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Dokumentenidentifikation DE19857955A1 21.06.2000
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten
Anmelder Pierburg AG, 41460 Neuss, DE
Erfinder Bornemann, Torsten, 41065 Mönchengladbach, DE
DE-Anmeldedatum 16.12.1998
DE-Aktenzeichen 19857955
Offenlegungstag 21.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse G01N 31/12
IPC-Nebenklasse G01M 15/00   F01N 9/00   
Zusammenfassung Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten mit zumindest einer Probengaszuleitung, zumindest einem Probenbeutel, zumindest einem Analysator, zumindest einem Analysefördermittel, wobei der Probenbeutel (1, 2, 3) in einem gasdichten und druckfesten Behälter (16) angeordnet ist, der über ein Unterdruckfördermittel (18) evakuierbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.

Vorrichtungen und Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten von Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Beim sogenannten CVS (Constant Volume Sampling)-Verfahren wird das während eines Tests erzeugte Abgas dem Ansaugstrom eines konstant fördernden Fördermittels zugeführt. Das Fördermittel hat eine Förderkapazität, die deutlich über dem maximalen Abgasvolumenstrom des Fahrzeugmotors bei Vollast liegt. Die zwischen Abgasmenge und Fördermittelkapazität auftretende Volumendifferenz wird durch Ansaugen von gefilterter Frischluft ausgeglichen. Das Abgas wird also in ständig wechselnden Verhältnissen verdünnt. Aus der Verdünnungsluft und aus dem Abgas-Luftgemisch werden während der gesamten Prüfung mit gleichbleibendem Volumenstrom Proben entnommen und in Probenbeutel gesammelt. In den so aufbereiteten Proben werden die Konzentrationen der Schadstoffe und des Kohlendioxid gemessen. Ein Problem entsteht nun dadurch, daß die Emissionen moderner Motoren und Fahrzeuge immer geringer werden. Die gemessenen Konzentrationen nähern sich oft schon der Nachweisgrenze der Analytik, die Analyseergebnisse werden unsicherer. Eine Abhilfe ist es, wenn das Verdünnungsverhältnis geringer und damit die Abgaskonzentrationen in den Beuteln größer wird. Begrenzt wird dieses Vorgehen durch die ebenfalls wachsende Wasserkonzentration. Eine Kondensation von Wasser in den Abgasbeuteln, in den dorthin führenden Leitungen oder in der Analyseleitung muß aber vermieden werden, da dies zur Verfälschung der Meßergebnisse führt (einige Schadstoffe sind wasserlöslich und fallen auch aus). Dieses Problem wird heutzutage schon dadurch behoben, daß die Abgasbeutel sowie die dorthin führende Probenentnahmeleitung aus der CVS sowie die Analyseleitung beheizt werden.

Bei der Erhitzung des Probengases ergibt sich nun das Problem, daß zur Kondensatvermeidung die komplette Vorrichtung mit Abgasbeutel, Probenentnahmeleitungen und der Analyseleitung erwärmt werden müssen. Dies führt dazu, daß die gesamte Beheizung und Temperaturregelung samt Überwachung aufwendig und teuer ist. Da jegliche kalte Stelle im Leitungssystem vermieden werden muß, müssen auch z. B. sämtliche Ventile eine erhöhte Temperatur aufweisen, was einen erhöhten Isolierungsaufwand erfordert. Auch sind die Betriebskosten durch den hohen Stromverbrauch der Beheizung beträchtlich. Darüber hinaus ist man beim Aufbau des kompletten Prüfstandes unflexibel.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Dadurch, daß der oder die Probenbeutel in einem gasdichten und druckfesten Behälter angeordnet ist/sind, der über ein Unterdruckfördermittel evakuierbar ist, herrscht auch in den angeschlossenen Leitungen bis hin zu den Durchflußbegrenzern, die zweckmäßigerweise unmittelbar an der Probenentnahmestelle angebracht werden, ein Unterdruck. Durch diese Druckerniedrigung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren, wird die Kondensation auf wirksame und kostengünstige Weise vermieden.

Um den Unterdruck im Behälter messen zu können, ist dem Behälter ein Drucksensor zugeordnet. Damit der Unterdruck im Behälter während der Probennahme und dem damit verbundenen Auffüllen der Probenbeutel konstant gehalten wird, wird das Unterdruckfördermittel durch den Drucksensor gesteuert oder dem Unterdruckfördermittel wird über einen Druckregler Frischluft zugeführt.

Um unnötige Leitungen zu vermeiden und die Vorrichtung so flexibel wie möglich zu machen, können der Drucksensor, der Druckregler, Ventile und auch das Unterdruckfördermittel direkt am Behälter angeordnet sein.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt Fig. 1 einen Fließplan zur Analyse von Abgaskomponenten.

Über eine nicht dargestellte Probenentnahmestelle wird den Probenbeuteln 1, 2, 3 Probengas hinzugeführt. Die Beutel können dabei über die Ventile 4, 5 und 6 ausgewählt werden. Die Ventile 7 und 8 dienen dazu, die Durchflußbegrenzer 9 und 10 auszuwählen. Über die Ventile 11, 12 und 13 werden die Beutel 1, 2, 3 mit einem Analysegerät 14 verbunden. Das Probengas wird dabei durch eine Probengaspumpe 15 zu dem Analysegerät 14 gefördert.

Erfindungsgemäß sind die Probenbeutel 1, 2 und 3 in einem gasdichten und druckfesten Behälter 16 angeordnet. Der Unterdruck in diesem Behälter 16 wird durch einen Drucksensor 17 detektiert. Der Drucksensor 17 kann dabei über eine Leitung mit dem Behälter verbunden sein oder aber auch direkt an dem Behälter 16 angeordnet sein oder er kann den Druck in der Leitung vor einem Unterdruckfördermittel 18 messen. Der Behälter 16 wird über das Unterdruckfördermittel 18 und über ein Ventil 19 evakuiert. Um den Unterdruck für die Probenbeutel 1, 2 und 3 während der Befüllung konstant zu halten, wird das Unterdruckfördermittel 18 durch den Drucksensor 17 gesteuert. Über das Ventil 20 kann der Behälter belüftet werden.

Der Funktionsablauf stellt sich nun wie folgt dar: Die Probenbeutel 1, 2 und 3 werden zunächst vollständig evakuiert, in dem sie über Aufschalten der Ventile 4, 5 und 6 und richtiges Schalten von 19 mit dem Unterdruckfördermittel 18 verbunden werden. Danach werden diese vier Ventile wieder umgeschaltet. Dann evakuiert das Unterdruckfördermittel 18 den Behälter 16, bis ein bestimmter Unterdruck erreicht ist, der bei der anschließenden Probenentnahme konstant gehalten wird. Um diese Phase möglichst kurz zu halten, sollte das Behältervolumen möglichst klein gehalten werden.

Über die Ventile 7 und/oder 8 sowie die Ventile 4, 5 und 6 werden die Beutel 1, 2 und 3 gefüllt. Der Druck in den Beuteln 1, 2 und 3 ist immer gleich dem Druck im Behälter 16. Da dieser durch das Unterdruckfördermittel 18 über die Ansteuerung des Drucksensors 17 konstant gehalten wird, ist auch der Volumenstrom des Probengases immer konstant, wie es für die Zertifizierung vorgeschrieben ist. Dieser im Behälter 16 herrschende Unterdruck herrscht auch in den angeschlossenen Leitungen bis zu den Durchflußbegrenzern 9 und 10, die zweckmäßigerweise unmittelbar an der Probenentnahmestelle angebracht werden. Auf diese Art und Weise wird die Wasserkondensation sowohl in den Probenbeuteln als auch im gesamten Probenentnahmesystem vermieden. Nach Abschluß der Probenentnahme werden die Probenbeutel 1, 2 und 3 wieder verschlossen.

Zur Analyse werden die Probenbeutel 1, 2 und 3 über die Ventile 11, 12 und 13 mit einem Analysemeßgerät 14 verbunden. Ein Analysefördermittel 15 fördert dabei das Probengas zu dem Analysegerät 14. Auch in dieser Leitung bis zum Analysefördermittel 15 herrscht Unterdruck.

Zum Spülen werden alle Ventile geschlossen. Über das Ventil 19 sowie die Ventile 4, 5 und 6 und das Unterdruckfördermittel 18 werden die Beutel evakuiert. Möglich ist es auch, über ein nicht dargestelltes Ventil die Probenbeutel 1, 2 und 3 mit einem sauberen Gas, zum Beispiel Stickstoff oder synthetischer Luft, zu füllen und anschließend wieder zu evakuieren (spülen).

Es sollte deutlich sein, daß sich dieses Ausführungsbeispiel lediglich auf einen Anwendungsfall beschränkt. Ventile, Drucksensor und das Unterdruckfördermittel können zum Beispiel auch direkt am Behälter 16 angebracht werden. Die Druckregelung im Behälter ist auch durch konventionelle Druckregler möglich. Das Unterdruckfördermittel 18 kann dann eine konstante Förderleistung haben. Das Spülen der Beutel kann z. B. auch dadurch erfolgen, daß eine Pumpe Gas in den Behälter pumpt und so das Gas aus den Beuteln herausgepreßt wird. Die Form der Beutel ist ebenfalls variierbar. Denkbar sind z. B. auch Zieharmonika-ähnliche Formen. Auch ist die Anzahl der Beutel, der zugeordneten Ventile sowie die Anzahl der Durchflußbegrenzer beliebig. Für die eigentliche Druckregelung und die Spülprozedur können separate Pumpen mit angepaßten Förderleistungen verwandt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten mit
    1. - zumindest einer Probengaszuleitung,
    2. - zumindest einem Probenbeutel,
    3. - zumindest einem Analysator,
    4. - zumindest einem Analysefördermittel,dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbeutel (1, 2, 3) in einem gasdichten und druckfesten Behälter (16) angeordnet ist, der über ein Unterdruckfördermittel (18) evakuierbar ist.
  2. 2. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Behälter (16) durch einen Drucksensor (17) detektierbar ist.
  3. 3. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (16) das Unterdruckfördermittel (18) steuert.
  4. 4. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (17), Ventile (4, 5, 6, 11, 12, 13, 19, 20) und das Unterdruckfördermittel (18) direkt am Behälter (16) angeordnet sind.
  5. 5. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten, wobei zumindest einem Probenbeutel ein Probengasstrom zur Analyse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbeutel (1, 2, 3) während der Analyse mittels eines Unterdruckfördermittels (18) einem konstanten Unterdruck ausgesetzt wird.
  6. 6. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbeutel (1, 2, 3) in einem gasdichten und druckfesten Behälter (16) angeordnet wird.
  7. 7. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdruckfördermittel (18) durch einen Drucksensor (17) angesteuert wird.
  8. 8. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdruckfördermittel (18) konstant fördert, wobei dem Unterdruckfördermittel (18) über einen Druckregler Frischluft zugeführt wird, so daß über eine Verringerung oder Erhöhung des Frischluftanteils die Unterdruckregelung ermöglicht wird.






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