EP2195518A1 - Verfahren und vorrichtung zur emissionsmessung an motoren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur emissionsmessung an motoren

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EP2195518A1
EP2195518A1 EP08801818A EP08801818A EP2195518A1 EP 2195518 A1 EP2195518 A1 EP 2195518A1 EP 08801818 A EP08801818 A EP 08801818A EP 08801818 A EP08801818 A EP 08801818A EP 2195518 A1 EP2195518 A1 EP 2195518A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
determination
determining
engine
mass flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08801818A
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English (en)
French (fr)
Inventor
José Luis Miguez TABARES
Santiago Murillo Zapatero
Knut Hoyer
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Testo SE and Co KGaA
Original Assignee
Testo SE and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Testo SE and Co KGaA filed Critical Testo SE and Co KGaA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D41/1459—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a hydrocarbon content or concentration

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining specific nitrogen oxide emissions of an internal combustion engine.
  • the compliance with the limit values is usually checked during type approvals, prototype tests, etc. on corresponding test stands on the engines.
  • These test benches are equipped with the complete measuring technology in the form of stationary measuring devices. because the test rig is designed to check the corresponding limit values, characteristic values, factors, etc.
  • reliable and mobile measuring systems are necessary to quickly and easily check the on-site Internal combustion engines to ensure compliance with the limits.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for simple real-time determination of specific exhaust emission figures of an internal combustion engine under real conditions.
  • the emission mass flow, and specific exhaust gas component mass flow is determined as the first operating parameter and the engine power output as a second operating characteristic
  • the specific exhaust gas mass flow and the engine output from each at least derived or determined from the operating parameter different measure and the specific emission (exhaust gas ratio) is calculated as a quotient of the specific exhaust gas component mass flow and the engine power output.
  • the exhaust gas component is NO x .
  • the procedure is as well in other exhaust gas components, such as SO x , can be used.
  • a method and measuring system can be used, which manages without complicated and complex structures. Such a method can thus be used at any location on different engines and allows the reliable control of the exhaust gas ratio and / or exhaust gas limits in real time.
  • the operating parameters belonging to a specific load stage are multiplied by weighting factors adapted to the intended use of the engine before the summation, wherein the weighting factors can be stored, for example, in a table.
  • the weighting factors can be stored, for example, in a table.
  • a marine diesel e.g. runs mainly just under full load, so that the weighting factor here can be higher than at idle, whereas an automobile is operated mainly under part load or less and therefore the pollutant emissions in this load range can be more weighted or must.
  • the specific exhaust ratio is preferably defined as a corrected specific exhaust gas component mass flow per kilowatt engine performance and ⁇ per hour and simply referred to as specific emission measure.
  • the engine power determined from the current torque and the engine speed, wherein the torque is determined for example by a strain gauge on the shaft.
  • a second embodiment of the emission index determination according to the invention provides for calculating the engine power from the fuel mass flow and the specific fuel consumption of the engine, the specific fuel consumption being a value indicated by the manufacturer, e.g. in tabular or diagrammatic form, at which power the engine has which fuel consumption.
  • the power may e.g. simply read in the table or interpolated based on the table values.
  • the exhaust gas mass flow can also be difficult to measure, and therefore can be calculated back on the Ve 'rbrennungs Kunststoff-stream and the excess air factor of the fuel mass flow.
  • the excess air factor takes into account that not all air (oxygen) is necessary for combustion and therefore can not be included in the fuel bill.
  • the excess air factor is determined from the composition of the exhaust gas, in particular the volume concentration of carbon dioxide CO 2 and possibly CO and possibly the hydrocarbons HC.
  • the measurement effort can be reduced by calculating the carbon dioxide content from the oxygen volume concentration.
  • the combustion air mass flow can be measured with an impeller anemometer or similar measuring device. However, if there is no access to the air intake of the engine, it can also be calculated.
  • the speed, the displacement and the number of cylinders of the engine, the charge air pressure and the charge air temperature after the intercooler, ie before entering the engine, and the ambient temperature and air pressure and relative humidity determined and calculated from the combustion air mass flow.
  • the corresponding measured values are used analogously, in which case the charge air is given by the intake air and intake air temperature and normal ambient pressure are used instead of charge air temperature and charge air pressure.
  • This dry-humidification correction factor is determined by the volume concentration of CO and CO 2 as well as by the ambient conditions such as absolute air pressure, relative humidity and temperature.
  • the thus formed NO x concentration in moist exhaust gas is charged together with the moist exhaust gas mass flow to a NO x - mass flow, the exhaust gas mass flow was already measured or determined during the determination of power and therefore already present as a value or by the same method can be determined.
  • the present value of the NO x mass flow will, depending on the application and specifications, with a special NO x evaluation factor, in order to obtain a value comparable, for example, with test bench values of the engine.
  • This weighting factor is determined by the air temperature and the air pressure of the charge air cooler and the ambient conditions such as absolute air pressure, relative humidity and temperature.
  • the probe has a flange or the like with which it can be fastened to the chimney or the exhaust gas outlet and protrudes into the engine exhaust gases in the fastened position for removing an exhaust gas sample.
  • the removal of the exhaust gas sample is preferably carried out via a heated or unheated hose, wherein in an unheated hose precautions, for example, as described in DE 196 31 002 C2, taken to prevent a transition of the exhaust gas exhaust gas component.
  • the real-time determination of the exhaust gas parameters and KPI allows an optimization of the combustion process in the engine, as can be observed directly and under real-life conditions, as changes in the input parameters and engine settings affect the exhaust gas concentration, which ultimately affects the Have fuel consumption.
  • the advantage here is that the investigated exhaust gas components are not bound in the moist exhaust gas.
  • the exhaust gas removal probe is present, which has a flange for attachment to the exhaust gas outlet of the engine. This probe is thus fast and non-destructive over a longer period and / or without human effort in the exhaust stream, for example, in the chimney of a ship, fastened.
  • FIG. 3 is a flowchart of a first method of engine output determination
  • Fig. 5 is a flowchart of a second method for Engine power takeoff
  • FIG. 6 shows a flowchart of a second method for the corrected nitrogen oxide mass flow determination.
  • a device for determining the nitrogen oxide index is shown, as it can be used for example for measuring on board a ship.
  • a central component of the system is a measuring device 30, which is connected via a hose to an exhaust gas probe 31 and is suitable for measuring the exhaust gas volume concentrations of the exhaust gas components O 2 , CO, CO 2 , NO x , SO 2 and HC and other sizes.
  • the measuring device has a pump, which sucks in exhaust gas via the probe tip and pumps it through a sensor path in the measuring device.
  • the measuring device has a modular structure, so that further sensors can simply be plugged into the measuring section if additional measured values, such as SO x , are required for other or future applications.
  • the exhaust gas probe 31 and its hose can occasionally filters (eg also on the probe tip) and are designed so that binding of the gas components to be measured on the surfaces, etc. prevented becomes.
  • a combination of probe 30 and the measuring device 31 used as an analyzer is realized as a unit, ie without intermediate hose, which is attached directly to the exhaust duct.
  • the exhaust gas measured values 38 are forwarded to a central measured value acquisition device 32.
  • the device has measuring devices for ambient 35 and motor parameters 36, which are transmitted by radio or by cable to the central measured value detection device 32. These may e.g. also be read in via an interface to the engine management.
  • the measurement data in the central measured value acquisition device 32 can be called up by at least one computer 33, which has a suitable program for performing the characteristic number calculation. To calculate the program of the engine and fuel ⁇ manufacturers are occasionally further table data 37 are available. As a result of the calculation, a corresponding measurement protocol 34 can be issued directly. It is also possible to permanently monitor the measurement data with the computer 33 so that a current value of the exhaust gas ratio can be calculated and displayed at any time. It is also conceivable that the display is located directly on the control room or on the command bridge of a ship, so that the flight engineer or the captain can monitor the exhaust emission of the engine at any time. As a result, malfunctions in the engine can be detected at an early stage and greater damage can be avoided.
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method for determining the weighted nitrogen oxide index GAS NOx 1, which represents the nitrogen oxide mass output in the exhaust gas per kilowatt of power and operating hour. Consequently, the method comprises the determination of the power 2 and of the nitrogen oxide mass flow 3.
  • the power 2 and the nitrogen oxide mass flow 3 are determined at different load stages of the engine and the values are weighted with a weighting factor of 4.
  • the nitrogen oxide code is calculated according to the formula given in step 5:
  • the weighting factors 4 take into account that a motor, depending on the application, is mainly operated in a specific load range. For ships, this also depends on the type of drive. For example, the diesel engine of a diesel-electric drive will always drive at full speed so that the voltage generated has the correct frequency. Therefore, in a diesel-electric drive the pollutant emissions at low speed is negligible, since the engine is usually not operated in this area. On direct-driven ships, however, the speed is slowed down at low speeds, which is why the pollutant emissions here contributes to a part of the total output.
  • the emission can be measured with the described method at 10%, 50% and 100% of the full load of the internal combustion engine and used in the formula.
  • the emission is measured, for example, only at 100% of the full load of the internal combustion engine, and the summation in the above formula is omitted.
  • step B is also possible transferred other specific ratios and would also be suitable, for example, to calculate the usual in motor vehicles code C0 2 output per kilometer. Again, a weighting of different performance levels could be useful.
  • Power 2 and nitrogen oxide mass flow 3 can be determined by various methods. A first method for power determination is shown in FIG. 1
  • a torque measurement 6 is provided on the shaft of the motor.
  • a strain gauge is attached to the shaft and converted the measured voltage into a torque.
  • a determination of the power 2 is alternatively feasible by determining the electric power output of the generator, in particular taking into account the generator efficiency and / or the gear ratio of a arranged between the engine and generator in the drive train transmission ,
  • the volume concentration of the carbon dioxide 14 and optionally carbon oxide 15 and possibly of hydrocarbons 16 is measured in the dry exhaust gas.
  • a probe is introduced into the exhaust passage of the engine, through which the exhaust gas is sucked into a measuring device and is passed there via various sensors.
  • the CO 2 volume concentration CO 2 can also be measured from the oxygen concentration O 2 , measured (in%) and the maximum CO 2 amount CO 2 , max that can be produced from the fuel, according to the formula
  • an excess air factor 17 can be calculated, which indicates how much of the intake air was not needed for combustion.
  • the stoichiometric air requirement 19 is calculated from the specific composition of the fuel 20, the composition being a value given by the fuel manufacturer.
  • the interesting components are the carbon, sulfur and Wasserstoffantei-1 in the fuel.
  • the fuel mass flow 21 can be determined on the basis of the combustion air mass flow 18 and the stoichiometric air requirement 19.
  • the power 2 of the engine is calculated or interpolated in a final step with the present in tabular form engine manufacturer information on the specific fuel consumption 22.
  • Figure 5 shows a first method for determining the nitrogen oxide mass flow GNOX, which is required in addition to the power for calculating the nitrogen oxide index.
  • An essential component of the method is the determination of the nitrogen oxide volume concentration 23 in the dry exhaust gas.
  • a sensor in the exhaust stream is necessary, which is advantageously arranged in the same meter, which is also provided for measuring carbon dioxide 14, among other things. In the simplest case, it is sufficient to install a corresponding sensor module in the gas path of the meter, so that the installation cost is very low.
  • the NO x concentration must be converted to the volume concentration in moist exhaust gas 25 for further processing with a dry-humidification correction factor 24, which is calculated from the environmental conditions 12 and the carbon oxide concentrations 14, 15 already determined in the performance determination.
  • the fuel mass flow 26 is measured, including, for example, an impeller in the Fuel supply is installed or non-invasively measured via clamp-on sensors.
  • the moist exhaust gas mass flow 27 is calculated from the fuel mass flow 26 and the excess air factor 17 already calculated in the power determination and the stoichiometric air requirement 19.
  • the humid NO x mass flow 28 in the exhaust gas is calculated in a next step.
  • the NO x mass flow 3 which is needed to determine the nitrogen oxide characteristic number, is calculated in a last step.
  • FIG. 6 shows a further method for determining the NO x mass flow 3, which differs from the method in FIG. 5 only in the determination of the fuel mass flow.
  • the invention relates to a method and a device for determining the specific emissions as an exhaust gas ratio of an internal combustion engine.
  • the method is characterized in that the emission mass flow, also referred to as the exhaust gas mass flow, in particular the exhaust gas component mass flow 3, wherein the exhaust gas component is preferably NO x , as a first operating characteristic and the engine output 2 as a second operation Characteristic are determined that the exhaust gas component mass flow 3 and the engine Abydbe assistant 2 are each derived from at least one of the operating characteristic deviating parameter and the exhaust gas ratio as a quotient of the corrected exhaust gas component mass flow 3 and the engine output power. 2 is calculated.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der spezifischen Emissionen als Abgas-Kennzahl eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas-Massenstrom (3) als erste Betriebs-Kenngröße und die Motor-Abgabeleistung (2) als zweite Betriebs-Kenngröße bestimmt werden, dass der Stickoxid-Massenstrom (3) und die Motor-Abgabeleistung (2) aus jeweils mindestens einer von der Betriebs-Kenngröße abweichenden Messgröße abgeleitet werden und die Abgas-Kennzahl als Quotient aus dem korrigierten Abgas-Massenstrom (3) und der Motor-Abgabeleistung (2) berechnet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Emissionsmessung an Motoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung spezifischer Stickoxid-Emissionen eines Verbrennungsmotors .
Im Zuge der anhaltenden Klimadiskussion wurden in vielen Bereichen des Personen- und Güterverkehrs für einzelne Verkehrsmittel Regeln und Bestimmungen zum Klimaschutz eingeführt, die Grenzwerte für die Abgasemission festlegen. Diese Grenzwerte werden in der Regel auf einen bestimmten Wert, wie z.B. km, kWh o.a. bezogen.
Derartige Grenzwerte werden vermehrt auch im Bereich Schienenfahrzeuge, aber auch im Schiffsverkehr eingeführt. So regelt beispielsweise für den Schiffsbereich die Marpol Konvention im Anhang VI, den Abgasausstoß eines Schiffes in Relation zur Motorleistung zu setzten, also z.B. Gramm Schadstoff pro Kilowatt Leistung und Betriebsstunde. Aktuell ist der Ausstoß von Schwefeloxiden (SOx) und Stickoxiden (NOx) geregelt.
Auch andere Bereiche wie z.B. stationäre Motoren in verschiedensten Applikationen sind ähnlich geregelt, bzw. vergleichbare Richtlinien und Grenzwerte sind in Vorbereitung.
Die Einhaltung der Grenzwerte wird meist bei Typzulassungen, Baumusterprüfungen etc. auf entsprechenden Prüfständen an den Motoren überprüft. An diesen Prüfständen steht die komplette Messtechnik in Form von stationären Messgeräten zur Ver- fügung, da der Prüfstand ja genau auf die Überprüfung der entsprechenden Grenzwerte, Kennwerte, Faktoren etc. ausgelegt ist. Da aber vermehrt die Überprüfung der Einhaltung der Grenzwerte im Feld, d.h. im realen Betrieb des Motors, z.B. in einer Lokomotive oder auf einem Schiff, notwendig bzw. gefordert wird, sind zuverlässige und mobile Messsysteme notwendig, um vor Ort eine schnelle und einfache Überprüfung der Verbrennungsmotoren auf Einhaltung der Grenzwerte zu ermöglichen. Oftmals ist es jedoch schwierig oder unmöglich, alle auf dem Prüfstand gemessenen Betriebs-Kenngrößen zur Bestimmung der Emissionswerte auch direkt vor Ort zu messen. Beispielsweise ist es zumeist nicht möglich, die momentan abgegebene Leistung oder den aktuellen Treibstoffverbrauch zu ermitteln, ohne komplizierte An- oder Umbauten an der Maschine selbst vorzunehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur einfachen Echtzeit-Bestimmung spezifischer Abgas-Kennzahlen eines Verbrennungsmotors unter realen Bedingungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Emissions-Massenstrom, auch spezifischer Abgaskomponenten- Massenstrom, als erste Betriebs-Kenngröße und die Motor- Abgabeleistung als zweite Betriebs-Kenngröße bestimmt wird, der spezifische Abgaskomponenten-Massenstrom und die Motor- Abgabeleistung aus jeweils mindestens einer von der Betriebs- Kenngröße abweichenden Messgröße abgeleitet bzw. ermittelt wird und die spezifische Emission (Abgas-Kennzahl) als Quotient aus dem spezifischen Abgaskomponenten-Massenstrom und der Motor-Abgabeleistung berechnet wird. Unter einer von einer Betriebskenngröße abweichenden Messgröße wird insbesondere eine von der Betriebs-Kenngröße physikalisch verschiedene Messgröße verstanden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Abgaskomponente um NOx. Das Verfahren ist jedoch auch bei anderen Abgaskomponenten, beispielsweise SOx, einsetzbar.
Dadurch, dass die Betriebs-Kenngrößen aus einfacher zu messenden Messgrößen abgeleitet werden, kann ein Verfahren und Messsystem zum Einsatz kommen, das ohne komplizierte und aufwändige Aufbauten auskommt. Ein solches Verfahren ist somit an jedem Ort an unterschiedlichen Motoren einsetzbar und ermöglicht die zuverlässige Kontrolle der Abgas-Kennzahl und/oder von Abgas-Grenzwerten in Echtzeit.
Zweckmäßig ist es, wenn die Bestimmung der beiden Betriebs- Kenngrößen für verschiedene Lastbedingungen des Motors erfolgt. Gegebenenfalls wird über die Betriebs-Kenngrößen noch eine Gesamtsumme gebildet.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die zu einer bestimmten Laststufe gehörenden Betriebs-Kenngrößen vor der Summenbildung mit dem Einsatzzweck des Motors angepassten Gewichtungsfaktoren multipliziert werden, wobei die Gewichtungsfaktoren beispielsweise in einer Tabelle abgelegt sein können. Dabei ist es insbesondere möglich, die einzelnen Laststufen unterschiedlich stark in der Kennzahl zu berücksichtigen. Ein Schiffsdiesel z.B. läuft hauptsächlich knapp unter Volllast, so dass der Gewichtungsfaktor hier höher sein kann als im Leerlauf, wohingegen ein Automobil hauptsächlich unter Teillast oder darunter betrieben wird und deshalb der Schadstoffausstoß in diesem Lastbereich stärker gewichtet werden kann bzw. muss.
Die spezifische Abgas-Kennzahl ist bevorzugt als korrigierter spezifischer Abgaskomponenten-Massenstrom pro Kilowatt Motor¬ leistung und pro Betriebsstunde definiert und im Folgenden einfach als spezifische Emissions-Kennzahl bezeichnet.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Motor- leistung aus dem aktuellen Drehmoment und der Motordrehzahl bestimmt, wobei das Drehmoment beispielsweise durch einen Dehnungsmessstreifen an der Welle ermittelt wird.
Eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Emissions-Kennzahl-Bestimmung sieht vor, die Motorleistung aus dem Kraftstoff-Massenstrom und dem spezifischen Kraftstoff-Verbrauch des Motors zu berechnen, wobei der spezifische Kraftstoff- Verbrauch ein vom Hersteller angegebener Wert ist, der z.B. in tabellarischer oder diagrammatischer Form enthält, bei welcher Leistung der Motor welchen Kraftstoff-Verbrauch aufweist. Durch die Bestimmung des momentanen Kraftstoff-Verbrauchs kann die Leistung z.B. einfach in der Tabelle abgelesen oder auf Basis der Tabellewerte interpoliert werden.
Mitunter kann es jedoch schwierig oder unmöglich sein, einen Kraftstoff-Massenstrom-Sensor an oder in den Zuleitungen des Motors anzubringen, weshalb es sinnvoll sein kann, den Kraftstoff-Massenstrom aus dem Abgas-Massenstrom und dem stöchio- metrischen Luftbedarf zu berechnen. Durch einfache Betrachtung der Reaktionsgleichung kann aus der Abgasmenge so auf den Kraftstoff-Massenfluss zurückgerechnet werden.
Dabei ergibt sich der stöchiometrische Luftbedarf aus der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffes, insbesondere dem Massenanteil an Kohlenstoff, Wasserstoff und ggf. Schwefel.
Der Abgas-Massenstrom kann ebenfalls schwierig zu messen sein, weshalb über den Ve'rbrennungsluft-Massenstrom und den Luftüberschussfaktor auf den Kraftstoff-Massenstrom zurückgerechnet werden kann. Dabei berücksichtigt der Luftüberschussfaktor, dass nicht alle Luft (Sauerstoff) zur Verbrennung notwendig ist und daher nicht in die Kraftstoff-Rechnung eingehen darf. Der Luftüberschussfaktor wird dabei bestimmt aus der Zusammensetzung des Abgases, insbesondere der Volumenkonzentration von Kohlendioxid CO2 und ggf. CO sowie ggf. der Kohlenwasserstoffe HC. Dabei lässt sich auch hier der Messaufwand reduzieren, indem der Kohlendioxidanteil aus der Sauerstoff- Volumenkonzentration berechnet wird.
Der Verbrennungsluft -Massenstrom ist mit einem Flügelradanemometer oder einem ähnlichen Messgerät messbar. Falls kein Zugang zum Lufteinlass des Motors besteht, kann er jedoch auch berechnet werden.
Dazu wird die Drehzahl, der Hubraum und die Anzahl der Zylinder des Motors, der Ladeluftdruck und die Ladelufttemperatur nach dem Ladeluftkühler, also vor Eintritt in den Motor, und die Umgebungstemperatur sowie Luftdruck und relative Luftfeuchtigkeit bestimmt und daraus der Verbrennungsluft-Massenstrom berechnet.
Bei Verwendung eines Motors ohne Ladeluftkühler bzw. Turbolader wird mit den entsprechenden Messwerten analog verfahren, wobei die Ladeluft in diesem Fall durch die Ansaugluft gegeben ist und Ansauglufttemperatur und normaler Umgebungsdruck statt Ladelufttemperatur und Ladeluftdruck verwendet werden.
Zur Bestimmung der Leistung stehen somit mehrere Möglichkeiten zur Verfügung abhängig davon, welche Art von Sensoren zur Verfügung stehen und welche Stellen am Motor zugänglich sind. Im ungünstigsten Fall genügt bereits eine einfache Sauerstoffmessung im Abgas, wozu eine kleine Öffnung im Abgassystem genügt, um eine dünne Sonde einzuführen, sowie die Bestimmung von Ladeluftdruck und -temperatur zusammen mit den Umgebungsparametern und der Motordrehzahl. Alle weiteren Daten können dann aus diesen Messwerten, den Kraftstoff- Parametern und den bekannten Motordaten berechnet werden.
Ähnlich kann bei der Bestimmung des Abgaskomponenten-Massenstroms, insbesondere des Stickoxid-Massenstroms, vorgegangen werden. Auch hier ist die direkte Bestimmung des Massenstroms mitunter schwierig, da eine hierfür notwendige Volumenstrom- Messung in größeren Abgaskaminen, wie z.B. auf Schiffen vorhanden, problematisch durchführbar ist.
Daher ist es notwendig, über einen Gassensor die Volumenkonzentration z.B. an Stickoxiden zu bestimmen und den Massenstrom daraus zu berechnen. Handelsübliche NOx-Sensoren bestimmen teilweise die Konzentration in trockenem Abgas, weshalb das Messergebnis zur Weiterverwendung dann mit einem trocken-feucht Korrekturfaktor verrechnet wird.
Mit entsprechenden Messverfahren und Sensoren ist es generell auch möglich, die O2-, NOx-, SOx- und/oder HC-Konzentrations- messung direkt am feuchten Abgas durchzuführen. Eine Verrechnung zum nassen Massenstrom ist dann nicht mehr notwendig.
Dieser trocken- feucht Korrekturfaktor ist bestimmt durch die Volumenkonzentration an CO und CO2 sowie durch die Umgebungsbedingungen wie absoluter Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur.
Die so gebildete NOx-Konzentration in feuchtem Abgas wird zusammen mit dem feuchten Abgas-Massenstrom zu einem NOx- Massenstrom verrechnet, wobei der Abgas-Massenstrom bereits bei der Leistungsbestimmung gemessen oder bestimmt wurde und daher bereits als Wert vorliegt oder nach dem gleichen Verfahren bestimmt werden kann.
Der nun vorliegende Wert des NOx-Massenstroms wird, je nach Anwendung und Vorgaben, mit einem speziellen NOx-Bewertungs- faktor verrechnet, um einen beispielsweise mit Prüfstandswerten des Motors vergleichbaren Wert zu erhalten. Dieser Bewertungsfaktor ist bestimmt aus der Lufttemperatur und dem Luftdruck des Ladeluftkühlers sowie den Umgebungsbedingungen wie absoluter Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur.
Dadurch ist dieses Verfahren universell einsetzbar und speziell im Feld einfach durchführbar. Insbesondere auf einem im Betrieb befindlichen Fahrzeug, beispielsweise einem Schiff, ist es dadurch möglich, mit einer einfachen Sonde in Motornähe die Messung der Abgasparameter im Abgas durchzuführen, ohne dass aufwändige Abgas-Massenstrom-Messungen im Kamin ausgeführt werden müssen. Vorzugsweise weist die Sonde einen Flansch oder dergleichen auf, mit dem sie an dem Kamin oder dem Abgasaustritt befestigbar ist und in befestigter Position zur Entnahme einer Abgasprobe in die Motorabgase ragt .
Die Entnahme der Abgasprobe erfolgt vorzugsweise über einen beheizten oder einen unbeheizten Schlauch, wobei bei einem unbeheizten Schlauch Vorkehrungen, beispielsweise wie in DE 196 31 002 C2 beschrieben, getroffen sind, die einen Übergang der Abgaskomponente in Abgasfeuchte verhindern.
Darüber hinaus ermöglicht die Echtzeit-Bestimmung der Abgas- Parameter und -Kennzahl eine Optimierung des Verbrennungsprozesses im Motor, da direkt und unter realen Einsatzbedingungen beobachtet werden kann, wie sich Veränderungen an den Eingangsparametern und Motoreinstellungen auf die Abgaskonzentration auswirken, welche auch letztlich Einfluss auf den Treibstoffverbrauch haben.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das feuchte Abgas vor Kontakt mit den Sensoren schlag- artig gekühlt wird. Dies kann beispielsweise in einer Kühlfalle oder in einem Gaskühler, die bzw. der im Strom des entnommenen Abgases den Sensoren vorgeordnet ist, erfolgen. Von Vorteil ist dabei, dass die untersuchten Abgaskomponenten nicht im feuchten Abgas gebunden werden.
Zur einfachen Entnahme der Abgasprobe für das beschriebenen Verfahren kann bei einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen sein, dass zur Abgasentnahme eine Sonde vorhanden ist, die einen Flansch zur Befestigung am Abgasaustritt des Verbrennungsmotors aufweist. Diese Sonde ist somit schnell und zerstörungsfrei über einen längeren Zeitraum und/oder ohne personellen Aufwand im Abgasstrom, beispielsweise im Kamin eines Schiffes, befestigbar.
Das Verfahren ist nachfolgend am Beispiel der Bestimmung der gewichteten Stickoxid-Kennzahl GASNOx gemäß der Richtlinie Marpol 73/78 Anhang VI, im folgenden einfach Marpol, anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Anordnung zur Bestimmung der Abgas-Kennzahl ,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung der gewichteten Stickoxid-Kennzahl ,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur Motor-Abgabeleistungsermittlung,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur korrigierten Stickoxid-Massenstrom Bestimmung,
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Motor-Abgabeleistungsermittlung und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens zur korrigierten Stickoxid-Massenstrom Bestimmung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Stickoxid- Kennzahl gezeigt, wie sie beispielsweise zur Messung an Bord eines Schiffes verwendet werden kann.
Zentraler Bestandteil des Systems ist ein Messgerät 30, das über einen Schlauch mit einer Abgassonde 31 verbunden ist und zur Messung der Abgas-Volumenkonzentrationen an den Abgaskomponenten O2, CO, CO2, NOx, SO2 und HC und weiteren Größen geeignet ist. Dazu weist das Messgerät eine Pumpe auf, die über die Sondenspitze Abgas einsaugt und durch eine Sensorstrecke im Messgerät pumpt. Das Messgerät ist dabei modular aufgebaut, so dass in die Messstrecke einfach weitere Sensoren eingesteckt werden können, sollten für andere oder zukünftige Anwendungen weitere Messwerte, wie beispielsweise SOx benötigt werden.
Außerdem beinhaltet Sie entprechende Einrichtungen zur Aufbereitung des Messgases, wie z.B. Filter, ein Modul zur Gastrocknung, beispielsweise mit einem Gaskühler, etc. Die Abgassonde 31 und ihr Schlauch können fallweise ebenfalls Filter (z.B. auch an der Sondenspitze) aufweisen und sind so gestaltet, dass eine Bindung der zu messenden Gaskomponenten an den Oberflächen etc. verhindert wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Kombination aus Sonde 30 und dem als Analysegerät eingesetzten Messgerät 31 als eine Einheit realisiert, also ohne zwischengeschalteten Schlauch, welche direkt an den Abgaskanal angebracht wird. Die Abgas-Messwerte 38 werden an eine zentrale Messwert- erfassungseinrichtung 32 weitergeleitet.
Weiterhin weist die Vorrichtung Messeinrichtungen für Umge- bungs- 35 und Motorparameter 36 auf, die per Funk oder über Kabel an die zentrale Messwerterfassungseinrichtung 32 übertragen werden. Diese können z.B. auch über eine Schnittstelle zum Motormanagement eingelesen werden.
Die Messdaten in der zentralen Messwerterfassungseinrichtung 32 sind von mindestens einem Rechner 33 abrufbar, der ein geeignetes Programm zur Durchführung der Kennzahl-Berechnung aufweist. Zur Berechnung stehen dem Programm fallweise weiterhin Tabellen-Daten 37 der Motoren- und Kraftstoff¬ hersteller zur Verfügung. Als Ergebnis der Berechnung kann direkt ein entsprechendes Messprotokoll 34 ausgestellt werden. Es ist auch möglich, mit dem Rechner 33 die Messdaten permanent zu überwachen, so dass zu jeder Zeit ein aktueller Wert der Abgas-Kennzahl berechnet und angezeigt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Anzeige direkt am Leitstand oder auch auf der Kommandobrücke eines Schiffes angeordnet ist, damit der Bordingenieur bzw. der Kapitän jederzeit die Abgasemission des Motors überwachen kann. Dadurch können unter Umständen frühzeitig Betriebsstörungen am Motor erkannt werden und größere Schäden vermieden werden.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Bestimmung der gewichteten Stickoxid-Kennzahl GASNOx 1 , die den Stickoxid-Massenausstoß im Abgas pro Kilowatt Leistung und Betriebsstunde wiedergibt, beschrieben. Folglich umfasst das Verfahren die Bestimmung der Leistung 2 und des Stickoxid-Massenstroms 3. Die Leistung 2 und der Stickoxid- Massenstrom 3 wird bei unterschiedlichen Laststufen des Motors bestimmt und die Werte mit einem Gewichtungsfaktor 4 gewichtet. Die Berechnung der Stickoxid-Kennzahl erfolgt nach der im Schritt 5 angegeben Formel:
Über die Gewichtungsfaktoren 4 wird berücksichtigt, dass ein Motor, je nach Anwendung, hauptsächlich in einem bestimmten Lastbereich betrieben wird. Bei Schiffen ist dies auch abhängig von der Art des Antriebs. So wird beispielsweise der Dieselmotor eines dieselelektrischen Antriebs immer die volle Drehzahl fahren, damit die erzeugte Spannung die richtige Frequenz aufweist. Daher ist bei einem dieselelektrischen Antrieb der Schadstoffausstoß bei niedriger Drehzahl zu vernachlässigen, da der Motor meist nicht in diesem Bereich betrieben wird. Bei direkt angetriebenen Schiffen wird die Drehzahl bei langsamer Fahrt hingegen gedrosselt, weshalb der Schadstoffausstoß hier einen Teil zum Gesamtausstoß beiträgt.
Beispielsweise kann bei einer Applikation die Emission mit dem beschrieben Verfahren bei 10%, 50% und 100% der Vollast des Verbrennungsmotors gemessen und in die Formel eingesetzt werden.
Bei einer anderen Applikation, beispielsweise den erwähnten dieselelektrischen Antrieben, die andere Regelungen befolgen muss, wird dagegen die Emission beispielsweise nur bei 100% der Volllast des Verbrennungsmotors gemessen, und die Summa- tion in obiger Formel entfällt.
Üblich sind Applikationen, bei denen bei zwischen drei und fünf Lastpunkten die Emission gemessen wird, es kann jedoch bei entprechenden Richtlinien oder Anforderungen von diesen Zahlen abgewichen werden.
Die in Schritt B beschriebene Berechnung lässt sich auch auf andere spezifische Kennzahlen übertragen und wäre auch geeignet, um beispielsweise die bei Kraftfahrzeugen gebräuchliche Kennzahl C02-Ausstoß pro Kilometer zu berechnen. Auch hier könnte eine Gewichtung unterschiedlicher Leistungsstufen sinnvoll sein.
Leistung 2 und Stickoxid-Massenstrom 3 können dabei durch verschiedene Verfahren bestimmt werden. Ein erstes Verfahren zur Leistungsbestimmung ist in Fig. 3 dargestellt.
Zur Bestimmung der Leistung 2 ist hier eine Drehmomentmessung 6 an der Welle des Motors vorgesehen. Dazu wird beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen an der Welle angebracht und die gemessene Spannung in ein Drehmoment umgerechnet. Zusammen mit der Drehzahl 7 des Motors kann die Leistung 2 einfach gemäß der Formel P1=T}%2π'n berechnet werden, insbesondere wenn die Wellenparameter zur Umrechnung der gemessenen Brückenspannung in das Drehmoment verwendet werden.
Für den Fall, dass der Motor einen elektrischen Generator antreibt, ist alternativ eine Bestimmung der Leistung 2 durch Bestimmung der elektrischen Abgabeleistung des Generators, insbesondere unter Berücksichtigung des Generator-Wirkungsgrads und/oder der Getriebeübersetzung eines zwischen Motor und Generator im Antriebsstrang angeordneten Getriebes, durchführbar .
Falls jedoch eine Messung des Drehmoments 6 nicht möglich ist, da beispielsweise kein Zugang zur Welle besteht und kein Dehnungsmessstreifen angebracht werden kann, ist in Fig. 4 ein Verfahren zur Leistungsbestimmung beschrieben, das ohne Messung des Drehmoments auskommt und nur einfache Anforderungen an die Messtechnik stellt.
In einem ersten Schritt wird aus der Drehzahl 7, der Anzahl der Zylinder 8, dem Hubraum 9, dem Ladeluftdruck 10 und der Ladelufttemperatur 11 nach dem Ladeluftkühler, sowie den Umgebungsbedingungen 12 wie absoluter Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur, der Ansaugluft-Massenstrom 13 berechnet .
In einem zweiten Schritt, der zeitgleich und unter gleichen Bedingungen erfolgen muss, wird im trockenen Abgas die Volumenkonzentration des Kohlendioxids 14 und ggf. Kohlenoxids 15 sowie ggf. an Kohlenwasserstoffen 16 gemessen. Dazu wird beispielsweise eine Sonde in den Abgaskanal des Motors eingeführt, über die das Abgas in ein Messgerät gesaugt wird und dort über verschiedene Sensoren geleitet wird.
Die Cθ2-Volumenkonzentration CO2 kann alternativ auch aus der Sauerstoffkonzentration O2,gemessen (in %) und der maximal aus dem Brennstoff erzeugbaren CO2-Menge CO2,max nach der Formel
berechnet werden.
Aus den drei Werten lässt sich ein Luftüberschussfaktor 17 berechnen, der angibt, wie viel von der Ansaugluft nicht zur Verbrennung benötigt wurde.
Aus dem Ansaugluft-Massenstrom 13 und dem Luftüberschussfaktor 17 wird ein Verbrennungsluft- oder Abgas-Massenstrom 18 berechnet.
Parallel dazu wird in einem weiteren Schritt der stöchio- metrische Luftbedarf 19 aus der spezifischen Zusammensetzung des Kraftstoffes 20 berechnet, wobei die Zusammensetzung ein vom Kraftstoff-Hersteller angegebener Wert ist. Die Berech- nung kann daher auch im Vorfeld erfolgen und das Ergebnis zwischengespeichert werden. Die interessanten Komponenten sind dabei der Kohlenstoff-, Schwefel- und Wasserstoffantei-1 im Kraftstoff.
Durch Betrachtung der Reaktionsgleichung und der Molmassenbilanz lässt sich auf Grundlage des Verbrennungsluft-Massenstromes 18 und des stöchiometrischen Luftbedarfs 19 der Kraftstoff-Massenstrom 21 bestimmen.
Aus dem Kraftstoff-Massenstrom 21 wird in einem letzten Schritt mit der in Tabellenform vorliegenden Motoren- Herstellerangabe über den spezifischen Kraftstoffverbrauch 22 die Leistung 2 des Motors berechnet oder interpoliert.
Figur 5 zeigt ein erstes Verfahren zur Bestimmung des Stickoxid-Massenstromes GNOX, der außer der Leistung zur Berechnung der Stickoxid-Kennzahl benötigt wird. Ein wesentlicher Bestandteil des Verfahrens ist die Bestimmung der Stickoxid-Volumenkonzentration 23 im trockenen Abgas. Dazu ist ein Sensor im Abgasstrom notwendig, der vorteilhaft im gleichen Messgerät angeordnet ist, das unter anderem auch zur Messung von Kohlendioxid 14 vorgesehen ist. Im einfachsten Falle ist es dazu ausreichend, ein entsprechendes Sensormodul in den Gasweg des Messgerätes einzubauen, so dass der Installationsaufwand sehr gering ist.
Die NOx Konzentration muss zur Weiterverarbeitung mit einem trocken-feucht-Korrekturfaktor 24, der aus den bereits in der Leistungsbestimmung ermittelten Umgebungsbedingungen 12 und den Kohlenoxidkonzentrationen 14, 15 berechnet wird, auf die Volumenkonzentration in feuchtem Abgas 25 umgerechnet werden.
In einem parallelen Schritt wird der Kraftstoff-Massenstrom 26 gemessen, wozu beispielsweise ein Flügelradzähler in die KraftstoffZuleitung eingebaut oder über Clamp-on-Sensoren nicht-invasiv gemessen wird. Aus dem Kraftstoff-Massenstrom 26 und den bereits in der Leistungsbestimmung berechneten Luftüberschussfaktor 17 und dem stöchiometrischen Luftbedarf 19 wird der feuchte Abgas-Massenstrom 27 berechnet.
Aus dem feuchten Abgas-Massenstrom 27 und der NOx-Konzentra- tion 25 wird in einem nächsten Schritt der feuchte NOx- Massenstrom 28 im Abgas berechnet.
Da die Stickoxid-Kennzahl jedoch nicht mit Umgebungseinflüssen wie der Luftfeuchtigkeit behaftet sein darf, muss in einem weiteren Schritt ein NOx-Feuchtekorrekturfaktor aus den bereits in der Leistungsbestimmung ermittelten Umgebungsbedingungen 12 und dem Ladeluftdruck 10 und der Ladelufttemperatur 11 nach dem Ladeluftkühler, also vor Eintritt in den Motor, berechnet werden.
Aus dem feuchten NOx-Massenstrom 28 und dem NOx-Feuchte- korrekturfaktor 29 wird in einem letzten Schritt der NOx- Massenstrom 3 berechnet, der zur Bestimmung der Stickoxid- Kennzahl benötigt wird.
In Fig. 6 ist ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des NOx- Massenstroms 3 gezeigt, das sich nur in der Bestimmung des Kraftstoff-Massenstromes vom Verfahren in Fig. 5 unterscheidet .
Als Kraftstoff-Massenstrom 21 wird hier der berechnete Wert aus der Leistungsbestimmung gemäß Fig. 4 übernommen. Dadurch kann auf eine Messung des Kraftstoff-Massenstromes verzichtet und das Verfahren wesentlich vereinfacht werden, da zumeist keine Möglichkeit besteht, an einem Motor nachträglich oder temporär einen Massenstromsensor anzubringen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der spezifischen Emissionen als Abgas-Kennzahl eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Emissions-Massenstrom, auch als Abgas-Massenstrom bezeichnet, insbesondere der Abgas- komponenten-Massenstrom 3, wobei die Abgaskomponente vorzugsweise NOx ist, als erste Betriebs-Kenngröße und die Motor- Abgabeleistung 2 als zweite Betriebs-Kenngröße bestimmt werden, dass der Abgaskomponenten-Massenstrom 3 und die Motor-Abydbeleistung 2 aus jeweils mindestens einer von der Betriebs-Kenngröße abweichenden Messgröße abgeleitet werden und die Abgas-Kennzahl als Quotient aus dem korrigierten Abgaskomponenten-Massenstrom 3 und der Motor-Abgabeleistung 2 berechnet wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung spezifischer Emissionen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissions-Massenstrom (3) als erste Betriebs-Kenngröße und die Motor-Abgabeleistung (2) als zweite Betriebs- Kenngröße bestimmt werden, dass der Emissions-Massenstrom (3) und die Motor-Abgabeleistung (2) aus jeweils mindestens einer von der Betriebs-Kenngröße abweichenden Messgröße abgeleitet werden und eine spezifische Emission als Quotient aus dem korrigierten Emissions- Massenstrom (3) und der Motor-Abgabeleistung (2) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Emissions-Massenstroms der Abgaskomponenten-Massenstrom (3) einer Komponente im Abgas des Verbrennungsmotors bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskomponente NOx ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der ersten und zweiten Betriebs-Kenngröße für verschiedene Lastbedingungen des Motors wiederholt wird und die spezifische Emission (1) als Quotient der Summen der Betriebs-Kenngrößen gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs-Kenngrößen der verschiedenen Lastbedingungen beim Summieren jeweils mit einem Gewichtungsfaktor
(4) multipliziert werden und die Gewichtungsfaktoren (4) dem Einsatzzweck des Verbrennungsmotors angepasst sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsfaktoren (4) in einer Tabelle abgelegt sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt zur Bestimmung der Motor-Abgabeleistung (2) folgende zusätzliche Schritte umfasst:
• Bestimmung des aktuellen Drehmoments (6) des Motors,
• Bestimmung der aktuellen Drehzahl (7) des Motors.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt zur Bestimmung der Motor-Abgabeleistung (2) den folgenden zusätzlichen Schritt umfasst:
• Bestimmung der elektrischen Abgabeleistung eines durch den Motor angetriebenen Generators.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung der Motor-Abgabeleistung (2) folgende zusätzliche Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung des Kraftstoff-Massenstromes (21, 26),
• Bestimmung und/oder Eingabe des spezifischen Kraftstoff-Verbrauchs (22) .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Abgaskomponenten-Massenstromes (3) im Abgas den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung des feuchten Abgaskomponenten-Massenstromes im Abgas (28) .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Abgaskomponenten-Massenstromes (3) im Abgas die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung eines Feuchtigkeits-Korrekturfaktors
(29) .
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Feuchtigkeits-Korrekturfaktors (29) die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung des Ladeluftdruckes vor Eintritt in den Motor (10),
• Bestimmung der Ladelufttemperatur vor Eintritt in den Motor (11),
• Bestimmung der Umgebungsbedingungen (12), charakterisiert durch mindestens absoluter Luftdruck (PB) , Temperatur (T3) und relative Luftfeuchtigkeit (Ra) -
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des feuchten Abgaskomponenten-Massenstromes (28) im Abgas die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst :
• Bestimmung des feuchten Emissions-Massenstromes
(27),
• Bestimmung der Abgaskomponenten-Konzentration (25) im feuchten Abgas .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung der Abgaskomponenten-Konzentration (25) im feuchten Abgas die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst: • Bestimmung der Abgaskomponenten-Konzentration im trockenen Abgas (23),
• Bestimmung des trocken-feucht-Korrekturfaktors
(24) .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des trocken-feucht- Korrekturfaktors (24) die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung der CO2 Konzentration im trockenen Abgas (14),
• Bestimmung der Umgebungsbedingungen (12), insbesondere wenigstens des Luftdrucks (pB) , der Temperatur
(Ta) und der relativen Luftfeuchtigkeit (Ra) .
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des trocken-feucht-Korrekturfaktors (24) den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung der CO Konzentration im trockenen Abgas (15) .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des feuchten Abgas-Massenstromes (27) die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung des Kraftstoff-Massenstromes (26),
• Bestimmung des Luftüberschussfaktors (17),
• Bestimmung des stöchiometrischen Luftbedarfs (19) .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Kraftstoff-Massenstromes (21, 26) folgende zusätzliche Verfahrensschritte umfasst: • Bestimmung des stöchiometrischen Luftbedarfs (19),
• Bestimmung des trockenen Luft-Massenstromes in den Verbrennungsmotor (18) .
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des stöchiometrischen Luftbedarfs (19) den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung oder Eingabe der KraftstoffZusammensetzung (20), insbesondere der Massenanteile an Wasserstoff, Kohlenstoff und gegebenenfalls Schwefel (ALF, BET und GAM) .
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des trockenen Luft-Massenstromes (18) in den Verbrennungsmotor folgende zusätzliche Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung des Ansaug-Luftmassenstromes (13),
• Bestimmung Luftüberschussfaktors (17) .
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Ansaug-Luftmassenstromes (13) die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte umfasst:
• Bestimmung der Motordrehzahl (7) ,
• Bestimmung der Anzahl der Zylinder (8) des Motors,
• Bestimmung des Hubraumes (9) ,
• Bestimmung des Ladeluftdruckes vor Eintritt in den Motor (10) ,
• Bestimmung der Ladelufttemperatur vor Eintritt in den Motor (11),
• Bestimmung der Umgebungsbedingungen (12), insbesondere absoluter Luftdruck (pB) , Temperatur (T3) und relative Luftfeuchtigkeit (Ra) .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Luftüberschussfaktors (17) wenigstens den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung der Cθ2-Volumenkonzentration (14) im trockenen Abgas .
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Luftüberschussfaktors (17) wenigstens den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung der CO-Volumenkonzentration (15) im trockenen Abgas .
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung des Luftüberschussfaktors (17) wenigstens den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung der Kohlenwasserstoff-Konzentration (16) im trockenen Abgas.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt Bestimmung der CO2 Volumenkonzentration (14) den folgenden Verfahrensschritt umfasst:
• Bestimmung der Sauerstoffkonzentration O2 im Abgas, insbesondere zur Berechnung der Cθ2-Volumenkonzen- tration aus der maximal erzeugbaren CO2-Menge CO2,maχ des Brennstoffs.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das feuchte Abgas vor Kontakt mit den Sensoren schlagartig gekühlt wird.
27. Vorrichtung zur Bestimmung spezifischer Emissionen eines Verbrennungsmotors, insbesondere zur Bestimmung der spezifischen Emission des Verbrennungsmotors als der Abgas-Kennzahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (30, 31, 35, 36) zur Erfassung einer ersten und zweiten Betriebs-Kenngröße, eine Messwert- erfassungseinheit (32) und eine Recheneinheit (33) aufweist, die geeignet ist, aus den Betriebs-Kenngrößen die spezifische Emission, insbesondere eine Abgas-Kennzahl (1), zu berechnen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der Sauerstoff-Volumenkonzentration im Abgas des Motors aufweist .
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der Cθ2-Volumenkonzentration im Abgas des Motors aufweist .
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der NOx-Volumenkonzentration (23) im Abgas des Motors aufweist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der CO-Volumenkonzentration im Abgas des Motors aufweist.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der Kohlenwasserstoff-Konzentration (16) im Abgas des Motors aufweist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung der S02-Volumenkonzentration im Abgas des Motors aufweist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Sensor zur Bestimmung oder Mittel zur Eingabe der Drehzahl (7) der Welle aufweist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Sensoren zur Ermittlung oder Mittel zur Eingabe der Ladelufttemperatur (11) und des Ladeluftdrucks (10), insbesondere am Ladeluftkühler, aufweist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Sensoren zur Ermittlung oder Mittel zur Eingabe der Umgebungstemperatur (Ta) , des absoluten Luftdrucks (pB) und der relative Luftfeuchtigkeit (Ra) aufweist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abgasentnahme eine Sonde vorgesehen ist, die einen Flansch zur Befestigung am Abgasaustritt des Verbrennungsmotors aufweist.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zur Übermittlung der Messdaten eine Funkverbindung zur Messwerterfassungs- einheit (32) aufweisen.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelle zum Motor¬ management und/oder Prozessleitsystem des Verbrennungsmotors ausgebildet ist.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung, insbesondere wenigstens ein Sensor, und/oder Mittel zur Eingabe von Kraftstoffparametern und/oder des spezifischen Kraftstoffverbrauchs des Verbennungsmotors ausgebildet sind.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in einem Messgerät
(30) angeordnet sind und dass zur Entnahme des Abgases eine Abgassonde (31) vorgesehen ist, insbesondere wobei Messgerät (30) und Abgassonde (31) eine Einheit bilden.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der Abgasprobe ein beheizbarer oder unbeheizter Schlauch vorgesehen ist.
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