DE2012504C3 - Einrichtung zur Entnahme von Abgasproben - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Entnahme von Abgasproben aus der Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine, mit einer von der Auspuffleitung abzweigenden, an die Saugseite einer motorbetriebenen Pumpe angeschlossenen Entnahmeleitung und einem an der Druckseite der Pumpe anschließbaren, die Abgasprobe aufnehmenden Behälter.

Bei bekannten Abgas-Entnahmeeinrichtungen wird in der Regel das gesamte Abgas über einen längeren Betriebsabschnitt der Brennkraftmaschine in Plastiksäcken aufgefangen. Das entstandene Abgas wird fortlaufend analysiert und die Gesamtmenge der im Abgas enthaltenen Schadstoffe ermittelt. Ein Hauptnachteil dieser Methode besteht darin, daß zur Aufnahme der gesamten Abgasmenge Plastiksäcke mit sehr großem Speichervolumen notwendig sind, wodurch die Manipulation und Auswertung der Proben erschwert wird. Außerdem ist der Zeitaufwand für die Probeentnahme verhältnismäßig groß. Außerdem liefert die Analyse stets nur einen Mittelwert der Abgaszusammensetzung über einen längeren Betriebsabschnitt des Motors. Dies ist aber dann nachteilig, wenn man rasch darüber Einsicht gewinnen will, wie sich verschiedene Einstellarbeiten oder sonstige, den Betriebszustand des Motors verändernde Maßnahmer auf die Abgaszusammensetzung auswirken.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile der bekannten Entnahmeeinrichtung vermieden und soll eine verbesserte und vereinfachte Einrichtung dieser Art geschaffen werden, welche repräsentative und leicht auswertbare Abgasproben liefert.

Zur Verwirklichung dieses Zieles sieht die Erfindung einen der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine über einen Ausgleichsbehälter vorgeschalteten Luftmengenmesser und einen diesem zugeordneten Geber vor, der ein zur Durchsatzmenge durch den Luftmengenmesser proportionales Signal einem Drehzahlregler zuführt, der in an sich bekannter Weise dem Antriebsmotor der Pumpe vorgeschaltet ist und die Drehzahl des Antriebsmotors proportional zur Durchsatzmenge durch den Luftmengenmesser regelt.

Die Erfindung baut damit auf einem gegenüber der bekannten Abgas-Entnahmeeinrichtung völlig neuartigen Gedanken auf, nämlich eine Proportionalität zwischen der von der Brennkraftmaschine tatsächlich abgegebenen und der von der Pumpe entnommenen Abgasmenge herzustellen, und zwar nicht auf dem Wege der gedanklich näher liegenden Messung der gesamten von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgasmenge, sondern vielmehr durch Bestimmung des Durchsatzes der dem Motor zugeführten Verbrennungsluft mittels des der Ansaugleitung vorgeschalteten und mit dem Impulsgeber zusammenarbeitenden Luftmengenmessers.

Durch die mengenmäßige Proportionalität zwischen der zu Analysierzwecken abgezweigten Abgasmenge und der vom Motor angesaugten Luftmenge, die ihrerseits ein Maß für die insgesamt vom Motor abgegebene Abgasmenge ist, eröffnet sich die Möglichkeit, auch über sehr kurze Betriebsabschnitte die jeweiligen Abgasmengen und den Gesamtgehalt an schädlichen Bestandteilen mit großer Genauigkeit technisch erfassen zu können. Die zur Aufnahme der Abgasprobe dienenden Behälter können daher ein wesentlich kleineres Volumen als die nach den bisherigen Methoden verwendeten Plastiksäcke haben, so daß die Manipulation vereinfacht und die Auswertung der Proben beschleunigt wird. Vor allem aber können die Auswirkungen irgendwelcher Änderungen des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine auf die Abgaszusammensetzimg rasch festgestellt und optimale Einstellungen des Motors auf diese Weise ermittelt werden. Die fühlbare Verkürzung des gesamten Prüfvorganges erlaubt auch eine Senkung der Investitionskosten, wenn beispielsweise mehrere Prüfstände vorhanden sind, für die dann ein einziges gemeinsames Analysengerät benutzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung berücksichtig! auch die in zahlreichen Ländern im Gange befindlichen gesetzgeberischen Bestimmungen zur Reinhaltung der Luft, die eine Begrenzung der Gesamtmenge der einzelnen schädlichen Bestandteile im Abgas über einen vorbestimmten Fahrzyklus der Brennkraftmaschine vorsehen.

Die Verwendung von Luftmengenmessern ist von anderen Gebieten der Technik her bereits bekannt. So ist beispielsweise in der Zeitschrift »Materialprüfung«, 10, 1968, S. 101, ein tragbarer Luftprobennehmer für radioaktiven und giftigen Staub beschrieben, der an der Kleidung der dem Staub ausgesetzten Person befestigt wird und der über einen drehzahlregelbaren Pumpenantriebsmotor und einen Luftmengenmesser verfügt. Bei dieser bekannten Einrichtung wird die Luft mit einer konstanten Geschwindigkeit eingesaugt, was nur dann möglich ist, wenn auch die Drehzahl des batteriebetriebenen Antriebsmotors der Pumpe konstant gehalten wird. Die bei dem bekannten Gerät vorgesehene Möglichkeit der Drehzahlregelung des Motors bezweckt, die Motordrehzahl auch bei abnehmender Spannung der Batterie auf den vorgesehenen Sollwert halten zu können. Ein Reglement, welches eine selbsttätige Änderung der Motordrehzahl hervorrufen könnte, ist. bei der bekannten Einrichtung nicht vorhanden. Mit Hilfe dieses tragbaren Luftprobennehmers läßt sich also nur der prozentuelle Gehalt an Schadstoffen in der Raumluft feststellen.

Aus der Zeitschrift »Staub«, 29, Nr. 1, Januar 1969, S. 36, ist andererseits eine elektronische Durchflußregeleinrichtung bekannt, deren Aufgabe es ausschließlich ist, eine üurchflußmenge konstant zu halten, so daß nur der prozentuelle Anteil von Schadstoffen erfaßt weiden kann. Bei der bekannten Einrichtung wird zur Messung der Luftgeschwindigkeit ein aus zwei Thermistoren in einer Brückenschaltung bestehendes Anemometer verwendet, das den Luftdurchsatz auf verhältnismäßig umständliche Weise zu bestimmen gestattet, Demgegenüber erfolgt die Luftmsngenbestimmung bei der erfindungsgemäßen Einrichtung mittels handelsüblicher Luftmengenmesser, deren Drehzahl unmittelbar ein Maß für den Luftdurchsatz darstellt.

Auf dem Gebiet der Elektromedizin ist schließlich durch die DT-AS 12 11 423 eine Vorrichtung zur Steuerung der Zufuhr der Atemgase zu einem Gasanalysegerät bekanntgeworden, das eine sneziell auf die Erfordernisse bei der Atemgasanalyse abgestimmte Steuerung der Zufuhr der Atemgase vorsieht. Dabei wird die Druckdifferenz vor und hinter einer in die Leitung für den Atemsirom eingesetzten Geschwir.digkeitsmeßblende durch einen elektromechanischen Wandler erfaßt und von diesem in ein elektrisches Signal umgesetzt, welches die Förderleistung einer in die zum Analysengerät führende Entnahmeleitung eingeschaltete Pumpe steuert. Eine solche Anordnung ist für die Entnahme von Abgasproben nicht nur in Anbetracht der aus den hohen Abgastemperaturen sieb ergebenden wärmetechnischen Probleme, sondern auch wegen der aus der unterschiedlichen Aufgabenstellung resultierenden Verschiedenartigkeit des prinzipiellen Aufbaues der Einrichtung ungeeignet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Verhältnis der Durchsalzmenge durch den Luftmengenmesser zur Drehzahl des Antriebsmotors durch ein zwischen den Antriebsmotor und die Pumpe eingeschaltetes Regelgetriebe einstellbar.

Durch die Wahl der Übersetzung dieses Regelgetriebes kann ein beliebiges Verhätnis zwischen den Drehzahlen des Luftmengenmessers und des Pumpenantriebsmotors hergestellt werden. Das Regelgetriebe kann aber auch dazu dienen, die Entnahme von Abgasproben jeweils nach Ablauf vorbestimmter Zeit — oder Betriebsabschnitte — auszulösen

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die Gesamtanordnung einer Abgasentnahme-Einrichtung.

Die dargestellte Anlage verfügt über einen Luftmengenmesser 1 üblicher Bauart, welcher unter Zwischenschaltung eines Ausgleichsbehälters 2 an die Asaugleitung 3 einer Brennkraftmaschine 4 angeschlossen ist, deren Abgase analysiert werden sollen. Eine Auspufl· leitung 5 der Brennkraftmaschine 4 mündet in eine Kammer 6, von der eine Entnahmeleitung 7 abzweigt. Die Entnahmeleitung 7 durchsetzt einen Abgaskühler 8 und ist mit ihrem anderen Ende an der Saugseite einer motorbetriebenen Pumpe 10 angeschlossen.

Ein in der Entnahmcleitung 7 zwischen dem Airbuskühler 8 und e'er Pumpe IO angeordneter Temperaturfühler 9 überwacht die Temperatur der Abgasprobe und wird gegebenenfalls auch zur Regelung der Temperatur des Abgaskühlers 8 herangezogen.

Die Pumpe 10 weist an ihrer Druckseite einen Anschlußstutzen 17 auf, an dem ein doppelwandiger PIastiksack 11 zur Aufnahme der Abgasprobe anschließbar ist. Zwecks restloser Entleerung der Abgasprobe beim Anschluß des Plastiksackes an das Analysiergerät (nicht dargestellt) besitzt die äußere Hülle des Plastiksackes 11 eine öffnung 12, über die Druckluft eingeleitet werden kann.

Dem Luftmengenmesser 1 ist ein Impulsgeber 13 zugeordnet, welcher von einem nicht dargestellten, mit der Drehzahl des Luftmengenmessers umlaufenden Indikatorteil erregt wird. Die vom Impulsgeber 13 gelieferten Impulse werden einem einem Antriebsmotor 15 der Pumpe 10 zugeordneten Drehzahlregler 14 zugelei tet. Der Motor 15 treibt die Pumpe 10 über ein zwischengeschaltetes Regiebetriebe 16 an.

Die Anlage verfügt weiter über eine Einrichtung zur Konstanthaltung des Abgasdruckes in der Kammer 6. Diese Einrichtung besteht aus einem über einen konischen Einsatz 19 der Kammer 6 freibeweglich angeordneten Schwebekörper 18, welcher den freien Ausiriusquerschniit der Abgase aus der Kammer 6 in dem Sinne steuert, daß der Abgasdruck in der Kammer 6 bei allen Belastungen und Drehzahlen der Brennkraftmaschine 4 zumindest annähernd konstant bleibt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung ist nun folgende: Bei laufender Brennkraftmaschine 4 ist die Drehzahl des Luftmengenmessers 1 das Maß für den jeweiligen Luftdurchsatz der Maschine. Der Impulsgeber 13 liefert nun je Zeiteinheit eine Anzahl Impulse, deren Folgefrequenz der Drehzahl des Luftmengenmessers 1 und damit dem Luftdurchsatz proportional ist. Die Geberimpulse beeinflussen den Drehzahlregler 14 in dem Sinne, daß der Antriebsmotor 15 der Pumpe 10 mit einer dem Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine proportionalen Drehzahl umläuft.

Die Pumpe 10 entnimmt daher, unabhängig von der jeweiligen Drehzahl und Belastung der Brennkraftmaschine 4, aus der Kammer 6 jeweils eine der angesaugten Luftmenge proportionalen Abgasmenge. Das Verhältnis der Abgasmenge zur angesaugten Luftmenge kann durch das Regelgetriebe 16 vorgewählt werden. Es ist daher möglich, auch über einen sehr kurzen Betriebsabschnitt eine repräsentative Abgasprobe sehr kleinen Volumens zu erhalten, die in einem Plastiksack 11 von sehr kleinen Abmessungen Platz findet.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abweichungen vom dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich. So kann beispielsweise die Synchronisierung der Antriebsdrehzahl der Pumpe mit der Drehzahl des Luftmengenmessers auch mittels einer fotoelektrischen Abtasteinrichtung vorgenommen werden. Ebenso kann irgendein anderer als der dargestellte Luftmengenmesser bei der Einrichtung verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Entnahme von Abgasproben aus der Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine mit einer von der Auspuffleitung abzweigenden, an die Saugseite einer motorbetriebenen Pumpe angeschlossenen Entnahmeleitung und einem an der Druckseite der Pumpe anschließbaren, die Abgasprobe aufnehmenden Behälter, gekennzeichnet durch einen der Ansaugleitung (3) der Brennkraftmaschine (4) über einen Ausgleichsbehälter (2) vorgeschalteten Luftmengenmesser (1) und einen diesem zugeordneten Geber (13), der ein zur Durchsatzmenge durch den Luftmengenmesser proportionales Signal einem Drehzanlregler (14) zuführt, der in an sich bekannter Weise dem Antriebsmotor (15) der Pumpe (10) vorgeschaltet ist und Drehzahl des Antriebsmotors (15) proportional zur Durchsatzmenge durch den Luftmengenmesser (1) regelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchsatzmenge durch den Luftmengenmesser (1) zur Drehzahl des Antriebsmotors (15) durch ein zwischen den Antriebsmotor (15) und die Pumpe (10) eingeschaltetes Regelgetriebe (16) einstellbar ist.