FI57648C - Foerfarande och apparat foer faststaellande av fordonsmotors emissionshalt - Google Patents

Description

[b] <11)KUU,LUTUSJULKA,SU ε76Λδ LJ UTLÄGGNINGSSKRIFT ^ ° °

Vs (51) Ky.ik?/int.ci.3 F 02 D 35/00, G 01 K 1/22, G 01 M 15/00 SUOM I — Fl N LAN D (21) P»**»»ttll»k«iiu« — PstuntaraBknlng 279/7¾ (22) Hakamltpthr·—AMBknlngtdtg 01.02.7¾ ^ ^ (23) AlkuplM—Giltlghutsdtg 01.02. Jk

(41) Tullut JulklMiul — Bllvlt offmtllg l6.08.7U

rumtl· ). r.kl.Mrih.mtu. Ν*Λ*»*»„ ,. |0Μΐ|.ΙΙ(·ΙΜη ,™._

Patent· och revitterttyrelaan AimMcm utlagd och utUkrtften public·™] 30.05.80 - (32)(33)(31) Pyydetty utuelktui—Begird prlorlttt 15.02.73

Ruotsi-Sverige(SE) 7302112-3 (71) Lars Collin Consult Ab, Västerbergsgatan 3, U31 39 Molndal, Ruotsi-Sverige (SE) (72) Lars T. Collin, Mölndal, Ruotsi-Sverige(SE) (7¾) Antti Impola (5¾) Menetelmä ja laite ajoneuvon moottorin emissiopitoisuuden toteamiseksi - Förfarande och apparat för fastställande av fordonsmotors emissions- . halt Tämä keksintö koskee menetelmää ajoneuvon poistokaasujen emissiopitoisuuden toteamiseksi polttomoottorin kuormitusvaihtelureakti-oissa, jolloin osa pakokaasuista johdetaan pakokaasun keräysyksikköön ja laitteeseen menetelmä toteuttamiseksi.

Viimeisten kymmenen vuoden aikana moottoriteollisuuden on ollut yhä enenevässä määrässä otettava huomioon pakokaasuongelmat, Kehitykselle on luonteenomaista yhä voimakkaampi kansainvälisen lainsäädännön paine, joka kohdistuu nykyisiin ajoneuvojen polttomoottoreihin, jotta saavutettaisiin yhä alhaisempi C0:n, HC:n ja ΝΟχ:η sekä osasten pitoisuus sekä äänen voimakkuus.

. Ensiksi kehitettiin suhteellisen yksinkertaisia ajojaksoja, joiden tarkoituksena oli jäljitellä moottoreiden tilastollisesti havaittua kuormitussarjaa kaupunkiliikenteessä. Näiden koestussarjojen yhteydessä mitattiin pakokaasujen epäpuhtauspitoisuudet, jotka sen jälkeen punnittiin annettujen ohjeiden mukaisesti. Näillä menetelmillä moottoreiden polttoaineen syöttö voitiin sovittaa alhaisille emis-siomäärille tutkituilla sattumanvaraisilla alueilla, mikä ei antanut oikeata kuvaa olosuhteissa, jotka esiintyvät todellisessa käytössä.

Tästä syystä päätettiin USAsssa joitakin vuosia sitten ryhtyä toteuttamaan monimutkaisempaa koeajosarjaa ja samalla tehdä kokeita koostuvasta emissiosta painoyksikköä kohden ajoneuvon ajomatkan pituu- 2 57648 teen nähden tämän uuden koesarjan mukaisesti. Tämä uusi koestussarja vie noin 23 minuuttia ja vaatii erityistä kaasunkeräysyksikköä sekä erityistä kaasun analysointilaitteistoa alustadynamometreineen. Tällaisen sovitelman investointiarvo on nykyään 1 milj. kr. yksikköä kohti, mihin sisältyy rakennus- sekä mekaaniset ja analyyttiset laitteet.

Näin on aikaansaatu keino, jonka avulla on mahdollista valvoo autoja, mutta tämä keino ei sovellu olemassa olevien pysäköintipaikkojen käytännölliseen valvontaan. On itsestään selvää, että suurehkon ajoneuvojen pysäköintialueen yksilöllinen valvonta on mahdotonta suorittaa, jos tutkimus vaatii vähintään puoli tuntia analysointia varten sekä samalla pätevää henkilökuntaa ja laitteistoa. Sen takia yritetään löytää koestusmenetelmiä, joiden avulla olisi mahdollista jo aikaisessa vaiheessa suorittaa ajoneuvojen valinta. Joitakin aikoja sitten onkin suoritettu hiilioksidikokeita vuosittain Ruotsin autopy-säköintipaikoilla olevien autojen tyhjäkäynnissä. Tyhjäkäyntijaksot ovat kuitenkin vain osa edellä mainituista ajojaksoista ja niiden epäkohtana on se, että niistä ei voida saada selville typpioksidipatoi-suuksia (NO ), jotka vastaisivat todellisten ajojaksojen pitoisuuksia, ilyöskään tyhjäkäynnin ja a jo jakson HC-pitoisuudet eivät ole vastaavai-suussuhteissa toisiinsa nähden. Kansainvälisessä kirjallisuudessa βει in tyy yksinkertaistettuja ajojaksoja, jotka on otettu käyttöön siinä tarkoituksessa, että yksinkertainen valvonta olisi mahdollista, mutta niille kaikille on yhteistä se, että ne vaativat alustadynamo-metrin kuormitusta valvotuissa olosuhteissa. Vaikka koestusaikaa voitaisiinkin lyhentää, niin jäljelle jää kuitenkin suurin osa aikaisemmin mainitusta investoinnista sekä laitteiston tarpeet.

Tunnetuimpia tähänastisista koesarjoista ovat Califomia-, Acid-, Japan- ja Europatest, joita on selitetty esim. saksalaisen aikakauslehden ATZ, no 4-/69 sivuilla 120-122 sekä myös CVS- ja ECE-test, joita taas selitetään esim. Tekniikka-aikakauslehden, no 6/71 sivuilla 33-36.

Tämän keksinnön tarkoituksena on olla renkaana alustadynamo-metrin suoritetun tutkimuksen ja ajoneuvon yksinkertaisen katsastuksen välillä. Keksintö perustuu siihen tosiasiaan, että todelliset ajojak-sot raskailta emissio-osiltaan johtuvat satunnaisista kiihdytyksistä ja hidastuksista sekä tyhjäkäyntijaksoista. Todellisilla monimutkaisilla ajojaksoilla on se etu, että eri ajotilanteissa ehditään saavuttaa pakokaasujen ja moottoreiden lämpötilojen pysyvä tila, mikä tekee mahdolliseksi myös jälkireaktioiden termisen ja katalyyttisen kontrollin. Tässä esitetyn menetelmän mukaan tutkitaan raaka-kaasun laatua, 5 57648 ts. sitä kaasun kokoomusta, Joka on olemassa ennenkuin myöhemmät termiset Ja katalyyttiset reaktiot ovat alkaneet. Moottorin hitausmomentti tarkoittaa sitä, että moottorin kiihdytys tyhjäkäynnistä ei vaadi oleellista tehon kehittämistä varsinaisen kiihdytysvaiheen aikana. Antamalla moottorin määrätyllä polttoaineen syöttöimpulssilla kiihtyä tyhjäkäynnistä suurimpaan kierrosnopeuteen, mikä normaalisesti määritellään saavutettavalla kiihtyvyydellä (suoraviivainen kierrosluku-ohjaus) tai Jollakin tämän osalla, saadaan kuormitusJakso, Joka käsittää sekä kiihtyvyyden kuormituksen alaisena että polttoaineen syötön Jälkeisen Jarrutuksen. Tämä kuormitusJakso voidaan toistaa eri vahvuuksina annetun mallin mukaan Ja näin voidaan aikaansaada CO:n, HC:n Ja NO :n emissioita sopivassa vastaavuussuhteessa tarkempiin kokei-siin, Jotka käsittävät eri komponenttien eri kertoimia.

Keksinnölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen pää-vaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Emissiokokeen näytteenotto on suunniteltu otettavaksi poisto-kaasujen tietyn määrän sisältävään pussiin. Tämä määrä voidaan sitten Joko Johtaa kaasuanalyysilaitteen tai yksinkertaisimmassa tapauksessa absorboivan, indikoivan kemiallisen seoksen läpi, Jolloin Jo suoritetun asteituksen perusteella voidaan todeta, onko ajoneuvo siinä kunnossa, että tarkka tutkimus aikaisemman menetelmän mukaan on suoritettava vai onko ajoneuvo hyväksyttävässä kunnossa. Tämän menetelmän soveltaminen määräyksiä rikkovien autojen löytämiseksi vähentänee tarvetta tarkempiin näytteiden ottoihin pysäköintipaikoilla kymmenenteen osaan siitä, mitä aikaisemmin on tarvittu kokonaisuudessaan valvontaan.

Edellä esitetyn kokeen suorittamiseen tarkoitettua laitetta selitetään lähemmin seuraavassa, viitaten oheisiin piirustuksiin, Joissa kuvio 1 esittää koestuskierroksen osaa, kuviot 2-4 esittävät muutoksia läpän asennossa, kierrosluvussa Ja keskipaineessa keksinnön mukaista koestusta suoritettaessa Ja kuvio 5 esittää kaaviollisesti käytettyä laitetta.

Kuvio 1 esittää kierrosluvun muutoksia koestussarjan tietyn aikajakson aikana, Jossa koestussarjassa on pyritty jäljittelemään todellisia käyttöolosuhteita Ja Jolloin ajoneuvo on siis kokeen aikana alustadynamometrin varassa.

moottori, ajoneuvon liikkuvine osineen + alustan JousivaakoJen Jarrutusteloineen + pyörivine vastapainoineen, Jotka yhdessä vastaavat ajoneuvon painoa, kiihdytetään ensin tiettynä aikajaksona 10, ajetaan 4 57648 sen jälkeen muuttumattomalla kierrosluvulla seuraava aikajakso 11, hidastetaan ajanjakson 12 aikana tyhjäkäyntikierroslukuun ja kiihdytetään sen jälkeen samalla tavalla, mutta vaihteleviin arvoihin kuin on esitetty kohdissa 13 ja 14.

Tässä esitetty koestussarja perustuu siihen tietoon, että moottorin oma hitaus käsittää tarpeeksi suuren vastuksen, jotta sen ollessa kytkettynä vapaaksi käyttävästä voimansiirtolaitteesta, voitaisiin saada vastaavat koestusarvot, kun moottori kiihdytetään nopeasti tiettyyn kierroslukualueeseen ja välittömästi sen jälkeen pienennetään polttoaineen syöttöä niin paljon, että se riittää ainoastaa tyhjäkäyn-tiä varten.

Tällä tavalla voidaan saada lyhyitä koestustiloja, jotka hetkellisesti ovat ekvivalenttisia aloitetun koestusjakson kiihdytys- ja hidastuskäyrien osien 15» 16, 17 kanssa.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista koetta suoritettaessa tapahtuvia läppien asennon muutoksia. Ennalta määrätyin aikavälein, jotka ovat tarpeeksi erisuuruisia, jotta moottori joka kerta sitä käynnistettäessä varmasti saavuttaisi tyhjäkäyntikierrosluvun, annetaan eripituinen täyskaasuimpulssi.

mainittujen impulssien pituus kasvaa asteittain, mutta todellinen koe käsittää useampia impulsseja ja näiden keskinäistä suuruutta voidaan vaihdella monella eri tavalla.

Oleellista on, että mikään näistä ei kestä niin kauan, että moottori tulisi minkään aikajakson aikana käytetyksi suurimmalla kierrosluvulla. Näin ollen vain se mihin pyritään, on suhde kiihdytys- ja hioastusolosuhteiden välillä.

Kuvio 3 esittää kuviossa 2 esitettyjen käynnistysimpulssien aiheuttamat muutokset moottorin kierrosluvussa. On ilmeistä, että sekä kierrosluku että käyntiaika tulevat lisääntymään 21:stä 23:een tässä esimerkissä esiintyvien nousevien kaasutusaikojen seurauksena.

Lopuksi kuvio 4 esittää periaatteellisia muutoksia 24, 25» 26 moottorin keskipaineessa kyseessä olevissa olosuhteissa.

Kuvio 5 esittää hyvin kaavamaisesti sovitelmaa, jota käytetään koetta suoritettaessa.

Ajoneuvon'pakokaasuputki on merkitty viitenumerolla 27 ja ajoneuvon kaasupoljin viitenumerolla 28. Viimeksi mainitun aikaansaamiseksi käytetään laitetta, joka voi antaa ennalta määrätyt käynnistys-impulssit toistuvan tarkasti eri koestustilanteissa.

Laite voidaan tehdä monella eri tavalla ja tällöin on esitetty ainoastaan pääkomponentit, joihin kuuluu elektroniikkaosa 29, tilavuu- 57648 5 den jakaaja 30, elastinen säiliö, esimerkiksi muovipussi 31» joka voi olla liitetty johonkin tilavuuden jakaajasta lähtevään poistoputkeen 32 letkun 33 välityksellä sekä pneumaattinen laite kaasupolkimeen vaikuttamiseksi.

Tämä laite käsittää tangon 34, joka on sovitettu ajoneuvon ohjauspyörän 35 ja sen alla olevan lattian väliin. Tämä tanko kannattaa kaksitoimiste paineilmamoottoria 36, johon ilman syöttöä säädetään venttiilin 37 välityksellä, jota ohjataan sähkömagneetilla 38. Tämä vastaanottaa impulsseja elektroniikkayksiköstä 29.

Tämä on yhdistetty ajoneuvon akkuun 39 ja paineilmamoot tori on liitetty paineilmapulloon 40. Letkussa 33 on magneettiventtiili 4i, joka elektroniikkayksiköstä tulevalla signaalilla saattaa pussin 31 yhteyteen letkun kanssa.

Esitetyn paineilmaservomoottorin asemesta voidaan käyttää elektronista, hydraulista tai mahdollisesti mekaanista laitetta, esimerkiksi jousimoottoria. Servomoottori voidaan asentaa aivan polttomoottorin yhteyteen, jolloin se voi vaikuttaa välittömämmin kaasuläppiin.

Erilaisten ajoneuvojen koestamiseksi elektroniikkayksikön täytyy olla tehty siten, että sen karakteristikat voidaan määrittää reikäkortin tai muun tiedonvälitteen avulla tai voidaan käyttää helposti vaihdeltavia painettuja piirejä.

Tilavuuden jakoelimen 30 muodostaa sopivimmin lieriömäinen säiliö, jonka toiseen päätyyn on yhdistetty useita pituudeltaan ja sisä-läpimitaltaan määrättyjä putkia. Johto 33» joka muodostaa yhteyden pussiin 31, on kiinnitetty johonkin putkeen 32. Johdon 33 läpimitta ja pituus on sovitettu siten, että todellisella virtausalueella aikaansaadaan käytännöllisesti katsoen koestuspussin muuttumaton tilavuus.

Niinpä vastapaine mittausalueella, joka vastapaine on oleellisesti yhtäsuuri kuin niissä putkissa, joiden lukumäärä ja läpimitta määrää tilavuusosuuden suuruuden.

Muovipussilla on sellainen tilavuus, että siihen voidaan kerätä tilavuuden jakaajän jakamat kaasuosuudet ilman että vastapaine häiritsisi koestusta.

On tärkeätä, että kaasunpoistosovitelma jakaa koestuksen aikana suuresti vaihtelevat nestepitoisuudet muuttumattomissa suhteissa kokonaisuudessaan pakokaasumäärään ja koestusmäärään nähden. Sens sijaan että pussi täytettäisiin erilaisilla fraktioilla, voidaan nämä viedä suoraan mittauslaitteisiin.

Claims (4)

1. Menetelmä ajoneuvon poistokaasujen emissiopitoisuuden toteamiseksi polttomoottorin kuormitusvaihtelureaktioissa, jolloin osa pakokaasuista johdetaan pakokaasun keräysyksikköön, tunnettu siitä, että moottoria käytetään vapaaksikytkettynä tyhjäkäynnillä, moottoria valittuna ajanjaksona polttoainesyötön lyhytaikaisella vaihtelulla toistuvasti kiihdytetään ja hidastetaan sen omaa, jän-rutusvoimana vaikuttavaa hitautta vastaan ottaen huomioon moottorin maksimikierrosluku, jolloin kiihdytys- ja hidastuvaiheet ovat niin etäällä toisistaan, että moottori jokaisen kiihdytys- ja hidastusvai-heen jälkeen palautuu tyhjäkäyntikierrosluvulle, ja että pakokaasut ainoastaan valittuna ajanjaksona kerätään pakokaasun keräysyksikköön.

2. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa laitteessa on polttoaineen syötön ohjelmointilaite, moottorin kaasunpoistolaitteistoon kytkettävissä oleva pakokaasun jakaja ulosvirtaavan pakokaasun jakamiseksi useampiin osavirtoihin, ja pakokaasun keräyslaitteeseen yhdistettävissä oleva pakokaasun kerääjä pakokaasun osavirran talteenottamiseksi, tunnettu sii-t ä, että myöskin ohjelmointilaitteen (29) ohjaama venttiili (41) on sovitettu pakokaasun keräyslaitteen (31) ja pakokaasun jakajan (30, 32. väliin pakokaasujen ohjaamiseksi pakokaasun keräyslaitteeseen ja että ohjelmointilaitteen (29) ohjelma valittuna ajanjaksona moottorin tyhjäkäynnistä lukien huolehtii polttoaineimpulssien jaksosta, joista impulsseista ei mikään ole maksimikierrosluvun saavuttamiseksi tarvittavaa suurempi, ja jotka ajallisesti ovat niin etäällä toisistaan, että moottori jokaisen polttoaineimpulssin jälkeen palautuu tyhjä-käyntiin, jolloin venttiili (41) mittausajan alussa avautuu ja mit-tausajan lopussa sulkeutuu.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on ajoneuvon kaasukytkimeen yhdistetty kaksivai-kutteinen paineilmamoottori (36) sekä paineilmamoottoria ohjaava mag-neettiventtiili (37, 38), jolloin ohjelmointilaite (29) on sähköisesti yhdistetty magneettiventtiiliin (37, 38).

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että pakokaasun jakajassa (30, 32) on kaasunpoisto-laitteeseen (27) yhdistettävissä oleva kammio (30), jossa on useampia 7 57648 ympäristöön avoinna olevia poistoaikoja (32), joina on sama vir_ tausvastus, ja että pakokaasun kerääjä (31) j*e kammiota (30) pakokaasun kerääjään yhdistävä johto (35) on siten sovitettu ja mitoitettu, että molemmat varsinaisen virtauspiirin sisäpuolella tarjoavat oleellisesti saman virtausvastuksen kuin vapaana olevat poisto-aukot. ^' s 57648 paihjtkrav