DE734948C - Verfahren zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhaeltnisses an Otto- oder Dieselmotoren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an Otto- oder Dieselmotoren Für die Übersendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an Otto- oder Dieselmotoren sind Geräte bekannt, bei denen die Anzeige durch die Messung des Widerstandes einer in einem Abgasteilstrom liegenden beheizten Spirale bewirkt wird, die einen mit der Zusammensetzung der Abgase veränderlichen Widerstand besitzt.
• Die Wärmeleitfähigkeit der Abgase wird bei Betrieb des Motors mit Luftunterschuß durch die Gehalte an Kohlen,dioxyd und Wasserstoff, bei Betrieb des Motors mit Luftüberschuß allein durch den Gehalt an Kohlendioxyd bestimmt. Da bei vollkommener Verbrennung im Motor der Kohlendioxydgehalt der Abgase für das theoretisch richtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Höchstwert und damit die Wärmeleitfähigkeit einen Tiefstwert erreicht, hat sowohl ein Arbeiten mit Luftüberschuß als auch ein Arbeiten mit Luftunterschuß ein Anwachsen der Wärmeleitfähigkeit zur Folge.
• Diese bekannten Verhältnisse sind aus den Fig. I und 2 der Zeichnung zu ersehen. Auf der Ordinate sind in Fig. I die Anteile der verschiedenen Gase im Abgas und in Fig. 2 die resultierende Wärmeleitfähigkeit aufgetragen, während in beiden Figuren auf der Abszisse die zugeführte Luft angegeben ist.
• Aus Fig. 2 geht deutlich hervor, daß die Anzeige der obenerwähnten Meßgeräte doppeldeutig sein muß.
• Hier schafft nun die Erfindung Abhilfe, die sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an Otto- oder Dieselmotoren bei Luftunter- bzw. Luftüberchuß bezieht und hierzu in bekannter Weise die Ermittlullb der Wärmeleitfähigkeit der Abgase mit Hilfe elektrischer Widerstandsmessung benutzt. Gemäß der Erfindung werden zur eindeutigen Bestimmung, ob der Motor bei Luftunter- oder Luftüberschuß arbeitet, die Wärmeleitfähigkeiten der Abgase sowohl unmittelbar als auch nach Beseitigung des in den Abgasen enthaltenen Kohlendioxydes gegenüber einem Bezugsgas, orzugsiveise Luft, gemessen und die erhaltenen Meßwerte getrennt angezeigt. Die beiden Messungen werden vorzugsweise in zwei ei ls trömen des Abgases durchgeführt.
• I)ie Beseitigung des Kohlendioxyds erfolgt beispielsweise dadurch, daß der eine der Teilströme vor dem Eintritt in den Wärmeleitfähigkeitsmesser durch eine Kohlendioxyd absorbierende Vorlage geleitet wird.
• An sich sind Verfahren zur Gasanalyse nach der Wärmeleitfähigkeitsmethode bekannt, bei dellen sowohl das unveränderte Gas als auch das durch Absorption veränderte Gas einer Messung unterworfen werden. So ist eine Apparatur angegeben worden, bei der die Bestimmung des Anteiles eines Gases an einem Gasgemisch durch Differenzmessung erfolgt, und zwar mit Hilfe zweier heheizter Drähte, die in benachbarten Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke liegen, von denen der eine dem Einfluß des veränderten Gases ausgesetzt ist. Die Anzeige des in einer Brückendiagonale liegenden Meßwerkes ist dann ein Maß für den gesuchten Gasanteil.
• Ein anderes Gerät für die Analyse von Rauchgasen gestattet die Bestimmung der Prozentsätze des Gemisches an Kohlendioxid, an unverbrannten Gasen und an Kohlendioxyd unverbrannten Gasen. Dies wird beispielsweise durch eine Anordnung erreicht, die vier beheizter Drähte aufweist, von denen zwei in den benachbarten Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke und die beiden uderen in benachbarten Zweigen einer weiteren Wheatstoneschen Brücke liegen. Jede Brücke speist ein Meßwerk. Steht nun der eine beheizte Draht jeder Brücke unter dem Einfluß eines Vergleichsgases, der andere beheizte Draht der einen Brücke unter dem Einfluß eines durch Verbrennung in einem Oxydationsofen von unverbrannten Bestandteilen befreiten Gases. der andere beheizte Draht der anderen Brücke unter dem Einfluß des durch eine Kohlenoxyd absorbierende Vorlage geleiteten und anschließend durch Verbrennen in einem Oxydationsofen von unverbrannten Bestandteilen befreiten Gases. so ist der Ausschlag des Meßwerkes der einen Brücke ein Maß für den Prozentsatz des Kohlenoxyd unverbrannten Gases. wo hingegen der Ausschlag des Meßwerkes der anderen Brücke ein daß für den n J @rozentsatz an unverbrannten Gasen ist. Die Differenz ergibt den dritten gesuchten Wert, den Kohlendioxydgehalt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch eine andere Aufgabe zugrunde als die, die zu den obenerwähnten Einrichtungen geführt hat, und dementsprechend sind auch die Lösungsmittel abweichend. Handelt es sich bei den bekannten Geräten darum, die Analyse eines Gasgemisches durchzuführen, so ist hicr lediglich die Anzeige erforderlich, ob und in welchem Maße der Motor mit Gasunter- oder -überschuß arbeitet. Dies läßt sich nun bei der Überwachung der Abgase von Motoren, bei denen die Gesamtwärmeleitfähigkeit des Abgases ein Aíali für die Güte der Verbrennung sein soll, in wesentlich einfacherer Weise als bei der bekannten Einrichtung, nämlich ohne die zusätzliche Verwendung von Verbrennungseinrichtungen, durch den neuen Vorschlag erreichen, ohne daß, wie bei gewissen Geräten, wie oben zum Stande der Technik ausgeführt wurde. die Anzeige doppeldeutig ist.
• Daß die Doppeldeutigkeit durch die Erfindung ausgeschaltet wird, ergibt sich aus folgender Überlegung: Aus Fig. i ist zu ersehen, daß bei den; theoretisch richtigen Verhältnis von Eraftstoff zu Luft, das im mit I bezeichneten Punkt vorliegen soll, das Abgas nur Kohlendioxyd enthält. Bei Luftunterschuß sind im Abgas außerdem Kohlenoxyd und Wasserstoff und bei Luftüberschuß Sauerstoff enthalten. Entsprechend diesen Anteilen ist selbstverständlich der Gehalt an Kohlendioxyd geringer als im Maximum. Arbeitet nun der Motor bei dem richtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, also im Punkt I, SO wird das eine Meßgerät, das die Wärmeleitfähigkeit des Gases nach der Absorption mißt. keinen Ausschlag geben. Steigt jetzt die Zutuht von Luft, arbeitet der Motor also im Gebiet des Laftuüberschusses, rechts von Punkt I in den Figuren, so wird das erstgenannte Anzeigegerät auch weiterhin keinen Ausschlag zeigen. Dagegen wird der Ausschlag des Gerotes, das die Wärmeleitfähigkeit des Gases ohne Absorption mißt, sich ändern, da ja der Gehalt an Kohlendioxyd, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, abnimmt. Dies ist dann eben ein Kennzeichen dafür, daß der Alotor - zu'-iel Luft erhält. Arbeitet der Motor mit zu geringe r Luft, so zeigt auch das erstgenannte Gerät einen Ausschlag, da jetzt im Gas NVasserstoft vorhanden ist, dessen Wärmeleitfähigkeit sehr gut ist. Gleichzeitig wird sich damit natürlich auch der Ausschlag des zweiten Gerätes ändern. Der Vergleich beider Instrumente gibt also die Möglichkeit, eindeutig festzustellen, ob der WIotor richtig arbeitet oder ob er Luftunter- bzw. Luftüberschuß aufweist.
• Hier sei erwähnt, daß dieses erfindungsgemäße Verfahren im übrigen nicht auf Abgase beliebiger Herkunft angewendet werden kann, da es nicht gleichgültig ist, ob das zu analysierende Gas einer Feuerung, einem Motor oder einer anderen Quelle entstammt.
• So ist eine derartige Überwachung z. B. bei Kesselfenerung nicht möglich-, da bei den dort entstehenden Abgasen bei Luftunterschuß meist nur Kohlenoxyd enthalten ist, das vom NVärmeleitfähigkeitsmesser nicht angezeigt wird, und nicht Wasserstoff. Bei Benzinmotoren dagegen enthält das Abgas bei Luftunterschuß sowohl Kohlenoxyd als auch Wasserstoff, wodurch diese vorgeschlagene Art der Messung ermöglicht wird. Wichtig ist dabei ferner, daß hier das Verhältnis von Kohlenoxyd zu Wasserstoff praktisch konstant bleibt im Gegensatz zu anderen Feuerungen, sofern bei deisen überhaupt Wasserstoff auftritt.
• Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte vorteilhaft die in den beiden Abgasteilströmen liegenden Meßkammern zu einem baulichen Ganzen vereinigt werden. Ebenso können die beiden die Wärmeleitfähigkeit erfassenden Anzeigegeräte zusammengebaut sein. Eine besonders zweckmäßige Anordnung dieser Art ist so ausgestaltet, daß das vom zweiten Abgasteilstrom gesteuerte Instrument eine bewegliche Skala trägt, die dem Zeiger des vom ersten Teilstrom gesteuerten Anzeigegerätes nachgeführt wird. Solange eine zweite feststehende Skala sichtbar bleibt, werden Mischungsverhältnisse bei Kraftstoffüberschuß angezeigt. Bei Luftüberschuß bleibt die bewegliche Skala, die eine andere Teilung in den Einheiten der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse trägt, in Ruhe. Da die Anzeige des vom ersten Abgasstrom gesteuerten Galvanometerzeigers mit Erreichung des theoretischen AIischungsverhältnisses umkehrt, werden nun auf der beweglichen, jedoch stillstehenden Skala die Luft-Eraftstoff-Verllältnisse bei Luftüberschuß angezeigt.
• Da die Unterschiede in den Wärmeleitfähigkeiten bei Luftunterschuß bei Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wegen des anfallenden Wasserstoffes unverhältnismäßig größer sind als bei Luftüberschuß, ist es zweckmäßig, mit Hilfe des Meßstromes der zweiten Meßeinrichtung eine Änderung der Empfindlichkeit der Anzeige herbeizuführen. Diese Vergrößerung der Anzeigeempfindlichkeit im Gebiete der Luftüberschüsse kann beispielsweise durch Nachführen eines Zusatzmagneten bewirkt werden, der das Feld des im ersten Meßkreis liegenden Instrumentes verstärkt. - Auch ist es möglich,- bei Verwendung von Lichtmarkengerä-ten die Meßempfindlichkeit für Messungen bei Luftüberschüssen durch einen vom zweiten Meßkreis gesteuerten Spiegel zu erhöhen. Schließlich kann man, sobald das zweite Gerät die der Luft entsprechende Wärmeleitfähigkeit ergibt, einen Widerstand im Diagonalzweig der Brückenanordnung unter Benutzung von Kontakt- und Relaisanordnungen umschalten.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung gibt nun auch die Möglichkeit, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Wert einzuregeln, und zwar mittels eines Gemischreglers, der in Abhängigkeit von den in den beiden Abgasteilströmen erfaßten Wärmeleitfähigkeiten gesteuert wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Meßströme stets eindeutig entweder einen Luftuberschuß oder einen Luftunterschuß angeben, erfolgt auch eine eindeutige Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
• Da für einen Gemischregler oftmals Verstellkräfte benötigt werden, die durch die Meßströme der Wärmeleitfähigkeits-Widerstandsmeßanordnungen nicht geliefert werden können, ist die Verwendung eines Röhrenverstärkers zweckmäßig. In diesem Falle kann der Meßstrom des zweiten Meßkreises dazu benutzt werden, um eine variable Gittervorspannung zu liefern. Hierdurch wird die gewünschte Empfindlichkeit der Steueranordnung infolge der Änderungen der proportionalen Steigerung des Anodenstromes gegenüber konstanten Spannungsänderungen, die am Gitter infolge der Beeinflussung durch den erste Meßkreis erhalten werden, erhalten.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Bestimmung des Luft-I:raftstoff-Verhältnisses an Otto- oder Dieselmotoren durch Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit der Abgase mit Hilfe elektrischer Widerstandsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß zur eindeutigen Bestimmung, ob der Motor bei Luft unter- oder Luftüberschuß arbeitet, die Wärmeleitfähigkeit der Abgase sowohl unmittelbar als auch nach Beseitigung des in den Abgasen enthaltenen Sohlendioxydes gegenüber einem Bezugsgas. vorzugsweise Luft, gemessen wird und die erhaltenen Meßwerte getrennt angezeigt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß im Gebiet des Luftüberschusses die Empfindlichkeit der Anzeige mit Hilfe des Meßstromes der einen Wärmeleitfähigkeitsmeßeinrichtung gesteigert wird.
3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Wärmeleitfähigkeiten erfassenden Anzeigegeräte zusammengebaut sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Anzeigegerät eine bewegliche Skala trägt, die dem Zeiger des ersten Anzeigegerätes nachgeführt wird. j.
5. Die Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2 undloder der Anordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4 zur Regelung des Luft-hraftstoff-Nerllältnisses auf einen vorbestimmten Wert in der Weise, daß in Abhängigkeit von den erfaßten Wärmeleitfähigkeiten ein Gemischregler für Luft und Kraftstoff gesteuert wird.
6. 6. Regelungsverfahren nach Anspruch 5 unter Verwendung eines zwischen Wärmeleitfähigkeitsmeßeinrichtung und Gemischregler geschalteten Röhrenverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittervorspannung des Röhrenverstärkers durch den Meßstrom der zweiten Wärmeleitfähigkeitsmeßeinrichtung gesteuert wird, während der Gitterstrom durch den Meßstrom der ersten ÄVärmeleitfähigkeitsmeßeinrichtung bestimmt wird.