DE9107157U1

DE9107157U1 - Anordnung zur Messung von Schwebstoffen in Abgasen

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Publication number: DE9107157U1
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Original assignee: HERMANN ELECTRONIC INH HORST HERMANN 8502 CADOLZBURG DE
Current assignee: HERMANN ELECTRONIC INH HORST HERMANN 8502 CADOLZBURG DE
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 1991-07-25
Anticipated expiration: 2001-06-12

Description

Rathausstr. 1-5, 8502 Cadolzburg 2

"Anordnung zur Messung von Schwebstoffen in Abgasen'

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Schwebstoffen, insbesondere des Rußanteiles in Abgasen, z.B. in Abgasen eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der dritte Ventilweg ist notwendig, um für die Kalibrierung des Meßrohres und seiner Meßvorrichtungen einen Null-Zustand zu schaffen, in dem das Meßrohr frei von Abgas und damit auch frei von Schwebstoffen ist und somit die Meß vorrichtungen geeicht werden können. Zu diesem Zweck wird mittels des Ventiles das Abgas über den dritten Ventilweg entweder ins Freie oder über einen Bypass oder eine sonstige Leitung abgeleitet. Nach erfolgter Kalibrierung wird das Ventil umgestellt und über den ersten und zweiten Ventilweg die Verbindung von der Zuleitung zum Meßrohr hergestellt. Bei bekannten Anordnungen dieser Art hat sich der Nachteil ergeben, daß aufgrund der Ausgestaltung des ersten und zweiten Ventilweges derart, daß sie im Bogen oder im Winkel verlaufen, sich in der Verbindung von der Zuleitung zum Meßrohr im ersten und zweiten Ventilweg die Schwebstoffe, insbesondere Ruß, absetzten. Dies führte zum einen zu einer Querschnitts verminderung des Durchganges der Abgase durch

das Ventil und außerdem dazu, daß ein Teil der an sich zu messenden Schwebstoffe der Abgase nicht mehr dem Meßrohr zugeführt werden, d.h. das Meßergebnis entsprechend verfälscht wird. Auch kann es geschehen, daß sich Schwebstoffe, insbesondere Ruß, zu Ablagerungen größeren Volumens festsetzen. Hiervon können sich durch einen Gasstoß oder die Ventilbewegung ungewollt größere Brocken lösen und vom Gasstrom in das Meßrohr gebracht werden. Dies würde zum einen das Meßergebnis verfälschen, das nämlich eine Aussage über die

IQ Schwebstoffe im Gasstrom machen soll, nicht aber über solche, demgegenüber um ein Vielfaches größere Zusammenballungen der Schwebstoffe. Außerdem können derartige größere Brocken auch die Optik verschmutzen, da der später zu erläuternde Frischluft-"Vorhang" nicht verhindern kann, daß

je derartige Brocken an die Optik gelangen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber zunächst darin, bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dafür zu sorgen, daß die Schwebstoffe wie Ruß nicht _on stören, insbesondere daß innerhalb des Durchganges im Ventil von der Zuleitung zum Meßrohr so wenig als möglich an Schwebstoff hängen bleibt oder sich absetzen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist, ausgehend vom Oberbegriff des _p. Anspruches 1, zunächst das Kennzeichnen des Anspruches 1 vorgesehen. Eine gerade verlaufende Durchführung gibt praktisch den im Abgas enthaltenen Schwebstoffen keine Möglichkeit, sich niederzuschlagen oder abzusetzen bzw. irgendwo hängen zu bleiben. In dem Zusammenhang ist es besonders von

Vorteil, wenn diese gerade Durchführung gemäß Anspruch 2 30

ausgebildet ist, d.h. in ihrem Verlauf keine Verengung aufweist.

Dem Ziel der Erfindung, den Schwebstoffen keine Möglichkeit

zum Absetzen oder sich Festhängen zu geben, dienen ferner 35

die Merkmale des Anspruches 3. Somit kann durch eine Hin- und Herbewegung der Dichtscheibe wahlweise der Bypass oder

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der Stutzen an die Abgaszuleitung angeschlossen werden, ohne daß hierdurch die gerade Durchführung gemäß Anspruch 1 in Frage gestellt bzw. behindert wird. Ferner dienen auch die Merkmale 4 diesem Ziel. Der Dichtsitz innerhalb des dritten Ventilweges ist sowieso außerhalb des Abgasstromes, und der Dichtsitz am Umfang der Durchführung bietet, je nach Ausführung der Dichtmittel, entweder gar keinen oder nur einen sehr geringen Ansatz zum Festhängen von Schwebstoffen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung liegt darin, daß man den Durchmesser der Durchführung beliebig groß machen kann, da das vorgesehene Absperrorgan sowohl bei kleinen als auch bei größeren Durchmessern der durchführung eine einwandfreie Abdichtung ergibt. Der Erfindung liegt dabei außerdem die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer sol-

jc chen Abgasmessung nur relativ niedrige Gasdrücke von z.B. 50 mbar auftreten, d.h. das Ventil und seine Abdichtung nur auf die Bewältigung solcher geringer Drücke ausgelegt werden muß .

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen sowie der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen, z.T. schematischen Zeichnung von Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: das Schemabild einer Anordnung nach der Erfindung in der Draufsicht,

Fig. 2: die zu Fig. 1 gehörende Ansicht in Pfeilrich-

Fig. 3: einen Schnitt durch das Ventil,

Fig. 4: einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1 im vergrößerten Maßstab. ^y

Das Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 den Auspuff 1 eines

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Kraftfahrzeuges mit Dieselmotor, in dem eine Sonde 2 für die Entnahme von Ruß enthaltendem Abgas eingeführt ist. Das Abgas führt von der Sonde 2 über eine Zuleitung 3 zu einem noch näher zu erläuternden Drei-Wegeventil. Hieran ist über einen Stutzen 5 ein Meßrohr 6 sowie ferner eine Gasableitung 7 angeschlossen, die beispielsweise zu einem Bypass führt.

Das Meßrohr 6 kann, wie dargestellt, aus zwei Bereichen 6', 6" bestehen, wobei in der Nähe der Enden der Abschnitte 6', 6" je ein Lüfter (Ventilator) 9 vorgesehen ist, der die Abgase gemäß Pfeilen 10 ansaugt und einen Frischluftbereich vor der nachstehend erläuterten Optik schafft, um diese vor Verschmutzung durch die Schwebstoffe zu schützen. Dies wird später noch näher erläutert. Am Ende des Rohrabschnittes 6¹

■,&ogr; ist ein optischer Sender, z.B. eine Leuchtdiode 11 und am Ende des Rohrabschnittes 6" ein optischer Empfänger, z.B. eine Fotodiode 12 vorgesehen. Sind die Rohrbereiche 6', 6" mit Ruß gefüllt, so kann mittels dieser Dioden der Rußanteil festgestellt werden. Hierzu kann noch eine zusätzliche Optik

_on 13 an der Fotodiode mit dienen. Ist das Ventil 4 so geschaltet, daß kein Abgas dem Stutzen 5 und damit dem Meßrohr 6 zugeführt wird, so saugen die Ventilatoren 9 noch vorhandene Abgas- und Rußteile aus dem Meßrohr, bis dieses mit abgas- und rußfreier Luft gefüllt ist. Dann können die Meßvorrich-

._ tungen 11, 12 geeicht bzw. kalibriert werden.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Meßvorrichtungen beschränkt ist. Auch kann ein Meßrohr anderer Formgebung und

Ausgestaltung, als in diesem Ausführungsbeispiel darge-30

stellt, vorgesehen sein. Der Abzug der von den Ventilatoren 9 geförderten Luft ist schematisch mit 14 angedeutet. Fig. zeigt hierzu näher den Ventilator 9, den Bereich 6", ein etwa kastenförmiges Gehäuse 25 und ein Rohr 6'" mit der

Fotodiode 12 und der zusätzlichen Optik (Linse) 13. Oie 35

Teile 6", 25 und 6'" sind fest miteinander verbunden. Die mit den Schwebstoffen versehenen Abgase kommen gemäß Ziffer

-B-10 in Fig. 4 von links durch den Bereich 6" des Meßrohres und strömen zum Teil aufgrund der Zugwirkung des Ventilators 9, zum Teil auch wegen der Leitwirkung einer Blende 26, wie mit Ziffer 10 angedeutet, durch die Öffnung 27 des Gehäuses nach außen. Das Gehäuse 25 ist unterseitig offen, so daß durch diese Öffnung 28* Frischluft 28 zuströmen und durch eine Öffnung 29 der Blende 26 nach oben und ferner durch die Öffnung 27 nach außen (oder in eine Abgassammlung) strömen kann. In dem letzten Stadium, nämlich Durchströmen der Öffnung 27, werden sich die Abgase und die Frischluft teilweise vermengen. Die Saugleistung des Ventilators 9 ist so eingestellt, daß er mehr fördern will als durch die Leitung 3 an Abgasmenge 10 zufließen kann. Hierdurch wird eine entsprechende Menge an Frischluft 28 durch die Öffnung 28' angesaugt. Da der Strom der Frischluft 28 sich zwischen dem verschmutzten Abgasstrom 10 und der Optik 13, 12 befindet, wird vor der Optik, hier der Linse 13, ein Frischluftbereich oder Frischluft"vorhang" gebildet, der ein Verschmutzen der Fläche 13' der Linse 13 durch Schwebstoffe verhindert.

Fig. 3 zeigt im gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch das Ventil 4, wobei strichpunktiert die das Abgas zuführende Leitung 3, der zum Meßrohr führende Stutzen 5 und die zu einem Bypass oder dergleichen führende Ableitung 7 mit ihren jeweiligen Anschlußbereichen dargestellt sind. Es handelt sich somit um ein Drei-Wegeventil, wobei der erste Weg I sich von der Abgaszuleitung 3 bis zur Mitte der ersten Dichtfläche 8 und der zweite Ventilweg II von der Mitte der Dichtfläche 8 bis zum Stutzen 5 des Meßrohres

QQ erstreckt. Die beiden Ventilwege I und II fluchten miteinander und bilden eine geradlinige Durchführung von der Abgaszuleitung 3 bis zum Stutzen 5, wobei diese Durchführung keine Verengung aufweist. Von dieser Durchführung bis zur Ableitung 7 verläuft der dritte Ventilweg III. Das Absperr-

g₅ organ des Ventiles besteht hier aus einer Dichtscheibe 21, die bevorzugt aus einem elastischen Material, z.B. einem elastischen Kunststoff besteht und in der Draufsicht gemäß

-&dgr;&igr; Pfeil 22 kreisrund ist. Gegebenenfalls könnte auch eine Dichtscheibe aus starrem Material vorgesehen sein, die an Dichtflächen aus elastischem Werkstoff zur Anlage kommt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Dichtscheibe 21 durch zwei plattenartige Scheiben 23 von beiden Seiten her ergriffen werden, so daß nur der Rand 24 der Scheibe 21 abbiegbar ist. Er legt sich in der dargestellten Position gegen die erste Dichtfläche 8, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine in der Wandung der Durchführung umlaufende, relativ schmale Rinne 8¹ ist. Gegebenenfalls könnte auch auf diese Rinne verzichtet werden, sofern bei entsprechender Elastizität des Materials der Dichtscheibe deren elastische Anlage an der Innenwand der Durchführung bereits die notwendige Dichtung ergibt. In der dargestellten Lage der Dichtscheibe verlaufen die Abgase über den Ventilweg I und den Ventilweg III zum Bypass oder dergleichen, so daß das Meßrohr 6 zum Kalibrieren frei von Abgasen gemacht werden kann.

Durch eine Ventilsteuerung, z.B. einen Hubmagnet, wird über eine Betätigungsstange 14 die Dichtscheibe 21 gegen Wirkung der Feder 15 aus der dargestellten Position in eine strichpunktiert angedeutete Lage 21' am zweiten Dichtsitz 9 gebracht. Dieser Dichtsitz kann von der Stirnfläche eines Rohrstutzens 16 gebildet sein, der in eine zylindrische Bohrung 17 des Ventilkörpers 18 eingesetzt ist und nach außen hin in einen Halteteil 19 ausläuft, der den hier nicht gezeichneten Hubmagneten trägt. Eine Öffnung 17' im Rohrstutzen macht dort den Weg III frei. In dieser Lage der

OQ Dichtscheibe ist der dritte Ventilweg verschlossen, und die Abgase gehen durch die Durchführung I-II geradlinig und ohne Widerstand zum Meßrohr. Die Richtung der Abgasströmung ist in allen drei Ventilwegen I, II und III mit Pfeilen gekennzeichnet .

Fig. 3 zeigt ferner, daß die Hubrichtung der Dichtscheibe 21, d.h. die Längsrichtung der Betätigungsstange 14 und

damit der erste Teil des dritten Ventilweges III im spitzen Winkel t£> zur Längsrichtung 20-20 der Durchführung I-II verläuft. Hiermit wird bei der vorgesehenen Ausgestaltung des Absperrorganes als Dichtscheibe erreicht, daß sie einer· seits in der dargestellten Lage die Durchführung I-II unterbricht, daß andererseits aber bei der Position 21' der Dichtscheibe sie die Durchführung I-II völlig freigibt und dort keine oder nur sehr geringe Vorsprünge, Aussparungen oder dergleichen sich im Weg der Abgase und damit der Schwebstoffe befinden.

Alle dargestellten und erläuterten Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.

- Ansprüche -

Claims

Anordnung zur Messung von Schwebstoffen, insbesondere des Rußanteiles in Abgasen, z.B. der Abgase von Kraftfahrzeugen, mit einer das Abgas führenden Zuleitung, einem Meßvorrichtungen aufweisenden Meßrohr, einer die Abgase durch die Anordnung saugenden Vorrichtung und einem Drei-Wegeventil zwischen Zuleitung und Meßrohr, wobei der erste und der zweite Weg des Ventiles die Zuleitung und das Meßrohr verbinden und der dritte Weg des Ventiles zu einem Bypass, ins Freie oder einer sonstigen Aufnahme der Abgase führt, und wobei ferner das Absperrorgan des Ventiles die Zuleitung wahlweise mit dem Meßrohr oder mit dem Bypass oder dergleichen verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilweg (I) und der zweite Ventilweg (II), welche die Zuleitung (3) mit dem Meßrohr (5) bzw. (6) verbinden, miteinander fluchten und dabei als gerade verlaufende Durchführung ausgebildet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Durchführung der ersten und zweiten Ventilwege (I, II) einen gleichbleibenden Durchmesser hat.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-

net, daß der dritte Ventilweg (III) in seinem ersten Bereich im spitzen Winkel (<£ ) zur Durchführung (I, II) verläuft, und daß das Absperrorgan als verschiebbare Dichtscheibe (21, 21') ausgebildet ist und in Richtung des von einer Betätigungsstange (14) gebildeten Schenkels des vorgenannten spitzen Winkels in seine beiden Dichtstellungen (21, 8; 21', 9) verschiebbar ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ig gekennzeichnet, daß der eine, erste Dichtsitz sich in Form einer ersten Dichtfläche (8) am Innenumfang der Durchführung (I-II) befindet, wobei erforderlichenfalls diese Dichtfläche mit einer Rinne (8') versehen ist, und daß in dieser Position die Dichtscheibe (21) den Abgasverlauf über den ersten Ventilweg (I) und den dritten Ventilweg (III) zur Ableitung (7) öffnet.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz sich in Form einer zwei-

__n ten Dichtfläche (9) im Bereich des dritten Ventilweges (III) und dabei außerhalb der Durchführung (I-II) befindet, z.B. aus der Stirnfläche eines Rohrstutzens (17) besteht.

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6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (21) aus einem elastischen Material, bevorzugt einem Kunststoff, besteht .

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7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtscheibe beidseitig von je einer Platte (23) gehalten ist, deren Durchmesser um so viel kleiner als der Durchmesser der Dichtscheibe (13) ist, daß ein als Dichtung dienender, elastisch abbiegbarer Rand der Dichtscheibe verbleibt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

-&igr;&ogr;gekennzeichnet, daß als Absaugvorrichtung zumindest ein Ventilator (9) dient, der die Abgase (10) durch das Meßrohr (6) entlang eines Weges zwischen dem optischen Sender (11) und dem optischen Empfänger (12) zieht und nach Durchlaufen dieses Weges unter Umlenkung aus dem Bereich zwischen optischem Sender und optischem Empfänger weg fördert.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleistung des Ventilators größer ist als die Menge der pro Zeiteinheit zu fördernden Abgase, und daß eine Öffnung (28') des Meßrohres vorgesehen ist, welche Frischluft (28) durch den Bereich zwischen der Umlenkung des Abgasstromes (10) und der Optik (13, 12) hindurch nach außen leitet.
10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine schräg zum Abgasstrom (10) im Meßrohr befindliche Blende (26) mit einer zentralen Öffnung (29) im Lichtweg zwisehen optischem Sender und optischem Empfänger, wobei die Blende (26) derart schräg steht, daß sie zum einen die Umlenkung des Abgasstromes (10) nach außen begünstigt, und zum anderen den Durchtritt der Frischluft (28) zwischen Abgasstrom (10) und Optik (13) ermöglicht.

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