DE965666C

DE965666C - Portable exhaust gas tester for both stationary and mobile Otto engines

Info

Publication number: DE965666C
Application number: DED5510D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Franke
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1944-01-20
Filing date: 1944-01-20
Publication date: 1957-06-13

Description

Tragbarer Abgasprüfer für sowohl ortsfeste als auch ortsbewegliche Otto-Motoren In dem Bestreben, eine möglichst einfache Methode und komplizierte Meßgeräte vermeidende Anlage zur Feststellung der Gemischzusammensetzung von Otto-Motoren zu schaffen, ist man dazu übergegangen, die eindeutigen Beziehungen zwischen Abgas- und Gemischzusammensetzung zu verwerten. Durch eine je nach dem angewandten Verfahren verschiedene Analyse des Abgases können Rückschlüsse gezogen werden auf die Verhältnisse im Motor. Am besten geeignet für diesen Zweck erwies sich das Verfahren der elektrischen Messung der sich mit der Gemischeinstellung und damit der unterschiedlichen Abgaszusammensetzung ändernden Wärmeleitfähigkeit des Abgases in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Gerät, ein Abgasprüfen, ist bereits für die Verwendung an Prüfständen vorgeschlagen worden.Portable emission tester for both stationary and portable Otto engines In an effort to find the simplest possible method and complicated measuring instruments Avoidant system for determining the mixture composition of Otto engines to create, one has gone over to the clear relationships between exhaust gas and mixture composition to be used. By one depending on the method used Different analyzes of the exhaust gas, conclusions can be drawn about the conditions in the engine. The electrical method proved to be best suited for this purpose Measurement of the mixture setting and thus the different exhaust gas composition changing thermal conductivity of the exhaust gas in a Wheatstone bridge circuit. A device that works according to this principle, an exhaust gas test, is already for the Use on test stands has been proposed.

Die guten Ergebnisse, die mit diesem Gerät erzielt wurden, ließen die Weiterentwicklung dieses für ortsfeste Anlagen gebauten Abgasprüfers zu einem tragbaren Instrument als wünschenswert erscheinen, um seine Verwendung auch an ortsbeweglichen Motoren, z. B. Fahrzeugen, Flugzeugen, Kampfwagen u. dgl., zu ermöglichen. Zu diesem Zweck waren jedoch an dem bisherigen Gerät einige grundlegende Abänderungen vorzunehmen. um es unter den geänderten Be- dingungen zu einer einwandfreien Anzeige und richtigen Funktion zu bringen und vor allem für Dauerbetrieb verwendbar zu machen. Bisher vorhandene tragbare Geräte zur Analysierung von Gasgemischen erfüllten nur unvollständig die an sie gestellten Anforderungen zur Gemischfeststellung im Dauerbetrieb an ortsbeweglichen Otto-Motoren, teils wegen Unzulänglichkeiten in der Gasentnahme und Dosierung. teils wegen auftretender Schwierigkeiten im elektrischen Teil der Anlage. The good results achieved with this device let the further development of this exhaust gas tester, which was built for stationary systems, into one portable instrument appear to be desirable in order to make its use also portable Engines, e.g. B. vehicles, airplanes, combat vehicles and the like. To enable. To this However, the purpose was to make some fundamental changes to the previous device. to keep it under the changed conditions to a flawless Bring display and correct function and especially usable for continuous operation close. Previously existing portable devices for the analysis of gas mixtures met only incomplete the requirements for mixture determination im Continuous operation on portable Otto engines, partly due to inadequacies in the gas extraction and dosing. partly because of difficulties in the electrical Part of the plant.

Die Erfindung geht aus von einem tragbaren Abgasprüfer für ortsfeste oder ortsbewegliche Ottomotoren nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeitsmessung der Abgase mit Hilfe von in Wheatstonescher Brückenschaltung gelegenen Heizdrähten, dessen die Heizdrähte enthaltendem Gebergerät ein Luftkühler, ein Wasserabscheider und ein Filter vorgeschaltet ist. Dieser von der Patentinhaberin entwickelte Abgasprüfer hat die an ihn gestellten Erwartungen nicht voll erfüllt, da die gewählte Kühler- bzw. Wasserabseheidevorrichtung nicht einwandfrei gearbeitet hat, es bildete sich nämlich Kondenswasser. Diesem Abgasprüfer war ein Spaltfilter zugeordnet, das nach kurzer Betriebszeit und zwar infolge Befeuchtung mit Kondenswasser und anschließendem Stehenlassen der Apparatur innerhalb von 48 Stunden vollkommen zugerostet war. Durch das Spaltfilter konnte das Gas nicht mehr hindurchtreten. Die Rostabbröckelungen des metallischen Spaltfilters führten darüber hinaus ständig zu Verstopfungen der Gasschlitze in den Geberkammern. Außerdem hat der Gaswechsel durch die Saugwirkung einer Förderdüse und eine im Nebenschluß auswechselbar angeordnete Drosseldüse nicht funktioniert; es war während der verschiedenen Betriebshedingungen eines Motors vom Leerlauf bis Vollast und bei verschiedenen Ladedrücken unmöglich, mit ein und derselben Drosseldüse das Druckgefälle zur Beaufscblagung der Kammern mit 30 lih herzustellen. The invention is based on a portable exhaust gas tester for stationary use or portable gasoline engines based on the principle of thermal conductivity measurement the exhaust gases with the help of heating wires in a Wheatstone bridge circuit, whose transmitter device containing the heating wires is an air cooler, a water separator and a filter is connected upstream. This exhaust gas tester developed by the patent owner did not fully meet the expectations placed on it, as the selected cooler or the water separator has not worked properly, it has formed namely condensation. A slotted filter was assigned to this exhaust gas tester, which according to short operating time as a result of humidification with condensation water and then Leaving the apparatus to stand was completely rusted over within 48 hours. By the gap filter could no longer allow the gas to pass through. The rust crumbling of the metallic gap filter also constantly led to blockages of the Gas slots in the donor chambers. In addition, the gas exchange has due to the suction effect a feed nozzle and a throttle nozzle that is interchangeably arranged in the bypass functions; it was during the various operating conditions of an engine from idling to full load and with different boost pressures impossible with one and the same throttle nozzle, the pressure gradient to the pressurization of the chambers with 30 lih to manufacture.

Zur Abgleichung des exakten Brückenstromes war hei dem bekannten Abgasprüfer ein verstellbarer Widerstand vorgesehen.The known exhaust gas tester was used to adjust the exact bridge current an adjustable resistor is provided.

Die Gas- und Gehertemperatur des bekannten Abgasp rüfers mußte möglichst niedrig gehalten werdell. weil sonst die Gefahr der Bildung von Kondenswasser erhöht wurde. Wasser wurde dadurch ausgeschieden, daß die Strömungsrichtung des Gases im Wasserabscheider umgekehrt wurde. The gas and walking temperature of the known exhaust gas tester had to be as possible be kept low. otherwise the risk of condensation forming increases became. Water was excreted by the fact that the direction of flow of the gas in the Water trap has been reversed.

In der GasführungsJeitung herrscht ständig gleicher Druck. Dementsprechend war auch die Geschwindigkeit bei gleichbleibendem Querschnitt überall gleich. Im Wasserabscheider wurde die Gasgeschwindigkeit nur unwesentlich verringert, so daß in diesem praktisch kein Wasser abgeschieden wurde und dementsprechend Wasser in den Geber gelangte,-trotzdem ein Ringkanal vorgesehen war. in dem sich das Kondenswasser sammeln konnte.The pressure in the gas duct is always the same. Accordingly the speed was the same everywhere with the same cross-section. in the Water separator, the gas velocity was only slightly reduced, so that in this practically no water was deposited and accordingly water in the donor arrived, -in spite of the fact that a ring channel was provided. in which the condensation water could collect.

Als Vergleichsgas wurde bei dem bekannten Abgasprüfgerät ein ruhendes Gas, und zwar unter Atmosphärendruck stehende Luft, verwendet. Bei anderen Geräten hat man ein Vergleichsgas mit gleichbleibender Geschwindigkeit an einem genau symmetrischen Hitzdrahtsystem vorbeigeführt und mußte einen Katalysator zur Entfernung der unerwünschten und die Messung durch das Vergleichsgas beeinträchtigenden Bestandteile vorsehen. A stationary gas was used as the reference gas in the known exhaust gas tester Gas, namely air under atmospheric pressure, is used. With other devices if you have a reference gas with constant velocity on an exactly symmetrical one Hot wire system passed and had a catalyst to remove the unwanted and provide for the measurement by the reference gas impairing components.

Die oben angeführten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß dem Gebergerät außerdem eine Druckmeß- und Druckreguliervorrichtung vorgeschaltet ist und daß in an sich bekannter Weise eine Luftkühlschlange, ein Wasser abscheider mit einem den Querschnitt der Luftkiihlschlange um Größenordnungen übersteigenden Querschnitt und ein keramisches Filter vorgesehen ist. Zweckmäßig ist es, in die Zuleitung zum Geber, und zwar vorzugsweise zwischen dem dem Wasserabscheider nachfolgenden Filter und dem Geber, ein einstufiges Regelventil zu schalten und hinter dem Regelventil einen gegen Pulsstationen des Gasstromes unempfindlichen Differenzdruckmesser zur Erfassung des Gasdurchsatzes durch den Geber vorzusehen. Bei ei nein Abgasprüfer, der die vorbeschriebenen Merkmale aufweist, in dessen Brückenzuleitung eine stromkonstantbaltende Einrichtung, vorzugsweise in Form von gegebenenfalls wechselweise einschaltbaren Eisen-Wasserstoff-Widerständen liegt, wird weiterhin vorgeschlagen, einen Präzisionswiderstand vorzusehen, der der Messung des Heizstromes vermittels des von ihm am Brückenanzeigeinstrument hervorgerufenen Spannungsabfalles dient. Die stromkonstanthaltende Einrichtung kann gleichzeitig der Erwärmung des Gebers über die umgebende Raumtemperatur dienen. The disadvantages listed above are avoided according to the invention by that the transmitter device is also preceded by a pressure measuring and pressure regulating device is and that in a known manner an air cooling coil, a water separator with one that exceeds the cross section of the air cooling coil by orders of magnitude Cross section and a ceramic filter is provided. It is useful in the Supply line to the transmitter, preferably between the one following the water separator Filter and the transmitter to switch a single-stage control valve and downstream of the control valve a differential pressure meter that is insensitive to pulse stations of the gas flow Provide detection of the gas throughput by the encoder. If there is no exhaust gas tester, which has the features described above, in whose bridge feed line a constant current Device, preferably in the form of which can optionally be switched on alternately Iron-hydrogen resistors, a precision resistor is also proposed to provide the measurement of the heating current by means of it on the bridge display instrument caused voltage drop is used. The current-maintaining device can at the same time serve to heat the sensor above the ambient room temperature.

Durch die Druckmeß- und Druckreguliervorrichtun kann man ein Vergleichsgas im ruhenden Zustand verwenden, ohne daß das Njeßergebnis beeinflußt wird. Die Nachteile des bekannten Abgasprüfers wurden darüber hinaus dadurch vermieden. daß die Oberfläche des Kühlers durch Verwendung einer an sich bekannten Kühlschlange erhöht wurde und der Querschnitt des Wasserabscheiders so gewählt wurde. daß er im Verhältnis zum Querschnitt der Kühlschlange groß ist. Es wird dadurch die Geschwindigkeit des durch das Entnahmerohr strömenden Gases im Wasserabscheider merklich verringert. Der Durchmesserunterschied ist so groß. daß eine Geschwindigkeitsverringerung der durchtretenden Gasmenge auf mindestens ein Zehntel der im Entnahmerohr vorhandenen Geschwindigkeit erzielt wird, es wird also das Wasser wirklich aus dem Gas ausgeschieden. Ein Resten des Filters und Verstopfungen der Gasschlitze der Geberkammer ist nicht mehr möglich. Das gewünschte Druckgefälle kann mittels des einstufigen Regelventils stufenlos auch während des Betriebe, eingestellt werden. Der Heizstrom kann lediglich durch Drücken einer Knopftaste ohne Belastung der Brücke auf seinen exakten Sollwert eingestellt werden, da er den gleichen Widerstand wie die gesamte Brücke hat. Durch die Anweisung, den Geber zu erwärmen, wird Kondenswasserbildung mit Sicherheit vermieden. Der Abgasprüfer gemäß der Erfindung ist. wie sein Einsatz ergeben hat, nach wenigen Nfinuten Wartezeit, die zum Anwärmen des Gebers benötigt werden, auch unter extremen Betriebsbedingungen, wie z. B. in 10 km Höhe, voll einsatzfähig und meßbereit, wie die Praxis ergeben hat. A reference gas can be used through the pressure measuring and pressure regulating device Use in the resting state without influencing the njeß result. The disadvantages of the known exhaust gas tester were also avoided. that the surface of the cooler was increased by using a cooling coil known per se and the cross-section of the water separator was chosen in this way. that he in relation to the Cross section of the cooling coil is large. It will thereby increase the speed of the through the sampling pipe of flowing gas in the water separator is noticeably reduced. The difference in diameter is so big. that a reduction in the speed of the amount of gas passing through at least one tenth of the speed in the sampling tube is achieved, so the water is really excreted from the gas. A remnant of the filter and clogging of the gas slots in the sensor chamber is no longer possible. The wished Pressure gradient can be adjusted continuously using the single-stage control valve, even during the Establishments to be discontinued. The heating current can only be activated by pressing a button can be set to its exact setpoint without loading the bridge, since it has the same resistance as the entire bridge. By instruction, the giver To heat up, condensation will form certainly avoided. The exhaust gas tester according to the invention is. as his commitment has shown, after a few Waiting time of five minutes that is required to warm up the encoder, even under extreme conditions Operating conditions such as B. at a height of 10 km, fully operational and ready to measure, such as practice has shown.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen tragbaren Abgasprüfers schematisch wiedergegeben, und zwar erfaßt die Abb. I die Anordnung der Einzelteile und die Abb. 2 das elektrische Schaltschema. In the drawing is an embodiment of the invention portable exhaust gas tester shown schematically, namely the Fig. I covered Arrangement of the individual parts and Fig. 2 the electrical circuit diagram.

In der Abb. I ist mit a die Kühlschlange, mit b der Wasserabscheider und mit c ein keramisches Filter bezeichnet, d bedeutet ein Regelventil zur Regelung des Gasdurchsatzes durch den Geber und t einen Differenzdruckmesser zur anzeigerischen Erfassung des eben erwähnten Gasdurchsatzes. g ist eine Meßkammer. die den Geber mit den in der Wheatstoneschen Brücke liegenden Heizdrähten enthält. Durch h sind Eisen-Wasserstoff-Widerstände zur Konstanthaltung des Brückenbeizstromes angedeutet. In Fig. I, a is the cooling coil, and b is the water separator and with c denotes a ceramic filter, d denotes a control valve for regulation the gas flow rate through the transmitter and t a differential pressure meter for display Detection of the gas throughput just mentioned. g is a measuring chamber. which the giver with the heating wires lying in the Wheatstone Bridge. By h are Iron-hydrogen resistances for keeping the bridge pickling flow constant.

Bei der in Abb. 2 wiedergegebenen Schaltskizze, sind die der Kontanthaltung des Heizstromes in der Wheatstoneschen Brücke dienenden Eisen-Wasserstoff-Widerstände mit @ bezeichnet. Durch k ist jener Präzisionswiderstand gekennzeichnet, der mittels des Umschalters I parallel zum Anzeigegerät in schaltbar ist und in diesem Schaltzustand der Kontrolle der Heizstromstärke dient. Der in die Diagonale der Wbeatstoneschen Brücke geschaltet Widerstand ji dient der Steuerung der Anzeigeempfindlichkeit. o sind Anschlüsse für die Kontrollinstrumente. In the circuit diagram shown in Fig. 2, those of the contant posture the heating current in the Wheatstone Bridge is used by iron-hydrogen resistors marked with @. The precision resistance is characterized by k, which by means of of the switch I can be switched in parallel to the display device in and in this switching state is used to control the heating current. The one in the diagonal of the Wbeatstone Bridge switched resistor ji is used to control the display sensitivity. o are connections for the control instruments.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Portable exhaust gas tester for stationary use or portable Otto engines based on the principle of thermal conductivity measurement the exhaust gases, with the help of heating wires located in Wbeatstone's bridge circuit, whose transmitter device containing the heating wires is an air cooler, a water separator and a filter is connected upstream, characterized in that the transmitter device also a pressure measuring and pressure regulating device is connected upstream and that in itself known way an air cooling coil, a water separator with a cross section of the air cooling coil by orders of magnitude and a ceramic Filter is provided.

2. Exhaust gas tester according to claim I, characterized in that in the Supply line to the transmitter, preferably between the one following the water separator Filter and the encoder, a fine-stage control valve switched and behind the control valve a differential pressure meter for detection that is insensitive to pulsations in the gas flow the gas throughput is provided by the encoder.

3. Exhaust gas tester according to claims I and 2, in the bridge feed line a device that maintains a constant current, preferably in the form of alternately switchable iron-hydrogen resistors, characterized in that that a precision resistor is provided to measure the heating current of the voltage drop caused by it on the bridge display instrument.

4. Exhaust gas tester according to claim 3, characterized in that the current-holding constant Device, preferably in the form of which can optionally be switched on alternately Iron-hydrogen resistance simultaneously with the heating of the sensor over the surrounding area Room temperature is used.

Considered publications: Dissertation by Dipl.-Ing. B e r g, "Exhaust gas examinations on internal combustion engines", Berlin, I 939; »Archive for technical measurement «, J 721-8; "Hut, Des Ingenieurs Taschenbuch", Vol. II, 1937, P. 458; German Patent Nos. 458 773, 748 610, 397 037, 283 677.