DE1946210B2

DE1946210B2 - Abgasanalysegeraet

Info

Publication number: DE1946210B2
Application number: DE19691946210
Authority: DE
Inventors: Michael Fullerton; Gomez Raymond John Arcadia; Calif. Dodson (V.St.A.)
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1976-10-07
Also published as: BE738942A; US3593023A; DE1946210A1; DE6935844U; NL142782B; NL6914159A; DE7017426U; SE358732B; FR2018314A1; GB1242482A; AT298842B

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasanalysegerät für Verbrennungsmotoren, mit einer abgasdurchströmten Probezelle, der ein das Abgas reinigender Filter und ein die Wasserdampfbestandteile im Abgas abscheidender, über eine beheizbare Leitung mit der Probezelle verbundener Dampf-Kondensor vorgeschaltet sind, sowie mit einer das Abgas durch die Probezellc fördernden Pumpe.

Bei einem solchen Abgasanalysegerät (DT-Gbm 19 54 645) wird das zu untersuchende Abgas durch eine Sonde angesaugt und gelangt dann durch eine Filtereinrichtung und einen getrennt angeordneten Wasserabscheider zu einer Pumpe, die das Abgas über ein Dreiwegeventil einer Analysen- oder Probezelle zuführt. Bei diesem Abgastest ist allerdings die Kühlung des Wasserabscheiders wenig wirksam. Dieser ist lediglich mit einigen Kühlrippen versehen, an denen eine Kühlung im wesentlichen nur durch Konvektion erfolgt. Infolgedessen werden nicht alle kondensierbaren Bestandteile aus dem zu analysierenden Abgas entfernt, was dazu führt, daß die Rohrleitungen des Abgastesters sich immer wieder zusetzen können. Bei sich hieraus ergebenden Betriebsstörungen muß das ganze Gerät durch besondere Einrichtungen außer Betrieb gesetzt werden. Dazu ist einmal ein unterdruckabhängiger elektrischer Schalter vorgesehen, der bei unzulässiger Zunahme des Unterdrucks die Gaspumpe elektrisch abschaltet. Zum anderen ist dazu auch ein mechanisch wirkendes, über einer Sperrflüssigkeil angeordnetes Schwimmerventil vorgesehen, das ein unzulässiges Anheben der Sperrflüssigkeit im Wasserabscheider verhindert, dabei aber auch eine Betriebsunterbrechung verursacht, zur Ausschaltung von äußeren, durch klimatische Bedingungen verursachten Temperaturänderungen ist außerdem eine Gerätehei/ung vorgesehen. Solange die Betriebstemperatur nicht erreicht ist. muß die Gaspumpe ausgeschaltet bleiben, da sie sonst zu ungenau fördern und damit zu Meßfehlern führen würde.

IVs weiteren ist ein Gaschromatouxaph bekannt (DT-AS 12 06 627), der eine Trennsäule, einen Probengeber am Eingang und einen Detektor am Ausgang der Trennsäule sowie einen die Trennsäule enthaltenden Ofen aufweist. Bei diesem Gaschromatographen kommt es darauf an, eine Kondensation schwerflüchtiger Gemischkomponenten oder mitgeführter flüssiger Trennsubstanz im Detektor und in seinen Zuleitungen zu vermeiden. Dazu muß der Detektor samt seinen Zuleitungen auf einer ziemlich hohen Temperatur gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Detektor wenigstens teilweise in der Ofenwandung angeordnet und mit einer gesonderten Heizung versehen ist. Die Heizvorrichtung des bekannten Gaschromatographen ist somit ziemlich aufwendig, und es ist andererseits mit ihr nicht möglich, ohne Zusatzeinrichtungen eine bestimmte Temperatur und damit die Dichte des zu prüfenden Gasgemisches exakt konstant zu halten.

Ziel der Erfindung ist es. ein einfaches und preiswert herzustellendes Abgasanalysegerät zu schaffen, das sich djrch hohe Meßgenauigkeit auszeichnet.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Dampf-Kondensor durckluftgekühlt ist und unmittelbar ein abgasdurchströmtes Filterelement e.ühait. daß an den Auslaß der Probe/eile eine druckluftbeiriebene und eine konstante Gasgeschwindigkeit erzeugende Sirahlpumpe angeschlossen ist und daß die zum Betrieb des Dampf-Kondensors und der Strahlpumpe erforderliche Druckluft einer ein/igen Druckluftquelle entnehmbar ist.

Durch besonders zuverlässige Meßergebnisse zeichnet sich ein Abgasanalysegeräi aus, bei dem in Weiterbildung der Erfindung die Strahlpumpe in der Probezelle einen Unterdruck gegenüber der Atmosphähre von etwa 9 bis 12 cm Wassersäule erzeugt.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere dann. daß die Kühlung des Dampf-Kondensors, da dieser einen drucklufidurchströmten Doppelmantel aufweist, durch Zwat.gskonvektion erfolgt. Eine solche Kühlung ist viel wirksamer und bewirkt ein sehr vollständiges Abschalten des Wasserdampfes. Das unmittelbar in dem Dampf-Kondensor enthaltene Filterelement verringert den erforderlichen Platzbedarf und führt zu einem kompakteren Aufbau des gesamten Gerätes. Da der im Abgas enthaltene Dampf außerdem ausgeschieden wird. bevor er das Filterelement durchströmt, wird dieses weniger belastet. Dadurch, daß die Abgase ersi nach dem Abscheiden des Wasserdampfes aufgeheizt werden, ist ihre Dichte sehr gleichmäßig, und hieraus ergibt sich eine hohe Meßgenauigkeit. Da die eine konstante Gasgeschwindigkeit erzeugende Strahlpumpe auslaßseitig an die Probezelle angeschlossen ist, wirken sich von der Pumpe ausgehe-nde Störeinflüssc auf die Meßgenauigkeit praktisch nicht aus. Es entfällt außer dem die Notwendigkeit, die Pumpe gesondert zu heizen Dadurch wird nicht nur der bauliche Aufwand für da: Abgasanalysegerät wesentlich verringert, es wire vielmehr auch eine viel kürzere Ansprechzeit erreicht Aus diesen Gründen liefert das Abgasanalysegcrä einerseits genaue Meßergebnisse, ist andererseits abc auch für den rauheren Betrieb in kleineren Wcrkstäue gut geeignet. Dazu trägt neben dem sehr einfache Aufbau der Strahlpumpe auch die Möglichkeit Ix sowohl die Strahlpumpe als auch den Dampf-Kondet sor aus einer einzigen Druckluftquelle zu speisen. Ei Druckluftanschluß ist praktisch in jeder Werkstatt urin jeder Tankstelle vorhanden. Damit wird aber auch d Anza'.il der für das Gerät erforderlichen Anschlüsse a

ein Minimum reduziert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Gerät zur Abgasanalyse in schematischer Darstellung, teilweise im Schnitt,

Fig.2 ein verschiedene Betriebskennlinien des Gerätes nach Fig. 1 veranschaulichendes Diagramm und

F i g. 3 das Gerät nach F i g. 1 in seiner praktischen Ausfiihrungsform in einer teilweise schematischen Seitenansicht.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des neuen Gasanalysegerätes bei 10 veranschaulicht Dieses Gerät verfügt prinzipiell über eine zur Zufuhr einer Gasprobe dienende Sonde 12, die in eine Auspuffleitung 14 eines nicht weiter dargestellten Motorfahrzeuges eingeführt werden kann, eine Sammler- und Filtereinheit 15, über einen Gasanalysator 16, über eine die Einheit 15 mit dem Analysator 16 verbindende Leitung 18 sowie über eine Pumpe 20, welche Auspuffgase aus der Auspuffleitung 14 durch die Sonde 12, die Einheit 15, die Leitung 18 und den Analysator 16 saugt.

Der Analysator 16 ist ein nichtsireuendcr Infrarot-Analysator, der eine infrarote Strahlungsquelle 22 und einen Infrarot-Strahlungsdetektor 24 in Gestalt eines Thermistor-Bolometers aufweist. Die Strahlungsquelle 22 und der Detektor 24 sind an gegenüberliegenden Enden einer Probezelle oder -kammer 26 angeordnet, »■eiche von den Abgasen durchströmt ist. Die Sonde 12 ist in Gestalt einer länglichen, flexiblen gewellten Metallröhre ausgebildet, die zufolge der großen, der Umgebungsluft dargebotenen Oberfläche eine Vorküh lung der durchströmenden Abgase bewirkt. Die Sammler- und Filtereinheit 15 ist zwischen der Sonde 12 und einem Ende der Leitung 18 angeordnet, während das andere Ende der Leitung 18 an einen Einlaßstutzen 27 der Probezelle 26 angeschlossen ist. Die Einheit 15 verfügt über einen eine innere Kammer 32 begrenzenden inneren Behälter 30 sowie über einen im Absland von dem inneren Behälter 32 angeordneten äußeren Behälter 34, der in dem Raum außerhalb des inneren Behälters eine äußere Kammer 36 umgrenzt. Die beiden Kammern 32, 36 sind durch einen Deckel 38 verschlossen, in dem Einlaßkanäle 40 und Auslaßkanäle 42 ausgebildet sind, die das Einströmen von Abgasen aus der Sonde 12 in die innere Kammer M und sodann deren Austritt in die Leitung 18 ermöglichen. In der inneren Kammer 32 ist ein hohles Filterelement 44 vorgesehen, welches den Auslaßkanal 42 umgibt und die Aufgabe hat, etwa mitgeführte feste Bestandteile von der so Gasprobe abzuscheiden. Die Wandung des Behälters 30 ist gekühlt, um damit in den Abgasen enthaltenen Wasserdampf zur Kondensation zu bringen. Die Kühlung geschieht durch Luft, die der äußeren Kammer 36 über einen Einlaß 46 zugeleitet wird und die über einen Auslaß 48 abblasen kann. Die innere Kammer 32 weist einen ein Ventil 50 enthaltenden Ablaß 52 auf, der derart ausgebildet ist, daß der Teil des Ablasses, der fberhalb des Ventils 50 liegt, einen Sumpf 52 bildet, in dem sich das Kondensat sammeln kann, das durch das Ventil 50 sodann ablaßbar iü.

Die Temperatur der aus der Auspuffleitung eines Kraftfahrzeuges austretenden Abgase liegt beim Leerlaufbetrieb des Motors normalerweise bei etwa 150° C. während bei hoher Drehzahl oder voller Belastung des Motors die Abgastemperalur bis auf etwa 500° C steigt. Die Sonde 12 ist deshalb so lang, daß die Temperatur älor durchströmenden Gase beim Eintritt in die Einheit 15 etwa die Umgebungstemperatur erreicht.

Der luftgekühlte Kondensor in der Einheit 15 gewährleistet im übrigen, daß die Temperatur der durchströmenden Gase tatsächlich im wesentlichen auf die Umgebungstemperatur abgesenkt wird, so daß der überwiegende Teil des von den Gasen mitgeführten Wasserdampfes an der Wandung 30 des Kondensors kondensiert und in dem Sumpf 52' gesammelt wird. Abgase von Raum- oder Umgebungstemperatur, d. h. etwa 21°C, enthalten etwa 2,5% Wasser in Dampfform; falls die aus der Einheit 15 austretenden Gase ohne weitere Behandlung unmittelbar der Zelle 26 zugeleitet wurden, könnte der Wasserdampf, der in den Gasen noch verblieben ist, sich an den Wänden der Leitung 18 und der Zelle 26 niederschlagen. Um das Auftreten einer solchen Kondensation zu vermeiden, ist es notwendig, Vorkehrungen zu treffen, um sicherzustellen, daß die Temperatur der durch die Leitung 18 und die Zelle 26 strömenden Gase nicht unter die Temperatur des Gases in den Kondensor, d. h. die Umgebungstemperatur, absinkt. Zu diesem Zwecke werden die durch die Leitung 18 und die Zelle 26 strömenden Gase aiii eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur, etwa ^ bis 10' C über der Umgebungstemperatur, durch ein Heizelement 54 aufgeheizt, das stromungsabv-arts der Einheit 15 vorgesehen ist und die Aufgabe hat. eine unerwünschte Kondensation /u vermeiden, ohne jedoch die Wirkungsweise des Analysators 16 nachteilig /u beeinflussen. Die von der Strahlungsquelle 22. der der Strahlungsquelle 22 zugeordneten, nicht weiter dargestellten elektrischen Schaltung und von dem Detektor 24 sowie von der Pumpe 20 abstrahlende Wärme reicht aus, um die Gastemperatur in der Zelle 26 auf der gewünschten Höhe zu hallen. Das Heizelement 54 könnte im übrigen bei einer alternativen Ausführungsform auch weggelassen werden, wenn die Leitung 18 in einem Gehäuse angeordnet würde, wie dies bei 55 in Fig. 3 angedeutet ist, und zwar derart, daß die Leitung 18 derart in der Nähe der Strahlungsquelle 22 des Detektors 24, der zugeordneten Schaltung und der Pumpe 20 untergebracht wird, daß sich ein Wärmeaustausch einstellt.

In der Leitung 18 ist ein Ventil 56 vorgesehen, das es gestattet, im Bedarfsfall ein Eichgas aus einer Quelle 58 über die Leitung 18 in die Probezelle 26 zu leiten, um den Analysator 16 zu eichen. In Fig. 3 ist das Gerat 10 im Detail in der Weise dargestellt, wie es tatsächlich zur Analyse der Abgase eines Kraftfahrzeuges 57 eingesetzt wird. Das Gehäuse 55 des Gerätes 10 ist auf einem Wagen 59 angeordnet, während das einlaßseitige Ende der Sonde 12 in die Abgasleitung 14 des Kraftfahrzeuges eingeführt ist. Ein Teil der aus gewelltem Materia hergestellten Sonde 12 liegt normalerweise in der au; F 1 g. 3 ersichtlichen Weise auf dem Fußboden, wodurch ein Kondensatsammler gebildet wird. In dem Gehäuse 55 sind der Analysator 16 mit der Probezelle 26, die Leitung 18, die Pumpe 20, das Heizelement 54 und da: Ventil 56 untergebracht. Wie bereits erwähnt, kann da: Heizelement 54 gegebenenfalls weggelassen werden Die Filter- und Sammler-(Kondensor-)Einheit 15 is außerhalb des Gehäuses 55 angeordnet und von diesen durch eine nichtdargestellte isolierte Wand getrennt.

Bei diesem Gerät ist die Probe/eile 26 oberhalb de Wassersumpfes 52' der Einheit 15 sowie oberhalb de Wasserrückhalteteile angeordnet, die in der auf den Fußboden aufliegenden Sonde 12 ausgebildet werdet Der Abstand der Probezelle 26 ist hierbei so groß, dal der von der Pumpe 20 erzeugte Unterdruck nich

ausreicht, um Wasser entweder aus der Sonde 12 oder aus dem Sumpf 52' durch die Leitung 18 in die Probezelle 26 zu fördern. Um zu gewährleisten, daß der Analysator kerne größere Ansprechzeit als beispielsweise etwa 5 Sek. braucht, ist die Pumpe 20 derart ausgelegt, daß sie eine Durchströmung des Gerätes 10 mit etwa 5,7 bis 57 dm-Vmin. gewährleistet, wodurch ein Druck bzw. partielles Vakuum in der Zelle 26 von etwa 100 mm Wassersäule unter Atmosphärendruck erzeugt wird. Dieser Druck sollte in einem Bereich von etwa 89 mm bis 115 mm Wassersäule unter Atmosphärendruck eingehalten werden, damit die Fehler im Ausgangssignal des Detektors 24 ein Prozent nicht überschreiten. Wenn so die Pumpe 20 einen Druck von etwa 100 mm Wassersäule unter Atmosphärendruck in der Zelle 26 erzeugt, sollte die Zelle 26 um einen Abstand (in Fig. 3 mit X bezeichnet) oberhalb des Sumpfes 52' sowie des untersten Teiles der Sonde 12 angeordnet sein, der größer als 100 mm ist. Der Abstand zwischen der Unterseite der Zelle 16 und der Oberseite des Sumpfes 52' sollte mit anderen Worten größer sein als der Betrag in mm der Wassersäule unter Atmosphärendruck des in der Zelle 26 herrschenden Druckes.

Bei diesem Gerät strömen die Abgase mit verhältnismäßig geringer Strömungsgeschwindigkeit durch das Gerät, so daß, falls zufällig Fett, Schmutz od. dgl. sich auf den Wandungen der gasführenden Teile des Gerätes ablagern sollte, es in hohem Maße unwahrscheinlich ist. daß diese Materialien von den Wandungen weggerissen und in die Zelle 26 mitgenommen werden. Für den Fall, daß diese Materialien, die sich auf den Wandungen der Leitungen abgelagert haben, den Gasdurchlaß behindern wollen, hat dies auf die Ausgangsgröße des Analysators 16 keine auch nur annähernd so große Wirkung als sie sich einstellen würde, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des das Gerät durchströmenden Gases wesentlich höher wäre.

Es versteht sich, daß zum Fördern des Probegases durch das Gerät 10 unterschiedliche Pumpenbauarten verwendet werden können. So ist es z. B. möglich, eine mechanische Pumpe, etwa eine umlaufende Pumpe, eine Membranpumpe oder eine Zentrifugalpumpe einzusetzen. Die Pumpe kann in der Leitung 18 anschließend an den Einlaßstutzen 27 der Zelle 26 angeordnet werden, so daß ein Druckregler am Auslaß 62 der Zelle 26 vorgesehen werden kann, der den Gasstrom durch die Zelle und damit den Gasdruck in der Zelle regelt.

Eine andere Pumpenart, die bei dem Gerät 10 verwendet werden könnte, wäre ein Exhaustor, der an einem Auslaß 62 der Zelle 26 angeschlossen ist. weil bei einer Anordnung in der Leitung 18 die Betätigungsluft des Exhaustors das in die Zelle 26 eintretende Gas sonst verdünnen würde. Ein solcher Exhaustor hätte gegenüber einer mechanischen Pumpe den Vorteil des geringeren Preises. Da dieser Exhaustor unmittelbar an den Auslaß 62 der Zelle 26 angeschlossen wäre, würde seine Aüslaßmündung sich unmittelbar in die Atmosphäre öffnen, was mit sich brächte, daß seine Wirkungsweise nicht durch einen strömungsabwärts vrt-iej-f ·■—; S!iT.iiiL.,i£sw^:-äe~ianv bcc-mrür'-f,^ — c-cer. kann, wie dies im Falle einer strömungsaufwärts der Zelle 26 in der Leitung 18 angeordneten mechanischen Pumpe der Fall sein kann.

Bei der Ausführungsform des neuen Gerätes ist die Pumpe 20 eine Strahlpumpe, welche an den Auslaß 62 der Probezelle 26 angeschlossen ist. Eine solche Strahlpumpe hat einige Vorteile gegenüber einer mechanischen Pumpe, wie dies auch für einen Exhaustor gilt, während sie gegenüber einem Exhaustor Jen Vorzug aufweist, daß sie eine geringere Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums erfordert und außerdem ein größeres Volumen Probegas fördert. Wie insbesondere aus F i g. I zu ersehen, besteht die Strahlpumpe aus einem äußeren Rohr 60, das an den Auslaß 62 der Zelle 26 angeschlossen ist sowie aus einem inneren Rohr 64, das in dem äußeren Rohr 60

ίο mündet. Die Pumpe ist im Vergleich zu der Zelle 26 und zu dem Auslaß 62 der besseren Klarheit wegen vergrößert dargestellt. Das innere Rohr 64 weist einen beträchtlich kleineren Durchmesser als das äußere Rohr 60 auf und verläuft durch die Wandung des äußeren Rohres 60, wobei seine innenliegende Mündung 66 in einigem Abstand von der Aüslaßmündung 68 des äußeren Rohres 60 liegt. Das äußere Ende 70 des inneren Rohres 64 ist über einen Schlauch 72 an einen Auslaß 74 einer Ventilgruppe 76 angeschlossen, die einen zweiten Auslaß 78 aufweist, der über einen Schlauch 80 mit dem Einlaß 46 der Sammler-(Kondensor)- und Filtercinheit 15 verbunden ist; außerdeir. verfügt sie über einen Einlaßstuizen 82. der mit einer Schnellschlußkupplung oder einem normalen lining 84 versehen ist. Diese Kupplung gestattet den raschen Anschluß an einen entsprechenden Kupplungsteil 86. welcher endseitig an einen üblichen Luftschlauch 88 angeschlossen ist. Dieser Luftschlauch kann der <\r: sein, wie er in Garagen oder Werkstätten zum Anschluß von pneumatischen Werkzeugen od. dgl. normalerweise zur Verfügung steht. In diesen Garagen oder Werkstätten steht auch in der Regel ein Kompressor als Druckluftquciie /ur Verfügung, wie er bei 90 angedeute; ist und an den tier Lu!i->ch:uuch 88 angeschlossen im.

Die Ventilgruppe 7b verlust äußerem üb·.;· cm; Ventilelement 92. das die DrucKiuus'runu.■ ¹L- wm Uc: Einlaßstut/en 82 zu den Auslassen 74, 7* ^w.en. Lui i:i der Gruppe 76 vorgesehener Druckmesser ^4 gibt eine visuelle Anzeige des Druckes des die Gruppe durchstromenden Gases. Die normale Druckluttversorgung einei Werkstätte arbeitet mit einem Druck von etwa 2 bi"· 7 atü. Für die Abgasanalyse kann die Strahlpumpe jedoch mit geringerem Druck betrieben werden. Das Ventilelement 92 enthält Mittel, um den Druck der in die Gruppe 46 eintretenden Luft auf den gewünschten Wer: abzusenken.

Die die Gruppe 76 durchströmende Luft wird über den Schlauch 80 zu der Einheit 15 geleitet, wo sie als Kühlmedium für den Kondensor dient; durch den Schlauch 72 gelangt sie zu dem inneren Rohr 64 der Strahlpumpe, als deren Arbeitsmedium sie verwendet wird. Die in das Rohr 64 einströmende Luft tritt aus der Mündung 66 in Gestalt eines dünnen Strahles mi' hoher Strömungsgeschwindigkeit in der Achse des äußeren Rohres 60 aus. Dieser eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweisende Strahl reißt das in dem äußeren Rohr befindliche Gas mit, so daß eine Pumpwirkung bzw. ein Druckdifferential zwischen den gegenüberliegenden Enden des Rohres 60 erzeugt wird, so daß Abgas des Kraftfahrzeuges durch das Gerät zum Zwecke der A~n!ysc ;n der Prcbczci!" "*S h'""^J-:rch^<""^c'^>"™* ""^rd D^ir* Strahlpumpe 20 ist äußerst einfach und billig, sie erfordert keine sich bewegenden Teile und wird von einer ohne weiteres zur Verfügung stehenden Druckme diumquelle gespeist, nämlich aus der Druckluftquelle, die in den üblichen Kraftfahrzeugwerkstätten ohnehin vorhanden ist Selbstverständlich können zur Betätigung der Pumpe 20 auch andere Druckgasquellen

verwende! werden, falls dies erwünscht sein sollte.

Um Fehler der Ausgangsgröße des Analysators 16, wie bereits erwähnt, auf ein Minimum zu reduzieren, ist es notwendig, daß der Druck in der Probezclle 26 im wesentlichen konstant bleibt. Der Druck in der Zelle sollte deshalb sich um nicht mehr als 1 % des Atmosphärendruckes ändern. Der Druck, der die Pumpe 20 betreibenden Werkstatt-Druckluftquelle schwankt jedoch häufig bis zu 200 %, so daß erhebliche Druckschwankungen in der Zelle 26 auftreten können. Um nun den Druck in der Zelle konstant zu halten, muß die Strömungsgeschwindigkeit des die Zelle durchströmenden Gases, d. h. der Ciasdurchsatz, konstant gehalten werden. Ein konstanter Gasdurchsatz ist auch notwendig, um Schwankungen der Ansprechzeit des Analysators 16 zu vermeiden. Aus diesem Grunde sind Vorkehrungen erforderlich, die eine Druckregelung in dem Gerät 10 gestatten.

Liegt der gewünschte Abgasdurchsalz etwa /wischen 5.7 und 57 dmVmin.. wie oben erwähnt, und soll die Ansprechzeit des Analvsators 16 nicht größer als 5 Sek. sein, so wird das Ventilelement 92 der Gruppe 76 derart eingestellt, daß der Druck, der in das Rohr 64 der Strahlpumpe eintretenden Luft in der Größenordnung von etwa 0.7 bis 1.75 aiii liegt. Damit ergibt sich ein Druck bzw. ein partielles Vakuum in der Probezelle 26 V(Mi etwa 100 mm WS unter Atmosphärendruck. Da die W'erkstatt-Diucklultversorgung nicht immer mit Druckreglern ausgestattet ist. und die Anschaffung eines eigenen Druckreglers für diese Druckluftv ersorgung die Kosten des Gerätes erheblich erhöhen würde, ist es erwünscht, in dem Gerät 10 über einfache Mittel zu verfugen, die es gestatten, das von der Strahlpumpe 20 erzeugte Druckdifferential und damit den Probegascli uck in der Zelle 26 zu regeln.

Ferner wird beim neuen Gerät eine Probegas-Diuckregelung dadurch erzielt, daß eine Quersehnittsverringerung 96 an der Ausiaßmünduiig 68 der Strahlpumpe vorgesehen wird. Diese Querschnittsverminderung 96 verringert die Auswirkung von Druckschw anklingen der l.uftquelle 90 auf die Ausgangsgröße und die Ansprechzeit des Analysator 16 auf ein Minimum. Dies k'lgt aus dem Umstand, daß bei Zunahme des Druckes der dem inneren Rohr 64 der Strahlpumpe zugeführten Luft die in dem aus der Mündung 66 des Rohres austretenden Strahl zunehmende Strömungsenergie zu enem Druckaufbau an der Querschnitts¹* erminderung 9h führt, wodurch die Pumpwirkung der Strahlpumpe herabgesetzt wird. Umgekehrt hat eine Verringerung des Druckes der Druckluftversorgung zur Folge. daU der Druck an der Querschnittsverminderung % abnimmt und damit die Pumpwirkung erhöht wird. Durch zweckmäßige Wahl des Innendurchmessers des äußeren Rohres 60, des Durchmessers der Düsenmündung 66 des inneren Rohres 64 sowie des Durchmessers der Querschnittsminderung % wie auch durch entsprechende Bemessung der gegenseitigen Stellung der Düsenmündung 66 und der Auslaßmündung 68 des inneren bzw. des äußeren Rohres, kann der Druckabfall in der Strahlpumpe und damit der Gasdurchsatz durch das Gerät i0 über einer. verhäkr.isrnäBi.LT weiter Bereich cer Druckschwankung uv. Diuckiuiivsr= ^-^ung .c;-hältnismäßig konstant gehalten werden. Die Querschnittsverminderung % in der Auslaßmündung der Strahlpumpe ergibt somit eine Probegas-Druckreguüerung, ohne daß hierfür ein eigener teurer Druckregler für die Druckluftversorgung 90 erforderlich ά äre.

Der Wert der Druckregelung und die durch die Querschnittsverminderung 96 erzielten Ergebnisse lassen sich insbesondere aus F i g. 2 ersehen, welche vier Betriebskennlinien in einem Diagramm veranschaulicht, dessen Abszisse den Druck der Druckluftversorgiiiig s und dessen Ordinate den Druck in der Probe/eile 26 jeweils in cm/WS unter Atmosphiirendruck angeben. Die Kurve Λ in I'ig. 2 veranschaulicht die Bctriebskennlinie einer in dem Gerät 10 verwendeten Strahlpumpe, die ohne Querschniltsv erminderung 96 an

ίο der Auslaßmündung der Pumpe ausgeführt ist. Wie zu ersehen, ist der von der Pumpe erzeugte Unierdruck und damit der Abgasdurchsat/ durch, das Gerät eine fast lineare Funktion des Strahldruckcs oder des Druckes der Druckluftveisorgung innerhalb des normaien

is Betriebsbereiches des Lultdruckes. Falls beispielsweise die normale Druckschwankung der Druckluftv ersorgung zwischen etwa 25.4 und b3.5cm WS liegt, wie es durch die Klammer ß angedeutet ist. kann der Druck in der Probezelle um etwa 5.08 cm WS schwanken. Durch

ίο Anordnung einer Querschniitsminderung 96 an vier Auslaßmündung der Strahlpumpe w ird die Wirksamkeit der Strahlpumpe herabgesetzt, was zur Folge hat. daß der Druck in tier Zelle 36 ebenfalls absinkt, wie dies die Kurven C. D zeigen, welche für Pumpen gelten, die

2s Querschnittsvermindeningeii 96 zunehmend geringer werdender Größe aufweisen. Mit Abnahme der Größe der Querschnittsverminderungen werden die Betriebskennlinien immer Ilachet", bis eine völlig ebene (gerade) Betriebskennlinie /-.'erreicht wird, die zum Atisdruck bringt, daß in dem zu erwartenden Druckschwankungbereich von 25.4 und b3.5cm WS der Druckluftversor gung in der Zelle ein konstanter Druck von etwa 101.b cm eingehalten wird. Während somit durch die Anordnung der Querschnittsverminderung 96 hei der Strahlpumpe ein Teil des Pumpenwirkungsgrades geopfert wird, wird der Probegasdurchsiuz durch das Gerät innerhalb des normalerweise zu erwartende¹ Druckschv.ankurigsbereiches de'" Druckluftversorgung im wesentlichen konstant gehalten. Die F'olge da\->n ist daß die Ansprechzeit des Analvsators 16 im wesentlichen konstant bleibt und die Ausgangsgroße de¹ Analysators ein Minimum von au! Druckschwankunger innerhalb der Probe/eile 26 zurückzuführenden Fehlet aufweist.

Beim GasanaUsegeräl wurde eine Sonde 12 ν ι ·:■■ e.'-·.. b in Länge an eine Sammler-(Kondensor)- und Fiiierem heu entsprechend der Einheit 15 angeschlossen. Dei Innendurchmesser des inneren Rohres 64 der Strahl pumpe betrug etwa 1.5^ mm während der rnnendurch mebior des Außenrohres 60 bei etwa 11.1 mm lag. Du Mündung 66 des Rohres 64 befand sich in einen Abstand von etwa 95,25 mm von der Auslaßmündung 6! des äußeren Rohres entfernt, während die Querschnitts verminderung % einen Durchmesser von etwa 5.0 mn aufwies. Falls somit der Innendurchmesser des Innen rohres 64 mit A, der Innendurchmesser des Außenroh res 60 mit B, der Durchmesser der Querschnittsvermin derung 96 mit C und der Abstand zwischen de Mündung 66 des Rohres 64 und der Auslaßmündung 6J des Rohres 60 mit D bezeichnet werden, ist da Ve-hH'tr··- Hpr Ahmos'.HPfen A R C D etw

Versorgung angeschlossener Ventilgruppe 76 und eine Einstellung des Ventilelementes 92 in der Weise, daß de Luftdruck in der Leitung 72 zwischen etwa 0,7 un 1.75 atü liegt, ergab sich, daß trotz einer 50°/oige Druckschwankung in der Druckluftversorgung di Strahlpumpe das Probegas mit im wesentliche

konstantem Durchsatz von etwa 14, 1 5 dmVmin. durch das System förderte, mit dem Ergebnis, daß die Ansprechzeit des Analysator weniger als 5 Sek. betrug und der maximale Fehler des Analysator 16 sich auf weniger als 1% belief. Ähnlich erfolgreiche Ergebnisse wurden auch mit einer Strahlpumpe erzielt, bei der das Verhältnis der Abmessungen ,4. B, C. D etwa 1 : 7 : 3,2 :4 betrug und der Luftdruck in der Leitung 72 zwischen etwa 1,75 und 3.5 atü lag. Es ist somit zu ersehen, daß die Abmessungen des Innenrohres und des Außcnrohrcs der Strahlpumpe sowie der Querschnitts-•erminderung 96 wie auch die Verhaltnisse dieser Abmessungen unterschiedlich zu den oben angegebenen Werten gewählt werden können, wenn die Sirahlpumpe in einem Gasanalysegerät Verwendung findet, das andere Durchsätze und Druckanlorderungen aufweist, als das oben beschriebene Gerät oder falls die Pumpe zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt wird: die einfache automatische Druckregeking, die sich durch die Pumpe erzielen läßt, bleibt jedoch erhalten.

Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere im Zusammenhang mit der Analyse der Abgase aus Kraftfahrzeugauspulfanlagen beschrieben. Ls \ ersteht sich jedoch, daß die Erfindung auch zur Analyse der

ίο Abgase anderer Motorfahrzeuge sowie zur Analyse der Abgase von beliebig angeordneten bzw. eingesetzten Verbrennungsmaschinen verwendet werden kann, wie es auch möglich ist, die Erfindung zur Analyse irgendweicher anderer Wasserdampf enthaltender heißer Gase /u benutzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasanalysegerät für Verbrennungsmotoren. Hit einer abgasdurchströmten Probezelle, der ein 4as Abgas reinigender Filter und ein die Wasseriampfbestandteile im Abgas abscheidender über eine beheizbare Leitung mit der Probezelle verbundener Dampf-Kondensor vorgeschaltet sind, sowie mit einer das Abgas durch die Probzelle fördernden Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf-Kondensor (15) druckluftgekühlt ist und unmittelbar ein abgasdurchströmtes Filterelement (44) enthält, daß an den Auslaß (62) der Probezelle (26) eine druckluftbetriebei.e und eine konstante Gasgeschwindigkeit erzeugende Strahlpumpe (20) angeschlossen ist und daß die zum Betrieb des Dampf-Kondensors (15) und der Strahlpumpe (20) erforderliche Druckluft einer einzigen Druckluftquelle (90) entnehmbar ist.

2. Abgasanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Sirahlpumpe (20) in der Probezelle (26) ein Unterdruck gegenüber der Atmosphäre von etwa 9 bis 12 cm Wassersäule erzeugbar ist.