DE9014528U1

DE9014528U1 - Exhaust gas analysis device

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Publication number: DE9014528U1
Application number: DE9014528U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1991-01-03
Anticipated expiration: 2000-10-20

Description

GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol Siemens AktiengesellschaftGR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol Siemens Aktiengesellschaft

Abgasanalyseeinrichtung
5Exhaust gas analysis device
5

Die Neuerung betrifft eine Abgasanalyseeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren im Abgastest, mit einem Probenahmerohr, dem über Gasleitungen ein Gemisch aus Abgas und Zuluft zugeführt wird, wobei in Strömungsrichtung hinter dem Probenahmerohr eine Gasförderpumpe angeordnet ist.The innovation relates to an exhaust gas analysis device, in particular for motor vehicle engines in exhaust gas tests, with a sampling pipe, to which a mixture of exhaust gas and supply air is fed via gas lines, with a gas feed pump being arranged behind the sampling pipe in the flow direction.

Für das gesetzlich in vielen Ländern vorgeschriebene Zertifizierungsverfahren von Kraftfahrzeugen wird eine sogenannte CVS (Constant Volume Sampling)-Verdünnungsanlage benötigt. Bei diesem CVS-Zertifizierungsverfahren wird eine vorher festgelegte Gasmenge, die aus Motorenabgas und Zuluft besteht, gebildet, aus der die Probenahme erfolgt. Dabei ändern sich die Verhältnisse zwischen Abgas und Zuluft ständig, da der Fahrzyklus vom Fahrzeug Beschleunigung, Verzögerung etc. erfordert, die zu unterschiedlichen Abgas/Zuluft-Verhältnissen führen. Bei den bekannten Abgasanalyseeinrichtungen für das CVS-Zertifizierungsverfahren wurde bisher mit einer mittleren Verdünnungsrate gearbeitet, um die Schadstoffkonzentration zu ermitteln. Mit der mittleren Verdünnungsrate hat man zwangsläufig nur einen integralen Wert und kann das momentane Ergebnis (z.B. in Beschleunigungsphasen) nicht erkennen. Unrichtige Aussagen über die tatsächlichen Verhältnisse sind daher nicht ausgeschlossen.For the certification process for motor vehicles, which is required by law in many countries, a so-called CVS (Constant Volume Sampling) dilution system is required. In this CVS certification process, a predetermined amount of gas consisting of engine exhaust and intake air is created, from which the sample is taken. The ratios between exhaust gas and intake air change constantly, as the driving cycle requires the vehicle to accelerate, decelerate, etc., which lead to different exhaust gas/intake air ratios. The known exhaust gas analysis systems for the CVS certification process have so far worked with an average dilution rate to determine the pollutant concentration. With the average dilution rate, you inevitably only have an integral value and cannot see the current result (e.g. during acceleration phases). Incorrect statements about the actual conditions cannot therefore be ruled out.

Es ist Aufgabe der Neuerung, die integrale Auswertung der bekannten Abgasanalyse durch eine direkte Auswertung zu ersetzen und so den Zusammenhang von Abgaskonzentration und Abgasmenge mit eindeutiger Zuordnung modal, d.h. in vorgegebenen Entnahmemengen, zu messen. Dabei soll auch eine Vereinfachung und kostengünstigere Ausführung der Abgasanalyseeinrichtung erreicht werden.The aim of the innovation is to replace the integral evaluation of the known exhaust gas analysis with a direct evaluation and thus to measure the relationship between exhaust gas concentration and exhaust gas quantity with a clear allocation modally, i.e. in specified sampling quantities. This should also result in a simplification and more cost-effective design of the exhaust gas analysis device.

SHo /Th- 16.10.1990SHo /Th- 16.10.1990

2 GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zuluftleitung einen Durchflußmengenmesser aufweist, der elektrische Signale an eine Recheneinheit gibt, die dafür eingerichtet ist, ein Rechenprogramm für die Norm-Gesamt-Durchflußmenge abzuarbeiten. Durch einen Durchflußmengenmesser in der Zuluftleitung, aus dessen Werten unter Berücksichtigung von Gasdruck und Temperatur der Norm-Durchfluß ermittelt wird, ergibt sich eine überraschend einfache und genau arbeitende CVS-Verdünnungsanlage, da auf eine Temperaturvergleichmäßigung durch einen aufwendigen Wärmetauscher, wie bei den bekannten Anlagen, verzichtet werden kann. Desweiteren entfällt ein laufender Kühlwasser- oder Heizenergieverbraucher. Für einen Massendurchflußmesser, wie er besonders vorteilhaft als Durchflußmengenmesser verwendet wird, ist der Zuluftzustand unerheblich, die Zuluft muß lediglich gefiltert werden, um Verschmutzungen des Durchflußmengenmessers nach dem Massendurchflußprinzip zu verhindern.2 GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol The task is solved by the supply air line having a flow meter that sends electrical signals to a computer unit that is set up to process a calculation program for the standard total flow rate. A flow meter in the supply air line, from whose values the standard flow is determined taking into account gas pressure and temperature, results in a surprisingly simple and precise CVS dilution system, since temperature equalization by means of a complex heat exchanger, as in the known systems, can be dispensed with. Furthermore, there is no need for a running cooling water or heating energy consumer. For a mass flow meter, which is particularly advantageous when used as a flow meter, the supply air condition is irrelevant; the supply air only has to be filtered to prevent contamination of the flow meter according to the mass flow principle.

Der Durchflußmengenmesser wird vorteilhaft als Wirbelstraßen-Durchflußmesser ausgebildet und arbeitet nach dem Prinzip der Kärmän-schen-Wirbelstraße. Dabei bilden sich an einem Prallkörper mit trapezförmigem Querschnitt Wirbel, die sich wechselnd ablösen. Die Frequenz f, mit der sich die Wirbel ablösen, ist direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und somit proportional zum Durchfluß (Volumenstrom Q). Das Meßergebnis ist unabhängig von Druck, Temperatur, Dichte und Zähigkeit des Meßstoffes sofern eine kritische Reynolds-Zahl Re eingehalten wird. Derartige Wirbelstraßen-Durchflußmesser sind bekannt und werden serienmäßig hergestellt, überraschenderweise ergeben sich bei ihrem Einsatz synergistische Vorteile bezüglich des Aufbaus der gesamten Abgasanalyseanlage.The flow meter is advantageously designed as a vortex street flow meter and works according to the principle of the Kärmän vortex street. Vortices form on an impact body with a trapezoidal cross-section, which alternately separate. The frequency f with which the vortices separate is directly proportional to the flow velocity and thus proportional to the flow (volume flow Q). The measurement result is independent of the pressure, temperature, density and viscosity of the medium being measured, provided that a critical Reynolds number Re is maintained. Vortex street flow meters of this type are well known and are mass-produced; surprisingly, their use results in synergistic advantages with regard to the structure of the entire exhaust gas analysis system.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. 35Further advantages and details emerge from the following description of an embodiment, based on the drawing and in conjunction with the subclaims. 35

3 GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol FIG 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Verdünnungs- und Probeentnahmeanlage gemäß der Neuerung.3 GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol FIG 1 shows the basic structure of a dilution and sampling system according to the innovation.

In FIG 1 bezeichnet 1 den Durchflußmengenmesser, dessen Ausbildung als Wirbelstraßen-Durchflußmesser angedeutet ist. Der neuerungsgemäß verwendete Mengenmesser arbeitet als Massendurchflußmesser und ist somit unabhängig von Druck, Temperatur etc.In FIG 1, 1 designates the flow meter, which is designed as a vortex street flow meter. The flow meter used in accordance with the innovation works as a mass flow meter and is therefore independent of pressure, temperature, etc.

Die Zuluft, die im Durchflußmengenmesser 1 gemessen wird, wird vorher im Luftfilter 6 gefiltert. Hierzu kann z.B. ein Taschenoder Kerzenfilter verwendet werden.Die Abgase des Verbrennungsmotors, der getestet wird, werden durch die Leitung 8 mit der Zuluft, die durch die Leitung 7 strömt, zusammengeführt und in einer Beruhigungsstrecke 5 wird dann durch die Rohrleitung die gewünschte Probemenge entnommen. Die Beruhigungsstrecke 5, deren Druck und Temperatur in den Meßgeräten, die mit P und T bezeichnet sind, gemessen wird, ist vorteilhaft zwischen Flanschen 9 und 10 angeordnet. Sie kann eintrittsseitig auch nicht gezeigte Vergleichmäßigungsmittel z.B. ein Staugitter für die beiden zugeführten Teilströme Abgas/Zuluft aufweisen. Sowohl der Meßwert des Durchflußmengenmessers 1 als auch die Werte von Druck und Temperatur werden der Recheneinheit 2 aufgegeben, in der die momentane Norm-Gesamtdurchflußmenge berechnet und an den Prüfstandsleitrechner weitergegeben wird.The supply air, which is measured in the flow meter 1, is first filtered in the air filter 6. For this purpose, a pocket or candle filter can be used, for example. The exhaust gases from the combustion engine being tested are combined with the supply air, which flows through the line 7, through the line 8, and the desired sample quantity is then taken through the pipe in a calming section 5. The calming section 5, whose pressure and temperature are measured in the measuring devices marked P and T, is advantageously arranged between flanges 9 and 10. It can also have equalization means (not shown) on the inlet side, e.g. a baffle grid for the two partial flows of exhaust gas/supply air. Both the measured value of the flow meter 1 and the values of pressure and temperature are fed to the computing unit 2, in which the current standard total flow rate is calculated and passed on to the test bench control computer.

Im Anschluß an die Beruhigungsstrecke 5 mit der Probenahme durch die Rohrleitung 11 ist eine Venturidüse 4 angeordnet, die als kritische Düse ausgeführt ist und nur einen konstanten, maximalen Durchsatz erlaubt. Im Anschluß daran befindet sich die Gasförderpumpe 3, deren Schluckvermögen größer als die maximale Durchsatzmenge durch die Abgasanalyseneinrichtung ausgelegt ist. So ist stets für eine konstante Durchströmung der Abgasanalyseanlage gesorgt. Pulsationen der Abgasmenge werden vorteilhaft gedämpft und ein genauer Momentanwert kannFollowing the calming section 5 with sampling through the pipe 11, a Venturi nozzle 4 is arranged, which is designed as a critical nozzle and only allows a constant, maximum throughput. Following this is the gas feed pump 3, whose absorption capacity is designed to be greater than the maximum throughput through the exhaust gas analysis device. This ensures that the exhaust gas analysis system always has a constant flow. Pulsations in the exhaust gas quantity are advantageously dampened and an accurate instantaneous value can be determined.

4 GR 9&OHgr; Q 8537 DE Ol in Normgröße ermittelt werden. Wegen der glatten Durchströmung der Verdunnungsanlage und dem Fortfall des Wärmetauschers mit seinen die Strömung stabilisierenden Eigenschaften ist dieses Verhalten der Saugseite der Verdunnungsanlage besonders günstig. 5 Die einzelnen Elemente dieser Anlage sind bereits an sich bekannt, die Funktionsfähigkeit der neuerungsgemäßen und in der Zeichnung dargestellten Kombinationsanordnung war jedoch für den Fachmann nicht ohne erfinderische Überlegungen zu erwarten, da sich der Grundaufbau in prinzipieller Weise von den bekannten CVS-Anlagen unterscheidet.4 GR 9Ω Q 8537 DE oil in standard size. Due to the smooth flow through the dilution system and the elimination of the heat exchanger with its flow-stabilizing properties, this behavior of the suction side of the dilution system is particularly favorable. 5 The individual elements of this system are already known per se, but the functionality of the combination arrangement according to the innovation and shown in the drawing could not be expected by the expert without inventive considerations, since the basic structure differs in principle from the known CVS systems.

Claims

5 GR 9&Oacgr; G 8537 DE Ol Protection claims

1. Exhaust gas analysis device, in particular for motor vehicle engines in exhaust gas testing, with a sampling pipe to which a mixture of exhaust gas and supply air is fed via gas lines, with a gas feed pump being arranged behind the sampling pipe in the flow direction, characterized in that the supply air line has a flow meter (1) which sends electrical signals to a computing unit (2) which is set up to process a computing program for the standard total flow rate.

2. Device according to claim 1, characterized in that the computing unit (2) has a circuit for controlling the advance of the flow rate measurement before sampling.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the gas feed pump (3) is designed as a pump with constant suction power, e.g. as a displacement pump, and that a nozzle (4) is connected upstream of it, which is designed as a "critical" nozzle.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized

characterized in that the sampling pipe opens into a flow-calmed section (5) on which the pressure and temperature measuring devices (P,t) are also arranged.

5. Device according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the flow meter

(1) is designed as a mass flow meter, in particular as a vortex street flow meter, for the supply air quantity.

; 6 GR 90 '2 8537 EN

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6. Device according to claim 1, 2, 3, A or 5, characterized in that the computing unit (2) is connected to a test bench control computer which is set up to process a test result program.