DE4437739A1

DE4437739A1 - Verfahren und Anordnung zum Aufbereiten von Abgas, insbesondere von Verbrennungsmotoren für die Analyse

Info

Publication number: DE4437739A1
Application number: DE19944437739
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Rauch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1996-04-25
Also published as: WO1996012953A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufbereiten von Abgas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der österreichischen Patentschrift 391 556 ist ein Ver fahren zur ständigen Entnahme einer Probe aus einem Abgas strom bekannt, bei dem der Volumenstrom der entnommenen Probe geregelt wird. Die entnommene Probe wird mit Reinluft ver mischt, und das so gebildete Gasgemisch wird analysiert.

In der deutschen Patentanmeldung P 44 24 370.7 ist vorge schlagen, dem Abgasstrom einen zu diesem proportionalen Pro bengasstrom zu entnehmen und diesen mit einem zum Abgasstrom proportionalen Reinluftstrom zu verdünnen. Damit entsteht ein zum Abgasstrom proportionaler Mischgasstrom, der für ver schiedene Betriebsarten des getesteten Motors getrennt gesam melt oder unmittelbar zu einem Analysengerät geleitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren und eine Anordnung zum Aufbereiten von Ab gas für die Analyse zu schaffen, bei dem die gemessenen An teile der Komponenten in dem dem Analysengerät zugeführten Meßgas mit den Anteilen der über das Abgas an die Umgebungs luft abgegebenen Komponenten möglichst gut übereinstimmen und mit denen auch momentane Schadstoffemissionen genau und re produzierbar bestimmt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Maßnahmen gelöst. Da die Volumenströme des Probengases und der Reinluft konstant sind, ist die Ver dünnung des Probengases konstant. Bei gegebener Temperatur des Mischgases kann der Verdünnungsfaktor so gewählt werden, daß auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Motors gerade kein Wasserdampf auskondensiert und damit die für die Analyse maximal möglichen Schadstoff-Konzentrationswerte er halten werden, so daß die Analyse mit hoher Genauigkeit er folgen kann.

Anhand der Zeichnung, in der als Ausführungsbeispiel eine An lage zum Aufbereiten von Kraftfahrzeugabgasen schematisch dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie wei tere Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.

Über einen an den nicht dargestellten Auspuff eines Verbren nungsmotors angeschlossenen Schlauch 1 wird das gesamte Abgas des Motors einem Strömungsberuhigungselement 2 zugeführt, das im wesentlichen aus einem pneumatischen Tiefpaß besteht und den pulsierenden Abgasstrom glättet. In einer anschließenden Abgasleitung 3 wird von einem Durchflußmesser 4, der z. B. nach dem Ultraschallverfahren arbeitet, der Abgasvolumenstrom erfaßt. Aus der Abgasleitung 3 gelangt ein von dem jeweiligen Betrieb des Verbrennungsmotors abhängiger Teil des Abgases in die Umgebungsluft. Der andere Teil wird als Probengas durch eine Öffnung in der Abgasleitung 3 in eine Probengasleitung 5 abgezweigt, die in einen Verdünnungstunnel mündet. In diesem wird das Probengas mit Reinluft verdünnt, die über eine Rein luftleitung 7 einer Luftversorgungseinheit 8 entnommen wird. Diese kann eine Luftaufbereitungseinheit sein, welche Umge bungsluft von Schadstoffen, Feststoffpartikeln und Wasser dampf weitgehend befreit. Hierzu kann ein Absorptionsfilter oder ein Katalysator in Verbindung mit einem auf Lufttrockner eingesetzt werden. Als Reinluft kann auch sogenannte synthe tische Luft verwendet werden; die Luftversorgungseinheit 8 besteht dann im wesentlichen lediglich aus einer Gasflasche, in der die synthetische Luft unter Überdruck enthalten ist.

Aus dem Verdünnungstunnel 6 wird das verdünnte Probengas durch eine Mischgasleitung 9 von einer Pumpe 10, z. B. einem Turbogebläse oder einer Drehschieberpumpe, gefördert. In der Probengasleitung 5 und in der Reinluftleitung 7 ist je eine Venturi-Düse 11 bzw. 12 enthalten, die zur Erzielung eines konstanten Volumenstromes kritisch betrieben wird. Die hierzu erforderliche Druckdifferenz wird von der Pumpe 10 erzeugt. Eine der beiden Venturi-Düsen, vorteilhaft die in der Rein luftleitung 7, hat einen veränderbaren Mündungsquerschnitt, damit der Verdünnungsfaktor verändert werden kann. Statt des sen können auch mehrere unterschiedliche parallel angeordnete Düsen vorhanden sein, die getrennt und/oder in unter schiedlichen Kombinationen eingeschaltet werden können. Zur genauen Bestimmung der Volumenströme werden in der Probengas- und der Reinluftleitung mit je einem Druck- und Temperatur sensor 13 bzw. 14 Druck und Temperatur der Gase gemessen. Alle Meßwerte werden einem Rechner 15 zugeführt, der die Vo lumenströme bestimmt.

An die Mischgasleitung 9 ist eine Meßgasleitung 16 ange schlossen, die einen Teil des Gasgemisches als Meßgas einem Analysengerät 17 und/oder Sammelgefäßen 18 zuführt. Der Pro bengasdurchfluß wird mit einem Durchflußmesser 19 erfaßt und zum Rechner 15 übertragen, der eine Pumpe 20 so steuert, daß der Durchfluß proportional zum Durchfluß des Abgases in der Leitung 3 ist. Anstelle der gesteuerten Pumpe kann auch eine mit konstanter Drehzahl laufende Pumpe eingesetzt werden und der Volumenstrom mit einem gesteuerten, z. B. getakteten, Ventil geregelt werden.

Der dem Abgas entnommene konstante Probenstrom darf höchstens gleich dem kleinsten, unter Testbedingungen auftretenden Ab gasstrom sein, der von der Größe und dem Typ des getesteten Motors abhängt. Der Reinluftstrom, der mit einer Venturi-Düse mit variablem Mündungsquerschnitt oder durch umschaltbare oder austauschbare unterschiedliche Venturi-Düsen veränderbar ist, wird so eingestellt, daß ein Mischgas mit realitätsnahen thermodynamischen und chemischen Eigenschaften entsteht, das für die nachfolgende Analyse hohe Schadstoffkonzentrationen enthält. Damit wird auch eine hohe Meßgenauigkeit erzielt. Die Abgas- und Mischgas führenden Komponenten können, wie angedeutet, mit einer gestrichelten Linie temperiert sein, damit der Grenzwert für die Taupunkt-Unterschreitung unab hängig von der Umgebungstemperatur auf einem konstanten Wert bleibt. Das Mengenverhältnis von Probengas und Reinluft wird so gewählt, daß bei der Temperatur der das Mischgas und das Meßgas führenden Anlagenteile gerade kein Wasserdampf aus kondensiert.

Die als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Anlage kann im Rahmen der Erfindung mehrfach verändert wer den. So kann anstelle oder zusätzlich zur veränderbaren Ven turi-Düse in der Reinluftleitung eine einstellbare Venturi- Düse oder mehrere unterschiedliche, einzeln einschaltbare oder austauschbare Düsen in der Probengasleitung eingesetzt werden. Vor allem, wenn das Meßgas in Beuteln oder anderen Gefäßen gesammelt wird, also über eine gewisse Zeit Integral werte der Schadstoffkonzentration ermittelt werden, kann zur Durchflußregelung des Meßgases ein getaktetes Magnetventil eingesetzt werden. Eine Pumpe zur Förderung des Meßgases bleibt auch dann erforderlich, sie kann aber mit konstanter, ungeregelter Drehzahl arbeiten.

Claims

1. Verfahren zum Aufbereiten von Abgas, insbesondere von Ver brennungsmotoren für die Analyse, bei dem der Volumenstrom des Abgases bestimmt wird, dem Abgasstrom ein Probenstrom entnommen und mit einem Reinluftstrom gemischt wird, da durch gekennzeichnet, daß der Probengas- und der Reinluftstrom konstant gehalten werden und daß dem Gemisch aus Probengas und Reinluft ein Meßgasstrom entnommen wird, der proportional zum Abgasstrom ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Reinluftstrom und/oder der Probengasstrom einstellbar sind.

3. Anordnung zum Aufbereiten von Abgas, insbesondere von Ver brennungsmotoren, für die Analyse

- mit einer das Abgas führenden Abgasleitung (3),
- mit einer Durchfluß-Meßeinrichtung (4), die den Volumen strom des in der Abgasleitung (3) strömenden Abgases be stimmt,
- mit einem Verdünnungstunnel (6), der über eine Mittel zum Konstanthalten des Probengasstromes enthaltende Probengas leitung (5) mit der Abgasleitung (3) und über eine Mittel zum Konstanthalten des Reinluftstromes enthaltenden Rein luftleitung (7) mit einer Reinluftquelle (8) verbunden ist und an den eine Mischgasleitung (9) angeschlossen ist,
- mit einer Meßgasleitung (16), die an die Mischgasleitung (9) angeschlossen ist und zu einem Meßgasbehälter (18) und/oder einem Analysengerät (17) führt und die Mittel enthält, die einen zum Abgasstrom proportionalen Meßgas strom erzeugen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Mittel zum Erzeugen des konstanten Probenga ses und des Reinluftstromes kritisch betriebene Venturi-Düsen (12, 13) sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (3) vor dem Durchflußmesser (4) ein Strömungsberuhigungselement (2) angeordnet.