DE2457650A1

DE2457650A1 - Einrichtung zur ueberpruefung von gasen

Info

Publication number: DE2457650A1
Application number: DE19742457650
Authority: DE
Inventors: Klaus Abele; Dietrich Dipl Phys Adolph
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1976-06-10
Also published as: FR2293711A1; FR2293711B3; GB1510653A

Description

Ka/Im 4-. 11.1974

Anlage zur

Patent- und .„„ η^,,««.

Gebrauch_Smusterhilfs-^Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Einrichtung?; zur Überprüfung von Gasen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung von Gasen, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, mit. einer in dem zu prüfenden Gas angeordneten Glühwendel .

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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die Glühwendel in einem Zweig einer Brückenschaltung angeordnet. Die Glühwendel wird dabei zunächst durch den in dem Zweig der Brückenschaltung fliessenden Strom erhitzt. Durch die katalytische Nachverbrennung unvollständig verbrannter Abgasreste, die die Glühwendel.umgeben, erhöht sich die Temperatur der Glühwendel und damit deren elektrischer Widerstand. Die daraus resultierende BrückenVerstimmung wird angezeigt und bildet ein Mass für den Heizwert der untersuchten Gase. Bei der Untersuchung von Abgasen aus Brennkraftmaschinen, die mit Benzin betrieben werden, können die Anzeigeinstrumente ' grob in Volumenprozent Kohlenmonoxid geeicht werden.

Die bekannte Vorrichtung hat den Kachteil, dass Fertigungstoleranzen der Glühwendel das Messergebnis stark beeinflussen. Dies hat seine Urasche darin, dass durch die von Glühwendel zu Glühwendel verschiedenen Kalt-Viderstände unterschiedliche Ströme über die Brückenzweige der Brückenschaltung fliessen. Die Temperatur der Glühwendel ist dabei im wesentlichen von dem Quadrat dieses Stromes bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung von Gasen, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen zu entwickeln, die ein zuverlässiges und genaues Messergebnis über das zu prüfende Abgas liefert. Die Vorrichtung soll dabei einfach und kostensparend in ihrem Aufbau sein und insbesondere im rauhen Betrieb von Kraftfahrzeugwerkstätten zuverlässig arbeiten.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen Betriebsparameter der Glühwendel auf einem definierten Wert hält.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen.

Es zeigen:	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.

die Anordnung einer Glühwendel in einer Messkammer,

eine nach dem Konstantstrom-Verfahren arbeitende Vorrichtung, das Prinzipschaltbild einer nach dem Konstanttemperatur-Verfahren arbeitende Vorrichtung,

den Stromlaufplan einer Einrichtung nach Fig. 3 und

das Prinzipbild eines kombinierten CO-HC-Messgerätes.

In Fig. 1 ist schematisch die Anordnung einer Glühwendel in einer Messkammer 11 dargestellt. Das Abgas strömt durch eine Eintrittsöffnung 12 zur Messkammer und tritt durch eine Austrittsöffnung 13 wieder aus. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist die Glühwendel 10 nicht direkt im Abgasstrom angeordnet, sondern befindet sich in einem Raum, in dem keine grosse Gasturbulenz auftritt.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, die nach dem sog. Konstantstrom-Messverfahren arbeitet. Dabei ist die Glühwendel 10 mit einer Konstantstromquelle 14 verbunden, die stets einen Strom von derselben Stärke über die Glühwendel fliessen lässt.. Der Verbindungspunkt der Glühwendel 10

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und der Stromquelle 14 ist mit dem ersten Eingang eines Subtrahierers 15 verbunden, an dessen zweiten Eingang eine Referenzspannungsquelle 16 angeschlossen ist. Mit dem Ausgang des Subtrahierers 15 ist eine Anzeigeeinrichtung verbunden. Die Anzeigeeinrichtung kann auch mit einer Auswerteeinrichtung, beispielsweise einem Diagnoseautomaten, der gleichzeitig das Messergebnis ausdruckt, verbunden sein.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 3 ist folgende: Durch die Glühwendel 10 fliesst zunächst ein Strom, der die Glühwendel 10 auf eine bestimmte Temperatur bringt. Gelangen nun in die Messkammer 11, in welcher die Glühwendel 10 angeordnet ist, noch brennbare Bestandteile des Abgases, dann erhitzt sich die Glühwendel 10 weiter, wobei der Widerstandswert der Glühwendel zunimmt. Dadurch erhöht sich aber die Spannung, welche über der Glühwendel 10 abfällt. Von dieser Spannung wird die Referenzspannung, welche die Referenzspannungsquelle 16 liefert abgezogen, wobei die Differenz mit Hilfe des Anzeigeinstrumentes 17 angezeigt wird. Dieses Differenzsignal ist ein Mass für den Heizwert der untersuchten Gase.

In Reihe zu, der Glühwendel 10 ist ein Schalter 18 angeordnet, der in seinem ersten Schaltzustand den einen Anschluss der Glühwendel 10 direkt mit einer bei 19 angedeuteten Masseleitung verbindet. Im anderen Schaltzustand des Schalters 18 ist die Glühwendel 10 mit einem Eichwiderstand 20 in Reihe geschaltet. Bei in Reihe geschaltetem Eichwiderstand 20 muss sich bei Anordnung der Glühwendel in reiner Luft oder in einer mit Eichgas gefüllten Messkammer ein bestimmter Ausschlag des Anzeigeinstrumentes 17 einstellen. Dadurch kann die Vorrichtung nach Fig. 2 leicht überprüft bzw. geeicht werden.

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Es hat sieb, beim Betrieb von Vorrichtungen zur Überprüfung von Abgas, die nach dem Wärmetönungsverfahren arbeiten, herausgestellt, dass die Glühwendeln im rauhen Werkstatteinsatz keine besonders hohen Standzeiten haben« Das liegt daran, dass die Glühwendeln, die zwar bei schwacher Rotglut betrieben werden, mit Krusten aus unverbrannten hochmolekularen Abgasresten (vorwiegend ölresten) bedeckt werden. Dadurch wird die aktive Fläche für die Nachverbrennung von Kohlenmonoxid an den Glühwendeln verkleinert.

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass der Betriebsstrom über die Glühwendel 10 kurzzeitig erhöht wird. Dadurch werden die Krusten, welche sich auf der Glühwendel 10 abgesetzt haben, abgebrannt. Wie sich gezeigt hat, hat das Ausglühen der Glühwendel 10 keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit in der Vorrichtung zur Überprüfung von Gasen. Das Ausglühen wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit Hilfe der Stromquelle 14-vorgenommen, deren Stromstärke einstellbar ist.

In Fig. 2 ist das Prinzip einer Vorrichtung zur Überprüfung von Abgasen gezeigt, die nach dem Prinzip des Konstanttemperatur-Verfahrens arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur der Glühwendel konstant gehalten, bzw. der elektrische Widerstand der Glühwendel 10 auf einem konstanten Wert gehalten. Die Glühwendel ist hier ein Zweig einer Brückenschaltung, die ausser der Glühwendel 10 noch Widerstände 21, 22 und 23 aufweist. Der Widerstand 23 und die Glühwendel 10 sind einseitig mit Masse verbunden und die Widerstände 21 und 22 sind mit einer gemeinsamen Verbindungsleitung versehen, welche an den Ausgang eines Reglers 24 angeschlossen ist, der die Versorgungsspannung der Brückenschaltung 10, 21, 22 und 23 beeinflusst. Mit

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dem Ausgang des Reglers ist ausserdem eine Anzeigeeinrichtung 25 verbunden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Die Glühwendel 10 wird zunächst von einem Strom durchflossen, der die Glühwendel auf eine bestimmte Ausgangstemperatur bringt. Wird die Glühwendel 10 nun mit brennbaren Besten des zu überprüfenden Abgases in Verbindung gebracht, beginnt sie sich weiter zu erhitzen. In dem Masse, - in dem sich Jedoch die Glühwendel 10 weiter erwärmt und in dem Masse wie dadurch ihr elektrischer Widerstand steigt, regelt der Regler 24 die Versorgungsspannung der Brückenschaltung zurück,· so dass der Grundstrom, welcher durch die Glühwendel 10 fliesst, verringert wird. Dadurch wird der Widerstandswert der Glühwendel 10 bzw. und damit die Temperatur auf einem konstanten Wert gehalten. Das Ausgangssignal der Regeleinrichtung 24, das an die Anzeigeeinrichtung 25 angelegt ist, gibt Auskunft über den Heizwert der brennbaren Bestandteile des Abgases.

In Fig. 4 ist der Stromlaufplan einer Vorrichtung nach Fig. dargestellt. Die Regeleinrichtung 24 ist eingangsseitig mit der Diagonale der Brückenschaltung aus den Widerständen 21, 22, 23 sowie der Glühwendel 10 verbunden. Der Ausgang der Regeleinrichtung 24 ist mit der Steuerelektrode eines Ausgangstransxstors 26 verbunden, mit dessen Emitter ein Widerstand 27 sowie die Anzeigeeinrichtung 25 verbunden ist. Der Kollektor des Ausgangstransistors 26 ist über eine Versorgungsleitung 28, einen Widerstand 29 und die Schaltstrecke eines Steuertransistors 30 mit einem zweiten Brückenanschluss 31 der Brückenschaltung 21, 22, 23 und 10 verbunden. Der erste- Brückenanschluss 32 der Brückenschaltung 21, 22, 23 und 10 ist über einen Messwiderstand 33 mit einer zweiten Versorgungsleitung 34, im vorliegenden Fall der Masseleitung verbunden. Ausserdem ist der zweite

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Brückenanschluss 32 über einen Vorwiderstand 35 mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 37 verbunden, an dessen zweiten Eingang eine Referenzspannung U_pef angelegt ist. Der Ausgang des Subtrahierers 37 ist mit der Basis des Steuertransistors 30 verbunden. An den ersten Eingang des Subtrahierers 37 ist mit seinem Kollektor ein Schalttransistor 36 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis über eine monostabile Kippstufe 38 ansteuerbar ist. Die monostabile Kippstufe 38 kann mit Hilfe eines Auslöseschalters 39 in ihre instabile Schaltlage gebracht werden.

Die Wirkungsweise des in Pig. 4- dargestellten Ausführungsbeispieles ist folgende: Über die Glühwendel 10 fliesst ein Grundstrom, der mit Hilfe des Transistors 30 eingestellt werden kann. Erwärmt sich die Glühwendel 10 infolge unverbrannter Anteile des Abgases über ihre Grundtemperatur hinaus, dann steigt die Spannung über der Glühwendel zunächst an. Damit wird über den Regler 24 der Ausgangstransistor stärker leitend über die Schaltstrecke dieses Ausgangstransistors 26, den Widerstand 27 und den Messwiderstand fliesst ein grosserer Strom. Dieser grössere Strom bedingt ein positiveres Signal an dem ersten Eingang des Subtrahierers 37« Durch Vergleichen dieses Signales mit dem Referenzsignal wird nunmehr der Steuertransistor weiter in Richtung seines nicht leitenden Zustandes gesteuert, so dass der über die Glühwendel 10 fliessende Grundstrom verringert wird. Dadurch wird die Temperatur der Glühwendel 10 auf einem konstanten Wert gehalten. Durch die beschriebene Regelung der Temperatur der Glühwendel 10, ergeben sich stets gleichbleibende Nachverbrennungsbedingungen für alle Abgaskomponenten bei allen Konzentrationen des Abgases.

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Zur Regenerierung der Glühwendel, d.h. zum Abbrennen von Krusten auf der Glühwendel kann mit Hilfe des Schalttransistors 36 das Potential am ersten Eingang des Subtrahierers 37 soweit abgesenkt werden, dass der Steuertransistor 30 voll in seinen leitenden Zustand gesteuert wird. Dadurch fliesst ein hoher Strom über die Glühwendel 10, so dass sich diese so stark erhitzt, dass die vorhandenen Krusten an der Oberfläche der Glühwendel abbrennen. Um eine definierte Zeit für die Erhöhung des Betriebsstromes für die Glühwendel 10 vorzugeben, wird -. der Schalttransistor 36 mit Hilfe der monostabilen Kippstufe 38 angesteuert, wobei die Dauer des instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe 38 diejenige Zeitdauer bestimmt, während der ein hoher Strom über die Glühwendel 10 fliessen soll. Die monostabile Kippstufe $8 kann mit Hilfe eines Auslöseschalters 39 ausgelöst werden, wobei der Auslöseschalter auch so aufgebaut sein kann, dass er automatisch vor bzw. nach jedem Messvorgang ge- ^: schlossen wird, so dass vor bzw. nach. Jedem Messvorgang die Glühwendel ausgeglüht wird und die Kruste abgebrannt wird.

Vorrichtungen zur Überprüfung von Abgasen, die nach dem Wärmetönungsverfahren arbeiten, sind nicht selektiv für Kohlenmonoxid einerseits und Kohlenwasserstoffe andererseits. Es wird ein Summeneffekt gemessen, nämlich der Gesamtheizwert der untersuchten Abgase. Dagegen sind selektiv arbeitende Prüfgeräte bekannt, beispielsweise sog. Infrarot-Gasanalyse-Messgeräte. In Fig. 5 ist ein Messgerät dargestellt, das sowohl eine nach dem Warmetönungsver fahren arbeitende Vorrichtung als auch eine nach dem Infrarot-Gasanalyse-Messverfahren arbeitende Vorrichtung aufweist. Die nach dem Warmetönungsverfahren

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arbeitende Vorrichtung 40 ist mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 41 verbunden, während die nach der Infrarot-Gasanalyse arbeitende selektive Messvorrichtung mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers 4-1 verbunden ist. Die nach dem Infrarot-Gasanalyse-Messverfahren arbeitende selektive Messvorrichtung 42 liefert ein Ausgangssignal, das den Anteil an Kohlenmonoxid im Abgas kennzeichnet. Dieses Signal wird mit Hilfe eines Messinstrumentes 43, das in Volumenprozent Kohlenmonoxid geeicht ist, angezeigt. Am Ausgang des Subtrahierers 41 liegt ein Signal an, das der Differenz des Gesamtheizwertes und des Heizwertes des CO-Anteiles entspricht. Dieses Differenzsignal kennzeichnet die Anteile der Kohlenwasserstoffe und des freien Wasserstoffes. Letzterer steht im wesentlichen im Wassergas-Gleichgewicht mit dem Kohlenmonoxid Anteil. Das Messinstrument 44 kann deshalb in Volumenprozent Kohlenwasserstoffe geeicht werden. Der Vorteil dabei ist, daß sämtliche brennbaren Kohlenwasserstoffe zur Anzeige gelangen. Mit dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist also eine Überprüfung des Abgases auf seine Einzelbestandteile hin möglich.

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Claims

Ansprüche

1.)Vorrichtung zur Überprüfung von Gasen, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, mit einer in dem zu prüfenden Gas angeordneten Glühwendel, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen Betriebsparameter der Glühwendel (1O) auf einem definierten Wert hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung den über die Glühwendel (10) fliessenden Strom konstant hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konstantstromquelle (14-) und die Glühwendel (10) parallelgeschaitet sind und mit ihrem einen Verbindungspunkt an einen ersten Eingang eines Subtrahierers (15) angelegt sind, an dessen zweiten Eingang eine Referenzspannung angelegt ist, wobei mit dem Ausgang des Subtrahierers (15) eine Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung (15) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass ein Eichwiderstand (20) vorgesehen ist, der in

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Reihe zu der Glühwendel (10) schaltbar ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung die Temperatur bzw. den elektrischen Widerstand der Glühwendel (10) auf einem konstanten Wert hält. .

6. "Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Glühwendel (10) in einem Zweig einer Widerstands-Brücken schaltung angeordnet ist, wobei die Brückendiagonale an einen Regler (2.4) angelegt ist, dessen Ausgangssignal die Versorgungsspannung der Brückenschaltung beeinflusst, wobei mit dem Ausgang des Reglers (24) eine Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung (25) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (24) einen Operationsverstärker aufweist, . dem ein Ausgangstransistor (26) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangselektrode mit einer ersten Versorgungsleitung (28) und dessen Bezugselektrode über einen Widerstand (27) mit einem ersten Brückenanschluss (32) der Widerstands-Brückenschaltung verbunden ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der erste Brückenanschluss (32) über einen Messwiderstand (33) mit einer zweiten Versorgungsleitung (34) und über einen Vorwiderstand (35) mit dem ersten Eingang eines Operationsverstärkers (37) verbunden ist, an dessen zweiten Eingang eine Referenzspannung angelegt ist, und dass der Ausgang des Operationsverstärkers (37) mit einem Steuertransistor (30) verbunden ist, der mit seiner Ausgangselektrode mit der ersten Versorgungsleitung (28) in Wirkverbindung steht und mit seiner Bezugselektrode mit dem zweiten Brückenanschluss (31) der Widerstands-Brückenschaltung verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Widerstand eine Anzeige und/oder Auswerteeinrichtung angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltanordnung zur Erhöhung des Stromflusses über die Glühwendel (10) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnung ein Zeitglied (38) aufweist, welches die Stromerhöhung zeitlich begrenzt.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (37) die Schaltstrecke eines Schalttransistors (36) verbunden ist, der über eine monostabile Kippschaltung (38) "und einen vorgeschalteten Auslöseschalter (39) ansteuerbar ist.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, gekennzeichnet durch die Parallelschaltung eines an sich bekannten Infrarot-Gasanalyse-Messgerätes (42), wobei die nach dem Wärmetönungsverfahren arbeitende Vorrichtung (40) mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers (41) und das Infrarot-Gasanalyse-Messgerät mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers (41) verbunden ist und wobei der Ausgang des Subtrahierers (41) mit einer ersten Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung (44) insbesondere zur Anzeige von HC-Anteilen im Abgas und der Ausgang des Infrarot-Gasanalyse-Messgerätes mit einer zweiten Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtung (43), insbesondere zur Anzeige von GO-Anteilen im Abgas, verbunden ist.

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