DE3837232A1 - Entnahmesystem fuer abgasproben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen, genauer gesagt eine Vorrichtung zum Messen des Schadstoffgehaltes der Abgasemissionen unter Verwendung eines im Unterschall­ bereich und eines im Schallbereich arbeitenden Venturi- Meßsystems und einer Einrichtung zum Einführen von sau­ berer trockner Luft, um durch Kondensation entstehende Fehler minimal zu halten.

Nach den jetzigen Bundesgesetzen der USA dürfen die Abgas­ emissionen von Motorfahrzeugen bestimmte Werte von be­ stimmten Schadstoffen nicht überschreiten (s. hierzu Ab­ schnitt 1.201, Kapitel XII, Titel 45 Code of Federal Regulations, veröffentlicht im Federal Register, Band 36, Nr. 128, Freitag, 2. Juli 1971, Seiten 12652 und folgende. S. hierzu auch die US-PS 36 99 814).

Aufgrund des Vorhandenseins von derartigen Gesetzen ist es erforderlich, die Abgasemissionen von Fahrzeugmotoren zu testen und zu analysieren, um den darin enthaltenen Schad­ stoffanteil zu bestimmen. In der Entwicklung von Einrichtun­ gen, die auf diesem Gebiet der Abgasprobeentnahme verwendet werden können, ist viel Zeit und Mühe investiert worden. Es ist nunmehr bekannt, Abgase von einer Brennkraftmaschine mit einem genau gemessenen Durchsatz durch eine Testvorrichtung zu führen, um die entsprechenden relativen Schadstoffmengen zu bestimmen und zu analysieren. Das generelle Schema einer derartigen Untersuchung besteht darin, eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Venturieinrichtung mit kritischer Strömung, einzusetzen, um einen konstanten Massenstrom eines verdünnten Probengases durch die Vorrichtung aufrechtzuer­ halten. Das verdünnte Probengas setzt sich aus dem Abgas des Fahrzeuges und zur Verdünnung verwendeter Luft zusammen. Durch die Zuführung von Verdünnungsluft wird die Probe ab­ gekühlt und der relative Feuchtigkeitsgehalt herabgesetzt, um eine Kondensation in den Speichereinheiten für die Pro­ ben zu verhindern und dadurch die Handhabung der Proben zu erleichtern. Die verdünnte Probe wird dann auf verschiedene Probenspeichereinheiten zur Durchführung einer nachfolgenden chemischen Analyse verteilt. Aufgrund des sich ändernden Durchsatzes des Fahrzeugabgases während der vorgeschriebenen Antriebszyklen ändert sich auch die Menge an Verdünnungsluft (ein höherer Abgasdurchsatz benötigt weniger Luft zum Ver­ dünnen und umgekehrt) aufgrund der Konstantmassenströmungs­ einrichtung in der Vorrichtung. Um die Tests allgemein gül­ tig zu machen, sind die einzelnen Antriebszyklen genau de­ finiert.

Ein System, das diese allgemeinen Anforderungen erfüllt, ist in dem vorstehend genannten Teil des Bundesregisters be­ schrieben. Dieses System besitzt jedoch eine Reihe von Problemen und Nachteilen, die in der US-PS 36 99 814 er­ läutert sind. In dieser Veröffentlichung ist ein Abgas­ probennehmer erläutert, bei dem die problematische Pumpe mit konstanter Verdrängung des Standes der Technik durch eine Venturi-Einrichtung mit kritischer Strömung zum Messen der verdünnten Abgasemissionen mit einem konstanten Volumenstrom ersetzt ist.

Ein mit dem Absenken der Probentemperatur verbundenes Problem besteht darin, daß die kühlere Probe nicht Wasserdampf mit sich führen kann wie die erhitzte Probe, was dazu führt, daß ein Teil des Wasserdampfes in der Vor­ richtung zur Probennahme kondensiert. Diese Kondensation be­ einflußt direkt den volumetrischen Strom durch die Vor­ richtung zur Probennahme, wobei ein entsprechender Verlust an Genauigkeit auftritt. Die herkömmliche Methode zum Lösen dieses Problems besteht darin, erhitzte Probenleitungen zu verwenden, um eine Kondensation zu verhindern. Erhitzte Pro­ benleitungen sind jedoch schwierig zu unterhalten und machen das System zur Probennahme wesentlich komplexer.

Zusätzlich zum Feuchtigkeitsproblem und zur Realzeit (Mo­ dal)- Untersuchung besteht das Problem, die Systemgenauig­ keit im Zuführsystem für die Luft zum Verdünnen aufrecht­ zuhalten. Wie vorstehend erläutert, muß die Zuführung von Verdünnungsluft genau durchgeführt werden, wobei der Vorgang zur Durchführung des Abgasemissionstests am Motor den Be­ trieb des Motors nicht in signifikanter Weise beeinflussen darf, da anderenfalls die Testergebnisse nicht genau wären. Beispielsweise darf die Abgastestvorrichtung keinen uner­ wünschten Rückdruck oder Saugdruck am Abgassystem des Motors verursachen, da sonst der Motor nicht so arbeitet, wie er unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten würde. Herkömm­ lich ausgebildete Abgasanalysatoren weisen diesbezüglich Probleme auf, da herkömmlich ausgebildete Strömungsmesser, die bei derartigen Analysatoren Verwendung finden, hohe Drücke erfordern, um im genauesten Bereich zu arbeiten. Die Notwendigkeit zur Verwendung von herkömmlichen Strömungs­ messern in einer Umgebung mit vergleichsweise hohen Drücken hat Probleme in bezug auf die Verknüpfung der Hochdruckum­ gebung der Meßeinrichtung mit dem Abgassystem des Motors aufgeworfen.

Bei einigen Methoden des Standes der Technik finden auch Indikatorverfahren (Kohlendioxyd oder andere nicht reagie­ rende Gase) Anwendung, bei denen zwei unabhängige Analysato­ ren verwendet werden. Solche Methoden werden jedoch nicht als voll befriedigend angesehen. Desweiteren beruhen be­ stimmte Methoden des Standes der Technik auf bestimmten Annahmen, die jedoch für die Praxis nicht zutreffen, d.h. auf der Tatsache, daß durch die Analysatoren keine Eich­ fehler eingeführt werden und daß im System keine Lecks vorhanden sind. Es hat bislang keine wirksame Methode ge­ geben, um sicherzustellen, daß diese Fehler und Lecks nicht im Testsystem auftreten.

Erfindungsgemäß werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Eichen einer Vorrichtung zum Messen des Abgasmassen­ stromes einer Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasleitung versehen ist, zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung be­ sitzt eine Testleitung mit einem Abgaseinlaß, der mit der Abgasleitung gekoppelt ist. Ein Unterschall-Venturi ist mit der Testleitung verbunden und ermöglicht den Durchgang eines Strömungsmittels. Entsprechende Meßumformer sind mit dem Unterschall-Venturi gekoppelt und stellen Signale zur Verfü­ gung. Ein Schall-Venturi ist mit der Testleitung verbunden und ermöglicht den Durchgang eines Strömungsmittels. Meßum­ former sind mit dem Schall-Venturi gekoppelt und erzeugen Signale. Ein Computer zur Auswertung der Signale steht mit den Meßumformern in Verbindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Verkappen des Abgaseinlasses der Testleitung; Strömenlassen einer bestimmten Strömungsmittelmenge durch den Unterschall-Venturi, durch die Testleitung und durch den Schall-Venturi; Messen des Durchflusses durch den Schall- Venturi zur Erzeugung eines ersten Signales; Messen des Durchflusses durch den Unterschall-Venturi zur Erzeugung eines zweiten Signales; Vergleich des ersten und zweiten Signales, um einen Fehler zu ermitteln; und Einstellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und dadurch die Vorrichtung geeicht wird.

Desweiteren werden erfindungsgemäß eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entnahme einer Proportionalprobe an Abgas von einer Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Ein Ent­ nahmeelement ist mit der Brennkraftmaschine gekoppelt, um eine begrenzte Bahn für die Probe vorzusehen. Ein Mechanis­ mus steht mit dem Entnahmeelement in Verbindung, um saubere trockene Luft in das Entnahmeelement einzuführen. Ein Meß­ mechanismus ist mit dem ersten Mechanismus gekoppelt und führt reine trockene Luft in das Entnahmeelement. Der Meß­ mechanismus erzeugt ein erstes Signal. Ein zweiter Meß­ mechanismus erzeugt ein zweites Signal. Ein Computer ist mit beiden Mechanismen gekoppelt und wertet die erzeugten Sig­ nale aus. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Entnehmen einer Abgasprobe von der Brennkraftmaschine; Leiten der Probe in das Entnahmeelement; Mischen der Probe mit einer Menge an reiner trockener Luft; Messen der Menge an reiner trockener Luft mit der Abgasprobe, um ein erstes Signal zu erzeugen; Messen der Menge der vermischten reinen trockenen Luft und der Abgasprobe, um ein zweites Signal zu erzeugen; Bestimmen des Verhältnisses zwischen der reinen trockenen Luft und der Abgasprobe; Vergleichen des Verhält­ nisses aus dem ersten und zweiten Signal mit einem vorge­ gebenen Verhältnis, um einen Fehler zu bestinmen; und Ein­ stellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und dadurch eine Proportionalprobe an Abgas erzeugt wird.

Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es eine Ein­ richtung zum Messen von verdünnten unbehandelten Proben auf Realzeitbasis unter Verwendung von Analysatoren in den gleichen Bereichen wie bei einer mit Beuteln durchgeführten Analyse vorsieht. Der Vorteil besteht in einer Kostenein­ sparung für diverse Analysatoren (oder möglicherweise eines vollständigen/getrennten Systems) für die unbehandelten Pro­ ben.

Es ist möglich, die Notwendigkeit einer Probennahme mit Hilfe von Beuteln (Probenspeichereinheiten) vollständig zu beseitigen, indem man die Ablesungen der Realzeit-Gasana­ lysatoren über die erforderlichen EPA-Antriebszyklen inte­ griert, was wiederum zu Kosteneinsparungen für das erfor­ derliche Probenentnahmesystem mit Hilfe von Beuteln beim Kunden führt. Eine Korrelation zu dem herkömmlichen Proben­ nahmesystem mit Hilfe von Beuteln ist jedoch erforderlich, wenn die Testergebnisse den EPA-Erfordernissen genügen sollen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Probennahmensystems für unbehandeltes Abgas gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein mehr ins Einzelne gehendes schema­ tisches Ablaufdiagramm der Erfindung bei einem Probennahmesystem für unbehan­ deltes Abgas;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines er­ findungsgemäß ausgebildeten Probennahme­ systemes für verdünntes Abgas; und

Fig. 4 ein mehr ins Einzelne gehendes schema­ tisches Ablaufdiagramm der Erfindung bei einem Probennahmesystem für verdünntes Abgas.

In Fig. 1 ist ein System zum Messen des proportionalen An­ teils einer bestimmten Quelle dargestellt und mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Mit dem System in Verbindung steht eine Brennkraftmaschine 12, deren unbehandeltes Abgas in eine Abgasleitung 14 eingeführt wird. Bei einem Benzin­ motor kann die Abgasleitung 14 auch einen Katalysator 16 und desweiteren ein Abgasrohr oder Endrohr 28 umfassen. Ein Pro­ bennahmeelement 18 ist angeschlossen, um in der Nähe des Auslaßpunktes 20 der Brennkraftmaschine 12 entweder auf­ stromseitig (18) oder abstromseitig (18 a) des Katalysators 16 Proben zu nehmen. Ein Verdünnungsmechanismus 22 zum Hin­ zufügen von reiner trockener Luft zur Probe steht mit dem Entnahmeelement 18 in Verbindung. Der Verdünnungsmechanis­ mus 22 führt reine trockene Verdünnungsluft an einem Punkt zu, der sich nahe an dem Punkt befindet, an dem der Ent­ nahmemechanismus 18 die entsprechende Probe entnimmt. Durch die frühe Zuführung von trockener Verdünnungsluft werden Kondensationsprobleme auf ein Minimum gebracht, und es müssen keine erhitzten Probeleitungen verwendet werden. Ein Proportionalprobennahmemechanismus 26 mit einem wahlweise angeordneten Probeuntersuchungsbeutel 60 steht mit dem Ver­ dünnungsmechanismus 22 in Verbindung, um die Probe zu sam­ meln, oder steht direkt mit Analysatoren für eine Realzeit- Modalanalyse in Verbindung.

Das System 10 besitzt desweiteren eine Testleitung 30, die am Ende des Endrohres 28 befestigt ist. Die Testleitung 30 bildet ein T-Stück mit zwei Schenkeln 32 und 34. Verdün­ nungsluft wird über ein Filtrationssystem 37 in den Schen­ kel 32 eingeführt. Ein Mechanismus 36 zum Messen des Durch­ satzes der eingeführten Verdünnungsluft ist mit dem Schen­ kel 32 der Testleitung 30 gekoppelt. Der Mechanismus 36 besitzt einen Unterschall-Venturi 74. Er ist desweiteren über eine Leitung 23 mit dem Verdünnungsmechanismus 22 ge­ koppelt, der hiernach erläutert wird.

Ein Mechanismus 38 zum Messen des Durchsatzes des gesamten Abgasstromes und der eingeführten Verdünnungsluft ist mit dem Schenkel 34 der Testleitung 30 gekoppelt. Der Mechanis­ mus 38 umfaßt einen Schall-Venturi 84. Ein Gebläse 31 ist mit der Testleitung 30 verbunden, um das System mit Unter­ druck zu beaufschlagen und den Gasstrom durch die Testlei­ tung 30 zu drücken sowie mit Hilfe des Schall-Venturi 84 einen konstanten Massenstromdurchsatz zu erzeugen. Da der Unterschall-Venturi 74 genau arbeitet, ohne einen großen Druckabfall erforderlich zu machen, kann der von einem Ge­ bläse 31 am Systemeinlaß 30 oder am Ende des Endrohres 28 erzeugte Unterdruck ziemlich gering sein. Somit wird die im Test befindliche Brennkraftmaschine durch den Einbau dieses Testsystems nur sehr wenig beeinflußt. Der Verdünnungs­ mechanismus 22, der Proportionalprobennahmemechanismus 26, der Meßmechanismus 36 und der Massenstrommechanismus 38 sind über Druck- und Temperaturmeßumformer 76, 78, 80, 86 und 88 sowie über elektrisch betätigte Solenoidventile und Durch­ flußmesser (die nur in Fig. 2 gezeigt sind) mit einem Computer 40 verbunden.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Schema der Erfindung darge­ stellt. Das Entnahmeelement 18 (18 a) ist in der Nähe der Auslaßöffnung 20 der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Teil des Abgases, der an diesem Punkt entnonmen wird, besitzt normalerweise eine Temperatur von 500-700°F (260- 370°C) und einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20%.

Der mit 22 bezeichnete Verdünnungsmechanismus besitzt Ele­ mente, die mit einer Leitung 42 aufstromseitig der Verbin­ dung mit dem Entnahmeelement 18 gekoppelt sind, sowie Ele­ mente, die mit einer Leitung 44 abstromseitig von der Ver­ bindung mit dem Entnahmeelement 18 verbunden sind.

Der Mechanismus 22 besitzt eine Pumpe 46, um reine trockne Luft durch das Filtrationssystem 37 über die Leitung 23 in das System einzuführen. Ferner besitzt der Mechanismus 22 einen Durchflußmesser 48 zum Messen der Menge an trockner Luft, die in das System eingeführt wird. Der Durchflußmes­ ser 48 ist dem Computer 40 zugeordnet und gibt Signale an diesen ab. Desweiteren umfaßt der Mechanismus ein Durch­ flußsteuersystem 50 zum Steuern des Durchflusses in der Lei­ tung 42. Auch das Durchflußsteuersystem 50 ist dem Computer 40 zugeordnet und wird von diesem gesteuert.

Von der Pumpe 46 wird trockne Luft in die Leitung 42 einge­ führt. Die trockne Luft bewegt sich entlang der Leitung 42, bis sie das Element 18 erreicht und sich mit einem Teil des vom Element 18 entnommenen Verbrennungsgases mischt. Dieser Teil des Abgases liegt in einem Temperaturbereich von 500- 700°F (260-370°C) und besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20%. Wenn sich die trockne Luft mit dem ent­ sprechenden Teil des Abgases vermischt wird die Temperatur beträchtlich abgesenkt, so daß ein Wärmetauscher oder eine Kühlvorrichtung entfallen kann, und der Feuchtigkeitsgehalt wird auf etwa 5% reduziert. Mit diesem beträchtlich abge­ senkten Feuchtigkeitsgehalt werden Kondensationsprobleme vermieden.

Der Proportionalprobennahmemechanismus 26 entnimmt trockne Luft und Abgas für Analysezwecke in einem vorgegebenen Ver­ hältnis und besitzt eine Pumpe, um das verdünnte Gas durch die Leitung 44 zu führen. Der Begriff "verdünntes Gas" be­ deutet eine Kombination aus trockner Luft und dem entnom­ menen Teil des Abgases. Auch der Proportionalprobennahme­ mechanismus 26 besitzt einen Durchflußmesser 54 und ein Steuerventil 56, die beide entlang der Leitung 44 zum Mes­ sen und Steuern des verdünnten Gases angeordnet sind. Des­ weiteren besitzt der Mechanismus einen Teilchenfilter 53. Sowohl der Strömungsmesser 54 als auch das Steuerventil 56 sind mit dem Computer 40 verbunden.

Das verdünnte Gas ström desweiteren durch die Leitung 44 in einen Strömungsleitkreis 58, der gestrichelt dargestellt ist. Dieser Strömungsleitkreis 58 besitzt diverse Leitungen und Ventile, damit ein Teil des verdünnten Gases oder das gesamte verdünnte Gas entweder entnonmen oder in Speicher­ beuteln 60 für weitere Analysezwecke gespeichert werden kann. Ferner besitzt der Strömungsleitkreis 58 eine Rei­ nigungsvorrichtung 62. Diese Vorrichtung 62 evakuiert und spült die Probenbeutel 60, so daß eine neue Probe von den Beuteln 60 aufgenommen werden kann, ohne daß sie durch vorhergehende Proben verschmutzt wird. Die Reinigungs­ vorrichtung 62 besitzt eine Pumpe 64 und diverse Solenoid­ ventile, wie in Fig. 2 gezeigt, zum Öffnen und Schließen der speziellen Leitungen, die zu dem Probenbeutel 60 führen, der gespült oder evakuiert werden soll. Der Strömungsleit­ kreis 58 umfaßt ferner einen Vakuumschalter 66 zur Durch­ führung von Leckuntersuchungen des Systems, sowie Leitungen 68 und 70, die einen Zugang zum verdünnten Gas vorsehen, damit das verdünnte Gas zur Atmosphäre entlüftet oder zu Übergangsanalysatoren für eine Realzeitanalyse des ver­ dünnten Gases geführt werden kann oder damit das verdünnte Gas anderen gewünschten Tests zugeführt werden kann. Der Strömungsleitkreis 58 empfängt reine trockene Luft über die Leitung 72, um das System zu spülen.

Der Meßmechanismus 36 für die verdünnte Strömung besitzt einen Unterschall-Venturi 74, der im ersten Schenkel 32 der Testleitung 30 angeordnet ist. Der Unterschall-Venturi 74 dient zum Messen des Durchsatzes der zur Verdünnung ver­ wendeten Ergänzungsluft. Mit der ihm eigenen hohen Genauig­ keit und dem niedrigen Druckabfall ermöglicht der Unter­ schall-Venturi, daß der Durchsatz der Verdünnungsluft in wiederholter Weise bestimmt werden kann. Ein Temperaturum­ former 76 und ein Druckumformer 78 sind benachbart zuein­ ander an der Luftkammer 73 aufstromseitig des Unterschall- Venturis 74 angeordnet, während sich ein zweiter Druckum­ former 80 an der engsten Stelle 75 des Unterschall-Venturi 74 befindet. Sämtliche drei Umformer stehen mit dem Compu­ ter 40 in Verbindung, so daß der Durchsatz durch den Venturi 74 durch bekannte Rechenoperationen bestimmt werden kann.

Der zweite Schenkel 34 der Testleitung 30 enthält den Mas­ senstrom-Meßmechanismus 38. Dieser Mechanismus 38 besitzt einen Schall-Venturi 84 und Temperatur- und Druckumformer 86 und 88. Der Schall-Venturi 84, wie in der eingangs erwähnten US-PS 36 99 814 erläutert, steuert und stabilisiert den Mas­ senstrom durch die Testleitung 30 und begrenzt den Durchfluß in der Testleitung 30 unabhängig vom abstromseitigen Unter­ druck mit Hilfe eines Durchflusses mit Schallgeschwindigkeit an der engsten Stelle. Ein derartiger Durchfluß (d.h. kri­ tischer Durchfluß) wird aufrechterhalten, indem mittels des Zentrifugalgebläses 31 ein ausreichender Unterdruck am Venturiaustritt erzeugt wird. Hieraus resultiert eine Konstantmassenstromvorrichtung. Wenn man die Temperatur und den Druck aufstromseitig des Schall-Venturi 84 kennt, kann man somit den Durchsatz FS der verdünnten Probe unter Ein­ satz von bekannten Rechenoperationen errechnen. Die Tempe­ ratur- und Druckumformer 86 und 88, die im zweiten Schenkel der Testleitung 30 aufstromseitig vom Venturi 84 angeordnet sind, stehen mit dem Computer in Verbindung, so daß ent­ sprechende Rechenoperationen durchgeführt werden können.

Ein Eichventil 82 ist im ersten Schenkel 32 der Testleitung 30 angeordnet. Dieses Eichventil 82 ermöglicht, daß der Unterschall-Venturi 74 des Durchflußmeßmechanismus 36 den Schall-Venturi 84 des Massenstrommeßmechanismus 38 auf Null eichen kann. Dieser Vorgang wird durchgeführt, indem man trockne Luft durch den Meßmechanismus 36 einführt, während sich die Brennkraftmaschine 12 nicht in Betrieb befindet und die Endrohreinlaßseite der Leitung 30 verkappt oder ver­ stopft ist. Wenn sich die Brennkraftmaschien 12 außer Be­ trieb befindet und kein Teil des Abgases in den Verdünnungs­ mechanismus 22 eindringt, wird die trockne Luft durch eine Luftkammer 73 und durch den Unterschall-Venturi 74 gepumpt. Der Computer 40 errechnet über die Temperatur- und Druck­ umformer 76, 78 und 80 den Durchsatz der trockenen Luft durch den Unterschall-Venturi 74. Er errechnet ferner über die Temperatur- und Druckwandler 86 und 88 den Durchsatz der trocknen Luft durch den Schall-Venturi 84 des Massenstrom­ meßmechanismus 38. Der Computer 40 bestimmt und vergleicht die beiden Durchsätze durch den Unterschall- und Schall-Ven­ turi 74 und 84. Theoretisch sollte der Durchsatz durch den Schall-Venturi 84 dem Durchsatz durch den Unterschall-Venturi 74 entsprechen. Wenn der Massenstrom durch den Schall- Venturi 84 nicht dem Durchsatz durch den Unterschall-Venturi 74 entspricht, kann der Computer 40 so eingestellt werden, daß die entsprechenden Ergebnisse gleich sind. Durch An­ gleichen der entsprechenden Ablesungen über den Unterschall- und Schall-Venturi 74 und 84 ist am Ausgangspunkt der Systemanalyse ein Fehler von Null vorhanden. Somit wird durch die Erfindung eine sehr gute Eichgenauigkeit erreicht, da die beiden Venturis relativ zueinander und nicht hin­ sichtlich einer dritten Bezugsgröße geeicht werden.

Der Computer 40 führt folgende Funktionen aus, wie nachfol­ gend beschrieben. Er wird dazu verwendet, um die Größe des Luft-Proben-Verhältnisses zu bestimmen. Ein vorgegebenes Verhältnis von trockner Luft zu einem Anteil des entnommenen Abgases wird ausgewählt und in den Computer 40 eingegeben, wie schematisch bei 40 a angedeutet. Dieses Verhältnis reicht normalerweise von 1 : 1 bis etwa 10 : 1 trockne Luft/Anteil des entnommenen Abgases und beträgt vorzugsweise 3 : 1. Wenn beispielsweise ein Verhältnis von 3 : 1 in Schritt 40 a ge­ wählt worden ist, beginnt trockne Luft durch den Durchfluß­ messer 48 zu strömen. Dieser Durchsatz durch den Durchfluß­ messer 48 wird über den Umformer 90 von Druck auf elek­ trischen Strom und die Leitung 92 auf den Computer 40 über­ tragen. Die trockne Luft dringt in das Entnahmeelement 18 ein, wo sie sich mit dem entnommenen Anteil des von der Ab­ gasleitung 14 abgezogenen Abgases mischt. Diese trockne Luft und dieser Anteil des entnommenen Abgases, als verdünntes Gas bezeichnet, strömt durch den Durchflußmesser 54. Der Durchsatz durch den Durchflußmesser 54 wird über den Umfor­ mer 94 von Druck auf elektrischen Strom und die Leitung 96 dem Computer 40 zugeführt. Der Computer 40 bestimmt und ver­ gleicht die Durchsätze und zieht den Durchsatz der Verdün­ nungsluft vom Durchsatz des verdünnten Gases ab. Wenn der Vergleich der Durchsätze durch die Durchflußmesser 48 und in diesem Beispiel drei Teile an trockner Luft und vier Teile an verdünntem Gas ergibt (d.h. eine Teilprobe), dann wird das vorgegebene gewünschte Verhältnis von 3 : 1 erreicht, und der Computer 40 muß keine Signale zum Ver­ stellen der Steuerventile 50 und 56 abgeben. Wenn das Ver­ hältnis jedoch nicht 3 : 1 beträgt, gibt der Computer 40 Signale über die Leitungen 100 und 104 an die Strom/Druck- Umformer 98 und 102 ab, die die Durchflußsteuerventile 50 und 56 solange einregeln, bis das Verhältnis von 3 : 1 erreicht ist. Die Übertragung der Signale zu den Ventilen und die Einstellung der Ventile geschieht sehr rasch, d. h. einige Male pro Sekunde. Somit kann das System in der Real­ zeit das Verhältnis der trocknen Luft zum verdünnten Gas genau und dynamisch steuern.

In entsprechender Weise bestimmt der Computer 40 auch den Abgasdurchsatz FE der sich im Test befindlichen Brennkraft­ maschine. Die Temperatur- und Druckumformer 76, 78 und 80 des Meßmechanismus 36 für den Durchsatz der Verdünnungsluft stehen mit dem Computer 40 über Leitungen 106, 108 und 110 in Verbindung. Der Temperaturumformer 76 formt die Tempe­ ratursignale der Verdünnungsluft in elektrische Signale zur Weiterverarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um. Die Druckumformer 78 und 80 wandeln die Drucksignale der Verdün­ nungsluft in elektrische Signale zur Verarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um. Mit diesen drei Parametern errechnet der Computer den Durchsatz FA der Verdünnungsluft unter Verwendung der bekannten Unterschall-Venturi-Gleichun­ gen.

Die Temperatur- und Druckumformer 86 und 88 des Massenstrom- Meßmechanismus 38 stehen über Leitungen 118 und 120 mit dem Computer in Verbindung. Der Temperaturumformer 86 formt Tem­ peratursignale des Gases in elektrische Signale zur Verar­ beitung und Eichung durch den Computer 40 um. Der Druckum­ former 88 wandelt Drucksignale des Gases in elektrische Sig­ nale zur Verarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um. Mit diesen beiden Parametern errechnet der Computer den Durchsatz FS des Abgases durch den Schall-Venturi 84 unter Verwendung der bekannten Schall-Venturi-Gleichungen.

Der Computer 40, der nunmehr die Eingangssignale zur Be­ rechnung der Durchsätze der Verdünnungsluft und des Abgases über den Unterschall-Venturi 74 und den Schall-Venturi 84 aufweist, errechnet den Unterschied zwischen dem Durchsatz (Volumenstrom) FS des Abgases und dem Durchsatz (Volumen­ strom) FA der Verdünnungsluft. Wenn einmal der Durchsatz des unbehandelten Abgases bestimmt worden ist, kann dieser im Verdünnungsmechanismus 22 zum Steuern des Verhältnisses des entnommenen Gases, das als Probe verwendet werden soll, be­ nutzt werden.

Auch der Temperaturumformer 114 ist am Verdünnungskreis 58 angeordnet. Dieser Umformer 114 ist über die Leitung 116 mit dem Computer 40 verbunden. Er formt Temperatursignale in elektrische Signale zur Weiterverarbeitung und Eichung durch den Computer 40 um. Der Computer 40 überwacht die Temperatur des verdünnten Gases im Kreis 58 und versieht auf diese Weise das System mit einer Einrichtung zum Messen der Tempe­ ratur des verdünnten Gases.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird die Probe von dem unbehandelten Abgas entnommen, das von der sich im Test befindlichen Brennkraftmaschine erzeugt wird. Die Erfindung kann jedoch auch bei Systemen Anwendung finden, bei denen der Probenentnahmepunkt auf der Seite des verdünnten Abgases angeordnet ist. Eine derartige Ausfüh­ rungsform ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Fig. 3 und 4 entsprechen den Fig. 1 und 2, mit der Aus­ nahme, daß die Probe über eine Leitung 200 entnommen wird. Wie die Darstellung zeigt, wird über die Leitung 200 die sich in der Testleitung 30 befindliche Probe entnommen. An diesem Punkt handelt es sich bei der Probe um eine ver­ dünnte Probe, die durch die über das Filtrationssystem 37 und den Mechanismus 36 hinzugefügte Luft verdünnt worden ist.

Claims (13)

1. Verfahren zum Eichen einer Vorrichtung zum Messen des Massenstromes des Abgases einer Brennkraftmaschine, die eine Abgasleitung aufweist, wobei die Vorrichtung die folgen­ den Bestandteile umfaßt: eine Testleitung mit einem Abgas­ einlaß, der mit der Abgasleitung verbunden ist, eine Unter­ schall-Venturieinheit, die mit der Testleitung in Verbindung steht, um den Durchgang eines Strömungsmittels zu ermöglichen, Umformer, die mit der Unterschall-Venturieinheit zur Erzeu­ gung eines Signales gekoppelt sind, eine mit der Testleitung gekoppelte Schall-Venturieinheit zur Ermöglichung eines Strömungsmitteldurchgangs, Umformer, die mit der Schall- Venturieinheit zur Erzeugung eines Signales gekoppelt sind, und einen Computer, der mit den Umformern zur Auswertung der Signale in Verbindung steht, gekennzeichnet durch die folgen­ den Schritte:
Verkappen des Abgaseinlasses der Testleitung;
Bewirken, daß eine Menge des Strömungsmittels durch die Unter­ schall-Venturieinheit, die Testleitung und Schall-Venturiein­ heit fließt;
Messen des Durchflusses durch die Schall-Venturieinheit zur Erzeugung eines ersten Signales;
Messen des Durchflusses durch die Unterschall-Venturieinheit zur Erzeugung eines zweiten Signales;
Vergleichen des ersten und zweiten Signales zur Ermittlung eines Fehlers;
Einstellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und dadurch die Vorrichtung geeicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch die Testleitung und durch die Schall-Venturi­ einheit fließenden Strömungsmittels mit Hilfe eines Eichven­ tiles gesteuert wird, das zwischen der Unterschall-Venturiein­ heit und der Testleitung angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schall-Venturieinheit gekoppelte Umformer verwendet werden, die einen Druck- und Temperaturumformer zur Messung des Durchflus­ ses durch die Schall-Venturieinheit umfassen.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Unterschall-Venturieinheit gekoppelte Umformer verwendet werden, die einen Temperaturumformer und ein Paar von Druckumformern zum Messen des Durchflusses durch die Unterschall-Venturieinheit umfassen.

5. Vorrichtung zum Messen des Massenstromes (Durchsatzes) des Abgases einer Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasleitung versehen ist, gekennzeichnet durch:
eine Testleitungseinrichtung (30), die mit der Abgasleitung (14) in Verbindung steht und eine Strömungsbahn für das Abgas bildet,
eine erste Venturi-Einheit, die mit der Testleitungseinrichtung (30) in Verbindung steht und bewirkt, daß eine Strömungsmittel­ menge die Venturi-Einheit zur Testleitungseinrichtung (30) hin durchströmt,
eine erste Umformereinrichtung (76, 78, 80), die mit der ersten Venturi-Einheit zur Erzeugung eines Signales gekoppelt ist,
eine zweite Venturi-Einheit, die mit der Testleitungseinrich­ tung (30) in Verbindung steht und einen konstanten Massendurch­ satz an Abgas von der Brennkraftmaschine und an Strömungsmittel von der ersten Venturi-Einheit durch die zweite Venturi-Einheit ermöglicht,
eine zweite Umformereinrichtung (86, 88), die mit der zweiten Venturi-Einheit zur Erzeugung eines zweiten Signales gekoppelt ist, und
einen Computer (40), der mit beiden Umformereinrichtungen (76, 78, 80, 86, 88) gekoppelt ist, das erste und zweite Signal mitein­ ander vergleicht und den Massendurchsatz des Abgases der Brenn­ kraftmaschine errechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Venturi-Einheit eine Unterschall-Venturieinheit (74) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Venturi-Einheit eine Schall-Venturieinheit (84) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Umformereinrichtung einen Temperaturumformer (76) und ein Paar von Druckumformern (78, 80) umfaßt, wobei einer (80) der Druckumformer an der engsten Stelle der Venturi-Einheit angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Umformereinrichtung einen Temperaturum­ former (86) und einen Druckumformer (88) umfaßt.

10. Verfahren zum Entnehmen einer Proportionalprobe eines Abgases von einer Brennkraftmaschine, die ein Entnahmeelement, das mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist und eine eingeschränkte Bahn für die Probe vorsieht, eine mit dem Entnahmeelement gekoppelte Ein­ richtung zur Zuführung von reiner trockner Luft in das Entnahme­ element, eine erste Meßeinrichtung, die mit der Einrichtung zur Zuführung von reiner trockner Luft gekoppelt ist und ein Signal erzeugt, eine zweite Meßeinrichtung, die mit dem Entnahmeelement gekoppelt ist und ein Signal erzeugt, und einen Computer umfaßt, der mit beiden Meßeinrichtungen zur Auswertung der Signale in Ver­ bindung steht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Entnehmen einer Probe des Abgases von der Brennkraftmaschine,
Leiten der Probe in das Entnahmeelement,
Vermischen der Probe mit einer Menge an reiner trockner Luft, die mit der Abgasprobe vermischt wird, um ein erstes Signal zu erzeu­ gen,
Messen der Menge der vermischten reinen trocknen Luft und der Ab­ gasprobe zur Erzeugung eines zweiten Signales,
Bestimmen des Verhältnisses zwischen der reinen trocknen Luft und der Abgasprobe,
Vergleichen des Verhältnisses aus dem ersten und zweiten Signal mit einem vorgegebenen Verhältnis, um einen Fehler zu ermitteln, und
Einstellen des ersten oder zweiten Signales derart, daß der Fehler auf Null gebracht und auf diese Weise eine gewünschte Proportional­ probe des Abgases erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Zuführung von reiner trockner Luft verwendet wird, die eine Pumpe mit einem gefilterten Einlaß aufweist, der mit einer Leitung verbunden ist, welche wiederum mit dem Entnahmeelement in Verbindung steht, das reine trockne Luft zum Vermischen mit der Abgasprobe zur Verfügung stellt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Einrichtungen zur Zuführung von reiner trockner Luft gekoppelte Meßeinrichtungen verwendet werden, die einen Durch­ flußmesser und ein Steuerventil zum Messen und Einstellen des Massendurchsatzes der reinen trocknen Luft umfassen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Entnahmeelement gekoppelte zweite Meßein­ richtungen verwendet werden, die einen Durchflußmesser und ein Steuerventil zum Messen und Einstellen des Massendurchsatzes der reinen trocknen Luft und der Abgasprobe umfassen.