DE4308191A1 - Gas analysis unit reacts - reacts rapidly to pressure changes to compensate and eliminate errors caused by turbulence and convection - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasanalysegerät zum Einführen eines Probengases aus einer Probengasquelle in einen Gasana­ lysator, um das Probengas z. B. quantitativ zu analysieren.

Um eine Analyse, z. B. des Abgases eines Verbrennungsmotors, mit schnellem Ansprechverhalten auszuführen, ist es von gro­ ßer Bedeutung, daß das durch eine Verbrennung im Motor er­ zeugte Abgas direkt in unveränderter Weise in den Gasanaly­ sator eingeführt wird, damit das vor und nach der Verbren­ nung erzeugte Abgas nicht mit dem durch die Verbrennung im Motor erzeugten Abgas vermischt wird. Demgemäß wurde die Gaseinlaßöffnung für eine Zelle des Gasanalysators so dicht die möglich zum Auslaßventil des Motors geführt.

Wenn die Abgaseinführung auf solche Weise erfolgt, steigt, wenn der Druck am Einlaß 10 N/cm² erreicht, wobei der Ein­ laßatmosphärendruck in der Zelle im allgemeinen -4 N/cm² ist, der Zellendruck auf etwa 1 N/cm².

Da eine solche Druckänderung des in die Zelle eingeführten Abgases zu einer großen Schwankung eines angegebenen Wertes führt, wird zum Verringern des Einflusses durch eine solche Druckschwankung ein Druckregler 14, 15 jeweils in die Zweig­ leitung eingesetzt, die ein Gaseinlaßrohr 12 mit einem Motor 11 verbindet, und zwar an der stromaufwärtigen bzw. der stromabwärtigen Seite eines Gasanalysators 13, um den Druck innerhalb der Zelle in erster Linie durch den Druckregler 14 auf der stromaufwärtigen Seite einzustellen und gleichzeitig dem Druckregler 15 auf der stromabwärtigen Seite dann zu be­ tätigen, wenn der Druck innerhalb der Zelle nicht ausrei­ chend reguliert werden kann, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, wodurch die Druckschwankung in der Zelle auf z. B. 3%, bezogen auf die Änderung des Einlaßdrucks, von 0 bis 10 N/cm² verringert wird.

Jedoch traten Schwierigkeiten dahingehend auf, daß sich der Querschnitt des Gaseinlaßrohrs 12 an einem Verzweigungsan­ schlußabschnitt des Druckregulators 14 auf der stromaufwär­ tigen Seite ändert, was das in den Gasanalysator 13 einge­ führte Abgas, ausgehend von laminarem Zustand in turbulenten Zustand versetzt, verbunden mit einem Zurückhalten des Ab­ gases in einem Zweigrohr 16, das zum Druckregler 14 führt, wodurch das vor und nach der Verbrennung erzeugte Abgas mit dem Abgas vermischt wird, das bei der Verbrennung im Motor erzeugt wird. Dadurch können das bei der Verbrennung sowie das davor und danach erzeugte Abgas nicht quantitativ analy­ siert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasanalysege­ rät anzugeben, das sehr schnelles Ansprechverhalten auf­ weist.

Das erfindungsgemäße Gerät ist durch die Lehre von Anspruch 1 gegeben.

Da beim erfindungsgemäßen Gerät die durch eine Druckschwan­ kung innerhalb der Zelle erzeugte Meßänderung elektrisch kompensiert wird und ein Zweigrohr, das zum Zurückhalten und zu Turbulenz des Gases führt, nicht mit dem Gaseinlaßrohr verbunden ist, kann das Probengas laminar in den Gasanalysa­ tor eingeführt werden, und demgemäß kann z. B. sicher ver­ hindert werden, daß das Abgas, das vor und nach einer Ver­ brennung erzeugt wird, und zurückgehaltenes Gas mit Abgas vermischt werden, das bei der Verbrennung im Motor erzeugt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das das Prinzip eines erfindungs­ gemäßen Gasanalysegeräts zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das das Prinzip eines Gasanalyse­ geräts zeigt, das mit einer Kalibriergaseinlaßeinrichtung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel versehen ist; und

Fig. 3 ist ein Diagramm, das das Prinzip eines herkömmlichen Gasanalysegeräts zeigt.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Prinzip eines Gasanalyse­ gerätes zeigt, das z. B. zum Messen von Motorabgas einsetz­ bar ist. In Fig. 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 einen Mo­ tor als Probengasquelle, und ein Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Gasanalysator vom Zellentyp zum quantitativen Analy­ sieren des vom Motor 1 ausgestoßenen Abgases (Probengases) S.

Ein Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Gaseinlaßrohr zum Einfüh­ ren des Abgases S in den Gasanalysator 2. Das Gaseinlaßrohr 3 ist mit einem Venturirohr 4 versehen, so daß es so dicht wie möglich zur Gaseinlaßöffnung des Gasanalysators 2 ge­ führt werden kann.

Die Länge des Gaseinlaßrohrs 3 ist verkürzt, um die Gasein­ laßöffnung des Gasanalysators 2 so dicht wie möglich zum Auslaßventil des Motors 1 zu bringen. Es besteht aus einem geraden Rohr, so daß das vom Motor 1 ausgestoßene Abgas S direkt in laminarer Weise in den Gasanalysator 2 eingeführt werden kann, ohne daß das bei einer Verbrennung erzeugte Ab­ gas mit dem Abgas vermischt wird, das vor und nach der Ver­ brennung erzeugt wird.

Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Zellendruckregulierer, der mit einem Kanal auf der Ausgangsseite des Gasanalysators 2 verbunden ist. Ein Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Pro­ ben-Saugpumpe, ein Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Sensor zum Erfassen einer Druckänderung innerhalb einer Zelle des Gasanalysators 2, und ein Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Kompensiereinrichtung zum Kompensieren einer angezeigten Druckänderung innerhalb der Zelle auf Grundlage des mit Hil­ fe des Sensors 7 überwachten Drucks.

Beim oben beschriebenen Aufbau ist nicht nur das Gaseinlaß­ rohr 3 als gerades Rohr ausgebildet, sondern es ist auch nicht mit einem Zweigstück eines Druckreglers versehen, das zum Zurückhalten und zu Turbulenz von Gas führen würde, so daß nicht nur kein zurückgehaltenes Gas mit dem durch das Gaseinlaßrohr 3 strömenden Abgas S vermischt wird, sondern daß auch Turbulenzen des Abgases S im Gaseinlaßrohr 3 ver­ mieden werden. Demgemäß kann verhindert werden, daß vor und nach einer Verbrennung erzeugtes Abgas mit solchem vermischt wird, das während der Verbrennung im Motor erzeugt wurde. Vielmehr kann das Abgas S direkt laminar in den Gasanalysa­ tor 2 eingeleitet werden.

Beim Einleiten des Abgases S in den Gasanalysator 2 ohne Einstellen des Drucks ändert sich der Druck an der Proben­ einlaßöffnung um etwa 0 bis 10 N/cm², abhängig vom Ausstoß des Motors 1, und im Ergebnis wird die Saugrate für Abgas S durch die Proben-Saugpumpe 6 erhöht. Wenn der Zellendruck bei z. B. -4 N/cm², ausgehend vom üblichen Wert 5 N/cm² an­ kommt, wird die Anzeige auf dem Gasanalysator 2 durch diese Druckänderung um etwa 20% erhöht, jedoch wird die Druckän­ derung hierbei durch den Sensor 7 überwacht, und die ange­ zeigte Änderung wird durch die Kompensiereinrichtung 8 auf Grundlage des überwachten Drucks kompensiert, wodurch das bei der Verbrennung des Motors erzeugte Abgas und das davor und danach erzeugte Abgas quantitativ mit schnellem An­ sprechverhalten analysiert werden können, da der Druckein­ fluß verringert wird.

Fig. 2 zeigt ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das sich dazu eignet, ein Kalibriergas A in den Gasanalysa­ tor 2 des Gasanalysegerätes einzuführen. In Fig. 2 bezeich­ net ein Bezugszeichen 20 eine Versorgungsleitung für das Ka­ libriergas A. Eine Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A ist am Außenumfangsabschnitt des Gaseinlaßrohrs 3 angeord­ net, um zusammen mit dem Gaseinlaßrohr 3 ein Doppelrohr zu bilden, während eine Verbindungsleitung 24 für das Kali­ briergas A, bestehend aus einer Nullgas-Versorgungsleitung 22 und einer Meßspannengas-Versorgungsleitung 23, die je­ weils mit einem Magnetventil 21 versehen sind, mit einer Ka­ libriergas-Einlaßöffnung (c) der Versorgungsleitung 9 ver­ bunden ist, und eine Kalibriergas-Auslaßöffnung (a) der Ver­ sorgungsleitung 9 über eine Abgas-Einlaßöffnung (b) des Gas­ einlaßrohrs 3 vorspringt, so daß das Kalibriergas A über die Abgas-Einlaßöffnung (b) in den Gasanalysator 2 eingeleitet werden kann, die relativ tiefer als die Kalibriergas-Auslaß­ öffnung (a) angeordnet ist.

Darüber hinaus sind dieselben Teile, wie sie in Fig. 1 dar­ gestellt sind, durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet; ihre Beschreibung wird nicht mehr wieder­ holt.

Bei einer solchen Weise der Kalibriergaseinführung ist die Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A nicht in der Mitte des Gaseinlaßrohrs 3 angeschlossen, so daß das Kali­ briergas A auf andere Weise als beim herkömmlichen Gasanaly­ segerät in die Abgas-Einlaßöffnung (b) des Gaseinlaßrohrs 3 eingeführt werden kann, so daß nicht nur verhindert werden kann, daß Kalibriergas A im Gaseinlaßrohr 3 zurückgehalten wird, sondern daß auch Turbulenzen des Abgases S verhindert werden können und demgemäß eine quantitative Analyse des Ab­ gases S geeignet erzielt werden kann.

Ferner ist die Abgas-Einlaßöffnung (b) in die Tiefe der Ka­ libriergas-Auslaßöffnung (a) hinein versetzt, so daß beim Prozeß des Einleitens von Kalibriergas der Umfang der Abgas- Einlaßöffnung (b) des Gaseinlaßrohrs 3 durch das Kalibrier­ gas A abgeschirmt wird und nur das Kalibriergas A ohne Abgas S zugeführt werden kann.

Das eben Gesagte gilt dann, wenn ein Abgaseinlaßrohr 3 mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 3 mm dazu verwendet wird, das Abgas mit einer Fließge­ schwindigkeit von 5 l/min in den Gasanalysator 2 einzulei­ ten, während eine Versorgungsleitung 9 für das Kalibriergas A mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einem Außendurch­ messer von 6 mm verwendet wird, wobei die Abgas-Einlaßöff­ nung (b) in einer Tiefe von etwa 10 mm relativ zur Kali­ briergas-Auslaßöffnung (a) angeordnet ist. Das Kalibriergas strömt dabei mit einer Fließrate von 7 l/min zu.

Wie oben beschrieben, wird beim erfindungsgemäßen Gasanaly­ segerät ein Verfahren verwendet, bei dem druckabhängige Meß­ wertänderungen auf Grundlage der erfaßten Druckänderung in­ nerhalb der Meßzelle kompensiert werden, anstatt daß die herkömmlichen Druckeinstelleinrichtungen verwendet werden.

Es sind keine Zweigleitungen mit dem Probengas-Einlaßrohr verbunden, die zu Zurückhalten und zu Turbulenz des Proben­ gases führen würden. Das Probengas wird laminar in den Gas­ analysator eingeleitet, wodurch beim Ausführungsbeispiel Abgas, das durch die Verbrennung im Motor erzeugt wird, und Abgas, das davor und danach erzeugt wird, mit hohem An­ sprechverhalten quantitativ unter der Bedingung analysiert werden können, daß der Druckeinfluß verringert wird.

Claims (3)

1. Gasanalysegerät, bei dem ein Probengas in einen Gasana­ lysator vom Zellentyp von einer Probengasquelle aus über ein Gaseinlaßrohr (3) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Gaseinlaßrohr keine Zweigleitung aufweist;
• - ein Sensor (7) vorhanden ist, der Druckänderungen inner­ halb einer Zelle des Gasanalysators erfaßt; und
• - eine Kompensationseinrichtung (8) vorhanden ist, die eine Änderung des Meßwerts kompensiert, wie sie von einer Schwan­ kung des Drucks innerhalb der Zelle verursacht wird, wobei die Kompensation auf Grundlage des vom Sensor überwachten Drucks erfolgt.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kali­ briergasleitung (9), deren Auslaßöffnung (a) nahe bei der Einlaßöffnung (b) des Gaseinführrohrs (3) angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (b) des Gaseinlaßrohrs (3) innerhalb der Kali­ briergasleitung (9) angeordnet ist.