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Dokumentenidentifikation DE69935818T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000936467
Titel Auspuffgasanalysevorrichtung und modales Massenanalyseverfahren durch Gasspurverfahren unter Benutzung dieser Analysevorrichtung
Anmelder Horiba Ltd., Kyoto, JP
Erfinder Adachi, Masayuki c/o Horiba, Kyoto, JP;
Hirano, Takashi c/o Horiba, Kyoto, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 69935818
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.02.1999
EP-Aktenzeichen 991026808
EP-Offenlegungsdatum 18.08.1999
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G01N 33/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auspuffgas-Analysevorrichtung zum Messen der Masse jedes spezifischen Komponentengases in dem Auspuffgas, das aus Autos durch Fahrmodi emittiert wird, und ein modales Massenanalyseverfahren durch einen Gasspurenprozess unter Verwendung der Analysevorrichtung davon.

Weil die Komponenten eines Auspuffgases, das aus einem Fahrzeug wie etwa einem Auto etc. emittiert wird, aufgrund von Fahrmodi variieren, muss die Auspuffgasströmungsrate jeder spezifischen Komponente in Echtzeit in Übereinstimmung mit jedem Fahrmodus gemessen werden, und herkömmlich ist beispielsweise, wie in 3 gezeigt, ein Verdünnungs-Analyseprozess eingesetzt worden, bei welchem das Auspuffgas in jedem Fahrmodus verdünnt wird, um eine spezifizierte konstante Strömungsrate durch Atmosphäre zu erreichen, in eine Gaskomponenten-Analysevorrichtung c eingeführt wird, und die emittierte Rate jeder spezifischen Komponente bestimmt wird.

Als ein Verfahren zum Bestimmen der emittierten Rate der spezifischen Komponente ist ein modales Massenanalyseverfahren unter Verwendung eines Verdünnungs-Analyseprozesses bekannt. Bei diesem Analyseverfahren kann unter der Annahme, dass die Strömungsrate des Auspuffgases, das in einen Probendurchlass d für eine Konzentrationsmessung eingesaugt wird, QA (konstant) ist, eine Verdünnungsluftrate, die durch einen Ultraschallströmungsmesser f an einem Verdünnungsluft-Einströmungsdurchlass e gemessen wird, QD(t) ist, eine Gesamtansaug-Strömungsrate durch die Konstantvolumen-Probeneinheit CVS QM (konstant) ist, dann die Auspuffgas-Strömungsrate (die Feuchte enthält), die aus dem Prüflingsfahrzeug b emittiert wird, QWE(t) aus einem arithmetischen Ausdruck gefunden werden, der besteht aus QWE(t) = QA + QM – Q(t)(3)

Andererseits kann unter der Annahme, dass die Konzentration der in dem Auspuffgas zu messenden Komponenten, das durch die Gaskonzentrations-Analysevorrichtung c gemessen wird, CWE(t) sind, dann das Auspuffgasvolumen (Masse) M(t) der in dem Auspuffgas zu messenden Komponenten durch einen arithmetischen Ausdruck, der besteht aus M(t) = ☐x CWE(t) × QWE(t)(4) durch einen jeweiligen Fahrmodus gefunden werden. Diese Art eines arithmetischen Verfahrens, das aus den Gleichungen (3) und (4) besteht, ist das modale Massenanalyseverfahren, das auf den Verdünnungs-Analyseprozess angewandt wird. In 3 bezeichnet ein Bezugszeichen g einen Wärmetauscher, h ein Venturi-Rohr mit konstanter Strömungsrate, i eine Ansaugpumpe, j einen Entfeuchter und k eine Ansaugpumpe.

Folglich besteht bei dem modalen Massenanalyseverfahren durch den oben beschriebenen Verdünnungs-Analyseprozess dann, wenn eine Komponente, die gleich ist wie jene, die in dem Auspuffgas zu messen ist, in der Atmosphäre vorhanden ist, eine Möglichkeit, dass die Messergebnisse einem Einfluss unterworfen sind, und dass eine Schwierigkeit besteht, eine Grenze in der Messgenauigkeit zu bilden.

Auch wenn ein Luftreiniger einer großen Strömungsrate zur Verdünnung verwendet wird, ist es offensichtlich für die Analyseeinrichtung nachteilig, durch ein weiteres Verdünnen die Messkomponente zu analysieren, wenn die Messkomponente in einer niedrigen Konzentration vorliegt. Zusätzlich ist ein großer Betrag einer Investition für das Gerät zum Reinigen der Luft oder das CVS-(Konstantvolumen-Probengefäß)-Gerät zum Ansaugen verdünnter Luft bei einer konstanten Strömungsrate erforderlich, was zu hohen Kosten für das Gesamtanalysegerät, wie auch zu einer größeren Abmessung führt.

Andererseits wird bei der Berechnung der Gleichung (4) zum Bestimmen der Auspuffgasrate M(t) der für jeden Fahrmodus zu messenden Komponente der Wert, der die Feuchtigkeit enthält, d.h. der nass-basierte Wert für die Konzentration CWE(t) verwendet, aber wegen einer Wasserstörung der Gasanalysevorrichtung c wird das Auspuffgas mit Feuchtigkeit, die durch den Entfeuchter j entfernt wird, eingeführt, und die Konzentration CWE(t) kann nicht direkt durch die Gasanalysevorrichtung c erfasst werden.

Deswegen wird zur Vereinfachung eine trocken-basierte (frei von Feuchtigkeit) Konzentration CDE(t), die von der Gasanalysevorrichtung c erfasst wird, in die nass-basierte Konzentration CWE(t) getrennt konvertiert und in Gleichung (4) geändert. Beispielsweise kann unter der Annahme, dass der Feuchtigkeitsgehalt (= Feuchtigkeitsgehalt, der von dem Entfeuchter j entfernt ist), der in dem Auspuffgas enthalten ist, CH2O(t) ist, die nass-basierte Konzentration CWE(t) durch die Konversionsgleichung bestimmt werden, die besteht aus CWE(t) = CDE(t) × (1 – CH2O(t))(5)

Der Feuchtigkeitsgehalt CH2O(t) beträgt HH2O(t) = 1/10 (= 0,1), wenn angenommen wird, dass die Strömungsrate QWE(t) des Auspuffgases 1 ist, wenn beispielsweise 10 % Feuchtigkeit in dem gesamten Auspuffgas enthalten ist.

Folglich kann der Wert des Feuchtigkeitsgehalts CH2O(t) tatsächlich nicht gemessen werden, und ein empirisch als adäquat angesehener Wert (angenommener Wert) wird verwendet, es sind aber, weil der tatsächliche Feuchtigkeitsgehalt CH2O(t) gemäß Kraftstoff- und Messbedingungen (Saison) variiert, Fälle vorhanden, bei welchen die nass-basierte Konzentration CWE(t), die durch Gleichung (5) bestimmt ist, sich von dem tatsächlichen Wert unterscheidet, und folglich kann der Wert der Auspuffgasrate M(t) der zu messenden Komponente, die durch Gleichung (4) bestimmt wird, nicht als genau angesehen werden, was große Schwierigkeiten bei der Reproduzierbarkeit hervorruft.

Eine weitere Gasanalysevorrichtung für die gleichzeitige Messung einer Mehrzahl von Komponenten, die in einem Probengas enthalten sind, ist aus der EP 0 222 994 bekannt. Gemäß dem Dokument ist eine Probengas-Strömungsteilungseinrichtung in einem Probengas-Einführungsdurchlass zum Teilen einer Strömung des Probengases in einem vorgegebenen Verhältnis bereitgestellt. Die Probengas-Strömungsteilungseinrichtung umfasst ferner eine Mehrzahl von Konzentrationsdetektoren, die damit parallel verbunden sind. Probengas-Verdünnungseinrichtungen sind zwischen der Probengas-Strömungsteilungseinrichtung und den Gaskonzentrationsdetektoren zum Verdünnen des Probengases in einstellbaren Verhältnissen bereitgestellt. Die oben erwähnten Genauigkeitsprobleme betreffen auch die Technik, die in diesem Dokument beschrieben ist.

Die EP A 0 855 578, die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, offenbart ein weiteres Auspuffgas-Strömungsmessgerät für Verbrennungsmotoren.

Die EP A 0 230 675 offenbart ein weiteres modales Massenanalyseverfahren für Auspuffgase aus Motorfahrzeugen. Auch das Verfahren gemäß diesem Dokument verwendet das Verdünnungsmengen-Verfahren, um die Konzentration bestimmter Gase in einem Auspuffgas zu bestimmen.

Unter diesen Umständen besteht eine Hauptaufgabe dieser Erfindung darin, eine Auspuffgas-Analysevorrichtung, die die Auspuffgasrate jeder spezifischen Gaskomponente in dem Autoauspuffgas durch Fahrmodi in Echtzeit ohne Verwendung eines Verdünnens von Luft genau messen kann, und ein Verfahren zum Berechnen der Auspuffgasrate davon bereitzustellen.

Um die oben beschriebenen, zu lösenden Probleme anzugehen, stellt die vorliegende Erfindung eine Auspuffgas-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 und ein modales Massenanalyseverfahren nach Anspruch 3 bereit.

Das heißt, dass die Erfindung, die in Anspruch 1 offenbart ist, gekennzeichnet ist durch eine Spurengas-Zufuhrquelle, einen Strömungsraten-Controller zum Einstellen der Zufuhrrate des Spurengases in ein Fahrzeug, einen Entfeuchter, der in dem Durchlass des Auspuffgases aus dem Fahrzeug angebracht ist, einen Spurengasdetektor und eine Gasanalyseeinrichtung zum Messen der in dem Auspuffgas zu messenden Komponente, wobei beide parallel stromabwärts des Entfeuchters in dem Durchlass angebracht sind.

Die Erfindung, wie sie in Anspruch 2 offenbart ist, ist gekennzeichnet durch eine Auspuffgas-Analysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Berechnungseinrichtung zum Bestimmen des Auspuffgasvolumens (der Masse) M(t) der durch Fahrmodi in Übereinstimmung mit dem Berechnungsprogramm zu messenden Komponenten mittels des modalen Massenanalyseverfahrens unter Verwendung des Gasspurenprozesses, der im Voraus in einen Speicher gesetzt und gespeichert ist, enthalten ist.

Die Erfindung, wie sie in Anspruch 3 offenbart ist, ist gekennzeichnet durch ein modales Massenanalyseverfahren, umfassend die Auspuffgas-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Gasspurenprozess enthalten ist, um die trocken-basierte Auspuffgas-Strömungsrate QDE(t) aus der bekannten Strömungsrate QH(t) des Spurengases, das in das Auspuffgas gemischt ist, das aus dem Fahrzeug emittiert wird, das für einen Fahrsimulationstest auf der Grundlage der spezifizierten Fahrmodus-Gangwechselsequenz geboten wird, und die Konzentration CH(t) des Spurengases, das bei einer spezifizierten Abtastzeit unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks, der besteht aus: QDE(t) = QH(t) ÷ CH(t)(1) zu finden, und um gleichzeitig die Konzentration CDE(t) der in dem Auspuffgas in der spezifizierten Abgaszeit zu messenden Komponente zu messen, die die gleiche ist wie jene für die Messung der Spurengaskonzentration CH(t), und um das Auspuffgasvolumen (die Masse) M(t) der durch Fahrmodi zu messenden Komponente durch den arithmetischen Ausdruck zu bestimmen, der besteht aus: M(t) = ⎕x CDH(t) × QDE(t)(2) (wobei ⎕eine Dichte der zu messenden Komponente ist).

Das modale Massenanalyseverfahren durch Spurengas unter Verwendung dieses Geräts verwendet keine Verdünnungsluft, ist deswegen frei von jedwedem Einfluss spezifischer Komponenten, die in einer Verdünnungsluft enthalten sind, benötigt keine komplizierte Kompensation hinsichtlich Temperatur oder Druck des Auspuffgases und ist kaum einer Pulsation des Auspuffgases unterworfen.

Weil der Spurengasdetektor und die Gasanalysevorrichtung parallel angeordnet sind, ist es möglich, Auspuffgas in beide Vorrichtungen gleichzeitig einzuführen, und weil es möglich ist, die trocken-basierte Strömungsrate QDE(t) des Auspuffgases, das durch den Spurengasdetektor gemessen ist, und die Konzentration CDE(t) der durch die Gasanalysevorrichtung zu messenden Komponente gleichzeitig zu bestimmen, besteht kein Bedarf nach einem Einstellen einer Zeitgebung für beide Vorrichtungen.

Zusätzlich besteht ein Vorteil dahingehend, dass das Abgas von einer beliebigen Position nach der Verbrennungskammer abgenommen werden kann, wenn das Spurengas von der Ansaugseite des Motors eingeführt ist, und von einer beliebigen Position mit einem geeigneten Abstand, der von dem Injektionspunkt bereitgestellt ist, wenn das Gas in das Endrohr injiziert wird, und der Freiheitsgrad in der Geräteauslegung kann deutlich verbessert werden. Die Eliminierung des CVS-Geräts und des Luftreinigers erhöht ferner den Freiheitsgrad, und es ist möglich, das Gerät in einer kompakten Abmessung und zu geringen Kosten bereitzustellen. Zusätzlich weist es, weil das CVS-Gerät nicht verwendet wird, einen Vorteil auf, dass es keine gereinigte Luft erfordert, wodurch eine große Verringerung in den Betriebskosten erreicht wird.

Bei dem modalen Massenanalyseverfahren unter Verwendung von Spurengas durch das Gerät ist es, weil es möglich ist, die trocken-basierte Strömungsrate QDE(t) tatsächlich zu messen, die direkt mit der trocken-basierten Konzentration CDE(t) multipliziert werden kann (siehe Gleichung (1)), möglich, den hoch genauen Messwert mit einer hohen Zuverlässigkeit zu finden, ohne den herkömmlich angenommenen Wert des Feuchtigkeitsgehalts in dem Berechnungsprozess in Gleichung (2) zu verwenden.

Im Übrigen ist es bei diesem Verfahren möglich, die trockenbasierte Auspuffgasrate M(t) der zu messenden Komponente durch die trocken-basierte Berechnung in Gleichung (2) direkt zu finden. Das Prinzip wird wie folgt beschrieben. Zunächst gilt der folgende Beziehungsausdruck zwischen der nass-basieren Konzentration CWE(t) und der trocken-basierten Konzentration CDE(t). CWE(t) = CDE(t) × (1 – CH2O(t))(6)

Und zwischen der Strömungsrate des nass-basierten Auspuffgases QWE(t) und der Strömungsrate des trocken-basierten Auspuffgases QDE(t) gilt der folgende Beziehungsausdruck: QWE(t) = QDE(t) × 1/(1 – CH2O(t))(7)

Deswegen ergibt eine Substitution von Werten von CDE(t) und QDE(t), die aus Gleichung (6), (7) gefunden werden, in Gleichung (2) Gleichung (4). M(t) = ⎕x CDE(t) × QDE(t) = ⎕x {CWE(t)/(1 – CH2O(t)} × {QWE(t) × (1 – CH2O(t)} = ⎕x CWE(t) × QWE(t)(2)

Das heißt, dass die Berechnungsgleichung (2) durch die Trockenbasis gleich der Berechnungsgleichung (4) durch die herkömmliche Nassbasis ist. Weil an diesem Punkt der Feuchtigkeitsgehalt CH2O, der tatsächlich nicht gemessen werden kann, aufgehoben ist, können folglich Ursachen von Fehlern, die durch die Annahme erzeugt werden, eliminiert werden. Folglich ist es mit diesem Verfahren möglich, den Messwert mit einer höheren Genauigkeit und einer verbesserten Zuverlässigkeit zu finden als mit dem modalen Massenanalyseverfahren unter Verwendung des herkömmlichen Verdünnungs-Analyseprozesses.

Weitere Details, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. In den Zeichnungen zeigen:

1 schematisch eine grundlegende Ausführungsform der Auspuffgas-Analysevorrichtung gemäß der Erfindung;

2 ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Auspuffgas-Analysevorrichtung zeigt; und

3 ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Geräts zum Verwirklichen des herkömmlichen modalen Massenanalyseverfahrens zeigt.

Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen werden die Ausführungsformen der Gasanalysevorrichtung gemäß der Erfindung und des modalen Massenanalyseverfahrens unter Verwendung von Spurengas nachstehend im Detail beschrieben werden.

1 zeigt eine grundlegende Konfiguration des Geräts. Ein Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Lichtmaschine, ein Bezugszeichen 2 das Prüflingsfahrzeug, ein Bezugszeichen 3 ein Auspuffgas-Abnahmerohr, das mit einem Endrohr verbunden ist, ein Bezugszeichen 4 einen Filter, ein Bezugszeichen 5 einen Entfeuchter, ein Bezugszeichen 6 eine Ansaugpumpe, ein Bezugszeichen 7 eine Gasanalysevorrichtung unter Verwendung von entweder einem NDIR-Prozess oder einem FTIR-Prozess, etc. zum Messen der zu messenden Komponente, und ein Bezugszeichen 8 einen Spurengasdetektor (Heliumdetektor), der mit der Gasanalysevorrichtung 7 parallel über den Abzweigpunkt 31 des Auspuffgas-Einführungsrohrs 3 verbunden ist, und die Analysevorrichtung 9 umfasst diese Gasanalysevorrichtung 7 und den Spurengasdetektor 8.

Ein Bezugszeichen 10 bezeichnet den He-Gaszylinder (Spurengas-Zufuhrquelle) zum Zuführen von He-Gas als das Spurengas, ein Bezugszeichen 11 ein Spurengas-Zufuhrrohr, ein Bezugszeichen 12 einen Massenströmungs-Controller als einen Strömungsraten-Controller, ein Bezugszeichen 13 ein Dreiwegeventil (beispielsweise ein elektromagnetisches Dreiwege-Auswahlventil), ein Bezugszeichen 14 ein Verzweigungszufuhrrohr, das mit der Ansaugseite des Motors des Prüflingsfahrzeugs 2 zu verbinden ist, und ein Bezugszeichen 15 ein Verzweigungszufuhrrohr, das mit dem Auspuffgas-Einführungsrohr 3 zu verbinden ist.

Weil das modale Massenanalyseverfahren durch das Gasspurenverfahren unter Verwendung von He-Gas mit einem einfachen Aufbau mit dem auf diese Weise konfigurierten Gerät verwirklicht werden kann, muss das Gerät den Einfluss des Vorhandenseins der Komponente in der Atmosphäre gleich wie jener in dem Auspuffgas gemessenen nicht berücksichtigen, erfordert keine komplizierte Kompensation hinsichtlich Temperatur oder Druck des Auspuffgases und ist kaum einer Pulsation des Auspuffgases unterworfen.

Weil der Spurengasdetektor 8 und die Gasanalysevorrichtung 7 parallel angeordnet sind, ist es möglich, das Auspuffgas gleichzeitig in beide Vorrichtungen einzuführen, und die trocken-basierte Auspuffgas-Strömungsrate QDE(t), die durch die Spurengas-Analysevorrichtung 8 gemessen wird, und die Konzentration CDE(t) der Komponente, die durch die Gasanalysevorrichtung 7 gemessen wird, können gleichzeitig bestimmt werden, und deswegen ist eine Zeiteinstellung für beide Vorrichtungen nicht mehr erforderlich.

Zusätzlich besteht ein Vorteil dahingehend, dass das Auspuffgas von einer beliebigen Position nach der Verbrennungskammer, wenn das He-Gas von der Ansaugseite des Motors injiziert wird, und von einer beliebigen Position mit einem geeigneten Abstand, der von dem Injektionspunkt bereitgestellt ist, wenn das He-Gas in das Endrohr injiziert wird, abgenommen werden kann, und der Freiheitsgrad der Geräteauslegung kann deutlich verbessert werden. Wegen der Eliminierung des CVS-Geräts und des Luftreinigers nimmt der Freiheitsgrad weiter zu, und es ist möglich, das Gerät in einer kompakten Abmessung und zu geringen Kosten bereitzustellen. Zusätzlich weist es, weil das CVS-Gerät nicht verwendet wird, einen Vorteil auf, dass es keine gereinigte Luft erfordert, wodurch eine erhebliche Reduktion in den Betriebskosten erreicht wird.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Geräts, wobei die Lichtmaschine 1, die Gasanalysevorrichtung 7, der Spuren- gasdetektor 8, der Massenströmungs-Controller 12 und das elektromagnetische Dreiwegeventil 13 mit dem System-Controller (CPU) 17 verbunden sind, der eine Einrichtung zur Berechnung über eine I/O-Schnittstelle 15 enthält, und in Übereinstimmung mit dem Berechnungsprogramm, das in den Speicher im Voraus gesetzt und gespeichert ist, kann durch das modale Massenanalyseverfahren unter Verwendung des Gasspurenprozesses das Auspuffgasvolumen (die Masse) M(t) des spezifischen Komponentengases in Echtzeit in Übereinstimmung mit dem Fahrmuster bestimmt werden. Um mehrfache Komponenten gleichzeitig zu messen, werden eine Mehrzahl von Gasanalysevorrichtungen parallel angeschlossen, wenn die Gasanalysevorrichtung 7 auf dem NDIR-Verfahren basiert ist, aber wenn das FTIR-Verfahren verwendet wird, können mehrfache Komponenten gleichzeitig und kontinuierlich mit nur einer einzigen Gasanalysevorrichtung 7 gemessen werden.

Bei diesem Gerät wird 100 % He-Gas von dem Verzweigungszufuhrrohr 13 in die Ansauganschlussseite des Motors oder von dem Verzweigungsrohr 14 in das Endrohr eingeführt, um das He-Gas in dem Auspuffgas gründlich unterzumischen, nachdem die Strömungsrate durch den Massenströmungs-Controller 12 eingestellt ist. Das Auspuffgas, das stromabwärts von dem Endrohr durch das Auspuffgas-Abnahmerohr 3 als Probengas abgenommen wird, wird in die Analysevorrichtung 9 über das Filter 4 und den Entfeuchter 5 eingeführt, und dadurch können die Gasanalysevorrichtung 7 und der Spurengasdetektor 8 vor Dampf oder Verunreinigungspartikeln etc. geschützt werden. Ein Bezugszeichen 81 ist eine Kapillare oder ein Film, der es zulässt, dass nur He-Gas durchläuft.

Der Fahrmodus des Fahrzeugs 2 kann in einer spezifizierten Sequenz durch die Lichtmaschine 1, die durch den Befehl von dem System-Controller 17 gesteuert und angetrieben wird, kontinuierlich gewechselt werden, und während dieser Periode werden Erfassungssignale aus der Gasanalysevorrichtung 7 und dem Spurengasdetektor 8 in die CPU 17 eingegeben, und das Auspuffgasvolumen (die Masse) M(t) der zu messenden Komponente kann in Echtzeit durch einen Fahrmodus durch die folgenden Berechnungen in Übereinstimmung mit dem Berechnungsprogramm bestimmt werden, das im Voraus in den Speicher gesetzt und gespeichert ist.

Zunächst wird die Konzentration CH(t) des Spurengases bei der konstanten Abtastzeit durch den Spurengasdetektor 8 gemessen, und aus der Konzentration CH(t) und der bekannten Strömungsrate QH(t) des He-Gases wird die trocken-basierte Auspuffgas-Strömungsrate QDE(t) aus dem arithmetischen Ausdruck gefunden, der besteht aus QDE(t) = QH(t) ÷ CH(t)(1) (wobei die in der Gleichung (1) verwendeten Einheiten cc/min für Qh(t), ppm für CH(t) und m3/min für QDE(t) sind).

während die trocken-basierte Konzentration CDE(t) der in dem Auspuffgas zu messenden Komponente durch die Gasanalysevorrichtung 7 gleichzeitig wie in dem Fall der Messung des He-Gases gemessen wird, und durch den arithmetischen Ausdruck von M(t) = ⎕x CDE(t) × QDE(t)(2) (wobei ⎕eine Dichte der zu messenden Komponente ist) kann das nass-basierte Auspuffgasvolumen (die Masse) M(t) der zu messenden Komponente in Echtzeit durch Fahrmodi bestimmt werden, wie zuvor beschrieben. Die in Gleichung (2) verwendeten Einheiten sind ppm für CDE(t) und cc/min für M(t).

Bei dem modalen Massenanalyseverfahren unter Verwendung dieser Art eines Spurengasprozesses ist es, da der Feuchtigkeitsgehalt CH2O, der der Faktor zum Erzeugen von wie oben beschriebenen Fehlern bei der Berechnung der Gleichung (2) ist, aufgehoben ist, möglich, das nass-basierte Auspuffgasvolumen (die Masse) M(t) mit einer hohen Genauigkeit mit vereinfachteren Berechnungsinhalten durch ein direktes Multiplizieren der trocken-basierten Konzentration CDE(t) mit der trocken-basierten Strömungsrate QDE(t) zu finden, die gleichzeitig durch den Gasdetektor gefunden wird, und die Zuverlässigkeit kann deutlich verbessert werden. Folglich können insbesondere bei der Messung von Auspuffgas für Niedrigemissions-Fahrzeuge große Vorteile hinsichtlich einer guten Reproduzierbarkeit bei einer guten Empfindlichkeit erreicht werden.

Bezüglich dieses Punkts, wie er oben stehend beschrieben ist, gilt, weil bei dem herkömmlichen CVS-Verfahren (Verdünnungs-Analyseverfahren) das Auspuffgas mit der Atmosphäre verdünnt werden muss, dass das CVS-Verfahren für gegenwärtige und zukünftige Niedrigemissions-Fahrzeuge nicht geeignet ist. Die Menge von Verschmutzungen, die aus den Niedrigemissions-Fahrzeugen ausgestoßen werden, ist bereits auf den Pegel der Menge verringert worden, der in der Atmosphäre existiert, und auch wenn das Gas mit der Atmosphäre verdünnt wird, wird eine Verdünnung des Auspuffgases tatsächlich nicht erreicht, und in Abhängigkeit von den Komponenten kann die Konzentration vielmehr zunehmen. Zusätzlich wird bei dem CVS-Verfahren eine Erfassung durch die Gasanalysevorrichtung schwierig, auch wenn die Komponenten verdünnt werden, wenn die gleichen Komponenten bereits in dem unverdünnten Auspuffgas bei einer niedrigen Konzentration enthalten sind. Auch wenn ein Luftreiniger mit einer großen Strömungsrate verwendet wird, um dieses Problem zu lösen, sind keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten worden. Unter diesen Umständen ist das Modalmasse-Analyseverfahren durch den Spurengasprozess unter Verwendung dieses Geräts, das die Auspuffgas-Strömungsrate an dem Ende des Endrohrs genau messen kann, ohne es zu verdünnen, vorgeschlagen worden.

Wie oben stehend beschrieben, können gemäß der Auspuffgas-Analysevorrichtung der Erfindung und dem modalen Massenanalyseverfahren durch den Gasspurenprozess unter Verwendung der Auspuffgas-Analysevorrichtung unter Verwendung der Analysevorrichtung, da keine Verdünnungsluft verwendet wird, Messungen frei vom Einfluss spezifischer Komponenten, die in der Verdünnungsluft (Atmosphäre) enthalten sind, frei von jedweder Kompensation einer Temperatur oder eines Drucks des Auspuffgases und gleichzeitig frei von einer Pulsation des Auspuffgases ausgeführt werden.

Zusätzlich kann, weil der Spurengasdetektor und die Gasanalysevorrichtung parallel angeordnet sind, das Auspuffgas in beide Vorrichtungen gleichzeitig eingeführt werden, die Strömungsrate QDE(t) des Auspuffgases, das durch den Spurengasdetektor gemessen wird, und die Konzentration CDE(t) der durch die Gasanalysevorrichtung zu messenden Komponenten können gleichzeitig bestimmt werden, und eine Zeiteinstellung zwischen den beiden Vorrichtungen ist nicht mehr erforderlich.

Zusätzlich besteht ein Vorteil dahingehend, dass das Auspuffgas von einer beliebigen Position nach der Verbrennungskammer, wenn das Spurengas von der Ansaugseite des Motors eingeführt wird, und von einer beliebigen Position mit einem geeigneten Abstand abgenommen werden kann, der von dem Injektionspunkt bereitgestellt ist, wenn das Spurengas in das Endrohr injiziert wird, und der Freiheitsgrad der Geräteauslegung kann deutlich verbessert werden. Wegen der Eliminierung des CVS-Geräts und des Luftreinigers nimmt der Freiheitsgrad weiter zu, und es ist möglich, das Gerät in einer kompakten Abmessung und zu geringen Kosten bereitzustellen. Zusätzlich weist es, weil das CVS-Gerät nicht verwendet wird, einen Vorteil auf, dass es keine gereinigte Luft erfordert, wodurch eine erhebliche Reduktion in den Betriebskosten erreicht wird.

Ferner ist es bei dem modalen Massenanalyseverfahren unter Verwendung von Spurengas durch das Gerät, weil es möglich ist, die trocken-basierte Strömungsrate QDE(t) genau zu messen, die direkt mit der trocken-basierten Konzentration CDE(t) multipliziert werden kann (siehe Gleichung (1)), möglich, den in hohem Maße genauen Messwert bei einer hohen Zuverlässigkeit zu finden, ohne den herkömmlich angenommenen Wert des Feuchtigkeitsgehalts bei dem Berechnungsprozess in Gleichung (2) zu verwenden.


Anspruch[de]
Auspuffgas-Analysevorrichtung zum Messen der trockenbasierten Konzentration (CDE(t)) und der trockenbasierten Strömungsrate (QDE(t)), um die Masse (M(t)) spezifischer Komponenten in dem Auspuffgasstrom zu bestimmen, wenn über variierende Fahrmodi gefahren wird, umfassend: eine Spurengas-Zufuhrquelle (10), einen Strömungsraten-Controller (12) zum Einstellen der Zufuhrrate des Spurengases zu einem Fahrzeug (2), einen Entfeuchter (5), der an einem Durchlass (3) des Auspuffgases von dem Fahrzeug (2) angebracht ist, einen Spurengasdetektor (8) und einen Gasanalysator (7) zum Messen einer in dem Auspuffgas zu messenden Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffgas-Analysevorrichtung ferner zwei Abzweig-Zufuhrrohre (14, 15) einschließt, wobei eines (14) mit der Ansaugseite des Fahrzeugs zu verbinden ist und eines (15) mit dem Auspuffgasdurchlass (3) zu verbinden ist, wobei sowohl der Spurengasdetektor (8) als auch der Gasanalysator (7) parallel stromabwärts des Entfeuchters (5) in dem Durchlass (3) angebracht sind. Auspuffgas-Analysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei Berechnungseinrichtungen(17) zum Bestimmen einer Auspuffgas-Volumenmasse M(t) der durch Fahrmodi zu messenden Komponente in Übereinstimmung mit einem Berechnungsprogramm mittels des modalen Masseanalyseverfahrens unter Verwendung des Gasspurprozesses, der im Voraus in einem Speicher eingestellt und gespeichert ist, enthalten sind. Modales Massenanalyseverfahren, umfassend die Auspuffgas-Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasspurprozess eingeschlossen ist, um eine trockenbasierte Auspuffgas-Strömungsrate QDE(t) aus einer bekannten Strömungsrate QH(t) des Spurengases, das in das Auspuffgas gemischt wird, das aus dem Fahrzeug (2) ausgestoßen wird, das für einen Fahrsimulationstest auf der Grundlage einer spezifizierten Fahrmodus-Wechselsequenz bereitgestellt ist, und eine Konzentration CH(t) des Spurengases, das bei einer spezifischen Abtastzeit gemessen ist, unter Verwendung eines arithmetischen Ausdrucks, der besteht aus: QDE(t) = QH(t) ÷ CH(t)(1) zu finden und um gleichzeitig die Konzentration CDE(t) der in dem Auspuffgas zu messenden Komponente in der spezifizierten Abtastzeit zu messen, die die gleiche wie jene für die Messung der Spurengaskonzentration CH(t) ist, und um das Auspuffgasvolumen (Masse) M(t) der durch Fahrmodi zu messenden Komponente durch einen arithmetischen Ausdruck zu bestimmen, der besteht aus: M(t) = &rgr; × CDE(t) × QDE(t)(2) wobei &rgr; eine Dichte der zu messenden Komponente ist.






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