DE2236972C3 - Apparatur zum Gewinnen von Proben der Abgase von mit innerer Verbrennung arbeitenden Triebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Apparatur zum Gewinnen von Proben der Abgase von mit innerer Verbrennung arbeitender Triebwerke gemäß dem Gattungsteil des Anspruchs 1.

In der. Vereinigten Staaten von Amerika sind Vorschriften (siehe Section 1201, Chapter XIl, Title 45 des Code of Federal Regulations, veröffentlicht im Federal Register Band 36, Nr. 128, Freitag, den 2. Juii, 1971, S. 12652 ff.) erlassen worden, die festlegen, daß bei den in den Jahren 1973 und 1974 zu bauenden Kraftfahrzeugen die Menge bestimmter Verunreinigungen, die in den Abgasen enthalten sind, bestimmte vorgeschriebene Werte nicht überschreiten. Beispielsweise dürfen die folgenden Werte nicht überschritten s werden: Bei Kohlenwasserstoffen etwa 2,1 g je Fahrzeugkilometer, bei Kohlenmonoxid etwa 24,2 g je Fahrzeugkilometer und bei Stickoxiden etwa 1,8b g je Fahrzeugkilometer.

Im Hinblick auf diese Vorschriften ist es unumgänglieh, die von Kraftfahrzeugmotoren abgegebenen Abgase zu untersuchen und zu analysieren, um die Mengen der darin enthaltenden Verunreinigungen /_U ermitteln. Es sind umfangreiche Arbeiten durchgeführt worden, um Vorrichtungen zum Entnehmen von Gasproben zu entwickeln, und auf diesem Arbeitsgebiet ist es bekannt, von einem Verbrennungsmotor stimmende Abgase mit einer genau geregelten Durchsatzgeschwindigkeit durch eine Prüf Vorrichtung zu leiien, damit es möglich ist, die Verunreinigungen zu bestimmen und ihre anteiligen Mengen zu ermitteln. Du jeder Verbrennungsmotor Luft aus der Umgebung ansaugt, und da auch die Umgebungsluft selbst eine Quelle für Verunreinigungen ist, muß darauf geachtet werden, daß die Analyse genau die Mengen der nur von ücm Motor abgegebenen Verunreinigungen anzeigt. Bei den bis jetzt gebräuchlichen Vorrichtungen zum Entnehmen von Proben werden die Abgase mit Luft verdünnt. Ein proportionaler Teil der verdünnten Abgase wird kontinuierlich gesammelt, um dann analysiert zu werden, und zu diesem Zweck wird eine mit konstantem Volumen, jedoch mit einem variablen Verdünnungsgrad arbeitende Vorrichtung zum Entnehmen von Proben benutzt. Eine Vorrichtung, die den Anforderungen entspricht, die durch die U.S.-amerikanisehe Environmental Protection Agency aufgestellt worden sind, ist in dem vorstehend genannten Teil des Federal Register beschrieben und schematisch dargestellt. (Siehe auch Fi g. 1).

Bei dieser Vorrichtung ist eine mit zwangsläufiger

41) Verdrängung arbeitende Pumpe, insbesondere ein Rootsgebläse vorhanden, das den konstanten Gasdurchsatz gewährleistet, der eine Vorbedingung für ein einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung ist. Der volumetrische Durchsatz ist eine Funktion der Anzahl der Umdrehungen der Verdrängerpumpe.

Bei Vorrichtungen dieser Art ergeben sich verschiedene Nachteile und Schwierigkeiten, auf die im folgenden näher eingegangen wird. Eine solche Vorrichtung wird gewöhnlich in einer »feindlichen« Umgebung betrieben, d. h., die Abgase enthalten sowohl korrosierend wirkende Stoffe als auch teilchenförmige Fremdkörper. Diese Stoffe neigen dazu, sich in der mit konstanter Verdrängung arbeitenden Pumpe anzusammeln, so daß allmählich die engen Arbeitstoleranzeti

S5 verlorengehen, daß die Fördermenge varriert, und daC es sogar zum Versagen der Pumpe kommen kann. ItT Hinblick hierauf ist es erforderlich, die Vorrichtung vor Zeit zu Zeit zum Zweck der Wartung und Reinigung außer Betrieb zu setzen. Ferner ist es bis jetzt nich möglich, Undichtigkeiten an der Pumpe, die eint Funktion sowohl der Gastemperatur als auch de: Druckunterschiedes sind, völlig zu vermeiden. Diese Auftreten von Undichtigkeiten muß bei der Durchfüh rung von Untersuchungen mit Hufe solcher bekannte Vorrichtungen berücksichtigt werden, und wenn dies' Fehlerquelle innerhalb bestimmter Grenzen gehalte werden soll, muß die Verdrängerpumpe in relati kurzen Zeitabständen erneut geeicht werden, ur

s dig eine genaue Messung des Gasdurchsatzes zu ^lan _ätir|_ej_slen. Weiterhin wurde festgestellt, daß beim !^eW. . _s0|_cher Pumpen in der erwähnten »feindlichen«

Imeebung Beschädigungen der Pumpe nicht nur auf i Vorhandensein korrodierend wirkender Stoffe, 5 ndern auch auf zu hohe Temperaturen zurückzufüh-

^rC Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der US-Patent-, _{ft 36} 03 155 bekannt. Statt die Temperatur konstant

halten wird hier jedoch zum Ausgleich der io Abhängigkeit des Strömungsmitteldurchsatzes von der TomDeratur ein Regelventil verwendet, das in Abhäniakeit von der in der Gasströmung gemessenen TVniDeratur gesteuert wird.

a_us der US-Patentschrift 16 58 391 ist ferner eine 15

Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe Gasproben aus

Verbrennungsräumen von Öfen u.dg, abgezogen

worden können. Hierzu ist die Emgangsöffnung und die

Auseangsöffnung eines eine Venturi-Düse aufwe.sen-

i"n Rohres mit dem Verbrennungsraum eines Ofens 20

Λ del verbunden. Im Bereich der Ventun-Düse wird in

Is Rohr Luft eingeblasen, die in dem Rohr eine

r'asströmung bewirkt. Die Venturi-Düse wird hierbei

nicht bei kritischen Gasströmungsbedingungen betne-

^be"_{n nel},erer Zeit werden in zunehmendem Ausmaß Tiirbincntriebwerke verwendet, und natürlich müssen ' u _dic Abgase solcher Triebwerke geprüft werden. Fine Vorrichtung mit einer mit konstanter Verdrängung arbeitenden Pumpe der erwähnten, in dem Federal 30 Register beschriebenen Art müßte außerordentlich Lee Abmessungen haben, um die Abgase solcher Triebwerke verarbeiten zu können; hierbei ist außerdem zu berücksichtigen, daß die Pumpe auch die der Vorrichtung zuzuführende Verdünnungsluft zu fördern

^ha!_m Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Gewinnen von Gasproben zu schaffen, in der eine konstante Gasströmung aufrechterhalten wird ohne daß die in der Strömung enthaltenen Te lchenförmigen Fremdstoffe die Funktion der Vomchtung beeinträchtigen oder einen Verschleiß der Vorrichtung bewirken.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe ausgehend von einer Apparatur der eingangs genannten Art dadurch daß erfindungsgemäß die Regeleinrichtung ein Venturi-Rohr mit einer Einlaßseite und einer Expansionsseite aufweist und daß die Einleite an eine SXng «™ Aufnehmen des Gemisches angeschössen ist, daß mit der Expans.onsse.te des Venturi-Rohres verbunden ist und daß die Förderle.-stung der Pumpe ausreichend hoch bemessen ,st um zu gewährleisten, daß das Venturi-Rohr jeweils wahrend der gesamten Dauer eines Prüfvorganges unter kritischen Gasströmungsbedingungen betrieben wird.

Arbeiten unter kritischen Gasströmungsbedingungen bedeutet in diesem Zusammenhang unter solchen Bedingungen, daß Gase im engstem Querschnitt eines Ven«SShre» eine über der Schallgeschwindigkeit liegende Strömungsgeschwindigkeit erreichen. )edem FaSman ist die Tatsache geläufig, daß d.e maximale "..„.rKmuno^eschwindiRkeit. die im engstem Quer- ~hmUdnes Suömungskanals auftreten kann, gleich «r Schallgeschwindigkeit ist. Hieraus ergibt sich ferner, daß der gewichtsmäßige Gasdurchsatz ^m Maximum «reicht, wenn das Gas den engsten Querschnitt unter "en genannten kritischen Strömungsbedingungen

durchströmt.

Da ein auf diese Weise betriebenes Venturi-Rohr von Natur aus eine mit einem konstanten Volumenstrom arbeitende Einrichtung bildet, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung längs des Venturi-Rohres ein Druckunterschied zur Wirkung gebracht, der ausreicht, um zu gewährleisten, daQ die Schallgeschwindigkeit während der Untersuchung erreicht und ständig aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein einfaches Schleudergebläse an die Expansionsseite des Venturi-Rohres angeschlossen und die Förderleistung dieses Gebläses ist so gewählt, daß sie ausreicht, um die kritische Strömungsgeschwindigkeit des durch das Venturi-Rohr strömenden Gemisches aus Abgasen und Verdünnungsluft aufrechtzuerhalten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden mehrere parallel geschaltete, mit Venturi-Rohren versehene Einrichtungen zum Entnehmen von Gasproben benutzt; in diesem Fall wird jedes Venturi-Rohr durch einen gesonderten Verbrennungsmotor gespeist. Vorzugsweise wird hierbei pur eine einzige Schleuderpumpe oder ein einziges Schleudergebläse verwendet.

Die Vorrichtung nach der Erfindung mißt den Gasdurchsatz mit einer solchen Genauigkeit, daß der Meßfehler nur noch 1 % beträgt. Gleichzeitig wird die Geräuschbelästigung verringert und die Lebensdauer der Vorrichtung erheblich verlängert. Weiterhin ist es verhältnismäßig leicht, die Durchsatzmenge zu vergrößern oder zu verkleinern. Es wurden bereits Vorrichtungen für einen Nenndurchsatz von etwa 2,83 bzw. 8,5 bzw. etwa 9,9 mVtnin (Normalluft) hergestellt. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen ist es nicht erforderlich, periodische Nacheichungen durchzuführen. Ferner brauchen keine unterschiedlichen Leckverluste mehr berücksichtigt zu werden. Ein sehr wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie sich ohne weiteres auch dazu benutzen läßt, um den Abgasen von Turbinentriebwerken Proben zu entnehmen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch der Einfluß von Temperaturschwankungen ausgeschaltet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zum Entnehmen von Proben im Bereich des Venturi-Rohres angeordnet und umfaßt ein Rohr, das nur einen kleinen Teil des Gemisches aufnimmt und ein Hilfsventuri-Rohr umfaßt, in dem kritische Gasströmungsbedingungen aufrechterhalten werden. Der Gasdurchsatz des Hilfsventuri-Rohres entspricht hier einem bestimmten Prozentsatz des Gasdurchsatzes des Venturi-Rohres. Da der Gasdurchsatz jedes der beiden Venturi-Rohre in gleicher Weise von der Temperatur abhängt, kann hier auf eine Temperaturkompensation verzichtet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die in dem Federal Register dargestellte und beschriebene bekannte Vorrichtung zum Entnehmen von Abgasproben,

Fig. 2 perspektivisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entnehmen von Abgasproben,

F i g. 3 schematisch bestimmte Teile der Vorrichtung nach F i g. 2,

Fig.4 in einem größeren Maßstab im Längsschnitt ein zum Erzeugen kritischer Sirömungsbedingungen geeignetes Venturirohr der bei der Vorrichtung nach F i g. 2 und 3 verwendeten Art,

Γ,

Fig. 5 schematisch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der mehrere Venturirohre zum Erzeugen konstanter Mengenströme parallelgeschaltet sind, und

Fig. 6 in einem größeren Maßstab schematisch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der kein Wärmetauscher vorhanden ist, und die insbesondere zum Prüfen der Abgase von Turbinentriebwerken geeignet ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die gegenwärtig die Anforderungen der erwähnten Environmental Protection Agency erfüllt und in dem Federal Register an der angegebenen Stelle beschrieben ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist bestimmte Bestandteile auf. die auch bei dieser bekannten Vorrichtung vorhanden sind. Wie erwähnt, ist jedoch gemäß der Erfindung ein Venturirohr /um Hervorrufen kritischer Strömungsbedingungen vorhanden, und die scm Venturirohr ist anstelle de;- in Fig. 1 gezeigten Verdrängerpumpe ein Schleudergebläse zugeordnet.

Bei der bekannten Vorrichtung nach F i g. 1 wird der gesamte Mengenstrom der Abgase, die im Verlauf eines «j simulierten Fahrprogramms aus dem Auspuffrohr einem Anschlußrohr tO zugeführt wird, zusammen mit über einen Einlaß 11 zugeführter Verdünnungsluft dadurch zugemessen, daß der Gastrom einer Verdrängerpumpe 12 zugeführt wird. Proben des Gemisches aus Abgasen und Verdünnungsluft strömen durch Leitungen zu Behältern oder Beuteln 13 und 14. In die Leitungen sind dort, wo es erforderlich ist. Filter eingeschaltet. Beispielsweise ist in dem Lufteinlaß 11 eine dreiteilige Filterbaugruppe 15 angeordnet, und in die durch Sonden 18 und 19 gespeisten Leitungen sind Filter 16 und 17 eingeschaltet. Ferner sind Dreiwege-Magnetventile 20 und 21 vorhanden, die es ermöglichen, die Gasprobenslröme entweder zu den Beuteln 14 oder 13 zu leiten oder sie nach außen abzuführen. Weiterhin weist die Vorrichtung leckdichtc Anschlüsse und Absperreinrichtungen auf, und es sind Zähleinrichtungen 22 und 23 vorhanden, die Umdrehungen der Verdrängerpumpe 12 während des Prüfvorgangs und des Entnehmens und Sammelns von Proben zählen.

Bei dieser zugelassenen Vorrichtung mit einer Verdrängerpumpe von konstanter Förderleistung gewährleistet das Mischen des gesamten Abgasstroms eines Verbrennungsmotors mit einer bestimmten Verdünnungsluftmenge, daß während des gesamten Prüfvorgangs ein konstanter Mengenstrom durch die Vorrichtung geleitet wird. Arbeitet ein Fahrzeugmotor unter Last, besteht natürlich ein größerer Teil des Gasgemisches aus Abgasen. Die zugelassene Vorrichtung ist so ausgebildet, daß das Gemisch nur einen sehr kleinen Anteil an Verunreinigungsstoffen enthält. Mit Hilfe der Vorrichtung werden kleine Proben des Gasgemisches abgezogen und dann einem nicht dargestellten Analysator zugeführt. Solange der durch die Vorrichtung geleitete Mengenstrom konstant gehalten wird, wird bei dieser Vorrichtung stets eine gleichmäßige Gasmenge abgezogen. Da nach einer entsprechenden Korrektur zur Berücksichtigung der am Tage der Untersuchung herrschenden atmosphärischen Bedingungen (siehe die Sonde 18 und den Beutel 14) angenommen werden kann, daß alle Verunreinigungsstoffe aus den Abgasen des Fahrzeugs stammen, ermöglicht es das Entnehmen von Proben, die jeweils einem konstanten Bruchteil des Abgasstroms entsprechen, das Gewicht der im gesamten Abgasstrom enthaltenen Verunreinigungssloffe zu berechnen. Wie erwähnt, wird als mit konstanter Förderleistung arbeitende Verdrängerpumpe ein Roo'sgebläse benutzt.

und durch das Zählen der Umdrehungen der Pumpe bzw. des Gebläses erhält man eine erste Anzeige der je Zeiteinheit geförderten Menge des Gemisches. Gerade auf das Vorhandensein dieses Gebläses sind die erwähnten Beschränkungen und Schwierigkeiten zurückzuführen, die durch die Erfindung vermieden werden sollen.

Bei der Vorrichtung nach Fig. I muli die Einlaßtemperatur des der Verdrängerpumpe 12 zugeführten Gases im wesentlichen konstant sein, damit die Pumpe als Einrichtung zum Zumessen eines konstanten Mengenstroms betrieben werden kann. Gemäß F i g. 1 ist ein Wärmetauscher // vorhanden, der gemäß den Angaben in der Zeichnung Einrichtungen sowohl zum Erhitzen als auch zum Kühlen der Gase aufweist. Dieser Wärmetauscher, bei dem sich die Beschreibung weiterer Einzelheiten erübrigen dürfte, erfüllt die Forderung, daß die Vorrichtung mit einem konstanten Mengenstrom gespeist werden muß.

Während einer Abgasprüfung werden Gasproben in den Behältern oder Beuteln 13 und 14 gesammelt, und es werden Analysen durchgeführt, um den Gehalt der Abgase an Kohlenwasserstoffen. Kohlenmonoxid und Stickoxiden zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird ein Analysator benutzt, der in den eingangs genannten Vorschriften ebenfalls schematisch dargestellt und beschrieben ist. Dieser Analysator wird hier weder dargestellt noch beschrieben, da er nicht einen Gegenstand der F.rfindung bildet.

Gemäß den gegenwärtig geltenden Vorschriften wird eine Abgasprüfung durchgeführt, bei der angenommen ist. daß von einem Kaltstart ausgegangen wird, und bei der eine Fahrt von mittlerer Länge (z. B. etwa 12 km) in einem städtischen Gebiet nachgeahmt wird. Hierbei wird ein proportionaler Teil der verdünnten Abgabe kontinuierlich zum Zweck der Analyse gesammelt, und dieser Teil wird so mit Luft verdünnt, daß man ein konstantes Volumen erhält.

Bezüglich einer eingehenderen Beschreibung der Vorrichtung nach F i g. 1 und des anzuwendenden Betriebs- und Regelverfahrens sei auf die genannte Stelle des Federal Register verwiesen, wo auch die hiet nicht gezeigte Vorrichtung zum Durchführen vor Gasanalysen beschrieben ist.

Bei dieser Vorrichtung, bei der es sich, wie erwähnt um die gegenwärtig gebräuchliche Standardvorrichtunj handelt, ergeben sich die erwähnten Schwierigkeitet und Nachteile, und gemäß der Erfindung wird in diese Beziehung dadurch Abhilfe geschaffen, daß die Luftzu meßfunklion von der Luftförderfunktion getrennt wire Zu diesem Zweck wird für die Zumeßfunktion eii Venturirohr zum Erzeugen kritischer Strömungsbedin gungen in Kombination mit einem einfachen, weni Raum beanspruchenden Schleudergebläse benutzt. Ein solche Vorrichtung wird im folgenden anhand vo Fig. 2 und 3 beschrieben. Weiter unten wird anhan von Fig. 5 eine Vorrichtung beschrieben, bei der da einzige vorhandene Venturirohr der Vorrichtung nac Fig. 2 und 3 durch mehrere, z.B. zwei Venturirohr ersetzt ist.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, mittels welcher sie sehr gute Ergebnisse erzielen lassen. Die Vorrichtung i in einem Gehäuse 24 untergebracht und weist eir Einlaßleitung 25 auf, die an das nicht dargestell Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine bzw. eim Verbrennungsmotors anschließbar ist. Aus der Umg bung angesaugte Luft strömt von oben nach unten dun einen Kamin 28 zu einer Kammer 27 und von dort a

nach oben durch eine Rohrleitung 26, um mit dem über den Einlaß 25 zugeführten Abgas vereinigt zu werden. Das Gemisch aus Abgas und Luft strömt dann durch eine Rohrleitung 29 zu einem Abscheider 30, der auf bekannte V/eise als Zentrifugalabscheider ausgebildet «, ist und dazu dient, aus dem Gemischstrom feine Teilchen abzuscheiden, die über den Einlaß 25 oder den Kamin 28 in die Vorrichtung gelangen. Jenseits des Zentrifugalabscheiders strömt das Gemisch aus Abgas und Luft durch eine Rohrleitung 31 zu einem Wärmetauscher 32, von dem aus der Gemischstrom durch eine Rohrleitung 33 zu einem insgesamt mit 34 bezeichneten Venturirohr zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen gelangt. Der Wärmetauscher ist in der in Fig. 1 schematisch dargestellten Weise ^ ausgebildet, und es handelt sich hierbei um einen Bestandteil, der bei den bis jetzt bekannten Vorrichtungen zum Gewinnen von Gasproben in jedem Fall erforderlich ist. Wie weiter unten näher ausgeführt, ist es bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung möglich, den Wärmetauscher fortzulassen. Diese Tatsache gewinnt dann besondere Bedeutung, wenn Proben den Abgasen eines Turbinentriebwcrks entnommen werden sollen, denn in diesem Fall würde man einen Wärmetauscher mit übermäßig großen Abmessungen ₂^ benötigen.

Zu der Vorrichtung nach Fig. 2 gehört ferner ein Schleudergebläse 35, das durch eine Baugruppe 36 mit einem Rohrabschnitt und einer Spannschelle mit dem Auslaß oder Expansionsteil des Venturirohrs 34 verbunden werden kann.

Die Vorrichtung nach F i g. 2 ist schematisch in F i g. 3 dargestellt, wo die betreffenden Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind Zwar ist der Zentrifugalabscheider 30 in Fig. 3 nicht gezeigt, doch wird in der Praxis es vorgezogen, einen solchen Abscheider zu verwenden, denn er bietet den zusätzlichen Vorteil, daß er ein gleichmäßiges Gemisch aus dem Abgas, der Luft und den teilchenförmigen Fremdstoffen erzeugt. Entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit einer Verdrängerpumpe sind zwei Sonden 18a und 18b vorhanden, die so angeordnet sind, daß sie den nicht dargestellten Behältern oder Beuteln Proben der Verdünnungsluft und des Gemisches aus Verdünnungsluft und Abgasen zuführen. Das Gebläse 35 der Vorrichtung nach Fig. 2 erscheint auch in Fig. 3; die Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 3 dürfte ohne weitere Erläuterungen verständlich sein. Natürlich würde eine Vorrichtung der in F i g. 2 und 3 dargestellten Art auf Filter, Ventile und Gassammeieinrichtungen der in Fig. I dargestellten Art sowie die benötigten Umschalteinrichtungen aufweisen. Die in F i g. 1 gezeigten Umdrehungszähler werden bei der Vorrichtung nach Fig. 3 natürlich nicht benötigt, denn bei dieser Ausführungsform wird ebenso wie bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung anstelle einer rotierenden Verdrängerpumpe ein Venturirohr benutzt.

In F i g. 4 ist das Venturirohr 34 in einem vergrößerten Längsschnitt dargestellt. Dieses Venturirohr ist eigens so konstruiert, daß es möglich ist, den richtigen i,₀ Gasdurchsatz zu erzielen, der in diesem Fall etwa 8,5 mVmin beträgt, wenn das Venturirohr unter kritischen Strömungsbedingungen betrieben wird. Die Gestalt dieses Venturironrs ist das Ergebnis mathematischer Untersuchungen und von Entwicklungsversuchen, <><, deren nähere Erläuterung sich hier erübrigen dürfte, da die betreffenden Maßnahmen bekannt sind und da es im vorliegenden Fall nur erforderlich ist. den gewünschten Gasdurchsalz anzugeben, der unter kritischen Strömungsbedingungen etwa 8,5 m^J/min beträgt.

Zwischen seinem Eintrittsende 37 und seinem Austrittsende 38. das sich an einen Expansionsabschnitt 39 anschließt und sich zum Ende hin erweitert, hat das Venturirohr eine Länge von etwa 363 mm. Der engste Querschnitt des Venturirohrs wird durch eine schmale Ringzone 40 gebildet, deren parallel zur Achse des Venturirohrs gemessene Breite 2,54 mm beträgt. Der Einlaßabschnitt, dessen Länge man als von der Bezugslinie 40a aus bis zur Ebene der Einlaßöffnung 37 gemessen betrachten kann, hat eine Länge von 64.21 mm. Der Winkel, unter dem sich der Einlaßabschnitt verengt, beträgt /wischen der Wand des Einlaßabschnitts und der Achse des Venturirohrs 30°.

Die Länge des Expansionsabschnitis des Venturirohrs /wischen der Bezugslinie AOb und der Bezugslinie 41 in Fig.4 beträgt 230,13mm, und die Wand dieses Abschnitts ist gegen die Achse des Venturirohrs unter einem Winkel von 6" geneigt. Von der Ebene aus, an der der Expansionsabschnitt des Venturirohrs endet, d. h., von der Bezugslinie 41 aus, erweitert sich das Venturirohr so, daß seine Wand gegen seine Achse unter einem Winkel von 27° 9' geneigt ist; dieser Abschnitt endet gemäß F i g. 4 an der Ebene 38, in der die Auslaßöffnung liegt.

Das Venturirohr ist aus einem korrosionsbeständigen Stahl hergestellt und hat eine Wandstärke von 6,35 mm. Das sich bis in die Nähe des Einlasses 37 des Venlurirohrs erstreckende Rohr 33 weist an seinem Ende einen Flansch 42 auf. der gegenüber einem ähnlichen, am Einlaß des Venturirohrs ausgebildeten Flansch 43 angeordnet ist. Gemäß F i g. 4 dient eine runde Spannschelle 44 dazu, die beiden Flansche zusammenzuziehen und festzuhalten. Am anderen Ende des Venturirohrs ist der sich erweiternde Auslaßabschnitt auf seiner Außenseite mit einem Flansch 45 versehen, der mit einem Buchsenteil 46 zusammenarbeitet, das einen Bestandteil des Gehäuses des Zentrifugalgebläses 35 bildet. Der Flansch 45 und das Buchsenteil 46 sind von einer Muffe aus elastischem Werkstoff umschlossen, die durch eine Spannschellenanordnung 36 in ihrer Lage gehalten wird.

Wie erwähnt, dient das Venturirohr 34 als Einrichtung zum Zumessen des Gasgemisches, und dazu, den Mengcnsirom des Gemisches innerhalb sehr enger Grenzen konstant zu halten. Da das Gemisch aus Abgasen und Verdünnungsluft während des gesamten Prüfvorgangs durch das Venturirohr strömt, und da die Förderleistung des an den Expansionsabschnitt angeschlossenen Gebläses ausreicht, um zu gewährleisten, daß das Venturirohr während der ganzen Dauer des Prüfvorgangs unter kritischen Strömungsbedingunger betrieben wird, arbeitet das Venturirohr in Verbindung mit dem Gebläse als eine Einrichtung zum Einregelr eines konstanten Mengenstroms bzw. einer konstanter Durchsatzmenge.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform de Erfindung, bei der zwei Anordnungen der anhand voi Fig. 3 beschriebenen Art im Parallelbetrieb arbeiter und bei der eine diesen Anordnungen gemeinsar zugeordnete Sammelleitung 47, die von zwei Venturi rohren 34a und 34i> abgegebenen Gasströme aufnimm An die gemeinsame Sammelleitung 47 ist ein einzige Gebläse 35a oder eine andere Einrichtung zui Herabsetzen des Drucks angeschlossen, und es ist dafi gesorgt, daß der gesamte Gasstrom über einen Ausla 48 abgeführt werden kann. Eine solche Mehrfachvo

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richtung, die auch mehr als zwei parallelgeschaltete Venturirohre aufweisen könnte, kann gleichzeitig die Abgase mehrerer Verbrennungsmotoren aufnehmen, und zu diesem Zweck sind gemäß F i g. 5 z. B. zwei Anschlüsse 25a und 25b für Auspuffrohre vorhanden, Die Sonden 18c und 18c/ sind natürlich an nicht dargestellte Gasanalysatoren angeschlossen.

Sollen Gasproben von konstantem Volumen gewonnen werden, ist es bei den bis jetzt beschriebenen Ausführungsformen erforderlich, die Temperatur der Gasströme, die den Venturirohren zum Erzeugen kritischer Strömungsbedingungen zugeführt werden, im wesentlichen konstant zu halten. Aus diesem Grund weisen die Ausführungsformen nach F i g. 3 und 5 einen bzw. mehrere Wärmetauscher auf, die mit Einrichtungen zum Erhitzen bzw. zum Kühlen der Gasströme verschen sind.

Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die es ermöglicht, eine Gasprobe zu gewinnen, die einem konstanten Prozentsatz der gesamten Durchsatzmenge entspricht, ist in F i g. 6 dargestellt. Ebenso wie bei den schon beschriebenen Vorrichtungen wird das Gemisch aus Abgasen und Verdünnungsluft dem Einlaß eines Venturirohrs 34' zugeführt, an das eine Schleuderpumpe 35' mit einer überschüssigen Förderleistung angeschlossen ist. Die Gasproben werden über eine Sonde 19' entnommen, die als Rohr 19' von kleinen Abmessungen ausgebildet ist und im vorliegenden Fall einen Venturirohrabschnitt R aufweist. An das Rohr 19' ist ein kleines Gebläse B angeschlossen, dessen Förderleistung ausreicht, um in

s dem kleinen Venturirohr R kritische Strömungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Es läßt sich leicht zeigen, daß der Gasdurchsatz des kleinen Venturirohrs R einem bestimmten Prozentsat/, des durch das Venturirohr 34' strömenden Hauptslroms entspricht, daß die Durchsatz-

lu menge des Venturirohrs R konstant ist, und daß die durch das Verhältnis zwischen den Querschnitten der beiden Venturirohre bestimmt ist. Da der Gasdurchsatz jedes Venturirohrs eine Funktion der Temperatur des Gasgemisches ist, und da an beiden Venturirohren die

ι s gleiche Temperatur herrscht, ist keine Temperaturkompensation erforderlich, und die Durchsatzmengen werden ausschließlich durch das Verhältnis zwischen den Durchtrittsquerschnitten bestimmt. Die mit Hilfe des Venturirohres R und des Gebläses B entnommenen Gasproben werden einer Sammeleinrichtung und von dieser aus einem Analysator zugeführt. Eine Vorrichtung der anhand von Fig. 6 beschriebenen Art erweist sich beim Prüfen der Abgase von Gasturbinentriebwerken als besonders vorteilhaft. Daher bezeichnet der Ausdruck »mit innerer Verbrennung arbeitendes Triebwerk« in den Ansprüchen nicht nur Verbrennungsmotoren, sondern auch Gasturbinentriebwerke.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Apparatur zum Gewinnen von P'^hen der Abgase von mit innerer Verbrennung .uenden Triebwerken, um das Sammeln und Analysieren der Proben zu ermöglichen, mit einer an eine Rohrleitung zum Aufnehmen der Abgase eines Triebwerks anschließbaren Verdünnungsluftquelle, die es ermöglicht, ein Gemisch aus Abgasen und Verdünnungsluft zu erzeugen, einer Einrichtung zum Entnehmen von zu analysierenden Proben des Gemisches sowie einer Einrichtung zum Regeln des Strömens des Gemisches derart, da3 die Strömungsmenge im wesentlichen konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein Venturi-Rohr (34) mit einer Einlaüseite und einer i:\pansionsscite aufweist und daß die Einlaßseile an eine Einrichtung (29, 31, 33) zum Aufnehmen des Gemisches angeschlossen ist. daß mit der Expansionsseite des Venturi-Rohres eine Pumpe (35) zum Hindurchsaugen des Gemisches durch das Venturi-Rohr verbunden ist und daß die Förderleistung der Pumpe ausreichend hoch bemessen ist, um zu gewahrleisten, daß das Venturi-Rohr jeweils während der gesamten Dauer eines Prüfvorganges unter kritischen Gasströmungsbedingungen betrieben wird.

2. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (35) als Schleuderpumpe ausgebildet ist.

3. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Venturi-Rohre (34a, 34£>) vorhanden sind, die mehrere parallel geschaltete Strömungswege abgrenzen, von denen jeder eine eigene Verdünnungsluftqjelle aufweist und an ein gesondertes Triebwerk anschließbar ist und daß an die Apparatur eine einzige Pumpe (35a) angeschlossen ist.

4. Apparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Venturi-Rohres (34') die Einrichtung zum Entnehmen von Proben angeordnet ist, die ein Rohr (19') umfaßt, von dem ein Teil so angeordnet ist, daß er nur einen kleinen Teil des Gemisches aufnimmt, daß ein Teil des Rohres in der Rohrleitung ein Hilfsveniuri-Rohr (R) bildet, und daß eine Einrichtung (B) vorhanden ist, die gewährleistet, daß das Hilfsventuri-Rohr während der Probenentnahme unter kritischen Gasströmungsbedingungen arbeitet.

5. Apparatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich das Verhältnis zwischen den kleinsten Durchschnittsquerschnitten der beiden Venturi-Rohre (34', R) den durch jedes Venturi-Rohr strömenden Mengenstrom bestimmt.