DE2415994A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des gehalts eines gasstroms an kohlenmonoxyd - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des gehalts eines gasstroms an kohlenmonoxydInfo
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Description
Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann
Dr. R.Koenigsberger - Dipl. Phys. R. Holzbauer
Dr. R.Koenigsberger - Dipl. Phys. R. Holzbauer
Dr. F. Zumsisin jun.
Patentanwälte
β Mönchen 2, Bräuhauf»fräße-4/III
SOGIETE EO)USTRIELIe DE BREVETS ET D1ETUDES S.I.B.E. 0235 74 B
Verfahren und Vorrichtung zur Be st leimung des Gehalts eines Gasstroms
an Kohlenmonoxid·
Die Erfindung "betrifft die Bestimmung des Gehalts eines Gasstrxms,
insbesondere eines Auspuffgasstroms eines Verbrennungsmotors, an
Kohlenmonoxid. Ferner betrifft sie die Vorrichtungen zur Speisung derartiger Motoren mit Brennstoff, welche eine Vorrichtung
der obigen Art zur Bestimmung des Gehalts der Auspuffgase an Kohlenmonoxyd und eine Vorrichtung zur automatischen Regelung
des Gehalts des dem Motor gelieferten Luft-Brennstoffgemische
in Punktion des von der Vorrichtung zur Bestimmung des Gehalts gelieferten Signals zur Messung desselben aufweisen.
Eine Vorrichtung zur automatischen Regelung
des Gehalts des einem Verbrennungsmotor gelieferten Luft-Brennstoff
gemische in Funktion der Kenntrossen der Auspuffgase ist
in der von der Anmelderin am 4. Mai 1973 eingereichten französischen
Patentschrift Nr. 73 16 218 beschrieben. Ferner sind
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mit Zirkoniumbioxyd arbeitende Sonden bekannt, welche ein von
dem Sauerstoffgehalt der Auspuffgase abhängendes elektrisches Ausgangssignal liefern. Eine derartige Sonde' liefert jedoch ein
Signal in Form einer elektrischen Spannung, welche plötzlich von einem Wert auf einen anderen springt, wenn der Gehalt des
Luft-Brennstoffgemischs einen stöchiometrischen Anteilen entsprechenden
Schwellenwert überschreitet. Diese Sondenart gestattet daher nur die Feststellung eines einzigen, einem stöchiometrischen
Gemisch entsprechenden Werts des Gehalts des Luft-Brennstoffgemischs. Sie würde daher nur eine automatische Regelung
des stöchiometrischen Anteilen des Luft-Brennstoffgemischs entsprechenden Gehalts gestatten. Nun ist aber der Gehalt
eines derartigen Gemischs im allgemeinen zu gering für ein richtiges Arbeiten des Motors bei allen Betriebszuständen,
insbesondere im Langsamlauf.
Die Erfindung hat insbesondere
ein Verfahren und eine Detektorvorrichtung zum Gegenstand, mit-'
tels welcher ein elektrisches Signal erhalten werden kann, welches
sich angenähert linear mit dem Gehalt des Luft-Brennstoffgemischs ändert, wenigstens in einem dem üblichen Betriebszustand
des Motors entsprechenden bestimmten Änderungsbereich. Es ist dann möglich, den dem gewünschten Gehalt entsprechenden
Wert des elektrischen Signals zu bestimmen, ohne bei dieser
Wahl und somit bei dem Wert des Gehalts beschränkt zu sein, auf welchem man das zugeführte Gemisch mittels einer Regelvorrichtung
automatisch halten will.
Hierfür hat die Vorrichtung insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung des Gehalts eines Auspui'fgasstronis
eines Verbrennungsmotors an Kohlenmonoxid zum Gegenstand, welches dadurch gekennzeichnet ist·, dass man einen
Bruchteil der Auspuffgase in einem Durchlass strömen lässt, welchem Zusatzluft in genügender Menge und unter solchen Temper
aturbedingungen zugeführt v/ird, dass eine vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxyds auftritt, und dass die Temperaturdifferenz
des Gases vor der Zufuhr der Zusatzluft und nach der vollständigen Verbrennung gemessen wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung
zur Ausübung des obigen Verfahrens enthält eine Sonde mit einem Körper, v/elcher einen Strömungsdurclilass für einen Bruchteil
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der Auspuffgase abgrenzt, Mittel zur Zufuhr einer zur Oxydation der Gesamtheit des Kohlerimonoxyds genügenden Menge an Zusatzluft
zu dem Gemisch und wenigstens zwei temperaturempfindliche Detektoren, von denen der eine strömungsaufwärts und der andere strömungsabwärts
von der Stelle der Zufuhr der Luft zu dem Durchlass angeordnet ist.
Die temperaturempfindlichen Detektoren
werden zweckmässig durch Thermoelemente gebildet, obwohl auch
andere Organe benutzt werden können, welche ein elektrisches Signal in Funktion der Temperatur, welcher sie ausgesetzt sind, liefern,
z.B. temperaturabhängige Widerstände oder Thermoelemente
mit Halbleitern.
Damit die Verbrennung des Kohlenmonoxyds vollständig ist, muss -im allgemeinen der entnommene Bruchteil
der Auspuffgase erwärmt werden. Hierfür kann ein elektrischer Widerstand benutzt werden, welcher mit einer äusseren
Speisung verbunden und in Kanälen angeordnet ist, welche in ei- · nem Durchlässe für den Umlauf der entnommenen Probe enthaltenden
Isolierstück ausgebildet sind.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Sonde
der Vorrichtung im Schnitt durch eine durch ihre Achse gehende Ebene.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der
Linie H-II der Fig. 1.
Die Sonde besitzt einen zylindrischen
Körper 1, der zweckmässig aus rostfreiem Stahl besteht, um der Korrosion Widerstand zu leisten. Dieser Körper 1 wird an einem
mit Innengewinde versehenen Ansatz 3 befestigt,-welcher dauernd,
z.B. durch Schweissen, an dem Auspuffrohr 4- befestigt ist, in welchem die Auspuffgase in der durch die Pfeile f angegebenen
Richtung strpmen. Der Körper 1 besitzt eine ringförmige Randleiste 2, welche durch einen in den Ansatz 3 eingeschraubten
Gewindering 5 gegen eine AnIageschulter des Ansatzes 3 gedrückt
wird ·
Der Körper 1 enthält einen Stapel
von Teilen, welche mit ihm und mit einer Lochscheibe 12 eine Reihe von Kaimnern und Durchlässen abgrenzen. Diese Teile umfassen
ein Endstück 6. dgssen Basis an einem in dem Körper 1
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gefassten Sprengring 7 anschlägt, einen elektrisch isolierenden
Teil 8 aus einem feuerfesten Werkstoff (z.B. Keramik), und einen Deckel 9. Eine zwischen dem mit einem axialen Spiel in den Körper
eingesetzten Deckel 9 und einer Anschlagscheibe 11 zusammengedrückte
Feder 10 hält den Stapel gegen den Sprengring 7 ge- ■ drückt·
Der Körper 1, die an dem Körper befestigte Lochscheibe 12 und das Endstück 6, dessen mittlere Verlängerung durch die Lochscheibe 12 tritt, grenzen eine ringförmige
Kammer 13 ab, durch welche eine den Auspuffgasen entnommene
Probe strömt. Der Körper enthält eine Öffnung 14, deren Achse
zu der Strömungsrichtung f der Gase in dem Rohr 4 parallel ist, welche in dem oberen Teil des Körpers strömungsaufwärts in Bezug
auf die Strömungsrichtung der Gase liegt. An seinem oberen Ende enthält das Endstück 6 eine Öffnung 15» deren Achse zu der
Strömungsrichtung der Gase in dem Rohr 4 parallel ist, und welche sich an dem strömungsabwärts liegenden Teil des Endstücks
6 befindet. Das Endstück 6 besitzt ausserdem seitliche Durchlässe 16 und Zellen 17» welche in seiner Innenfläche ausgeschnitten
sind,und deren Aufgabe weiter unten erläutert ist·
Das Isolierstück 8 besitzt seitliche ·
Ausnehmungen 18, welche den Durchlässen 16 gleichen und diese verlängern, einen mittleren Kanal 19» welcher mit dem Innern
der Verlängerung des Endstücks 6 in Verbindung steht, und Löcher 20 für den Durchtritt von elektrischen Anschlussdrähten und
eines Widerstands, wie dies weiter unten erläutert ist.
Der Deckel 9 hat eine solche Form,
dass er mit dem Isolierstück 8 eine Kammer 22 abgrenzt. Ferner besitzt der Deckel 9 in seiner Mitte einen axialen rohrförmigen
Abschnitt 23, dessen Kanal aussen an einem Verbinder 24 und innerhalb des Körpers in den unteren Teil des mittleren
Kanals 19 mündet. In der Kammer 22 ist ein erstes Thermoelement 25 angeordnet, welches mit dem Äusseren durch aussen
vorspringende Anschlussfahnen 26 verbunden ist. In dem oberen Teil des Kanals 19 ist ein zweites Thermoelement 27 angeordnet,
welches mit aussen vorspringenden Anschlussfahnen 28 durch in einem der Kanäle 20 des Isolierstücks 8 angeordnete
Drähte 29 verbunden ist;. Die Anschlussfahnen 26 und 28 sind in einem in den Metalideckel 9 einzementierten Isolierstück
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befestigt'.
Ein elektrischer Heizwiderstand 33
ist in die übrigbleibenden Löcher 20 des Isolierstücks 8 und
die Zellen 17 des Endstücks 6 eingezogen. Dieser IViderstand 33 ist mit dem Äusseren durch Anschlussfahnen 34 verbunden, welche
in einem Isolierstück 35 befestigt und während des Betriebes
mit einer (nicht dargestellten) Heizstromquelle verbunden sind.
Der Sonde ist ein mit den Fahnen 26
und 28 verbundener Temperaturmesskreis zugeordnet. Dieser Hesskreis
liefert ein elektrisches Signal mit einer Spannung, welche zu der Differenz zwischen den Temperaturen proportional
ist, v/elchen die Thermoelemente 25 und 27 ausgesetzt sind. Dieses
Signal wird an eine Vorrichtung zur Regelung des Gehalts des Luft-BrennstoffgeHLischs angelegt, welches dem Motor geliefert
wird, dessen Auspuffgase' durch die Sonden überwacht werden. Diese Vorrichtung kann die in der genannten französischen
Patentschrift ITr, 73 16 218 beschriebene Bauart aufweisen.
Die obige Vorrichtung arbeitet folgendermassen.
Wenn der Motor im Betrieb ist und
die Auspuffgase in dem Rohr 4 in der Richtung der Pfeile f
strömen, bewirkt die (zum Teil infolge des durch das Vorspringen der Sonde in das Rohr erzeugten Druckabfalls) zwischen den
öffnungen 14 und 15 herrschende Druckdifferenz, dass ein bestimmter
Bruchteil der Strömungsmenge der Auspuffgase in die Kammer 13 eintritt, durch die Kammer 22 durch die seitlichen
Durchlässe 18 strömt, hierauf durch den mittleren Kanal 19 aufsteigt und durch die Öffnung 15 austritt. Da der Verbinder
24, vorzugsweise über ein (nicht dargestelltes) Luftfilter, mit dem Aussenraum verbunden ist, bewirkt die Strömung der
Auspuffgase in dem Kanal 19 eine Luftabsaugung durch das am Eingang des Kanals 19 mündende Rohr 23. Infolge der getroffenen
Anordnung ist die durch das Rohr 23 angosaugte Luftmenge
ungefähr zu der Strömungsmenge dor Auspuffgase in dem Kanal
19 proportional, und die Abmessungen des Rohrs sind so gewählt, dass das Verhältnis der Strömungenengen ausreicht, um eine
vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxid s bei beliebigen Gehalten
an demselben zu erzeugen.
Der Y/iderstand 33 wird von einem 509823/0567
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.co starken Strom durchflossen, dass die Temperatur der Auspuffgase
in der Kammer 22 grosser als die Mindestemperatur ist,
bei welcher eine Umwandlung in Kohlendioxyd erfolgt. Praktisch genügt es, dass die Temperatur einen in der Nähe von 700° G liegenden
Wert erreicht oder übersteigt- um eine vollständige Verbrennung des in den Auspuffgasen enthaltenen Kohlenmonoxyds
bei Vorhandensein von durch das Rohr 25 gelieferter Zusatzluft
au erhalten. Diese Verbrennung erzeugt eine Wärmeentwicklung und somit eine Erhöhung der Temperatur der Gase. Wenn der Kanal
19 lang genug ist, um die vollständige Verbrennung sicherzustellen, bevor die Gase an die Stelle des Thermoelements 27
kommen, (und vorzugsweise unmittelbar vor derselben), entspricht die von den Thermoelementen 25 und 27 gemessene Temperaturdifferenz
der Temperatur zunähme durch die Verbrennung. Versuche
haben gezeigt, dass die Temperaturzunahme grö ssenordnungsmässig 35° 0 für jedes zusätzliche Prozent an Kohlenmonoxyd in den
Auspuffgasen beträgt und praktisch die gleiche für alle in der Praxis angetroffenen Gehalte bleibt. Diese Temperaturzunahme
ist somit für den Gehalt des dem Motor gelieferten Luft-Erennstoffgemischs
kennzeichnend. In der Praxis genügt es, dass der mittlere Kanal 19 und somit der Teil 8 eine Länge von grössenordnungsnässig
1o cm haben, um befriedigende Ergebnisse zu ergeben.
Wie man sieht, ist also das von der Schaltung 36 gelieferte
elektrische Signal für den Gehalt kennzeichnend und gestattet die automatische Regelung desselben auf einen bestimmten
Wert, v/elcher sich übrigens gemäss anderer Betriebsparameter des Motors (z.B. die Stellung der Hauptdrosselklappe)
ändern kann, welche einem richtigen Arbeiten bei allen Betriebszuständen
entsprechen.
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Claims (8)
1./ Verfahren zur Bestimmung des Gehalts eines Auspuffgasstroms
eines Verbrennungsmotors an Kohlenmonoxyd, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Bruchteil der Auspuffgase durch
einen Durchlass (18, 19) strömen lässt, welchem Zusatzluft in einer solchen Menge und unter solchen Temperaturbedingungen zugeführt
wird, dass eine vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxyds
stattfindet, und dass die Differenz der Temperaturen der Gase vor der Zufuhr der Zusatzluft und nach der vollständigen
Verbrennung gemessen wird.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sonde, welche einen Durchlass
(18, 19) für die Strömung eines Bruchteils der Auspuffgase abgrenzt, Mittel (23, 24·) zur Zufuhr von einer für die Verbrennung
der Gesamtheit des Kohle'nmonoxyds ausreichenden Zusatzluftmenge
zu dem Gemisch, und wenigstens zwei temperatur empfindliche
Detektoren (25» 27)» von denen der eine strömungsaufwarts und
der andere strömungsabwärts von der Stelle der Zufuhr von Luft zu dem Durchlass angeordnet ist, wobei diese Detektoren mit
einer Schaltung (36) zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Detektoren kombiniert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturempfindlichen Detektoren (25, 27)
durch Thermoelemente gebildet werden.
4·· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet
durch Mittel, welche den entnommenen Bruchteil der Auspuffgase auf eine Temperatur bringen, welche die praktisch
vollständige Verbrennung des Kohlenmonoxyds bewirkt, wobei diese Mittel einen elektrischen Widerstand (33) zur Erwärmung
eines Teils (8) enthalten, in welchem der Durchlass (19) zwischen den temperatur empfindlichen Detektoren (25, 27) ausgebildet
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Teil (8) aus einem feuerfesten Isolierstoff
besteht, welcher einen mittleren Kanal (19) enthält, welcher
an einen Ende mit dem entnommenen Bruchteil der Auspuffgase und mit der Zusatzluftmenge gespeist wird, wobei dieser
Teil Löcher (20) aufweist, welche zu dem mittleren Kanal (19) parallel sind und den Widerstand (33) enthalten.
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6. Vorrichtung nach Anspruch. 5» dadurch, gekennzeichnet,
dass die Sonde einai Körper (1) aufweist, in welchem der Isolierteil (8) angeordnet ist, welcher mit dem Körper Kanäle
(18) zur Zufuhr des entnommenen Bruchteils der Auspuffgase zu einer Kammer (22) abgrenzt, v/elche durch diesen Teil (8) und
einen Abschlussdeckel .(9) "begrenzt wird, von wo aus das Gas in den durch ein Endstück (6) verlängerten mittleren Kanal (19)
gelangt.
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde eine in dem Körper (1) vorgesehene Einlassöffnung
(14-)- und eine in dem Endstück (6) vorgesehene, auf der gleichen Seite der Sonde liegende Rückführöffnung (15) aufweist,
v/obei die öffnungen entgegengesetzt gerichtet sind, wobei,
die Sonde mit Mitteln (2, 5) zur Befestigung an einem Auspuffrohr (4) eines Motors in einer solchen Lage versehen ist,
dass die beiden Öffnungen (14, 15) in das Auspuffrohr münden,
8. Mit einer Vorrichtung zur Speisung eines Verbrennungsmotors mit Brennstoff kombinierte Vorrichtung nach einem
der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass sie mit
einer Vorrichtung zur automatischen Regelung des Gehalts des Luft-Brennstoffgemische kombiniert ist, welcher das für die
Temperaturdifferenz zwischen den Detektoren kennzeichnende elektrische
Signal der Schaltung (36) als Steuersignal geliefert wird.
509823/G567
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR7341773A FR2252765A5 (en) | 1973-11-23 | 1973-11-23 | I.C.E. carbon monoxide exhaust measurement method - utilises part of the exhaust gases passed through a channel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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