DE102020133185A1 - Exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows - Google Patents
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Abstract
Es sind Abgasanalysesysteme zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen mit einem Probengaseinlass (10) und einem Probengasauslass (22), einem Messgerät (16) zur Bestimmung der Konzentration zumindest einer Komponente im Abgasstrom, einer Fluidleitung (12), über die der Probengaseinlass (10) mit dem Messgerät (16) fluidisch verbunden ist, und einer Pumpe (18), die über eine Verbindungsleitung (20) mit dem Messgerät (16) fluidisch verbunden ist und über die der Abgasstrom durch die Fluidleitung (12), das Messgerät (16) und die Verbindungsleitung (20) zum Probengasauslass (22) förderbar ist, bekannt.Um die Pumpe vor Verschmutzungen durch Abbauprodukte des Harnstoffs zu schützen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in der Verbindungsleitung (20) ein Siphon (24) ausgebildet ist.There are exhaust gas analysis systems for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows with a sample gas inlet (10) and a sample gas outlet (22), a measuring device (16) for determining the concentration of at least one component in the exhaust gas flow, a fluid line (12) via which the sample gas inlet ( 10) is fluidically connected to the measuring device (16), and a pump (18), which is fluidically connected to the measuring device (16) via a connecting line (20) and via which the exhaust gas flow through the fluid line (12), the measuring device ( 16) and the connecting line (20) can be conveyed to the sample gas outlet (22). In order to protect the pump from contamination by urea degradation products, it is proposed according to the invention that a siphon (24) be formed in the connecting line (20).
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen mit einem Probengaseinlass und einem Probengasauslass, einem Messgerät zur Bestimmung der Konzentration zumindest einer Komponente im Abgasstrom, einer Fluidleitung, über die der Probengaseinlass mit dem Messgerät fluidisch verbunden ist, und einer Pumpe, die über eine Verbindungsleitung mit dem Messgerät fluidisch verbunden ist und über die der Abgasstrom durch die Fluidleitung, das Messgerät und die Verbindungsleitung zum Probengasauslass förderbar ist.The invention relates to an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows with a sample gas inlet and a sample gas outlet, a measuring device for determining the concentration of at least one component in the exhaust gas flow, a fluid line via which the sample gas inlet is fluidically connected to the measuring device, and a pump, which is fluidically connected to the measuring device via a connecting line and via which the exhaust gas flow can be conveyed through the fluid line, the measuring device and the connecting line to the sample gas outlet.
Derartige Abgasanalysesysteme zur Messung chemischer Komponenten in Gasströmen sind bekannt und werden insbesondere zur Bestimmung von Konzentrationen von Komponenten in Abgasströmen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen oder von Industriemotoren genutzt. Neben fest installierten Analysesystemen, beispielsweise an Rollenprüfständen, werden zunehmend auch mobile Analysesysteme eingesetzt.Exhaust gas analysis systems of this type for measuring chemical components in gas flows are known and are used in particular to determine concentrations of components in exhaust gas flows from internal combustion engines in motor vehicles or from industrial engines. In addition to permanently installed analysis systems, for example on roller test benches, mobile analysis systems are also increasingly being used.
Aufgrund der stetig strenger werdenden Gesetzgebung resultiert ein Zwang für die Automobilhersteller, Verbrennungsmotoren mit geringeren Emissionen bereitzustellen. Um dies zu erreichen werden in den letzten Jahren immer häufiger Abgassysteme verwendet, in denen eine selektive katalytische Reduktion durchgeführt wird, bei der in Wasser gelöster Harnstoff in das Abgas eingespritzt wird, um Stickoxide im Abgas zu reduzieren. Dies erfolgt zunächst in einem Reaktor, in dem durch Thermolyse aus Harnstoff Ammoniak und Isocyansäure gewonnen werden, und anschließend durch Hydrolyse die Isocyansäure mit Wasser in Ammoniak und CO2 umgewandelt wird. Ammoniak reagiert anschließend in einem SCR-Katalysator mit den Stickoxiden im Abgas, wobei Stickstoff und Wasser gebildet werden.Due to the constantly stricter legislation, there is a compulsion for automobile manufacturers to provide internal combustion engines with lower emissions. In order to achieve this, exhaust systems in which selective catalytic reduction is carried out in which urea dissolved in water is injected into the exhaust gas to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas are increasingly used in recent years. This takes place first in a reactor in which ammonia and isocyanic acid are obtained from urea by thermolysis, and the isocyanic acid is then converted into ammonia and CO 2 by hydrolysis with water. Ammonia then reacts with the nitrogen oxides in the exhaust gas in an SCR catalytic converter, forming nitrogen and water.
Die Menge des eingespritzten Harnstoffs muss immer an die vorhandenen Stickoxidemissionen und damit den vorhandenen Motorzustand angepasst werden, so dass sie sich je nach Betriebspunkt des Motors ändert. Da dies jedoch nicht immer vollständig gelingt, gelangen Ammoniak und Isocyansäure oder nicht umgesetzter Harnstoff sowie Abbauprodukte aus allen Komponenten und Reaktionen mit dem Abgasstrom in die Abgasanalysesysteme, wo sie sich absetzen und zumeist helle aber auch feste braune Ablagerungen bilden, durch die die Messergebnisse verfälscht werden, die Messgeräte verunreinigt werden und der Verschleiß an Pumpen und anderen Aggregaten deutlich erhöht wird, so dass deren Lebensdauer ebenso wie die Lebensdauer der Messgeräte deutlich sinkt. Diese Messung kann sowohl vor als auch hinter dem SCR-Katalysator erfolgen, und somit sowohl bei hohen Konzentrationen des Ammoniaks als auch bei niedrigen Konzentrationen.The amount of urea injected must always be adapted to the existing nitrogen oxide emissions and thus the existing engine condition, so that it changes depending on the operating point of the engine. However, since this is not always completely successful, ammonia and isocyanic acid or unreacted urea as well as degradation products from all components and reactions with the exhaust gas flow get into the exhaust gas analysis systems, where they settle and mostly form light but also solid brown deposits, which falsify the measurement results , the measuring devices are contaminated and the wear on pumps and other units is significantly increased, so that their service life as well as the service life of the measuring devices is significantly reduced. This measurement can take place both before and after the SCR catalytic converter, and thus both at high concentrations of ammonia and at low concentrations.
Um dies zu verhindern, wurde in der
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass auch bei Anlagen mit Kondensator keine vollständige Abtrennung des Wassers und der darin gelösten Schmutzstoffe erreicht wird. Stattdessen hat sich gezeigt, dass sich Salze des Ammoniaks oder Ammoniumnitrate sowie andere Schmutzstoffe ,wie Salze aus einem Produkt von Ammoniak und Abgaskomponenten an der zumeist als Saugstrahlpumpe ausgeführten Förderpumpe des Messgerätes absetzen, wodurch deren Funktion erheblich beeinträchtigt wird, da sich die Strömungskanäle der Saugstrahlpumpe zusetzen und Korrosion verursacht wird, weswegen eine regelmäßige und häufige Säuberung und Spülung notwendig werden. Des Weiteren werden durch das abscheiden des Kondensats die Konzentrationen messtechnisch relevanter Komponenten gegebenenfalls verändert, so dass das feuchte Messgas gemessen werden sollte.However, it has been found that even in systems with a condenser, complete separation of the water and the contaminants dissolved in it cannot be achieved. Instead, it has been shown that salts of ammonia or ammonium nitrates and other contaminants, such as salts from a product of ammonia and exhaust gas components, settle on the delivery pump of the measuring device, which is usually designed as a suction jet pump, which significantly impairs its function, as the flow channels of the suction jet pump become clogged and corrosion is caused, necessitating regular and frequent cleaning and rinsing. Furthermore, separating the condensate may change the concentrations of metrologically relevant components, so that the moist sample gas should be measured.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen bereitzustellen, mit dem trotz nicht optimierter eingespritzter Harnstoffmengen in die Abgasanlage eines Fahrzeugs und unabhängig vom Ort der Messung lange Standzeiten ohne zusätzliche Reinigungen erreicht werden und entsprechend ein Blockieren der Leitungen möglichst lange vermieden wird. Hierzu soll die Förderpumpe vor Belägen geschützt werden, die sich durch Verkrustungen von Harnstoff, Isocyansäure oder Abbauprodukten aus der Abgasnachbehandlung, durch gebildete Salze wie Ammoniumnitrat sowie aus Reaktionen mit Komponenten des Messgerätes bilden und im Folgenden zusammenfassend mit dem Begriff Verschmutzungen bezeichnet werden, und die Standzeit und Lebensdauer der Pumpe deutlich reduzieren.The task is therefore to provide an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows, with which, despite non-optimized amounts of urea injected into the exhaust system of a vehicle and regardless of the location of the measurement, long service lives can be achieved without additional cleaning and corresponding blocking of the lines avoided for as long as possible. For this purpose, the feed pump should be protected against deposits that form due to encrustations of urea, isocyanic acid or degradation products from the exhaust gas aftertreatment, due to salts formed such as ammonium nitrate and from reactions with components of the measuring device and are collectively referred to below as contamination, and the service life and significantly reduce the service life of the pump.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Ammoniak enthaltenden Abgasströmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams containing ammonia, having the features of claim 1 .
Diese Abgasanalysesysteme weisen einen Probengaseinlass und einen Probengasauslass auf, wobei der Probengaseinlass üblicherweise am Abgasrohr eines Fahrzeugs angeordnet ist. Ein Messgerät ist zwischen dem Probengaseinlass und dem Probengasauslass angeordnet und dient zur Bestimmung der Konzentration zumindest einer Komponente im Abgasstrom. Des Weiteren weist das Abgasanalysesystem eine Fluidleitung auf, über die der Probengaseinlass mit dem Messgerät fluidisch verbunden ist, und eine Verbindungsleitung auf, über die das Messgerät mit einer Pumpe fluidisch verbunden ist, über die der Abgasstrom durch die Fluidleitung, das Messgerät und die Verbindungsleitung zum Probengasauslass förderbar ist. In dieser Verbindungsleitung und damit zwischen dem Messgerät und der Pumpe ist erfindungsgemäß ein Siphon ausgebildet. Unter Siphon wird im Sinne der Erfindung eine Rohrleitungsführung verstanden, bei der ein Abschnitt der Verbindungsleitung geodätisch unterhalb des Messgerätes und unterhalb der Pumpe angeordnet ist. Durch diese Ausführung sammelt sich das noch im Abgasstrom vorhandene gasförmige oder bereits flüssige Wasser im Siphon, in dem die meisten Verunreinigungen gelöst vorliegen. Zusätzlich wird der Abgasstrom durch das sich sammelnde Wasser oder zumindest unmittelbar an diesem Wasser vorbeigeleitet. Dies führt dazu, dass die im Abgasstrom vorhandenen Verunreinigungen und insbesondere das Ammoniak oder die gebildeten und gelösten Salze im Wasser beziehungsweise am Wasser abgeschieden werden und nicht mehr zur Pumpe gelangen. Im Bereich des Siphons setzen sich diese Verunreinigungen als kristallines Salz oder gelöst im Kondensat ab und können durch Säuberung des Siphons aus dem System entfernt werden. Hierzu ist lediglich regelmäßig der Siphon zu reinigen oder auszutauschen. Die Lebensdauer und die Standzeit der Pumpe werden deutlich erhöht.These exhaust gas analysis systems have a sample gas inlet and a sample gas outlet, the sample gas inlet is usually located at the exhaust pipe of a vehicle. A measuring device is arranged between the sample gas inlet and the sample gas outlet and is used to determine the concentration of at least one component in the exhaust gas flow. Furthermore, the exhaust gas analysis system has a fluid line, via which the sample gas inlet is fluidly connected to the measuring device, and a connecting line, via which the measuring device is fluidly connected to a pump, via which the exhaust gas flow through the fluid line, the measuring device and the connecting line to the Sample gas outlet can be promoted. According to the invention, a siphon is formed in this connecting line and thus between the measuring device and the pump. In the context of the invention, a siphon is understood to mean a pipeline route in which a section of the connecting line is arranged geodetically below the measuring device and below the pump. With this design, the gaseous or already liquid water still present in the exhaust gas stream collects in the siphon, in which most of the impurities are dissolved. In addition, the exhaust gas flow is guided through the collecting water or at least directly past this water. As a result, the impurities present in the exhaust gas flow and in particular the ammonia or the formed and dissolved salts are separated in the water or on the water and no longer reach the pump. In the area of the siphon, these impurities settle as crystalline salts or dissolved in the condensate and can be removed from the system by cleaning the siphon. For this purpose, the siphon only has to be cleaned or replaced regularly. The service life and service life of the pump are significantly increased.
Entsprechend ist der Siphon vorzugsweise beidseits lösbar mit einem stromaufwärtigen Leitungsabschnitt und einem stromabwärtigen Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung verbunden. Dies erleichtert den Austausch und die Reinigung des Siphons, wodurch die notwendigen Reinigungszeiten und Kosten für den Austausch des Siphons deutlich reduziert werden können.Accordingly, the siphon is preferably detachably connected on both sides to an upstream line section and a downstream line section of the connecting line. This makes it easier to replace and clean the siphon, which means that the necessary cleaning times and costs for replacing the siphon can be significantly reduced.
Vorzugsweise ist der zu dem Siphon führende stromaufwärtige Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung und/oder der Siphon und hier insbesondere der abfallende Abschnitt des Siphons gekühlt. Entsprechend wird die Menge an aus dem Abgasstrom gelösten Kondensats vergrößert, in dem die meisten Schmutzstoffe und insbesondere Salze vorliegen, so dass der Effekt der Reinigung des Abgasstroms vor der Pumpe verstärkt wird und die Pumpe noch geringeren Verschmutzungen ausgesetzt wird.The upstream line section of the connecting line and/or the siphon leading to the siphon, and here in particular the falling section of the siphon, is preferably cooled. Correspondingly, the amount of condensate released from the exhaust gas flow, in which most of the pollutants and especially salts are present, is increased, so that the effect of cleaning the exhaust gas flow before the pump is increased and the pump is exposed to even less pollution.
Vorteilhafterweise besteht der zum Siphon führende stromaufwärtige Leitungsabschnitt aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von über 10 W/(m.K). Dies erleichtert die Kühlung des Leitungsabschnitts von außen, so dass weniger Energie benötigt wird. Zusätzlich tritt bereits ein Kühleffekt bei Zimmertemperatur ein, der zu erhöhten abgeschiedenen Kondensatmengen im Vergleich zu einem Aufbau mit Schläuchen aus Kunststoff führt.Advantageously, the upstream pipe section leading to the siphon consists of a metal with a thermal conductivity λ greater than 10 W/(m.K). This makes it easier to cool the line section from the outside, so that less energy is required. In addition, a cooling effect already occurs at room temperature, which leads to increased amounts of condensate being separated compared to a structure with plastic hoses.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Siphon zumindest an seiner tiefst gelegenen Position aus einer durchsichtigen Schlauchleitung besteht. Dies ermöglicht die optische Auswertung des Beladungszustands des Siphons, wodurch dieser in Abhängigkeit der sichtbaren Belagbildung und angefallenen Kondensatmenge gewechselt oder gereinigt werden kann.It is particularly preferred if the siphon consists of a transparent hose line, at least at its lowest position. This enables the visual evaluation of the loading status of the siphon, which means that it can be replaced or cleaned depending on the visible formation of deposits and the amount of condensate that has accumulated.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Siphon mit Wasser gefüllt. Dies kann entweder bereits vor den Messungen erfolgen oder eine Füllung kann durch das anfallende Kondensat entstehen. Das Wasser im Siphon wirkt als eine Art Filter für die aufgrund des eingespritzten Ammoniaks entstehenden gelösten und ungelösten Produkte, wie Ammoniaksalze oder Ammoniumnitrate.In a particular embodiment, the siphon is filled with water. This can either be done before the measurements or a filling can be caused by the condensate that occurs. The water in the siphon acts as a kind of filter for the dissolved and undissolved products, such as ammonia salts or ammonium nitrates, formed as a result of the injected ammonia.
Die Pumpe des Abgasanalysesystems ist vorteilhafterweise eine Saugstrahlpumpe. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie keine beweglichen Teile aufweist und somit fast keinem Verschleiß unterliegt. The pump of the exhaust gas analysis system is advantageously a suction jet pump. This is characterized by the fact that it has no moving parts and is therefore subject to almost no wear.
Entsprechend ist diese Pumpe sehr wartungsarm, wenn eine Belagbildung im inneren der Pumpe erfolgreich verhindert wird.Accordingly, this pump requires very little maintenance if deposit formation inside the pump is successfully prevented.
Vorzugsweise ist das Messgerät ein Fourier- Transformations- Infrarot- Spektrometer zur Messung von Ammoniak. Diese eignen sich besonders zu Messung von Emissionen aus Verbrennungsvorgängen bei Verbrennungsmotoren mit SCR-Katalysator und der damit einhergehenden Einspritzung von Harnstoff, da mit FTIR-Spektrometern die gleichzeitige Messung aller relevanten Größen, wie NO, NO2, NH3, N2O, H2O, CO2 möglich ist.Preferably the measuring device is a Fourier transform infrared spectrometer for measuring ammonia. These are particularly suitable for measuring emissions from combustion processes in combustion engines with SCR catalytic converters and the associated injection of urea, since FTIR spectrometers can measure all relevant variables such as NO, NO2, NH3, N2O, H2O, CO2 at the same time .
Zur Absonderung von festen ungelösten Schmutzstoffen ist zwischen dem Messgerät und dem Probengaseinlass in der Fluidleitung ein Filter angeordnet, so dass zum Siphon vor allem die gelösten und gasförmigen Stoffe gelangen.A filter is arranged in the fluid line between the measuring device and the sample gas inlet in order to separate out solid, undissolved contaminants, so that primarily the dissolved and gaseous substances reach the siphon.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Fluidleitung auf über 100°C beheizt ist, so dass ein Auskondensieren des Wassers aus dem Abgasstrom mit der damit einhergehenden Belagbildung in der Fluidleitung vermieden wird.Furthermore, it is advantageous if the fluid line is heated to over 100° C., so that the water from the exhaust gas flow does not condense out, with the accompanying formation of deposits in the fluid line.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Durchmesser der Verbindungsleitung größer als der Durchmesser der Fluidleitung. Die Vergrößerung der Verbindungsleitung erhöht die mögliche Standzeit der Anlage ohne eine Säuberung vornehmen zu müssten, da die Zeit bis zu einem vollständigen Verstopfen der Verbindungsleitung erhöht wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the diameter of the connecting line is larger than the diameter of the fluid line. The enlargement of the connecting line increases the possible service life of the system without having to carry out cleaning, since the time until the connecting line is completely clogged is increased.
Des Weiteren ist vorzugsweise der zum Siphon führende stromaufwärtige Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung stromaufwärts des Siphons mittels eines thermoelektrischen Kühlers auf eine Temperatur von 20°C bis 50°C gekühlt. Ein thermoelektrischer Kühler ermöglicht eine sehr genaue Regelung der Temperatur in Abhängigkeit des Stroms, wodurch die Bedienung und Regelung sehr einfach ist. Durch die Kühlung wird zuverlässig das Kondensat aus dem Abgasstrom ausgeschieden und mit ihm auch die darin gelösten Schmutzstoffe, die so nicht zur Pumpe gelangen können.Furthermore, the upstream line section of the connecting line leading to the siphon is preferably cooled to a temperature of 20° C. to 50° C. upstream of the siphon by means of a thermoelectric cooler. A thermoelectric cooler enables the temperature to be controlled very precisely as a function of the current, which makes operation and control very easy. The cooling reliably separates the condensate from the exhaust gas flow and with it the contaminants dissolved in it, which cannot get to the pump in this way.
Es wird somit ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen geschaffen, deren Pumpe vor Schäden durch Ablagerungen durch Harnstoff oder Zwischenprodukte der selektiven katalytischen Reduktion und insbesondere gegen die entstehende gelösten Salze und Nitrate zuverlässig geschützt wird, so dass weiterhin eine zuverlässige Regelung des Abgasstroms möglich ist. Entsprechend wird die Standzeit des kompletten Abgasanalysesystems erhöht, welche bislang durch ein Verstopfen der Pumpe deutlich reduziert wurde. So werden Schäden an der Pumpe durch im Messtrom mitgeführte oder durch Reaktionen entstandene feste Ablagerungen vermieden. Neben den längeren Standzeiten werden auch die Wartungsintervalle vergrößert und die Wartungszeiten verringert.An exhaust gas analysis system is thus created for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows, the pump of which is reliably protected against damage caused by deposits caused by urea or intermediate products of the selective catalytic reduction and in particular against the resulting dissolved salts and nitrates, so that the exhaust gas flow can continue to be regulated reliably is possible. Accordingly, the service life of the complete exhaust gas analysis system is increased, which was previously significantly reduced by clogging of the pump. This prevents damage to the pump caused by solid deposits carried along in the measuring flow or caused by reactions. In addition to the longer service life, the maintenance intervals are also increased and the maintenance times reduced.
Ein erfindungsgemäßes Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels beschrieben.An exhaust gas analysis system according to the invention for determining the concentration of chemical components in exhaust gas flows is described below with reference to a non-limiting exemplary embodiment illustrated in the figures.
Die
Die
Das in der
In der Fluidleitung 12 ist ein beheizter Partikelfilter 14 angeordnet, an dem Feststoffe aus dem Probengasstrom ausgeschieden und falls gewünscht analysiert werden können.A heated
Die Fluidleitung 12 mündet in ein Messgerät 16, welches als FTIR-(Fourier-Transform-Infrared) Spektrometer ausgeführt ist und welches dazu dient, die Konzentration von Stickoxiden, Ammoniak, Wasser und Kohlendioxid sowie weiterer Komponenten zu bestimmen.The
Das Probengas wird mittels einer als Saugstrahlpumpe ausgeführten Pumpe 18 vom Probengaseinlass 10 in die Fluidleitung 12 und über das Messgerät 16 in eine folgende Verbindungsleitung 20 gefördert, in welcher die Pumpe 18 angeordnet ist und welche stromabwärts der Pumpe 18 zu einem Probengasauslass 22 führt.The sample gas is conveyed by a
Zwischen dem Messgerät 16 und der Pumpe 18 ist erfindungsgemäß in der Verbindungsleitung 20 ein Siphon 24 ausgebildet, also ein Abschnitt, welcher als Bogen ausgebildet sein kann oder zumindest eine tiefste Position in der Verbindungsleitung 20 ausbildet und entsprechend auch unterhalb des Messgerätes 16 und der Pumpe 18 angeordnet ist.According to the invention, a
Ein unmittelbar stromaufwärts des Siphons 24 gelegener Leitungsabschnitt 26 der Verbindungsleitung 20 ist gekühlt ausgeführt. Diese Kühlung kann insbesondere mittels eines thermoelektrischen Kühlers 28, wie einem Peltierelement erfolgen. Damit die Kühlung möglichst gut auf den Leitungsabschnitt 26 und den darin strömenden Abgasstrom wirkt, wird dieser Leitungsabschnitt 26 aus einem gut Wärme leitenden Metall, wie beispielsweise Edelstahl, hergestellt. Der Leitungsabschnitt wird beispielsweise auf etwa 10°C gekühlt, so dass auch der Probengasstrom stark abgekühlt wird, wodurch eine Kondensation des im Probengasstrom enthaltenen Wassers erfolgt.A
Im Dampf des Probengasstroms ist ein Großteil der im Abgas enthaltenen, durch das Einspritzen des Harnstoffs entstehenden Produkte gelöst im flüssigen oder im gasförmigen Zustand enthalten. Dies sind neben nicht umgesetzten Ammoniakresten auch Isocyansäure sowie Salze des Ammoniaks oder Ammoniumnitrate. Durch die Kühlung des Probengasstroms kondensiert der Wasserdampf und die genannten Abbauprodukte des Harnstoffs fallen aus und bilden in der Verbindungsleitung 20 helle oder braune Verkrustungen. Da sich das Wasser mit den darin enthalten Stoffen im Siphon 24 sammelt, ist der tiefste Abschnitt 30 des Siphons 24 bereits nach kurzer Dauer der Messung mit Wasser gefüllt. Die Abbauprodukte sammeln sich im Bereich des Wassers, welches zusätzlich als eine Art Filter in der Verbindungsleitung 20 wirkt. Zumindest dieser tiefste Abschnitt 30 des Siphons 24 ist als durchsichtige Schlauchleitung 32 ausgeführt, so dass von außen die Verkrustungen erkennbar sind und durch optische Begutachtung der durchsichtigen Schlauchleitung 32 der Verschmutzungsgrad erkennbar ist. Hierzu sollte die durchsichtige Schlauchleitung 32 bis oberhalb des Wasserspiegels an der stromabwärtigen Seite des Siphons 24 ausgebildet werden, wo die meisten Ablagerungen entstehen. Entsprechend kann entschieden werden, ob die durchsichtige Schlauchleitung 32 und gegebenenfalls auch die anschließenden Leitungsabschnitte 26, 36 ausgetauscht oder gereinigt werden müssen, bevor sich diese vollständig zusetzen. Um diesen Austausch vornehmen zu können, ist die durchsichtige Schlauchleitung 32 über lösbare Verschlüsse oder Steckverbindungen 34 mit dem stromaufwärtigen Leitungsabschnitt 26 und einem stromabwärtigen Leitungsabschnitt 36 der Verbindungsleitung 20 gekoppelt. Die Verbindungsleitung 20 aber insbesondere auch die Schlauchleitung 32 weisen einen größeren oder gleich großen Durchmesser auf wie die Fluidleitung 12, wodurch mehr Volumen zum Absetzen für die Abbauprodukte des Harnstoffs zur Verfügung steht und so die Zeit bis zum vollständigen Blockieren der Leitung verlängert werden kann.In the vapor of the sample gas flow, a large part of the products contained in the exhaust gas, resulting from the injection of the urea, are dissolved in the liquid or in the gaseous state. In addition to unreacted ammonia residues, these are also isocyanic acid and salts of ammonia or ammonium nitrates. As a result of the cooling of the sample gas flow, the water vapor condenses and the above-mentioned degradation products of the urea precipitate and form light-colored or brown encrustations in the connecting
Insbesondere sammeln sich durch diese Anordnung ein Großteil der im Probengasstrom enthaltenen Verunreinigungen im Bereich des Siphons 24 und gelangen nicht zur Pumpe 18. Entsprechend wird verhindert, dass sich die Düse der als Saugstrahlpumpe ausgebildeten Pumpe 18 zusetzt, was dazu führen würde, dass keine Messungen mehr durchgeführt werden könnten.In particular, this arrangement means that a large part of the impurities contained in the sample gas flow collect in the area of the siphon 24 and do not reach the
Es wird somit ein Abgasanalysesystem zur Bestimmung der Konzentration chemischer Komponenten in Abgasströmen geschaffen, mit dem auch bei der Verwendung an Verbrennungsmotoren, in der die selektive katalytische Reduktion mittels Harnstoff zur Schadstoffreduzierung genutzt wird, längere Stand- beziehungsweise Messzeiten erreicht werden können, da entstehende Verstopfungen aus den funktionsrelevanten Bereichen in reine Leitungsabschnitte verschoben werden, die einfach gereinigt oder ausgetauscht werden können. Somit können über einen längeren Zeitraum ohne Spül- und Säuberungsvorgänge genaue Messergebnisse erzielt werden und die Förderpumpen vor erhöhtem Verschleiß und anderen Schäden zuverlässig geschützt werden.An exhaust gas analysis system for determining the concentration of chemical components in exhaust gas streams is thus created, with which longer service or measuring times can be achieved even when used on internal combustion engines in which selective catalytic reduction by means of urea is used to reduce pollutants, since the resulting blockages can be eliminated be moved from the functionally relevant areas to pure line sections that can be easily cleaned or replaced. In this way, precise measurement results can be achieved over a longer period of time without rinsing and cleaning processes, and the feed pumps can be reliably protected against increased wear and tear and other damage.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Der Siphon kann sowohl an stationären als auch an mobilen Analyseanlagen mit und ohne Verdünnung genutzt werden. Auch kann der Aufbau der Anlage variieren und beispielsweise zusätzliche Messgeräte verwendet werden oder nur ein einziges Messgerät vorhanden sein.It should be clear that the scope of the main claim is not limited to the described embodiment. The siphon can be used on both stationary and mobile analysis systems with and without dilution. The structure of the system can also vary and, for example, additional measuring devices can be used or only a single measuring device can be present.
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