmungsverfahren ist mer (13) befin 'et. vergleichsweise kompliziert und zeitraubend.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ge- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu kennzeichnet durch eine a Um^^hungsschlitz (19), schaffen, mit welcher das Dampf-Flüssigkeits-Verder die Prooenzuführleituug (4^ mit einem Aus- hältnis eines Motorbrennstoffs derart bestimmt werlaß (6) verbinden kann, wenn eier Probenbecher 35 den kann, daß das Bestimmungsverfahren in automa-(17) sich in abdichtendem Eingriff mit dem Un- tischen Anlagen verwendet werden kann.

terende der Ausdehnungskammer (13) befindet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung

gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine ein

Oberende und ein Unterende anweisende Ausdeh-