DE2236972A1 - Apparatur zum gewinnen von proben der abgase von verbrennungstriebwerken - Google Patents

Description

In den Vereinigten Staaten von Amerika sind Vorschriften* erlassen worden, die festlegen, .daß bei den in den Jahren 1973 -und 1974 zu bauenden Kraftfahrzeugen die Menge bestimmter Verunreinigungen, die in den Abgasen enthalten sind, bestimmte vorgeschriebene Werte nicht überschreiten» Beispielsweise dürfen die folgenden Werte nicht überschritten werden: Bei Kohlenwasserstoffen etwa 2,1 g je Fahrzeugkilometer, bei Kohlenmonoxid etwa 24,2 g je Fahrzeugkilometer und bei Stickoxiden etwa 1,86 g je Fahrzeugkilometer» (* Siehe Section 1201, Chapter XEI_t Title 45 des Code of Federal Regulations, veröffentlicht im Federal Register Band 36, Nr. 128, Freitag, den 2«, Juli, 1971, S₀ 12652 ff.)

Im Hinblick auf diese Vorschriften ist es unumgänglich, die von Kraftfahrzeugmotoren abgegebenen Abgase zu untersuchen und zu analysieren, um die Mengen der darin enthaltenen Verunreinigungen zu ermitteln. Es sind umfangreiche Arbeiten durchgeführt worden, um Vorrichtungen zum Entnehmen von Gasproben zu entwickeln, und auf diesem Arbeitsgebiet ist es bekannt, von einem Verbrennungsmotor stammende Abgase mit einer genau geregelten Durchsatzgeschwindigkeit durch eine Prüfvorrichtung zu leiten,, damit es möglich ist, die Verunreinigungen zu bestimmen und ihre

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anteiligen Mengen zu ermitteln. Da jeder Verbrennungsmotor Luft aus der Umgebung ansaugt, und da auch die Umgebungsluft selbst eine Quelle für Verunreinigungen ist, muß darauf geachtet· werden, daß die Analyse genau die Mengen der nur von dem Motor abgegebenen Verunreinigungen anzeigt. Bei den bis jetzt gebräuchlichen Vorrichtungen zum Entnehmen von Proben werden die Abgase mit Luft verdünnt· . Ein proportionaler Teil der verdünnten Abgase wird kontinuierlich gesammelt, um dann analysiert zu werden, und zu diesem·Zweck wird eine mit konstantem Volumen, jedoch mit einem variablen Verdünnungsgrad arbeitende Vorrichtung zum Entnehmen von Proben benutzt. Eine Vorrichtung, die den Anforderungen entspricht, die durch die U.S.-amerikanische Environmental Protection Agency aufgestellt worden sind, ist in dem vorstehend genannten Teil des Federal ßegister beschrieben und schematisch dargestellte (Siehe auch Pig. l).

Bei dieser Vorrichtung ist eine mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Pumpe, insbesondere ein Rootsgebläse vorhanden, das den konstanten Gasdurchsatz gewährleistet, der eine Vorbedingung für ein einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung ist«-Der volumetrische Durchsatz ist eine Punktion der Anzahl der Umdrehungen der Verdrängerpumpe.

Bei Vorrichtungen dieser Art ergeben sich verschiedene Nachteile und Schwierigkeiten, auf die im folgenden näher eingegangen wird. Eine solche Vorrichtung wird gewöhnlich in einer "feindlichen" Umgebung betrieben, d. h., die Abgase enthalten sowohl korrosierend wirkende Stoffe als auch teilchenföraige Fremdkörper. Diese Stoffe neigen dazu, sich in der mit konstanter Verdrängung arbeitenden Pumpe anzusammeln, so daß allmählich die engen Arbeitstoleranzen verlorengehen, daß die Fördermenge variiert, und daß es sogar zum Versagen der Pumpe kommen kann. Im Hinblick hierauf ist es erforderlich., die Vorrichtung von Zeit zum Zeit zum Zweck der Wartung

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und Reinigung außer Betrieb zu setzen. Ferner ist es jetzt nicht möglich, Undichtigkeiten an der Pumpe, die eine Funktion sowohl der Gastemperatur als auch des Druckunterschiedes sind, völlig zu vermeiden. Dieses Auftreten von Undichtigkeiten muß "bei der Durchführung von Untersuchungen, mit Hilfe solcher "bekannter Vorrichtungen berücksichtigt werden, und wenn diese Fehlerquelle innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden soll, muß die Verdrängerpumpe in relativ kurzen Zeitabständen erneut geeicht werden, um ,ständig eine genaue Messung des Gasdurchsatzes zu gewähüeisten. Weiterhin wurde festgestellt, daß beim Betrieb solcher Pumpen in der erwähnten "feindlichen" Umgebung Beschädigungen der Pumpen nicht nur auf das Vorhandensein korrodierend wirkender Stoffe, sondern auch auf zu höhe' Temperaturen zurückzuführen sind.

In neuerer";Zeit werden in zunehmendem Ausmaß Turbinehtriebwerke verwendet, und natürlich müssen auch die Abgase solcher Triebewerke geprüft" werden. Eine Vorrichtung mit einer mit konstanter Verdrängung "arbeitenden Pumpe der erwähnten, in dem Federal Register beschriebenen Art müßte außerordentlich große Abmessungen haben, um die Abgase* solcher Triebwerke verarbeiten zu können; hierbei" ist außerdem zu berücksichtigen, daß die Pumpe auch die der Vorrichtung zuzuführende Verdünnungsluft zu fördern hat.

Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es auf relativ einfache Weise möglich ist, die vorstehend genannten Schwierigkeiten; und Beschränkungen zu-vermeiden, wenn man an·»· stelle der bis jetzt benutzten Verdrängerpumpe eine andere Einrichtung verwendet,^;die einen konstanten Gasdurcksatζ gewährleistet. Zu dem genannten Zweck wird gemäß der Erfindung eine Venturieinrichtung in Verbindung mit einer Pumpe benutzt, die eine so große Förderleistung aufweist, daß Gewähr dafür bestehtj daß die Venturieinrichtung bei kritischen

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.Strömungsbedingungen arbeitet, d. h., unter solchen Bedingungen, daß die Gase im engsten Querschnitt eines Venturi · rohre eine über der Schallgeschwindigkeit liegende Strömungsgeschwindigkeit erreichen. Jedem Fachmann ist die Tatsache geläufig, daß die maximale G-asströmungsgeschwindigkeit, die im engsten Querschnitt eines Strömungskanals auftreten kann, gleich der Schallgeschwindigkeit ist. Hieraus ergibt sich ferner, daß der gewichtsmäßige Grasdurchsatz sein Maximum erreicht, wenn das Gas den engsten Querschnitt unter den genannten kritischen Strömungsbedingungen durchströmt.

Da ein auf diese Weise betriebenes Venturirohr von Natur aus eine mit einem konstanten Volumenstrom arbeitende Einrichtung bildet, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung längs des Venturirohrs ein Druckunterschied zur Wirkung gebracht, der ausreicht, um zu gewährleisten, daß die Schallgeschwindigkeit während der Untersuchung erreicht und ständig aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein einfaches Schleudergebläse an die Expansionsseite des Venturirohrs angeschlossen, und die Förderleistung dieses Gebläses ist so gewählt, daß sie ausreicht, um die kritische Strömungsgeschwindigkeit des durch das Venturirohr strömenden Gemisches aus Abgasen und Verdünnungsluft aufrechtzuerhalten. Gegebenenfalls ist es erfindungsgemäß möglich, mehrere parallelgeschaltete, mit Venturirohren versehene Einrichtungen zum Entnehmen von Gasproben zu benutzen; in diesem Fall wird jedes Venturirohr durch einen gesonderten Verbrennungsmotor gespeist, und es ist vorzugsweise nur eine einzige Schleuderpumpe oder ein einziges Schleudergebläse vorhanden.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Bedienen von Gasproben zu schaffen, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Strömungsgeschwindig-

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keit und des volumetrischen Durchsatzes auf sehr zuverlässige und genau voraussagbare Weise arbeitet, "bei der eine Beschädigung wichtiger Bauteile weitgehend vermieden wird, und bei der keine Störungen infolge des Ansammeins von teilchenförmigen Fremdstoffen auftreten. Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet bezüglich der Messung des Gasdurchsatzes mit einer solchen Genauigkeit, daß der Fehler bezüglich der gemessenen Durchsatzmenge gegenwärtig nur noch 1 $ beträgt, und gleichzeitig verringert sich die Geräuschbelästigung, und die Lebensdauer der Vorrichtung wird erheblich verlängert. Weiterhin ist es verhältnismäßig leicht, die Durchsatzmenge zu vergrößern oder zu verkleinern; es sind bereits Vorrichtungen für einen Nenndurchsatz von etwa 2,830 bzw. etwa 8,5 bzw, etwa 9,9 m /min (Normalluft) hergestellt worden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht erforderlich, periodisch Nacheichungen durchzuführen, und bei einer bestimmten Ausführungsform ist auch der Einfluß von Temperaturänderungen ausgeschaltet worden. Ferner brauchen keine unterschiedlichen Leckverluste mehr berücksichtigt zu werden. Ein sehr wichtiger Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß sie sich ohne weiteres auch benutzen läßt, um den Abgasen von Turbinentrietewerken Proben zu entnehmen.

Um den Grundgedanken der Erfindung und ihre Bedeutung erkennbar zu machen, sei bemerkt, daß die strömungstechnischen Eigenschaften von Veriturirohren zwar seit langem bekannt sind, daß es jedoch bis jetzt nicht versucht wurde, diese Eigenschaften zur Erzielung der vorstehend genannten Vorteile auszunutzen. Dieser Tatsache kommt eine besondere Bedeutung zu, wenn man sich vergegenwärtigt, daß während der letzten Jahre große Anstrengungen gemacht und hohe Kosten aufgewendet wurden, um eine brauchbare Vorrichtung zum Entnehmen von Abgasproben zu schaffen, und daß sich der Stand

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der Technik über die erwähnte, in dem Federal Register "beschriebene Vorrichtung hinaus entwickelt hat.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig» 1 schematisch die in dem Federal Register dargestellte und beschriebene bekannte Vorrichtung zum Entnehmen von Abgasprobenj

Fig. 2 perspektivisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entnehmen von Abgasproben;

Fig. 3 schematisch bestimmte Teile der Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 in einem größeren Maßstab im Längsschnitt ein zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen geeignetes Venturirohr der bei der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3 verwendeten Art;

Fig. 5 schematisch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der mehrere VenturiroJire zum Erzeugen konstanter Mengenströme parallelgeschaltet sind} und

Fig, 6 in einem größeren Maßstab schematisch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der kein Wärmetauscher vorhanden ist, und die insbesondere zum Prüfen der Abgase von Turbinentriebwerken geeignet ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die gegenwärtig die Anforderungen der erwähnten Environmental Protection Agency erfüllt und in dem Federal Register an der angegebenen Stelle beschrieben ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist bestimmte Bestandteile auf, die auch bei dieser bekannten Vorrichtung vorhanden sind. Wie erwähnt, ist

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jedoch gemäß der Erfindung ein Venturirohr zum Hervorrufen kritischer Strömungsbedingungen vorhanden, und diesem "Venturirohr ist anstelle der in Fig. 1 gezeigten Verdrängerpumpe' ein Schleudergebläse zugeordnet·

Bei der bekannten Vorrichtung nach Pig. 1 wird der gesamte Mengenstrom der Abgase, die im Verlauf eines simulierten Falrrprogramms aus dem Auspuffrohr einem Anschlußrohr 10 zugeführt wird, zusammen mit über einen Einlaß 11 zugeführter Verdünnungsluft dadurch zugemessen, daß der Gastrom einer Verdrängerpumpe 12 zugeführt wird. Proben des G_emisches aus Abgasen und Verdünnungsluft strömen durch Leitungen zu Behältern oder Beuteln 13 und 14· In die Leitungen sind dort, wo es erforderlich ist, Filter eingeschaltet. .Beispielsweise ist in dem Lufteinlaß 11 eine dreiteilige Filterbaugruppe 15 angeordnet, und in die durch Sonden 18 und 19 gespeisten Leitungen sind Filter 16 und 17 eingeschaltete farner sind Dreiwege-Magnetventile 20 und 21 vorhanden, die es ermöglichen, die Gasprobenströme entweder zu den Beuteln 14 oder 13 zu leiten oder sie nach außen abzuführen. Weiterhin weist die Vorrichtung leckdichte Anschlüsse und Absperreinrichtungen auf, und es sind Zähleinrichtungen 22 und 23 vorhanden, die Umdrehungen der Verdrängerpumpe 12 während des Prüfvorgangs und des Entnehmens und Sammelns von Proben zählen·

Bei dieser zugelassenen Vorrichtung mit einer Verdrängerpumpe von konstanter Förderleistung gewährleistet das Mischen des gesamten Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mit einer bestimmten Verdünnungsluftmenge, daß während des gesamten PrüfVorgangs ein konstanter Mengenstrom durch die Vorrichtung geleitet wird. Arbeitet ein Fahrzeugmotor unter Last, besteht natürlich ein größerer Teil des Gasgemisches aus Abgasen. Die zugelassene Vorrichtung ist so ausgebildet, daß das Gemisch nur einen sehr kleinen Anteil an Verunreinigungsstoffen enthält. Mit Hilfe der Vorrichtung werden kleine Proben

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des Gasgemisches abgezogen und dann einem nicht dargestellten Analysator zugeführt. Solange der durch die Vorrichtung geleitete Mengenstrom konstant gehalten wird, wird bei dieser Vorrichtung stets eine gleichmäßige Gasmenge abgezogen. Da nach einer entsprechenden Korrektur zur Berücksichtigung der am Tage der.Untersuchung herrschenden atmosphärischen Bedingungen (siehe die Sonde l8_ und den Beutel 14) angenommen werden kann, daß alle Verunreinigungsstoffe aus den Abgasen des Fahrzeugs stammen, ermöglicht es das Entnehmen von Proben, die jeweils einem konstanten Bruchteil des Abgas- ■ Stroms entsprechen, das Gewicht der im gesamten Abgasstrom enthaltenen Verunreinigungsstoffe zu berechnen. Wie erwähnt, wird als mit konstanter Förderleistung arbeitende Verdrängerpumpe ein Rootsgebläse benutzt, und durch das Zählen der Umdrehungen der Pumpe bzw. des Gebläses erhält man eine erste Anzeige der je Zeiteinheit geförderten Menge des Gemisches. Gerade auf das Vorhandensein dieses Gebläses sind die erwähnten Beschränkungen und Schwierigkeiten zurückzuführen, die durch die Erfindung vermieden werden sollen.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 muß die Einlaßtemperatur des der Verbrennerpumpe 12 zugeführten Gases im wesentlichen konstant sein, damit die Pumpe als Einrichtung zum Zumessen eines konstanten Mengenstroms betrieben werden kann. Gemäß Fig. 1 ist ein Wärmetauscher H vorhanden, der gemäß den Angaben in der Zeichnungen Einrichtungen sowohl zum Erhitzen als auch zum Kühlen der Gase aufweist. Dieser Wärmetauscher, bei dem sich die Beschreibung weiterer Einzelheiten erübrigen dürfte, erfüllt die Forderung, daß die Vorrichtung mit einem konstanten Mengenstrom gespeist werden muß.

Während einer Abgasprüfung werden Gasproben in den Behältern oder Beuteln 13 und 14 gesammelt, und es werden Analysen durchgeführt, um den Gehalt der Abgase an Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden zu ermitteln. Zu die-

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sem Zweck wird ein Analysator "benutzt, der in den Eingangs genannten Vorschriften ebenfalls schematisch dargestellt und "beschrieben ist. Dieser Analysator wird hier weder dargestellt noch beschrieben, da er nicht einen Gegenstand der Erfindung bildet«.

Gemäß den gegenwärtig geltenden Vorschriften wird eine Abgasprüfung durchgeführt, bei der angenommen ist, daß von einem Kaltstart ausgegangen wird, und bei der eine Fahrt von mittlerer Länge (z. B. etwa 12 km) in"einem städtischen Gebiet nachgeahmt wird. Hierbei wird ein proportionaler Teil der verdünnten Abgabe kontinuierlich zum Zweck der Analyse gesammelt, und dieser Teil wird so mit Luft verdünnt, daß man ein konstantes Volumen erhält.

Bezüglich einer eingehenderen Beschreibung, der Vorrichtung nach Fig. 1 und des anzuwendenden Betriebs- und Regelverfahrens sei auf die genannte Stelle des Federal Register verwiesen, wo auch die hier nicht gezeigte Vorrichtung zum' Durchführen von Gasanalysen beschrieben ist.

Bei dieser Vorrichtung, bei der es sich, wie erwähnt, um die gegenwärtig gebräuchliche Standardvorr-ichtung handelt, ergeben sich die erwähnen Schwierigkeiten und Nachteile, und gemäß der Erfindung wird in dieser Beziehung dadurch Abhilfe geschaffen, daß die Luftzumeßfunktion von der Luftförderfunktion getrennt wird. Zu diesem Zweck wird für die Zumeßfunktion ein Venturirohr zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen in Kombination mit einem einfachen, wenig Raum beanspruchenden Schleudergebläse benutzt. Eine solche Vorrichtung wird im folgenden anhand von Fig. 2 und 3 beschrieben. Weiter unten wird anahand von Fig. 5 eine Vorrichtung beschrieben, bei der das einzige vorhandene Venturirohr der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3 durch mehrere, z. B. zwei Venturirohre ersetzt ist.

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Pig. 2 zeigt eine Vorrichtung, mittels welcher sich sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Die Vorrichtung ist in einem Gehäuse 24 untergebracht und weist eine Einlaßleitung 25 auf, die an das nicht dargestellte Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors anschließbar ist. Aus der Umgebung angesaugte Luft strömt von oben nach unten durch einen Kamin 28 zu einer Kammer 27 und von dort aus nach oben durch eine Rohrleitung 26, um mit dem über den Einlaß 25 zugeführten Abgas vereinigt zu werden. Das Gemisch aus Abgas und Luft strömt dann durch eine Rohrleitung 29 zu einem Abschalter 30, der auf bekannte Weise als Zentrifugalabscheider ausgebildet ist und dazu dient, aus dem Gemischstrom feine Teilchen abzuscheiden, die ,über den Einlaß 25 oder den Kamin 28 in die Vorrichtung gelangen. Jenseits des Zentrifugalabscheiders strömt das Gemisch aus Abgas und Luft durch eine Rohrleitung 31 zu einem Wärmetauscher 32, von dem aus der Gemischstrom durch eine Rohrleitung 33 zu einem insgesamt mit 34 bezeichneten Venturirohr zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen gelangt. Der Wärmetauscher ist in der in Fig. 1 schematisch dargestellten Weise ausgebildet, und es handelt sich hierbei um einen Bestandteil, der bei den bis jetzt bekannten Vorrichtungen zum Gewinnen von Gasproben in jedem Pail erforderlich ist. Wie weiter unten näher ausgeführt, ist es bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung möglich, den Wärmetauscher fortzulassen. Diese Tatsache gewinnt dann besondere Bedeutung, wenn Proben den Abgasen eines Turbinentriebwerks entnommen werden sollen, denn in diesem Fall würde man einen Wärmetauscher mit übermäßig großen Abmessungen benötigen.

Zu der Vorrichtung nach Fig. 2 gehört ferner ein Schleudergebläse 35, das durch eine Baugruppe 36 mit einem Rohrabschnitt und einer Spannschelle mit dem Auslaß oder Expansionsteil des Venturirohrs 34 verbunden werden kann.

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Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist schematisch in Pig. 3 dargestellt, wo die "betreffenden Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen "bezeichnet sind. Zwar ist der Zentrifugalabscheider 30 in Pig. 3 nicht gezeigt, doch wird in der Praxis es vorgezogen, einen solchen Abscheider zu verwenden,, denn er bietet den zusätzlichen Vorteil, daß er ein gleichmäßiges Gemisch aus dem Abgas, der Luft und den teilchenförmigen Fremdstoffen erzeugt. Entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit einer Verdrängerpumpe sind zwei Sonden l8a und l8b vorhanden, die so angeordnet sind, d_vaß, sie den nicht dargestellten Behältern oder Beuteln Proben der Verdünnungsluft und des Gemisches aus Verdünnungsluft und Abgasen zuführen. Das Gebläse 35 der Vorrichtung nach Fig. 2 erscheint auch in Fig. 3» die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 dürfte ohne weitere Erläuterungen verständlich sein. Natürlich würde eine Vorrichtung der in Fig. 2 und 3 dargestellten Art auf Filter, Ventile und Gassammeleinrichtungen der in Fig. 1 dargestellten Art sowie die benötigten IMsehalteinrichtungen aufweisen. Die in Fig. 1 gezeigten Umdrehungszähler werden bei der Vorrichtung nach Fig. 3 natürlich nicht benötigt, denn bei dieser Ausführungsform wird ebenso wie bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung anstelle einer rotierenden Verdrängerpumpe ein Venturirohr benutzt.

In Fig. 4 ist das Venturirohr 3"4 in einem vergrößerten Längsschnitt dargestellt. Dieses Venturirohr ist eigens so konstruiert, daß es möglich ist, den richtigen Gasdurchsatz zu erzielen, der in diesem Fall etwa 8,5 m /min beträgt, wenn das Venturirohr unter kritischen Strömungsbedingungen betrieben wird. Die Gestalt dieses Venturirohrs ist das Ergebnis mathematischer Untersuchungen und von Entwicklungsversuchen, deren nähere Erläuterung sich hier erübrigen dürfte, da die betreffenden Maßnahmen bekannt sind und da es im vorliegenden Fall nur erforderlich ist, den gewünsch-

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ten.Gasdurchsatz anzugeben, der unter kritischen Strömungsbedingungen etwa 8,5 m /min beträgt.

Zwischen seinem Eintrittsemde 37 und seinem Austrittsende 38, das sich an einen Expansionsabschnitt 39 anschließt und sich zum Ende hin erweitert, hat das Venturirohr eine Länge von etwa 363 mm. Der engste Querschnitt dee Venturirohr s wird durch eine schmale Ringzone 40 gebildet, deren parallel zur Achse des Venturirohrs gemessene Breite 2,54 mm beträgt. Der Einlaßabschnitt, dessen Länge man als von der Bezugslinie 40a aus bis zur Ebene der Einlaßöffnung 37 gemessen betrachten kann, hat eine Länge von 64,21 mm. Der Winkel, unter dem sich der Einlaßabschnitt verengt, beträgt zwischen der Wand des Einlaßabschnitts und der Achse des Venturirohrs 30°.

Die Länge des Expansionsabschnitts des Venturirohrs zwischen der Bezugslinie 40b und der Bezugslinie 41 in Pig. 4 beträgt 230,13 mm, und die Wand dieses Abschnitts ist gegen die Achse des Venturirohrs unter einem Winkel von 6° geneigt. Von der Ebene aus, an der der Expansionsabschnitt des Venturirohrs endet, d. h., von der Bezugslinie 41 aus, erweitert sich das Venturirohr so, daß seine Wand gegen seine Achse unter einem Winkel von 27 9'geneigt istj dieser Abschnitt endet gemäß Fig. 4 an der Ebene 38, in der die Auslaßöffnung liegt.

Das Venturirohr ist aus einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt und hat eine Wandstärke von 6,35 mm. Das sich bis .in die Nähe des Einlasses 37 des Venturirohrs erstreckende Rohr 33 weist an seinem Ende einen Plansch 42 auf, der gegenüber einem ähnlichen, am Einlaß des Venturirohrs ausgebildeten Plansch 43 angeordnet ist. Gemäß Pig. 4 dient eine runde Spannschelle 44 dazu, die beiden Plansche zusammenzuziehen und festzuhalten. Am anderen Ende des Venturirohrs ist der sich erweiternde Auslaßabschnitt auf seiner

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Außenseite mit einem Flansch 45 versehen, der mit einem Buchsenteil 46 zusammenarbeitet, das einen Bestandteil des Gehäuses des Zentrifugalgebläses 35 "bildet. Der Flansch 45 und das Buchsenteil 46 sind von einer Muffe aus elastischem Werkstoff umschlossen, die durch eine Spannschellenanordnung 36 in ihrer Lage gehalten wird.

Wie erwähnt, dient das Venturirohr 34 als Einrichtung zum Zumessen des Gasgemisches, und dazu, den Mengenstrom des Gemisches innerhalb sehr enger Grenzen konstant zu halten. Da das Gemisch aus Abgasen und. Verdünnungsluft während des gesamten Prüfvorgangs durch das Venturirohr strömt, und da die Förderleistung des an den Expansionsabschnitt angeschlossenen Gebläses ausreicht, um zu gewährleisten, daß das Venturirohr während der ganzen Dauer des PrüfVorgangs unter kritischen Strömungsbedingungen betrieben wird, arbeitet das Venturirohr in Verbindung mit dem Gebläse als eine Einrichtung zum Einregeln eines konstanten Mengenstroms bzw. einer konstanten Durchsatzmenge.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Anordnungen der anhand von Fig. 3 beschriebenen Art im Parallelbetrieb arbeiten, und bei der eine diesen Anordnungen gemeinsam zugeordnete Sammelleitung 47,"die von zwei Venturirohren 34a und 34b abgegebenen Gasströme aufnimmt. An die gemeinsame Sammelleitung 47 ist ein einziges Gebläse 35a oder eine andere Einrichtung zum Herabsetzen des Drucks angeschlossen, und es ist dafür gesorgt, daß der gesamte Gasstrom über einen Auslaß 43 abgeführt werden kann. Eine solche Mehrfachvorrichtung, die auch mehr als zwei parallelgeschaltete Venturirohre aufweisen könnte, kann gleichzeitig die Abgase mehrerer Verbrennungsmotoren aufnehmen, und zu diesem Zweck sind gemäß Fig. 5 z. B. zwei Anschlüsse 25a und 25b für Auspuffrohre vorhanden. Die Sonden l8c und l8d sind natürlich an nicht dargestellte Gasanalysatoren angeschlossen.

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Sollen Gasproben von konstantem Volumen gewonnen werden, ist es bei den "bis jetzt "beschriebenen Ausführungsformen erforderlich, die Temperatur der Gasströme, die den Venturirohren zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen zugeführt werden, im wesentlichen konstant zu halten. Aus diesem Grund weisen" die Ausführungsformen nach Fig. 3 und 5 einen bzw. mehrere Wärmetauscher auf, die mit Einrichtungen zum Erhitzen bzw. zum Kühlen der Gasströme versehen sind.

Pig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die es ermöglicht, eine Gasprobe zu gewinnen, die einem konstanten Prozentsatz der gesamten Durchsatzmenge entspricht, ist in Fig. 6 dargestellt. Ebenso wie bei den schon beechriebenen Vorrichtungen wird das Gemisch aus Abgasen und Verdünnungsluft dem Einlaß eines Venturirohrs 34' zugeführt, an das eine Schleuderpumpe 35' mit einer überschüssigen Förderleistung angeschlossen ist. Die Gasproben werden über eine Sonde 19' entnommen, die als Rohr 19' von kleinen Abmessungen ausgebildet ist und im vorliegenden Fall einen Venturirohrabschnitt R aufweist. An das Rohr 19' ist ein kleines Gebläse B angeschlossen, dessen F örderleistung ausreicht, um in dem kleinen Venturirohr R kritische Strömungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Es läßt sich leicht zeigen, daß der Gasdurchsatz des kleinen Venturirohrs R einem bestimmten Prozentsatz des durch das Venturirohr 34' strömenden Hauptstroms entspricht, daß die Durchsatzmenge des Venturirohrs R konstant ist, und daß die durch das Verhältnis zwischen den Querschnitten der beiden Venturirohre bestimmt ist. Da der Gasdurchsatz jedes Venturirohrs eine Funktion der Temperatur des Gasgemisches ist, und da an beiden Venturirohren die gleiche Temperatur herrscht, ist keine Temperaturkompensation erforderlich, und die Durchsatzmengen werden ausschließlich durch das Verhältnis zwischen den Durchtrittsquerschnitten bestimmt. Die mit Hilfe des Venturirohrs R und des Gebläses B entnommenen Gasproben werden einer Sammeleinrichtung und von dieser aus einem Analysator zugeführt. Eine

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Vorrichtung der anhand von Fig. 6 beschriebenen Art erweist sich beim Prüfen der Abgase von Gasturbinentriebwerken als besonders vorteilhaft. Daher bezeichnet der Ausdruck "mit innerer Verbrennung arbeitendes Triebwerk" in den Ansprüchen nicht nur Verbrennungsmotoren, sondern auch Gasturbinentriebwerke O

Ansprüche;

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Claims (10)

1. . ANSPRÜCHE

   lJ Apparatur zum Gewinnen von Proben der Abgase von mit innerer Verbrennung .arbeitenden Triebwerken, um das Sammeln und Analysieren der Proben zu ermöglichen, mit einer an eine Rohrleitung zum Aufnehmen der Abgase einea Triebwerks anschließbaren Verdünnungsluftquelle, die es ermöglicht, ein Gemisch aus Abgasen und Verdünnungsluft zu erzeugen, . einer Einrichtung zum Entnehmen von zu analysierenden-Proben des Gemisches sowie einer Einrichtung zum Regeln des Strömens des Gemisches derart, daß der Mengenstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch g e k e η η - ι zeichnet , daß die Regeleinrichtung ein Venturirohr (34) mit einer Einlaßseite¹ und einer Expansionsseite aufweist, daß die Einlaßseite an eine Einrichtung (29, 31» 33) zum Aufnehmen des Gemisches angeschlossen ist, daß mit der Expansionsseite des Venturirohrs eine Pumpe (35) zum Hindurchsaugen des Gemisches durch das Venturirohr verbunden ist, und daß die Förderleistung der Pumpe ausreicht, um zu gewährleisten, daß das Venturirohr jeweils während der gesamten Dauer eines Prüfvorgangs bewirkt, daß das Gemisch unter kritischen Bedingungen durch das Venturirohr strömt*
2. 2. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch , g e k e η η zeichnet , daß die Einrichtung zum Gewinnen von Proben des Gemisches eine hohle Sonde (l8b) mit einem läßinen Querschnitt ist, die in dem Gemischstrom in der Strömungsrichtung vor dem Venturirohr (34) angeordnet ist, und daß Behälter zum Aufnehmen der mit Hilfe der Sonde entnommenen Proben vorhanden sind.
3. 3. Apparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite hohle Sonde (löa) mit einem kleinen Querschnitt im Strom der Verdünnungsluft so angeordnet ist, daß es möglich ist, zum Zweck des Analysie-

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   rens Proben der Verdünnungsluft an einem Punkt zu entnehmen,-der in der Strömungsrichtung vor der Anschlußstelle der Rohrleitung (25) zum Zuführen der A"bgase des Triebwerks liegt.
4. 4. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch g.e k e η η zeichnet, daß die Pumpe (35) als Schleuderpumpe ausgebildet ist«
5. 5. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, die mehrere parallelgeschaltete Strömungswege abgrenzen, von denen jeder eine eigene Verdünnungsluftquelle aufweist und an ein gesondertes Triebwerk anschließbar ist, daß mehrere Venturirohre (34a, 34b) vorhanden sind, von denen jedem der Strömungswege eines zugeordnet ist, und daß an die Apparatur eine einzige Pumpe (35a) angeschlossen ist, die dazu dient, das durch jeden Strömungsweg strömende Gemisch durch das zugehörige Venturirohr hindurchzusaugen.
6. 6. Apparatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung zum Gewinnen von Proben mehrere Sonden (l8c, l8d) mit"einem kleinen Querschnitt gehören, und daß jede dieser Soliden so angeordnet ist, daß sie es ermöglicht, dem durch dem zugehörigen Strömungsweg strömenden Gemisch eine Probe zu entnehmen.
7. 7. Apparatur, nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η -e> .IbS, daß die Einrichtung zum Entnehmen von Proben im Bereich des Venturirohrs (34¹) angeordnet' ist, daß zu dieser Einrichtung ein Rohr (19¹) gehört, von dem ein Teil so angeordnet ist, daß er nur einen kleinen Teil des Gemisches aufnimmt, daß ein Teil des Rohrs in der Rohrleitung ein Hilfsventurirohr (R) bildet, und daß eine Einrichtung (B) vorhanden ist, die gewährleistet, daß das Hilfsventurirohr wäh- ' rend des Entnehmens von Proben unter kritischen Gasströmungsbedingungen arbeitet.

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8. 8. Apparatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich das Verhältnis zwischen den kleinsten Durchtrittsquerschnitten der beiden Venturirohre (34·¹, R) den durch jedes Venturirohr strömenden Mengenstrom bestimmt.
9. 9. Apparatur zum Gewinnen von Proben der Abgase von mit innerer Verbrennung arbeitenden Triebwerken zum Zweck des Sammelns und Analysierens der Proben mit einer an eine Rohrleitung zum Aufnehmen der Abgase eines Triebwerks anschließbaren Verdünnungsluftquelle zum Erzeugen eines Gemisches aus Abgasen und Verdünnungsluft, einer Einrichtung zum Entnehmen von zu analysierenden Proben des Gemisches sowie mit einer Einrichtung, die dazu dient, das Strömen des Gemisches eo zu regeln, daß der Mengenstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß zu dieser Einrichtung ein Venturirohr (34) gehört, das an Einrichtungen (29, 31t 33) zum Aufnehmen des Gemisches angeschlossen ist, daß an das Venturirohr eine Pumpe (35) angeschlossen ist, die das Gemisch verarlaßt, durch das Venturirohr zu strömen, und daß die Förderleistung der Pumpe ausreicht, um zu gewährleisten, daß das Venturirohr während der ganzen Dauer eines Prüfvorgangs unter kritischen Gasströmungsbedingungen betrieben wird.
10. 10. Apparatur zum Gewinnen von Proben der Abgase von mit innerer Verbrennung arbeitenden Triebwerken zum Zweck des Analysierens mit einem Einlaß zum Zuführen von Verdünnungsluft, einer den Einlaß mit einer Rohrleitung zum Aufnehmen der Abgase eines Triebwerks verbindenden Einrichtung zum Erzeugen eines Gemisches aus Abgasen und Verdünnungsluft, Rohrleitungen, die von dem Gemisch durchströmt werden, und in die ein Wärmetauscher eingeschaltet ist, der es ermöglicht, das Gemisch während der ganzen Dauer eines Prüfvorgangs auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur zu halten, einer an die Rohrleitungen angeschlossenen Einrich-

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    tung zum Entnehmen von Proben des Gemisches, nachdem das Gemisch den Wärmetauscher durchströmt hat, und zum Sammeln der Proben zum Zweck des Analysierens sowie mit einer Einrichtung zum Regeln des Strömens des Gemisches· durch die Apparatur derart, daß der Mengenstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet , daß zu dieser Einrichtung ein Venturirohr (34) mit einer Einlaßseite und einer Expansionsseite gehört, daß die Einlaßseite an die Rohrleitungen (29, 31, 33) zum Aufnehmen des Gemisches angeschlossen ist, daß'mit der Expansionsseite des Venturirohrs eine Schleuderpumpe (35) verbunden ist, die bewirkt, daß das Gemisch durch das Venturirohr hindurchgesaugt wird, und daß die Förderleistung der Schleuderpumpe ausreicht, um zu gewährleisten, daß das Venturirohr während der gesamten Dauer eines Prüfvorgangs unter kritischen GasStrömungsbedingungen betrieben wird*

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