DE3037664A1

DE3037664A1 - Verfahren zur bestimmung des volumenstroms bei der emissionsmessung

Info

Publication number: DE3037664A1
Application number: DE19803037664
Authority: DE
Inventors: Friedrich 4048 Grevenbroich Goedde; Wolfgang 4044 Kaarst Heich; Klaus 4000 Düsseldorf Künne; Gerd Dipl.-Ing. 4057 Brüggen Seifert
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1982-04-29

Description

Verfahren zur Bestimmung des Volumenstroms bei der
Emissionsmessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Volumenstroms bei der Emissionsmessung von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, bei der das Abgas in einem vorbestimmten Verhältnis mit Frischluft verdünnt wird und wobei die Probennahme stromauf einer den Gasgemischstrom ansaugenden Unterdruckquelle erfolgt.
In verschiedenen Staaten sind bekanntlich zur Zeit noch unterschiedliche Prüfmethoden und Meßverfahren für Automobilabgase vom Gesetzgeber vorgeschrieben. In den USA ist die angesprochene Verdünnung des Abgases mit Frischluft Vorschrift. Zwei entsprechende Systeme sind in der DE-AS 22 36 972 beschrieben. Bei einer Einrichtung -wird das durch einen Wärmetauscher in engen Grenzen temperierte Gasgemisch mittels einer Verdrängungspumpe (Roots-Gebläse) angesaugt, so daß das Gasvolumen in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmt werden kann. Bei einer der vorgeschlagenen Ausführungen wird eine kritisch betriebene Venturidüse vorgeschlagen, die an eine Zentrifugalpumpe zum Absaugen des Gasgemisches angeschlossen ist. Die Entnahme der Probenmenge erfolgt mittels einer stromauf dieser Venturidüse angeordneten zweiten kleineren Venturidüse, die an eine weitere Pumpe zur Erzeugung eines kritischen Druckverhältnisses angeschlossen ist, so daß an beiden Venturis die gleiche Qasgemischtemperatur herrscht, und damit bei gleicher Entnahmeart die Temperatur vernachlässigt werden kann und die Volumenteilströme sich in ihrer Größe lediglich durch das Verhältnis der Venturiflächen bestimmen lassen.
Diese Einrichtung hat den nicht unerheblichen Nachteil, daß bei Messung von Motoren stark unterschiedlicher Hubräume stets der Satz der Venturidüsen ausgetauscht werden muß. Ferner wird dann in dem der Einrichtung zugeordneten elektronischen Rechner die entsprechende Rechnerkarte ausgetauscht. Ferner ist die Probennahme problematisch durch die Verschmutzungsempfindlichkeit insbesondere des kleineren Venturi, insbesondere bei Dieselmotoren ist eine regelmäßige Reinigung mit Pflegemitteln erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Volumenstroms bei der Emissionsmessung zu schaffen, mit dem in vorteilhafter Weise der bauliche Aufwand über den bekannten Fortfall des Wärmetauschers hinaus weiter verringert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe. bei einem Verfahren eingangs genannter Art gelöst, durch die Erfassung der Druck- und Temperaturwerte des Gasgemischstromes sowie als Volumenwert der Drehzahl pro Zeiteinheit der als Verdrängungspumpe ausgeführten Unterdruckquelle und der rechnerischen Verarbeitung dieser Werte während einer vorgegebenen Zeit zur Bestimmung des Volumenstroms unter Berück.-sichtigung vorgegebener Normalwerte für Druck und Temperatur nach der allgemeinen Gaszustandsgleichung mittels eines elektronischen Rechners, der anschließenden kontinuierlichen Speicherung der Einzelergebnisse und deren Addition während einer vorgegebenen Zeit.
Es kann insbesondere die Addition der Einzelergebnisse während der Füllungszeit eines jeden Testbeutels vorgesehen sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Rechenoperation bei jeder Umdrehung der Verdrängungspuinpe erfolgt. Die Probennahme erfolgt isokinetsich. Der Rechnung wird in Abhängigkeit von mehreren über den gesamten Drehzahlbereich liegenden Kalibrierpunkten ein geänderter Volumenwert pro Umdrehung der Verdrängungspumpe eingegeben.
In der allgemeinen Gaszustandsgleichung Pl . ul P V = . .
T1 TN bedeutet in diesem Fall der Index 1 den Zustand in der Meßstrecke und der Index N den gewählten Nonmalzustand.
Durch dieses Verfahren stehen im Probennahmesystem gegenüber einem System mit Venturi größere Strömungsquerschnitte zur Verfügung, so daß sich Schmutzablagerungen und dadurch hervorgerufene Querschnittsverengungen wesentlich geringer beim Probevolumendurchsatz bemerkbar machen.
Erfolgt nämlich diese Querschnittsverengung während der Probennahme und bei sich stark verändernden Abgas zusammensetzungen, so ist die Konzentration der Abgase im Probebeutel nicht mehr proportional der tatsächlichen Emission. Damit wird das Meßergebnis verfälscht.
Das Prüfverfahren und die entsprechenden Vorschriften dürfen als bekannt vorausgesetzt werden. Es wird hierzu auf die DE-AS 22 36 972 verwiesen. Auf die Gasanalyseeinrichtungen und die zur Auswertung benötigten elektro--nischen Rechner und Steuer und Regel einrichtungen braucht im Zusammenhang mit dem Verfahren nicht eingegangen werden, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sein sollen.
Ebenso ist die Erfindung nicht an einen bestimmten Testzyklus gebunden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang nur ein Test mit Vermischung des Abgases mit Frischluft und die Entnahme von Proben in vorbestimmten Testbereichen.
Das Volumen dieser Proben wird auf einen Normzustand umgerechnet, da dieser proportional zur Masse ist und diese Angabe zur weiteren Berechnung der Massenemission benötigt wird.
Gemäß der Erfindung werden die Druck- undTemperaturwerte sowie die Drehzahl der als Verdrängungspumpe ausgeführten Unterdruckquelle erfaßt. Der Drehzahl ist ein Volumenwert pro Umdrehung zugeordnet. Eine Verdrängungspumpe ist durch den mechanischen Kontakt bei der Rotationsbewegung der Verdrängungselemente nicht in dem Maß verschmutzungsempfindlich wie eine Venturidüse, sondern eben auch in gewissem Maß selbstreinigend. Die Aggressivität der Abgase ist durch die Verdünnung mit Luft und durch entsprechende Materialauswahl für die Pumpe vernachlässigbar.
Entsprechend dem Hubvolumen und der im Testzyklus vorgesehenen Leistung des Verbrennungsmotors wird eine entsprechende Drehzahl der Verdrängungspumpe vorgewählt.
Der Verdrängungspumpe ist je Umdrehung ein bestimmtes Volumen zugeordnet, das wie der jeweilige Druck und die Temperatur in die Berechnung eingegeben wird. Da eine Rootspumpe einen von der Drehzahl abhängigen Schlupf hat, womit sich der Volumenwert pro Umdrehung ändert, wird der Berechnung je nach Höhe der Drehzahl ein anderer Volumenwert eingegeben, so daß eine Linearisierung erfolgt.
Während der im Testzyklus vorgesehenen Zeit der Probennahme zur Füllung eines Probenbeutels werden diese Werte rechnerisch mittels eines üblichen elektronischen Rechners verarbeitet und es wird unter Berücksichtigung von vorgegebenen Normalwerten für Druck und Temperatur nach der allgemeinen Gaszustandsgleichung der Volumenstrom bestimmt. Dies kann zum Beispiel für jede Umdrehung erfolgen. Die errechneten Einzelwerte für den Volumenstrom werden gespeichert und während der Füllungszeit eines jeden Testbeutels addiert. Ein Testzyklus-kann bekanntlich die Füllung mehrerer Testbeutel vorsehen. Der so errechnete Wert des Normalvolumens geht in die bekannte Ermittlung der Massenemission wie üblich ein.
Die Probennahme soll isokinetisch erfolgen, damit die Verhältnisse, nämlich Konzentration des Gasgemisches, der Temperatur und des Druckes gleich denen des Hauptgasgemischstromes sind. Die Bestimmung des Volumenstroms kann auch für den vollständigen Zeitraum des Testzyklus erfolgen.
Die Verdünnungsluft und das Abgas werden im Eingang der Meßstrecke in einem z.B. Querstrommischer gemischt.
Dieser kann gleichzeitig beheizt und temperaturregelbar für Dieselabgase ausgeführt sein. Die Probennahme erfolgt stromab der Mischstelle mittels einer Pumpe.

Claims

Patentansprüche jl i) 9 Verfahren zur Bestimmung des Volumenstroms bei der Emissionsmessung von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, bei der das Abgas in einem vorbestimmten Verhältnis mit Frischluft verdünnt wird und wobei die Probennahme stromauf einer den Gasgemischstrom ansaugenden Unterdruckquelle erfolgt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Erfassung der Druck- und Temperaturwerte des Gasgemischstroms sowie als Volumenwert der Drehzahl pro Zeiteinheit der als Verdrängungspwspe ausgeführten Unterdruckquelle und der rechnerischen Verarbeitung dieser Werte während einer vorgegebenen Zeit zur Bestimmung des Volumenstroms unter Berücksichtigung vorgegebener Normalwerte für Druck und Temperatur nach der allgemeinen Gaszustandsgleichung mittels eines elektronischen Rechners, der anschließenden kontinuierlichen Speicherung der Einzelergebnisse und deren Addition während einer vorgegebenen Zeit.
2). Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Addition der Einzelergebnisse während der Füllungszeit eines jeden Testbeutels.
3). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flechenoperation bei jeder Umdrehung der Verdrängungspumpe erfolgt.
4). Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine isokinetische Probennahme.
5). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein geänderter Volumenwert pro Umdrehung der Verdrängungspumpe in Abhängigkeit von mehreren Kalibrierpunkten über den gesamten Drehzahlbereich in die Rechnung eingegeben wird.