DE1698205A1 - Verfahren und Einrichtung zur Abgasbestimmung bei Brennkraftmaschinen,insbesondere in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Abgasbestimmung bei Brennkraftmaschinen,insbesondere in KraftfahrzeugenInfo
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Description
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 7533/4
Stuttgart-Untertürkheim 9.2.1968
Verfahren und Einrichtung zur Abgasbestimmung bei Brennkraftmaschinen,
insbesondere in Kraftfahrzeugen·
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung τοη
Bmissionsmengen bestimmter Abgaskomponenten bei Brennkraftmaschinen,
insbesondere solchen in Kraftfahrzeugen. Sie betrifft weiter eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der heutigen Anzahl der im Verkehr befindlichen Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen hat es sich als nötig erwiesen*
mit Rücksicht auf die Lufthygiene,die verfahrenstechnisch praktisch nicht vermeidbare Emission an Schadstoffen, z.B. Kohlen—
monoxyd, Kohlenwasserstoffe usw., in bestimmten Grenzen zu halten. Um den wirklichen Verhältnissen einigermaßen gerecht
zu werden, muß zur Erfassung der tatsächlichen Emissionen ein dem Straßenverkehr angepaßter Testmodus oder Pahrzyklus ge«
schaffen werden, mit dessen Hilfe die zulässigen Grenzwerte festgelegt und nach dem auch die entsprechenden notwendigen
.Änderungen an den Motoren ermittelt werden können. Dieser Eahrzyklus erfordert zwangsläufig Messungen bei instationäre»
Betrieb, und es ergeben sich daher erhöhte Anforderungen an die Messtechnik, damit die sich rasch verändernden Emissionen
verzerrungsfrei erfaßt werden können·
Hinsichtlich der Messung der Konzentration der interessierenden Bestandteile im Abgas konnte das Problem mittels der
kontinuierlich auf physikalisch-chemischer Basis arbeitenden Infrarot-Gasanalysatoren zufriedenstellend gelöst wer»
den. Da aber letztlich nicht der Anteil,
-2·
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- 2 - Daim 7533/4
sondern nur die absolute Emissionsmenge maßgebend ist, müßte die Konzentrationsmessung noch durch die Messung der jeweiligen
Gesamtabgasmenge ergänzt werden. Dies ist bisher mit erträglichem Aufwand nicht zufriedenstellend lösbar. Man ist bisher
darauf angewiesen, entweder die gesamte Abgasmenge aufzufangen und aus der mittleren Konzentration der anschließend stationär
messbaren Gesamtabgasmenge die absolute Menge des interessierenden
Stoffes zu ermitteln oder aber die jeweilige Abgasmenge ^Lurch Rechnung annäherungsweise zu bestimmen. Das erste Verfahren
hat den Nachteil, daß über die einzelnen Phasen des Fahrzyklus keine Aussagen gemacht werden können, während das
zweite verhältnismäßig ungenau bleibt.
Dieser Mangel soll erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß im Abgasstrom durch ein erstes Messgerät die Abgasmenge
pro Zeiteinheit ermittelt und durch einen ersten Umwandler in eine elektrische Messgröße umgewandelt wird und daß in
demselben Abgasstrom durch ein zweites Messgerät die Konzentration der betreffenden Abgaskomponente ermittelt und durch
einen zweiten Umwandler in eine zweite elektrische Messgröße umgewandelt wird und daß beide Messgrößen in einem dritten
Umwandler miteinander multipliziert werden und der so erhaltene Endwert durch ein Anzeigegerät angezeigt wird. Dabei besteht
auch die Möglichkeit, daß die beiden ersten Messgrößen jede für sich angezeigt werden, gegebenenfalls durch zusätzliche
Anzeigegeräte. Vorzugsweise sind alle Messgrößen elektrische
Spannungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorzug, daß die direkte Anzeige der absoluten Emissionsmenge der zu untersuchenden
Abgaskomponenten möglich ist, und zwar schon während der Messung. Durch das beschriebene Messverfahren wird die Untersuchung
instationärer Vorgänge bei erträglichem Aufwand ermöglicht.
- 3 109847/U20
-3- Balm 7535/4
Pur die Durchführung des angegebenen Verfahrens wird mit der
Erfindung noch weiter vorgeschlagen, daß im Abgasrohr als erstes Meßgerät ein an sich bekanntes foto-elektrisch abtastbarorf Flügelradanemometer sowie die Sonde eines als
zweites Meßgerät dienenden Infrarot-Gtasanalysators,der
ein physikalisch-chemisches Meßprinzip benutzt, angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen» daß
dem ersten Meßgerät ein als erster umwandler dienender Prequenss-Spannungs-Umsetzer zugeordnet ist, dessen Ausgangs·»
spannung durch eine Leitung dem dritten Umwandler zuführbar ist, dem andererseits ebenfalls durch eine Leitung die Ausgangsspannung des Abgasanalysators zuführbar ist, der selbst
zugleich als zweiter Umwandler dient. Ferner ist vorzugsweise der dritte Umwandler als ein Koapeneationsschreiber ausgebildet»
der ein Folgepotentiometer trägt, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Umwandlers verbunden ist und dessen Ausgang zur Anzeige des Endwertes mit dem Anzeigegerät in Verbindung steht»
Sin Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitenden Einrichtung zeigt die Zeichnung in schematischer Sarstellung· Babel zeigt das Ausführungsbeispiel
eine Einrichtung für die Messung der anfallenden OO-Bmissionsmenge. Eine solche Anlage kann jedoch bei entsprechender
Auslegung des öasanalysators in prinzipiell gleicher Weise für alle anderen Abgaskomponenten, wie z.B. CO 2, Kohlenwasserstoffe, Stickoxyde usw., angewendet werden. Im Abgas—
rohr 10, z.B. hinter dem nicht mehr dargestellten Abgaskühler, befindet sich ein Flügelrad-Anemometer 11, welches die gesamte Abgasmenge erfaßt. Dieses Flügelrad—Anemometer arbeitet
praktisch trägheitsfrei und seine Drehzahl ist proportional der Gasgeschwindigkeit· Die Brehzahl stellt also direkt ein
Maß für die momentan durchströmende Abgasmenge dar· Die Anemometerdrehzahl wird fotoelektrisch abgetastet, indem die
Flügel eine Lichtschranke zwischen einer Lampe 12 und einer
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- 4- - Daim 7 533A
Fotozelle 13 passieren. Nach, der Lichtschranke steht eine
Impulsfolge zur Verfügung, deren Frequenz also proportional der durchgesetzten Abgasmenge ist. Diese Frequenz wird einem
Frequenz-Spannungs-Umsetzer 14- zugeführt, dessen Ausgangsspannung
ebenfalls proportional der durchgesetzten Abgasmenge
für die O0-Konzentrationemessung
Im Abgasrohr 10 ist ferner yxle Sonde 15 eines Infrarot-G-asanalysators
16 angeordnet. Es wird also gleichzeitig in der herkömmlichen Weise die momentane Konzentration der gewünschten
Abgaskomponente hier im Beispiel CO gemessen. Am Ausgang des Infrarot-Gasanalysators 16 steht also eine Spannung zur Verfügung,
die proportional der momentanen Gaskonzentration der betreffenden Komponente ist.
Um die jeweils veränderliche emittierte Schadstoffmenge
zu erhalten, müssen nun die beiden Ausgangsspannungen - die am Frequenz-Spannungs-Umsetzer 14- und die am Analysator 16 miteinander
multipliziert werden. Hierfür ist der Analysator '16 durch eine Leitung 17 mit einem Kompensationsschreiber 18
verbunden, der die CO-Konzentration schreibt und der außerdem ein Folgepotentiometer 19 trägt. Das Folgepotentiometer 19
steht durch eine Leitung 20 mit dem Ausgang des Umwandlers 14-in
Verbindung. Es stellt einen Spannungsteiler dar, dessen Stellung in jedem Moment proportional der Gaskonzentration ist.
Das Folgepotentiometer wird nun mit der Ausgangsspannung des
Frequenz-Spannungs-Umsetzers 14-, also der mengenproportionalen Spannung, versorgt. Am Abgriff 21 des Potentiometers 19 steht
dann die gewünschte Größe als Endwert zur Verfügung. Die Einrichtung bildet nämlich das Produkt aus der gemessenen
Menge und der Gaskonzentration. In einer Anzeige- oder Schreibeinrichtung 22, die durch eine Leitung 23 an dem Abgriff
21 angeschlossen ist, wird direkt die Schadstoffmenge
pro Zeiteinheit, also im Beispiel 1-00/min, angezeigt oder
geschrieben..
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-5· Paim 7533/4
Selbstverständlich können auch die einzelnen Paktoren getrennt
angezeigt werden. PUr die Menge ist im beiliegenden Bild ein gesonderter Mengenanzeiger oder Schreiber 24 vorgesehen»
der durch eine leitung 25 mit dem ersten Umwandler 14 in Verbindung steht« Die Konzentration (im Beispiel 00) wird - wie
bereits erwähnt - ohnehin im Kompensationsschreiber 18 registriert·
Es kann übrigens auch eine Multiplikation der einzelnen Größen*
z„B. auch aus der Ablesung der einzelnen Geräte, vorgenommen .
werden, wobei man sich dann das folgepotentiometer mit dem
zweiten Schreiber sparen kann. Es kann andererseits auch eine Multiplikation der einzelnen Größen mit anderen elektrischen
Einrichtungen» z.B. mit einem Analogrechner» vorgenommen werden·
Zwischen dem latigelradanemometer 11 und der an 18 vorhandenen
Potentiometerstellung ist infolge des räumlich getrennten
Einbaus des Flügelradanemometers bzw. des Analysators eine
Zeitverzögerung vorhanden. Außerdem benötigt der Analysator selbst eine gewisse Auswertezeit· Ea wird also bei der
Multiplikation in 19 die Eongentration nicht mit der zeitlich richtigen Menge multipliziert. Bei zeitlich langsamer
.Änderung der Konzentration oder bei sehr engem Einbau ist diee in manchen Fällen tragbar; bei schnellen Änderungen
jedoch muß die Zeitverzögerung ausgeglichen werden. Dies geschieht entweder»
a) durch ein Zeit-rerzogerungsglieä 26 »wischen de»
lichtelektrischen Geber 13 und dem tFiasetser 14* tfcex diese
!Leitung wandern die von der Fotoselle kopjaenäe* Wechsel-Btromiiapulee.
Sie müssen in einer elektrischen Ver·«
zögerungsleitttBg verzögert werden. Hier koamen all·
bekannten Verfahren in frage» entweder Teraögerußgeverfahren
durch Allpass© oder elektromechanisch* Glieder mit Ultraschall·
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-6«. Palm 7533/4
b) Die Verzögerung kann auch wahlweise nach dem Umsetzer
durch ein Verzögerungsglied 27 erreicht werden. Hier muß die am Umsetzer vorhandene Gleichspannung verzögert werden.
Es kommen verschiedene Speicher in frage, z.B. magnetische Speicher als Platte oder Band mit Auf-"
spräche und Abtastung, wobei durch Verschieben der Aufnahme- oder Abtasteinrichtung die entsprechende Zeitverzögerung
eingestellt werden kann·
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Claims (7)
- Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 7533/4Stuttgart-Untertürkheim 9.2.1968Ansprüche:· Verfahren zur Ermittlung von Emissionsmengen bestimmter Abgaskomponenten bei Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasstrom durch ein erstes Meßgerät die Abgasmenge pro Zeiteinheit ermittelt und durch einen ersten Umwandler in eine elektrische Meßgröße umgewandelt wird und daß in demselben Abgasstrom durch ein zweites Meßgerät die Konzentration der betreffenden Abgaskomponente ermittelt und durch e inen zweiten Umwandler in eine zweite elektrische Meßgröße umgewandelt wird und daß beide Heßgrößen in einem dritten Umwandler miteinander multipliziert werden und der so erhaltene Endwert durch ein Anzeigegerät angezeigt wird·
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Meßgrößen jede für sich angezeigt werden, gegebenenfalls durch zusätzliche Anzeigegeräte.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßgrößen elektrische Spannungen sind.
- 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach eine» oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasrohr (10) als erstes Meßgerät ein an sich bekanntes foto-elektrisch abtastbares Flügelrad-Anemometer (11 bis 13) sowie die Sonde (15) eines als zweites Meßgerät dienenden physikalisch-chemischen In* frarot-Gasanalysatore (16) angeordnet sind·
- 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Meßgerät (11, 12, 13) ein als erster Umwandler dienender freguenz-Spannungs-Umsetzer (I4) zugeordnet ist, dessen Ausgangsspannung durch eine1098A7/U207533/4leitung (20) dem dritten Umwandler (18) zuführbar ist, dem andererseits ebenfalls durch eine Leitung (17) die Ausgangsspannung des Abgasanalysators (16) zuführbar ist, der selbst zugleich als zweiter Umwandler dient.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Umwandler als ein Kompensationsschreiber (18) ausgebildet iet, der ein !olgepotentiometer (19)trägt, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Umwandler (H) verbunden ist und dessen Ausgang (21) zur Anzeige des Endwertes mit dem Anzeigegerät (22) in Verbindung steht·
- 7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten ließgerät (11 bis 13) und dem ersten Umwandler (H) bzw. zwischen dem letzteren und dem Folgepotentiometer (19) oder dem dritten Umwandler (18) ein Zeitverzögerungsglied (26 bzw. 27) eingeschaltet ist·109847/1420
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Cited By (1)
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