DE4308191C2

DE4308191C2 - Gasanalysegerät

Info

Publication number: DE4308191C2
Application number: DE4308191A
Authority: DE
Inventors: Hideki Koike; Kenji Takeda
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1992-03-21
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2013-03-16
Also published as: DE4308191A1; US5543113A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasanalysegerät, bei dem Abgas eines Motors in einen Gasanalysator unmittelbar einleitbar ist, um das Abgas zu analysieren.

Um eine Analyse des Abgases eines Verbrennungsmotors mit schnellem Ansprechverhalten auszuführen, ist es von gro ßer Bedeutung, daß das durch eine Verbrennung im Motor er zeugte Abgas direkt in unveränderter Weise in den Gasanaly sator eingeführt wird, damit das vor und nach der Verbren nung erzeugte Abgas nicht mit dem durch die Verbrennung im Motor erzeugten Abgas vermischt wird. Demgemäß wurde die Gaseinlaßöffnung für eine Zelle des Gasanalysators so dicht die möglich zum Auslaßventil des Motors geführt.

Wenn die Abgaseinführung auf solche Weise erfolgt, steigt, wenn der Druck am Einlaß 10 N/cm² erreicht, wobei der Ein laßatmosphärendruck in der Zelle im allgemeinen -4 N/cm² ist, der Zellendruck auf etwa 1 N/cm².

Da eine solche Druckänderung des in die Zelle eingeführten Abgases zu einer großen Schwankung eines angegebenen Wertes führt, wurde zum Verringern des Einflusses durch eine solche Druckschwankung bereits ein Druckregler 14, 15 jeweils in die Zweig leitung eingesetzt, die ein Gaseinlaßrohr 12 mit einem Motor 11 verbindet (Fig. 2), und zwar an der stromaufwärtigen bzw. der stromabwärtigen Seite eines Gasanalysators 13, um den Druck innerhalb der Zelle in erster Linie durch den Druckregler 14 auf der stromaufwärtigen Seite einzustellen und gleichzeitig dem Druckregler 15 auf der stromabwärtigen Seite dann zu be tätigen, wenn der Druck innerhalb der Zelle nicht ausreichend reguliert werden kann, wodurch die Druckschwankung in der Zelle auf z. B. 3%, bezogen auf die Änderung des Einlaßdrucks, von 0 bis 10 N/cm² verringert wird.

Jedoch traten Schwierigkeiten dahingehend auf, daß sich der Querschnitt des Gaseinlaßrohrs 12 an einem Verzweigungsan schlußabschnitt des Druckregulators 14 auf der stromaufwär tigen Seite ändert, was das in den Gasanalysator 13 einge führte Abgas, ausgehend von laminarem Zustand in turbulenten Zustand versetzt, verbunden mit einem Zurückhalten des Ab gases in einem Zweigrohr 16, das zum Druckregler 14 führt, wodurch das vor und nach der Verbrennung erzeugte Abgas mit dem Abgas vermischt wird, das bei der Verbrennung im Motor erzeugt wird. Dadurch können das bei der Verbrennung sowie das davor und danach erzeugte Abgas nicht quantitativ analy siert werden.

Bei einem bekannten Gasanalysegerät (MTZ Motortechnische Zeitschrift: "Abgasmeßtechnik für dynamische Untersuchungen an Verbrennungsmotoren", 52, 1991, S. 356 bis 361) wird ein Teil des Abgases unmittelbar an einem Abgaseinlaßrohr eines Motors entnommen und einem Gasanalysator zugeleitet.

Das Abgasentnahmesystem ist jedoch weit vom Motor entfernt, so daß es leicht zu Verwirbelungen kommen kann und das Abgas analysegerät nur langsam anspricht. Außerdem ist eine quantitative Analyse des Abgases nur unzureichend möglich, da eine Kalibrierung des Gasanalysegeräts nicht über den Abgasweg vorgenommen wird.

Bei einem weiteren bekannten Gasanalysegerät (DE 28 32 296 A1) strömt Meßgas durch einen Schacht. Das Meßgas wird über eine Einlaßöffnung in eine Kammer eingeleitet. In der Kammer befindet sich eine Auslaßöffnung. Über einen zweiten Einlaß kann die Kammer mit Kalibriergas befüllt werden.

Ein solches Gasanalysegerät kann jedoch nicht bei einem Motor eingesetzt werden, da das Befüllen der Kammer zu langsam vonstatten geht und damit das Ansprechverhalten des Gasanalysegeräts zu zögernd ist.

Ein anderes bekanntes Gasanalysegerät (DE 37 07 622 A1) weist eine Meßzelle auf, durch die kontinuierlich Meßgas strömt. Das Meßgas wird von einer Meßgasquelle aus über ein Gaseinlaßrohr eingeleitet. Die Meßzelle weist Fenster auf, über die das Meßgas durch Laserlicht periodisch angeregt wird. Die durch die periodische Anregung bedingten Druck schwankungen des Meßgases werden erfaßt und ausgewertet. Mit Hilfe eines in der Meßzelle befindlichen Drucksensors werden die ermittelten Konzentrationswerete der Meßgaskompo nenten korrigiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasanalyse gerät anzugeben, das eine quantitative Analyse von Abgas eines Motors zuläßt und das ein sehr schnelles Ansprechverhalten auf weist.

Diese Aufgabe wird durch ein Gasanalysegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Da bei diesem Gasanalysegerät ein Zweigrohr, das zum Zurückhalten und zu Turbulenz des Gases führt, nicht mit dem Gaseinlaßrohr verbunden ist, kann das Probengas laminar in den Gasanalysator eingeführt werden, und demgemäß kann sicher verhindert werden, daß das Abgas, das vor und nach einer Verbrennung erzeugt wird, und zurückgehaltenes Gas mit Abgas vermischt werden, das bei der Verbrennung im Motor erzeugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel des Gasanalysegeräts wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Prinzip eines Gasanalysegeräts mit einer Kalibriergaseinlaßeinrichtung;

Fig. 2 zeigt das Prinzip eines herkömmlichen Gasanalysegeräts.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Motor als Abgasquelle, und Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Gasanalysator vom Zellentyp zum quantitativen Analy sieren des vom Motor 1 ausgestoßenen Abgases S.

Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Gaseinlaßrohr zum Einfüh ren des Abgases S in den Gasanalysator 2. Das Gaseinlaßrohr 3 ist mit einem Venturirohr 4 versehen, so daß es so dicht wie möglich zur Gaseinlaßöffnung des Gasanalysators 2 ge führt werden kann.

Die Länge des Gaseinlaßrohrs 3 ist verkürzt, um die Gasein laßöffnung des Gasanalysators 2 so dicht wie möglich zum Auslaßventil des Motors 1 zu bringen. Es besteht aus einem geraden Rohr, so daß das vom Motor 1 ausgestoßene Abgas S direkt in laminarer Weise in den Gasanalysator 2 eingeführt werden kann, ohne daß das bei einer Verbrennung erzeugte Ab gas mit dem Abgas vermischt wird, das vor und nach der Ver brennung erzeugt wird.

Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Zellendruckregulierer, der mit einem Kanal auf der Ausgangsseite des Gasanalysators 2 verbunden ist. Ein Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Pro ben-Saugpumpe, ein Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Sensor zum Erfassen einer Druckänderung innerhalb einer Zelle des Gasanalysators 2, und ein Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Kompensiereinrichtung zum Kompensieren einer angezeigten Druckänderung innerhalb der Zelle auf Grundlage des mit Hilfe des Sensors 7 überwachten Drucks.

Beim oben beschriebenen Aufbau ist nicht nur das Gaseinlaß rohr 3 als gerades Rohr ausgebildet, sondern es ist auch nicht mit einem Zweigstück eines Druckreglers versehen, das zum Zurückhalten und zu Turbulenz von Gas führen würde, so daß nicht nur kein zurückgehaltenes Gas mit dem durch das Gaseinlaßrohr 3 strömenden Abgas S vermischt wird, sondern daß auch Turbulenzen des Abgases S im Gaseinlaßrohr 3 ver mieden werden. Demgemäß kann verhindert werden, daß vor und nach einer Verbrennung erzeugtes Abgas mit solchem vermischt wird, das während der Verbrennung im Motor erzeugt wurde. Vielmehr kann das Abgas S direkt laminar in den Gasanalysa tor 2 eingeleitet werden.

Beim Einleiten des Abgases S in den Gasanalysator 2 ohne Einstellen des Drucks ändert sich der Druck an der Proben einlaßöffnung um etwa 0 bis 10 N/cm², abhängig vom Ausstoß des Motors 1, und im Ergebnis wird die Saugrate für Abgas S durch die Proben-Saugpumpe 6 erhöht. Wenn der Zellendruck bei z. B. -4 N/cm², ausgehend vom üblichen Wert 5 N/cm² an kommt, wird die Anzeige auf dem Gasanalysator 2 durch diese Druckänderung um etwa 20% erhöht, jedoch wird die Druckän derung hierbei durch den Sensor 7 überwacht, und die ange zeigte Änderung wird durch die Kompensiereinrichtung 8 auf Grundlage des überwachten Drucks kompensiert, wodurch das bei der Verbrennung des Motors erzeugte Abgas und das davor und danach erzeugte Abgas quantitativ mit schnellem An sprechverhalten analysiert werden können, da der Druckein fluß verringert wird.

Zur quantitativen Analyse wird ein Kalibriergas A in den Gasanalysator 2 des Gasanalysegerätes eingeführt. Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Versorgungsleitung für das Ka libriergas A. Eine Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A ist am Außenumfangsabschnitt des Gaseinlaßrohrs 3 angeord net, um zusammen mit dem Gaseinlaßrohr 3 ein Doppelrohr zu bilden, während eine Verbindungsleitung 24 für das Kali briergas A, bestehend aus einer Nullgas-Versorgungsleitung 22 und einer Reingas-Versorgungsleitung 23, die je weils mit einem Magnetventil 21 versehen sind, mit einer Ka libriergas-Einlaßöffnung (c) der Versorgungsleitung 9 ver bunden ist, und eine Kalibriergas-Auslaßöffnung (a) der Ver sorgungsleitung 9 über eine Abgas-Einlaßöffnung (b) des Gas einlaßrohrs 3 vorspringt, so daß das Kalibriergas A über die Abgas-Einlaßöffnung (b) in den Gasanalysator 2 eingeleitet werden kann, die relativ tiefer als die Kalibriergas-Auslaß öffnung (a) angeordnet ist.

Bei einer solchen Weise der Kalibriergaseinführung ist die Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A nicht in der Mitte des Gaseinlaßrohrs 3 angeschlossen, so daß das Kali briergas A auf andere Weise als beim herkömmlichen Gasanaly segerät in die Abgas-Einlaßöffnung (b) des Gaseinlaßrohrs 3 eingeführt werden kann, so daß nicht nur verhindert werden kann, daß Kalibriergas A im Gaseinlaßrohr 3 zurückgehalten wird, sondern daß auch Turbulenzen des Abgases S verhindert werden können und demgemäß eine quantitative Analyse des Ab gases S geeignet erzielt werden kann.

Ferner ist die Abgas-Einlaßöffnung (b) in die Tiefe der Ka libriergas-Auslaßöffnung (a) hinein versetzt, so daß beim Prozeß des Einleitens von Kalibriergas der Umfang der Abgas- Einlaßöffnung (b) des Gaseinlaßrohrs 3 durch das Kalibrier gas A abgeschirmt wird und nur das Kalibriergas A ohne Abgas S zugeführt werden kann.

Das eben Gesagte gilt dann, wenn ein Abgaseinlaßrohr 3 mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 3 mm dazu verwendet wird, das Abgas mit einer Fließge schwindigkeit von 5 l/min in den Gasanalysator 2 einzulei ten, während eine Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einem Außendurch messer von 6 mm verwendet wird, wobei die Abgas-Einlaßöff nung (b) in einer Tiefe von etwa 10 mm relativ zur Kali briergas-Auslaßöffnung (a) angeordnet ist. Das Kalibriergas strömt dabei mit einer Fließrate von 7 l/min zu.

Claims

1. Gasanalysegerät, bei dem Abgas eines Motors (1) in einen Gasanalysator (2) unmittelbar von dem Motor (1) aus über ein Abgaseinlaßrohr (3) einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Abgaseinlaßrohr (3) kurz ausgebildet ist, so daß der Gasanalysator (2) nahe bei dem Motor (1) anordenbar ist,
- daß sich das Abgaseinlaßrohr (3) in gerader Linie zu dem Gasanalysator (2) erstreckt, so daß das Abgas laminar in den Gasanalysator (2) einleitbar ist,
- daß das Gasanalysegerät eine Kalibriergasleitung (9) auf weist, die radial um das Abgaseinleßrohr (3) angeordnet ist und mit dem Abgaseinlaßrohr (3) ein Doppelrohr bildet, wobei die Auslaßöffnung (a) der Kalibriergasleitung (9) die Einlaßöffnung (b) des Abgaseinlaßrohrs (3) umgibt und über die Einlaßöffnung (b) des Abgaseinlaßrohrs (3) hinaus in den das Abgas erzeugenden Motor (1) vorspringt.

2. Gasanalysegereät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Abgaseinlaßrohr (3) einen Innendurchmesser von etwa 2 mm und einen Außendurchmesser von etwa 3 mm aufweist,
- daß die Kalibriergasleitung (9) einen Innendurchmesser von etwa 4 mm und einen Außendurchmesser von etwa 6 mm aufweist und
- daß die Auslaßöffnung (a) etwa 10 mm über die Einlaßöffnung (b) des Abgaseinlaßrohrs (3) vorspringt.

3. Gasanalysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Sensor (7), der Druckänderungen innerhalb der Zelle des Gasanalysators (2) erfaßt, sowie eine Kompensations einrichtung (8) aufweist, die eine Änderung des Meßwerts kompensiert, wie sie von einer Schwankung des Drucks innerhalb der Zelle verursacht wird, wobei die Kompensation auf Grundlage des vom Sensor überwachten Drucks erfolgt.