DE3837232C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Eichen einer Abgasmeßvorrichtung und Verfahren zum Entnehmen einer Proportionalprobe eines Abgases - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Eichen einer Abgasmeßvorrichtung und Verfahren zum Entnehmen einer Proportionalprobe eines AbgasesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eichen einer Abgasmeßvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum
Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5
sowie ein Verfahren zum Entnehmen einer Proportionalprobe eines
Abgases gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Nach den jetzigen Bundesgesetzen der USA dürfen die Abgas
emissionen von Motorfahrzeugen bestimmte Werte von be
stimmten Schadstoffen nicht überschreiten (s. hierzu Ab
schnitt 1.201, Kapitel XII, Titel 45 Code of Federal
Regulations, veröffentlicht im Federal Register, Band 36,
Nr. 128, Freitag, 2. Juli 1971, Seiten 12 652 und folgende.
S. hierzu auch die US-PS 36 99 814).
Aufgrund derartiger Gesetze ist es
erforderlich, die Abgasemissionen von Fahrzeuginotoren zu
testen und zu analysieren, um den darin enthaltenen Schad
stoffanteil zu bestimmen.
Es ist bekannt, Abgase einer Brennkraftmaschine mit
einem genau gemessenen Durchsatz durch eine Testvorrichtung
zu führen, um die entsprechenden relativen Schadstoffmengen
zu bestimmen und zu analysieren. Das generelle Schema einer
derartigen Untersuchung besteht darin, eine Vorrichtung, wie
beispielsweise eine Venturieinrichtung mit kritischer
Strömung, einzusetzen, um den Massenstrom eines
verdünnten Abgases durch die Vorrichtung aufrechtzuer
halten. Das verdünnte Abgas setzt sich aus dem Abgas des
Fahrzeuges und zur Verdünnung verwendeter Luft zusammen.
Durch die Zuführung von Verdünnungsluft wird das Abgas ab
gekühlt und der relative Feuchtigkeitsgehalt herabgesetzt,
um eine Kondensation in den Speichereinheiten für die das Abgas
zu verhindern und dadurch die Handhabung zu
erleichtern. Das verdünnte Abgas wird dann auf verschiedene
Probenspeichereinheiten zur Durchführung einer nachfolgenden
chemischen Analyse verteilt. Aufgrund des sich ändernden
Durchsatzes des Fahrzeugabgases während der vorgeschriebenen
Antriebszyklen ändert sich auch die Menge an Verdünnungsluft
(ein höherer Abgasdurchsatz benotigt weniger Luft zum Ver
dünnen und umgekehrt) aufgrund der Konstantmassenstromungs
einrichtung in der Vorrichtung. Um die Tests allgemein gül
tig zu machen, sind die einzelnen Antriebszyklen genau de
finiert.
Ein System, das diese allgemeinen Anforderungen erfüllt, ist
in dem vorstehend genannten Teil des Bundesregisters be
schrieben. Dieses System besitzt jedoch eine Reihe von
Problemen und Nachteilen, die in der US-PS 36 99 814 er
läutert sind. In dieser Veröffentlichung ist eine Abgasmeßvor
richtung mit einer Probenentnahme des Abgases erläutert, bei der die problematische Pumpe mit
konstanter Verdrängung des Standes der Technik durch ein
Venturirohr mit kritischer Strömung zum Messen der
verdünnten Abgasemissionen mit einem konstanten Volumenstrom
ersetzt ist.
Ein mit dem Absenken der Probentemperatur verbundenes
Problem besteht darin, daß die kühlere Probe nicht so viel
Wasserdampf mit sich führen kann wie die erhitzte Probe, was
dazu führt, daß ein Teil des Wasserdampfes in der Vor
richtung zur Probennahme kondensiert. Diese Kondensation be
einflußt direkt den volumetrischen Strom durch die Vor
richtung zur Probennahme, wobei ein entsprechender Verlust
an Genauigkeit auftritt. Die herkömmliche Methode zum Losen
dieses Problems besteht darin, erhitzte Probenleitungen zu
verwenden, um eine Kondensation zu verhindern. Erhitzte Pro
benleitungen sind jedoch schwierig zu unterhalten und machen
das System zur Probennahme wesentlich komplexer.
Zusätzlich zum Feuchtigkeitsproblem und zur Realzeit (Mo
dal)- Untersuchung besteht das Problem, die Systemgenauig
keit im Zuführsystem für die Luft zum Verdünnen aufrecht
zuhalten. Wie vorstehend erläutert, muß die Zuführung von
Verdünnungsluft genau durchgeführt werden, wobei der Vorgang
zur Durchführung des Abgasemissionstests am Motor den Be
trieb des Motors nicht in signifikanter Weise beeinflussen
darf, da anderenfalls die Testergebnisse nicht genau wären.
Beispielsweise darf die Abgastestvorrichtung keinen uner
wünschten Rückdruck oder Saugdruck am Abgassystem des Motors
verursachen, da sonst der Motor nicht so arbeitet, wie er
unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten würde. Herkömm
lich ausgebildete Abgasanalysatoren weisen diesbezüglich
Probleme auf, da herkömmlich ausgebildete Stromungsmesser,
die bei derartigen Analysatoren Verwendung finden, hohe
Drücke erfordern, um im genauesten Bereich zu arbeiten. Die
Notwendigkeit zur Verwendung von herkömmlichen Strömungs
messern in einer Umgebung mit vergleichsweise hohen Drücken
hat Probleme in bezug auf die Verknüpfung der Hochdruckum
gebung der Meßeinrichtung mit dem Abgassystem des Motors
aufgeworfen.
Bei einigen Methoden des Standes der Technik finden auch
Indikatorverfahren (Kohlendioxyd oder andere nicht reagie
rende Gase) Anwendung, bei denen zwei unabhängige Analysato
ren verwendet werden. Solche Methoden werden jedoch nicht
als voll befriedigend angesehen. Desweiteren beruhen be
stimmte Methoden des Standes der Technik auf bestimmten
Annahmen, die jedoch für die Praxis nicht zutreffen, d. h.
auf der Tatsache, daß durch die Analysatoren keine Eich
fehler eingeführt werden und daß im System keine Lecks
vorhanden sind. Es hat bislang keine wirksame Methode ge
geben, um sicherzustellen, daß diese Fehler und Lecks nicht
im Testsystem auftreten.
Zur Bildung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 wurden die aus US 3,699,814
bekannten Merkmale herangezogen. Darüber hinaus ist es auch aus EP 0 208 054
bekannt, den Durchsatz durch eine Gasleitung mit einem Schall-Venturi-Rohr zu
messen. Im übrigen handelt es sich bei dieser Veröffentlichung nicht um eine Ab
gasmeßvorrichtung mit Verdünnungsluft.
So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren mit einem
Schall-Venturi-Rohr zur Durchflußmessung sowie die entsprechende Vorrichtung so wei
terzubilden, daß die Durchflußmessung mit höherer Genauigkeit erfolgt.
Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 bzw. des Patentanspruchs 5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
So ist erfindungsgemäß in dem Einlaßrohr für die Verdünnungsluft ein weiteres Ven
turi-Rohr vorgesehen, mit dem der Durchsatz an Verdünnungsluft gemessen wird.
Vor dem Abgastest wird erfindungsgemäß der Verdünnungsluftdurchsatz gemessen
und wird die Abgastestvorrichtung geeicht. Hierzu wird der Einlaß in die Abgastest
leitung verschlossen und wird in beiden Venturi-Rohren der Verdünnungsluftdurch
satz gemessen. Die beiden Meßwerte werden im Computer miteinander verglichen
und auf Nulldifferenz abgeglichen.
Bei dem Unterschall-Venturi-Rohr zur Messung des Verdünnungsluftdurchsatzes
handelt es sich um eine Meßeinrichtung, die naturgemäß eine sehr hohe Genauigkeit
bei einem kleinen Druckabfall aufweist, so daß der Durchfluß genau und wiederhol
bar gemessen werden kann. Mit dem kleinen Druckabfall am Unterschall-Venturi-Rohr
wird außerdem erreicht, daß beim Anschluß der Abgastestvorrichtung ein un
zulässig hoher Rückstaudruck auf die Brennkraftmaschine vermieden werden kann,
so daß der Motor unter normalen Betriebsbedingungen getestet wird und die
Meßergebnisse nicht durch die Durchsatzmessung verfälscht werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
das Messen von verdünnten unbehandelten Proben auf
Realzeitbasis mit Analysatoren erfolgen kann, die in den
gleichen Bereichen arbeiten, wie bei einer mit Beuteln (Speichern) durchgeführten
Analyse. So lassen sich die Kosten
für neue Analysatoren (oder möglicherweise eines
vollständigen/getrennten Systems) für die unbehandelten Pro
ben einsparen.
Es ist möglich, auf die Probennahme mit
Hilfe von Beuteln (Probenspeichereinheiten) vollständig zu
verzichten, wenn man die Ablesungen der Realzeit-Gasana
lysatoren über die erforderlichen EPA-Antriebszyklen inte
griert, was wiederum zu Kosteneinsparungen
führt. Eine Korrelation zu dem herkömmlichen Proben
nahmesystem mit Hilfe von Beuteln ist jedoch erforderlich,
wenn die Testergebnisse den EPA-Erfordernissen genügen
sollen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Probennahmesystems für unbehandeltes
Abgas gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein mehr ins Einzelne gehendes schema
tisches Ablaufdiagramm der Erfindung
bei einem Probennahmesystem für unbehan
deltes Abgas;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines er
findungsgemäß ausgebildeten Probennahme
systemes für verdünntes Abgas; und
Fig. 4 ein mehr ins Einzelne gehendes schema
tisches Ablaufdiagramm der Erfindung bei
einem Probennahmesystem für verdünntes
Abgas.
In Fig. 1 ist ein System zum Messen des proportionalen An
teils einer bestimmten Quelle dargestellt und mit der
Bezugsziffer 10 bezeichnet. Mit dem System in Verbindung
steht eine Brennkraftmaschine 12, deren unbehandeltes Abgas
in eine Abgasleitung 14 eingeführt wird. Bei einem Benzin
motor kann die Abgasleitung 14 auch einen Katalysator 16 und
desweiteren ein Abgasrohr oder Endrohr 28 umfassen. Ein Pro
bennahmeelement 18 ist angeschlossen, um in der Nähe des
Auslaßpunktes 20 der Brennkraftmaschine 12 entweder auf
stromseitig (18) oder abstromseitig (18a) des Katalysators
16 Proben zu nehmen. Ein Verdünnungsmechanismus 22 zum Hin
zufügen von reiner trockener Luft zur Probe steht mit dem
Entnahmeelement 18 in Verbindung. Der Verdünnungsmechanis
mus 22 führt reine trockene Verdünnungsluft an einem Punkt
zu, der sich nahe an dem Punkt befindet, an dem der Ent
nahmemechanismus 18 die entsprechende Probe entnimmt. Durch
die frühe Zuführung von trockener Verdünnungsluft werden
Kondensationsprobleme auf ein Minimum gebracht, und es
müssen keine erhitzten Probeleitungen verwendet werden. Ein
Proportionalprobennahmemechanismus 26 mit einem wahlweise
angeordneten Probeuntersuchungsbeutel 60 steht mit dem Ver
dünnungsmechanismus 22 in Verbindung, um die Probe zu sam
meln, oder steht direkt mit Analysatoren für eine
Realzeit-Modalanalyse in Verbindung.
Das System 10 besitzt desweiteren eine Testleitung 30, die
am Ende des Endrohres 28 befestigt ist. Die Testleitung 30
bildet ein T-Stück mit zwei Schenkein 32 und 34. Verdün
nungsluft wird über ein Filtrationssystem 37 in den Schen
kel 32 eingeführt. Ein Mechanismus 36 zum Messen des Durch
satzes der eingeführten Verdünnungsluft ist mit dem Schen
kel 32 der Testleitung 30 gekoppelt. Der Mechanismus 36
besitzt einen Unterschall-Venturi 74. Er ist desweiteren
über eine Leitung 23 mit dem Verdünnungsmechanismus 22 ge
koppelt, der hiernach erläutert wird.
Ein Mechanismus 38 zum Messen des Durchsatzes des gesamten
Abgasstromes und der eingeführten Verdünnungsluft ist mit
dem Schenkel 34 der Testleitung 30 gekoppelt. Der Mechanis
mus 38 umfaßt einen Schall-Venturi 84. Ein Gebläse 31 ist
mit der Testleitung 30 verbunden, um das System mit Unter
druck zu beaufschlagen und den Gasstrom durch die Testlei
tung 30 zu drücken sowie mit Hilfe des Schall-Venturi 84
einen konstanten Massenstromdurchsatz zu erzeugen. Da der
Unterschall-Venturi 74 genau arbeitet, ohne einen groben
Druckabfall erforderlich zu machen, kann der von einem Ge
bläse 31 am Systemeinlaß 30 oder am Ende des Endrohres 28
erzeugte Unterdruck ziemlich gering sein. Somit wird die im
Test befindliche Brennkraftmaschine durch den Einbau dieses
Testsystems nur sehr wenig beeinflußt. Der Verdünnungs
mechanismus 22, der Proportionalprobennahmemechanismus 26,
der Meßmechanismus 36 und der Massenstrommechanismus 38 sind
über Druck- und Temperaturmeßumformer 76, 78, 80, 86 und 88
sowie über elektrisch betätigte Solenoidventile und Durch
flußmesser (die nur in Fig. 2 gezeigt sind) mit einem
Computer 40 verbunden.
In Fig. 2 ist ein detailliertes Schema der Erfindung darge
stellt. Das Entnahmeelement 18 (18a) ist in der Nähe der
Auslaßöffnung 20 der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Teil
des Abgases, der an diesem Punkt entnommen wird, besitzt
normalerweise eine Temperatur von 500-700°F
(260-370°C) und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20%.
Der mit 22 bezeichnete Verdünnungsmechanismus besitzt Ele
mente, die mit einer Leitung 42 aufstromseitig der Verbin
dung mit dem Entnahmeelement 18 gekoppelt sind, sowie Ele
menter die mit einer Leitung 44 abstromseitig von der Ver
bindung mit dem Entnahmeelement 18 verbunden sind.
Der Mechanismus 22 besitzt eine Pumpe 46, um reine trockne
Luft durch das Filtrationssystem 37 über die Leitung 23 in
das System einzuführen. Ferner besitzt der Mechanismus 22
einen Durchflußmesser 48 zum Messen der Menge an trockner
Luft, die in das System eingeführt wird. Der Durchflußmes
ser 48 ist dem Computer 40 zugeordnet und gibt Signale an
diesen ab. Desweiteren umfalt der Mechanismus ein Durch
flußsteuersystem 50 zum Steuern des Durchflusses in der Lei
tung 42. Auch das Durchflußsteuersystem 50 ist dem Computer
40 zugeordnet und wird von diesem gesteuert.
Von der Pumpe 46 wird trockne Luft in die Leitung 42 einge
führt. Die trockne Luft bewegt sich entlang der Leitung 42,
bis sie das Element 18 erreicht und sich mit einem Teil des
vom Element 18 entnommenen Verbrennungsgases mischt. Dieser
Teil des Abgases liegt in einem Temperaturbereich von
500-700°F (260-370°C) und besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt
von etwa 20%. Wenn sich die trockne Luft mit dem ent
sprechenden Teil des Abgases vermischt, wird die Temperatur
beträchtlich abgesenkt, so daß ein Wärmetauscher oder eine
Kühlvorrichtung entfallen kann, und der Feuchtigkeitsgehalt
wird auf etwa 5% reduziert. Mit diesem beträchtlich abge
senkten Feuchtigkeitsgehalt werden Kondensationsprobleme
vermieden.
Der Proportionalprobennahmemechanismus 26 entnimmt trockne
Luft und Abgas für Analysezwecke in einem vorgegebenen Ver
hältnis und besitzt eine Pumpe, um das verdünnte Gas durch
die Leitung 44 zu führen. Der Begriff "verdünntes Gas" be
deutet eine Kombination aus trockner Luft und dem entnom
menen Teil des Abgases. Auch der Proportionalprobennahme
mechanismus 26 besitzt einen Durchflußmesser 54 und ein
Steuerventil 56, die beide entlang der Leitung 44 zum Mes
sen und Steuern des verdünnten Gases angeordnet sind. Des
weiteren besitzt der Mechanismus einen Teilchenfilter 53.
Sowohl der Strömungsmesser 54 als auch das Steuerventil 56
sind mit dem Computer 40 verbunden.
Das verdünnte Gas strömt desweiteren durch die Leitung 44 in
einen Strömungsleitkreis 58, der gestrichelt dargestellt
ist. Dieser Stromungsleitkreis 58 besitzt diverse Leitungen
und Ventile, damit ein Teil des verdünnten Gases oder das
gesamte verdünnte Gas entweder entnommen oder in Speicher
beuteln 60 für weitere Analysezwecke gespeichert werden
kann. Ferner besitzt der Strömungsleitkreis 58 eine Rei
nigungsvorrichtung 62. Diese Vorrichtung 62 evakuiert und
spült die Probenbeutel 60, so daß eine neue Probe von den
Beuteln 60 aufgenommen werden kann, ohne daß sie durch
vorhergehende Proben verschmutzt wird. Die Reinigungs
vorrichtung 62 besitzt eine Pumpe 64 und diverse Solenoid
ventile, wie in Fig. 2 gezeigt, zum Öffnen und Schließen
der speziellen Leitungen, die zu dem Probenbeutel 60 führen,
der gespült oder evakuiert werden soll. Der Strömungsleit
kreis 58 umfaßt ferner einen Vakuumschalter 66 zur Durch
führung von Leckuntersuchungen des Systems, sowie Leitungen
68 und 70, die einen Zugang zum verdünnten Gas vorsehen,
damit das verdünnte Gas zur Atmosphäre entlüftet oder zu
Übergangsanalysatoren für eine Realzeitanalyse des ver
dünnten Gases geführt werden kann oder damit das verdünnte
Gas anderen gewünschten Tests zugeführt werden kann. Der
Strömungsleitkreis 58 empfängt reine trockene Luft über die
Leitung 72, um das System zu spülen.
Der Meßmechanismus 36 für die verdünnte Strömung besitzt
einen Unterschall-Venturi 74, der im ersten Schenkel 32 der
Testleitung 30 angeordnet ist. Der Unterschall-Venturi 74
dient zum Messen des Durchsatzes der zur Verdünnung ver
wendeten Ergänzungsluft. Mit der ihm eigenen hohen Genauig
keit und dem niedrigen Druckabfall ermöglicht der Unter
schall-Venturi, daß der Durchsatz der Verdünnungsluft in
wiederholter Weise bestimmt werden kann. Ein Temperaturum
former 76 und ein Druckumformer 78 sind benachbart zuein
ander an der Luftkammer 73 aufstromseitig des Unter
schall-Venturis 74 angeordnet, während sich ein zweiter Druckum
former 80 an der engsten Stelle 75 des Unterschall-Venturi
74 befindet. Sämtliche drei Umformer stehen mit dem Compu
ter 40 in Verbindung, so daß der Durchsatz durch den Venturi
74 durch bekannte Rechenoperationen bestimmt werden kann.
Der zweite Schenkel 34 der Testleitung 30 enthält den Mas
senstrom-Meßmechanismus 38. Dieser Mechanismus 38 besitzt
einen Schall-Venturi 84 und Temperatur- und Druckumformer 86
und 88. Der Schall-Venturi 84, wie in der eingangs erwähnten
US-PS 36 99 814 erläutert, steuert und stabilisiert den Mas
senstrom durch die Testleitung 30 und begrenzt den Durchfluß
in der Testleitung 30 unabhängig vom abstromseitigen Unter
druck mit Hilfe eines Durchflusses mit Schallgeschwindigkeit
an der engsten Stelle. Ein derartiger Durchfluß (d. h. kri
tischer Durchfluß) wird aufrechterhalten, indem mittels des
Zentrifugalgebläses 31 ein ausreichender Unterdruck am
Venturiaustritt erzeugt wird. Hieraus resultiert eine
Konstantmassenstromvorrichtung. Wenn man die Temperatur und
den Druck aufstromseitig des Schall-Venturi 84 kennt, kann
man somit den Durchsatz FS der verdünnten Probe unter Ein
satz von bekannten Rechenoperationen errechnen. Die Tempe
ratur- und Druckumformer 86 und 88, die im zweiten Schenkel
der Testleitung 30 aufstromseitig vom Venturi 84 angeordnet
sind, stehen mit dem Computer in Verbindung, so daß ent
sprechende Rechenoperationen durchgeführt werden können.
Ein Eichventil 82 ist im ersten Schenkel 32 der Testleitung
30 angeordnet. Dieses Eichventil 82 ermöglicht, daß der
Unterschall-Venturi 74 des Durchflußmeßmechanismus 36 den
Schall-Venturi 84 des Massenstrommeßmechanismus 38 auf Null
eichen kann. Dieser Vorgang wird durchgeführt, indem man
trockne Luft durch den Meßmechanismus 36 einführt, während
sich die Brennkraftmaschine 12 nicht in Betrieb befindet und
die Endrohreinlaßseite der Leitung 30 verkappt oder ver
stopft ist. Wenn sich die Brennkraftmaschine 12 außer Be
trieb befindet und kein Teil des Abgas es in den Verdünnungs
mechanismus 22 eindringt, wird die trockne Luft durch eine
Luftkammer 73 und durch den Unterschall-Venturi 74 gepumpt.
Der Computer 40 errechnet über die Temperatur- und Druck
umformer 76, 78 und 80 den Durchsatz der trockenen Luft
durch den Unterschall-Venturi 74. Er errechnet ferner über
die Temperatur- und Druckwandler 86 und 88 den Durchsatz der
trocknen Luft durch den Schall-Venturi 84 des Massenstrom
meßmechanismus 38. Der Computer 40 bestimmt und vergleicht
die beiden Durchsätze durch den Unterschall- und Schall-Ven
turi 74 und 84. Theoretisch sollte der Durchsatz durch den
Schall-Venturi 84 dem Durchsatz durch den Unterschall-Venturi
74 entsprechen. Wenn der Massenstrom durch den
Schall-Venturi 84 nicht dem Durchsatz durch den Unterschall-Venturi
74 entspricht, kann der Computer 40 so eingestellt werden,
daß die entsprechenden Ergebnisse gleich sind. Durch An
gleichen der entsprechenden Ablesungen über den Unterschall- und
Schall-Venturi 74 und 84 ist am Ausgangspunkt der
Systemanalyse ein Fehler von Null vorhanden. Somit wird
durch die Erfindung eine sehr gute Eichgenauigkeit erreicht,
da die beiden Venturis relativ zueinander und nicht hin
sichtlich einer dritten Bezugsgröße geeicht werden.
Der Computer 40 führt folgende Funktionen aus, wie nachfol
gend beschrieben. Er wird dazu verwendet, um die Größe des
Luft-Proben-Verhältnisses zu bestimmen. Ein vorgegebenes
Verhältnis von trockner Luft zu einem Anteil des entnommenen
Abgases wird ausgewählt und in den Computer 40 eingegeben,
wie schematisch bei 40a angedeutet. Dieses Verhältnis reicht
normalerweise von 1 : 1 bis etwa 10 : 1 trockne Luft/Anteil
des entnommenen Abgases und beträgt vorzugsweise 3 : 1. Wenn
beispielsweise ein Verhältnis von 3 : 1 in Schritt 40a ge
wählt worden ist, beginnt trockne Luft durch den Durchfluß
messer 48 zu strömen. Dieser Durchsatz durch den Durchfluß
messer 48 wird über den Umformer 90 von Druck auf elek
trischen Strom und die Leitung 92 auf den Computer 40 über
tragen. Die trockne Luft dringt in das Entnahmeelement 18
ein, wo sie sich mit dem entnommenen Anteil des von der Ab
gasleitung 14 abgezogenen Abgases mischt. Diese trockne Luft
und dieser Anteil des entnommenen Abgases, als verdünntes
Gas bezeichnet, strömt durch den Durchflußmesser 54. Der
Durchsatz durch den Durchflußmesser 54 wird über den Umfor
mer 94 von Druck auf elektrischen Strom und die Leitung 96
dem Computer 40 zugeführt. Der Computer 40 bestimmt und ver
gleicht die Durchsätze und zieht den Durchsatz der Verdün
nungsluft vom Durchsatz des verdünnten Gases ab. Wenn der
Vergleich der Durchsätze durch die Durchflußmesser 48 und 54
in diesem Beispiel drei Teile an trockner Luft und vier
Teile an verdünntem Gas ergibt (d. h. eine Teilprobe), dann
wird das vorgegebene gewünschte Verhältnis von 3 : 1
erreicht, und der Computer 40 muß keine Signale zum Ver
stellen der Steuerventile 50 und 56 abgeben. Wenn das Ver
hältnis jedoch nicht 3 : 1 beträgt, gibt der Computer 40
Signale über die Leitungen 100 und 104 an die Strom/Druck-Um
former 98 und 102 ab, die die Durchflußsteuerventile 50
und 56 solange einregeln, bis das Verhältnis von 3 : 1
erreicht ist. Die Übertragung der Signale zu den Ventilen
und die Einstellung der Ventile geschieht sehr rasch, d. h.
einige Male pro Sekunde. Somit kann das System in der Real
zeit das Verhältnis der trocknen Luft zum verdünnten Gas
genau und dynamisch steuern.
In entsprechender Weise bestimmt der Computer 40 auch den
Abgasdurchsatz FE der sich im Test befindlichen Brennkraft
maschine. Die Temperatur- und Druckumformer 76, 78 und 80
des Meßmechanismus 36 für den Durchsatz der Verdünnungsluft
stehen mit dem Computer 40 über Leitungen 106, 108 und 110
in Verbindung. Der Temperaturumformer 76 formt die Tempe
ratursignale der Verdünnungsluft in elektrische Signale zur
Weiterverarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um. Die
Druckumformer 78 und 80 wandeln die Drucksignale der Verdün
nungsluft in elektrische Signale zur Verarbeitung und
Eichung durch den Computer 40 um. Mit diesen drei Parametern
errechnet der Computer den Durchsatz FA der Verdünnungsluft
unter Verwendung der bekannten Unterschall-Venturi-Gleichun
gen.
Die Temperatur- und Druckumformer 86 und 88 des Massenstrom-Meß
mechanismus 38 stehen über Leitungen 118 und 120 mit dem
Computer in Verbindung. Der Temperaturumformer 86 formt Tem
peratursignale des Gases in elektrische Signale zur Verar
beitung und Eichung durch den Computer 40 um. Der Druckum
former 88 wandelt Drucksignale des Gases in elektrische
Signale zur Verarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um.
Mit diesen beiden Parametern errechnet der Computer den
Durchsatz FS des Abgases durch den Schall-Venturi 84 unter
Verwendung der bekannten Schall-Venturi-Gleichungen.
Der Computer 40, der nunmehr die Eingangssignale zur Be
rechnung der Durchsätze der Verdünnungsluft und des Abgas es
über den Unterschall-Venturi 74 und den Schall-Venturi 84
aufweist, errechnet den Unterschied zwischen dem Durchsatz
(Volumenstrom) FS des Abgases und dem Durchsatz (Volumen
strom) FA der Verdünnungsluft. Wenn einmal der Durchsatz des
unbehandelten Abgases bestimmt worden ist, kann dieser im
Verdünnungsmechanismus 22 zum Steuern des Verhältnisses des
entnommenen Gases, das als Probe verwendet werden soll, be
nutzt werden.
Auch der Temperaturumformer 114 ist am Verdünnungskreis 58
angeordnet. Dieser Umformer 114 ist über die Leitung 116 mit
dem Computer 40 verbunden. Er formt Temperatursignale in
elektrische Signale zur Weiterverarbeitung und Eichung durch
den Computer 40 um. Der Computer 40 überwacht die Temperatur
des verdünnten Gases im Kreis 58 und versieht auf diese
Weise das System mit einer Einrichtung zum Messen der Tempe
ratur des verdünnten Gases.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
wird die Probe von dem unbehandelten Abgas entnommen, das
von der sich im Test befindlichen Brennkraftmaschine erzeugt
wird. Die Erfindung kann jedoch auch bei Systemen Anwendung
finden, bei denen der Probenentnahmepunkt auf der Seite des
verdünnten Abgases angeordnet ist. Eine derartige Ausfüh
rungsform ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die
Fig. 3 und 4 entsprechen den Fig. 1 und 2, mit der Aus
nahme, daß die Probe über eine Leitung 200 entnommen wird.
Wie die Darstellung zeigt, wird über die Leitung 200 die
sich in der Testleitung 30 befindliche Probe entnommen. An
diesem Punkt handelt es sich bei der Probe um eine ver
dünnte Probe, die durch die über das Filtrationssystem 37
und den Mechanismus 36 hinzugefügte Luft verdünnt worden
ist.
Claims (13)
1. Verfahren zum Eichen einer Abgasmeßvorrichtung, die über einen Abgaseinlaß
an die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine anschließbar ist und eine Abgastestleitung
aufweist, in der ein Schall-Venturirohr zur Durchflußmessung mit Hilfe von an einen Com
puter angeschlossenen Meßwandlern in der Abgastestleitung angeordnet ist und in der
stromauf des Schall-Venturirohres ein Einlaß für Verdünnungsluft vorgesehen ist und
stromab des Schall-Venturirohrs ein Gebläse eingebaut ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Eichen der Abgaseinlaß in die Abgastestleitung ver
schlossen wird, der Durchsatz der durch die Abgastestleitung strömenden Verdünnungsluft
von dem Schall-Venturirohr sowie von einem in der Zufuhrleitung der Verdünnungsluft
liegenden Unterschall-Venturirohr gemessen wird, beide Meßwerte miteinander verglichen
werden und ein Nullabgleich einer Meßwertdifferenz durch Einstellen des einen oder ande
ren Meßwertes vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz durch
die Abgastestleitung und das Schall-Venturirohr mit Hilfe eines Eichventils gesteuert wird,
das zwischen dem Unterschall-Venturirohr und der Abgastestleitung angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Schall-Venturirohr Meßwandler für Druck und Temperatur zur Messung des Durchflusses durch
das Schall-Venturirohr verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an
dem Unterschall-Venturirohr Meßwandler für Druck und Temperatur zur Messung des
Durchflusses durch das Unterschall-Venturirohr verwendet werden.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
die an die Abgasleitung (28) einer Brennkraftmaschine (12) anschließbar ist und eine Ab
gastestleitung (30) aufweist, in der ein Venturirohr (84) zur Durchflußmessung mit Hilfe
von an einen Computer (40) angeschlossenen Meßwandlern (86, 88) angeordnet ist, und in
der stromauf des Venturirohres ein Einlaß (32) für Verdünnungsluft vorgesehen ist und
stromab des Venturirohres ein Gebläse (31) eingebaut ist,
dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaß (32) für die Verdünnungsluft ein Venturirohr (74)
zur Messung des Verdünnungsluftdurchsatzes mit Hilfe von Meßwandlern (76, 78, 80)
vorgesehen ist, und daß der Computer (40) durch Vergleiche der an den beiden Venturiroh
ren (74, 84) gemessenen Meßwerte den Abgasdurchsatz der Brennkraftmaschine errechnet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Abgastest
leitung (30) vorgesehene Venturirohr (84) ein Schall-Venturirohr ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das im Luft
einlaß (32) eingebaute Venturirohr (74) ein Unterschall-Venturirohr ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Unterschall-Venturirohr (74) zugeordneten Meßwandler einen Meßwandler (76) für die
Temperatur und zwei Meßwandler (78, 80) für den Druck aufweisen, wobei ein Meßwand
ler (80) für den Druck an der engsten Stelle des Unterschall-Venturirohres angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schall-Venturirohr (84) in der Abgastestleitung (30) ein Meßwandler (86) für die
Temperatur und ein Meßwandler (88) für den Druck zugeordnet ist.
10. Verfahren zum Entnehmen einer Proportionalprobe eines Abgases
von einer Brennkraftmaschine, die ein Entnahmeelement, das mit der
Brennkraftmaschine gekoppelt ist und eine eingeschränkte Bahn für
die Probe vorsieht, eine mit dem Entnahmeelement gekoppelte Ein
richtung zur Zuführung von reiner trockner Luft in das Entnahme
element, eine erste Meßeinrichtung, die mit der Einrichtung zur
Zuführung von reiner trockner Luft gekoppelt ist und ein Signal
erzeugt, eine zweite Meßeinrichtung, die mit dem Entnahmeelement
gekoppelt ist und ein Signal erzeugt, und einen Computer umfaßt,
der mit beiden Meßeinrichtungen zur Auswertung der Signale in Ver
bindung steht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Entnehmen einer Probe des Abgases von der Brennkraftmaschine,
Leiten der Probe in das Entnahmeelement,
Vermischen der Probe mit einer Menge an reiner trockner Luft, die mit der Abgasprobe vermischt wird, um ein erstes Signal zu erzeu gen,
Messen der Menge der vermischten reinen trocknen Luft und der Ab gasprobe zur Erzeugung eines zweiten Signales,
Bestimmen des Verhaltnisses zwischen der reinen trocknen Luft und der Abgasprobe,
Vergleichen des Verhaltnisses aus dem ersten und zweiten Signal mit einem vorgegebenen Verhältnis, um einen Fehler zu ermitteln, und
Einstellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und auf diese Weise eine gewünschte Proportional probe des Abgases erzeugt wird.
Entnehmen einer Probe des Abgases von der Brennkraftmaschine,
Leiten der Probe in das Entnahmeelement,
Vermischen der Probe mit einer Menge an reiner trockner Luft, die mit der Abgasprobe vermischt wird, um ein erstes Signal zu erzeu gen,
Messen der Menge der vermischten reinen trocknen Luft und der Ab gasprobe zur Erzeugung eines zweiten Signales,
Bestimmen des Verhaltnisses zwischen der reinen trocknen Luft und der Abgasprobe,
Vergleichen des Verhaltnisses aus dem ersten und zweiten Signal mit einem vorgegebenen Verhältnis, um einen Fehler zu ermitteln, und
Einstellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und auf diese Weise eine gewünschte Proportional probe des Abgases erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einrichtung zur Zuführung von reiner trockner Luft verwendet wird,
die eine Pumpe mit einem gefilterten Einlaß aufweist, der mit einer
Leitung verbunden ist, welche wiederum mit dem Entnahmeelement in
Verbindung steht, das reine trockne Luft zum Vermischen mit der
Abgasprobe zur Verfügung stellt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß mit den Einrichtungen zur Zuführung von reiner trockner Luft
gekoppelte Meßeinrichtungen verwendet werden, die einen Durch
flußmesser und ein Steuerventil zum Messen und Einstellen des
Massendurchsatzes der reinen trocknen Luft umfassen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit dem Entnahmeelement gekoppelte zweite Meßein
richtungen verwendet werden, die einen Durchflußmesser und ein
Steuerventil zum Messen und Einstellen des Massendurchsatzes der
reinen trocknen Luft und der Abgasprobe umfassen.
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