DE19743954C2 - Cold start measuring system for measuring the cold start emission - Google Patents

Cold start measuring system for measuring the cold start emission

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Description

Das hier beschriebene Kaltstartmeßsystem zur Schadstoffmessung im Kraftfahrzeug während der Kaltstartphase geht auf den in DE 197 36 864.6 "Vorrichtung zur Analyse des Abgases von Kraftfahrzeugen" beschriebenen Gegenstand zurück.The cold start measuring system described here for measuring pollutants in the motor vehicle during the cold start phase is based on the device for analyzing the exhaust gas in DE 197 36 864.6 Motor vehicles "object described back.

1. Problemdarstellung1. Presentation of the problem

In den ersten Sekunden des Kraftfahrzeugbetriebes, wenn der Katalysator seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, ist die Schadstoffminderung des Abgases durch den Katalysator, die sogenannte Konvertierungsrate, noch sehr niedrig. Da der Motor in der Kaltstartphase etwa 70% seiner gesamten Emissionen produziert, wäre jedoch eine optimale Schadstoffminderung gerade in dieser Phase wünschenswert. Ganz besonders muß das Konvertierungsverhalten für die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) verbessert werden.In the first few seconds of motor vehicle operation when the catalytic converter is its Has not yet reached operating temperature, the exhaust gas is reduced by the Catalyst, the so-called conversion rate, is still very low. Since the engine in the Cold start phase would produce around 70% of its total emissions, but would be an optimal one Pollutant reduction desirable in this phase. It has to be especially Conversion behavior for unburned hydrocarbons (HC) can be improved.

Im Hinblick auf die strengen US-Grenzwerte werden Maßnahmen notwendig, um eine hohe Konvertierungsrate auch beim Kaltstart zu gewährleisten. Die von der US-Regierung favorisierten Schlagwörter für die einzelnen Stufen zur Einführung abgasarmer Fahrzeuge sind Transitional-Low-Emission Vehicles TLEV, Low-Emission Vehicles LEV und Ultra-Low- Emission Vehicles ULEV.In view of the strict US limits, measures are necessary to achieve a high level To ensure conversion rate even on cold start. That from the US government are favorite keywords for the individual stages for the introduction of low-emission vehicles Transitional-Low-Emission Vehicles TLEV, Low-Emission Vehicles LEV and Ultra-Low- Emission vehicles ULEV.

Eine Möglichkeit zur Schadstoffreduzierung ist die Integration einer elektrischen Heizung im Katalysator, die während der Start- und Warmlaufphase den Katalysator beheizt. Bei Metallträger-Katalysatoren wird der Metallkörper als elektrischer Widerstand zum Heizen verwendet. Auch bei einem Katalysator mit Keramikträger ist die Beheizung durch Vorschalten eines elektrischen Heizkörpers möglich.One option for reducing pollutants is the integration of an electric heater in the Catalytic converter that heats the catalytic converter during the start-up and warm-up phase. At Metal support catalysts use the metal body as an electrical resistor for heating used. In the case of a catalytic converter with a ceramic carrier, heating is also possible by switching upstream an electric radiator possible.

Bei einer anderen Technik wird Kraftstoff in den Katalysator gespritzt und verbrannt. Bei dieser Methode erreichen der Katalysator und die Lambda-Sonde nach wenigen Sekunden die Betriebstemperatur.Another technique injects fuel into the catalytic converter and burns it. At this The catalyst and the lambda probe reach the method after a few seconds Operating temperatur.

Eine bessere Möglichkeit ist die Adsorption von HC während der ersten Sekunden nach dem Start (HC-Falle). Die Desorption erfolgt dann, wenn der Katalysator eine Temperatur erreicht hat, bei der eine zufriedenstellende Konvertierung gesichert ist Untersuchungen zeigen, daß mit diesem Verfahren eine Verringerung der HC-Emission von bis zu 50% möglich ist. A better option is to adsorb HC during the first few seconds after Start (HC trap). Desorption occurs when the catalyst reaches a temperature with a satisfactory conversion is assured Studies show that With this method, a reduction in HC emissions of up to 50% is possible.  

2. Stand der Technik2. State of the art

In DE 41 21 520 A1 wird eine berührungslos arbeitende Schaltungsordnung zum Vorwärmen von Zündeinrichtungen beschrieben. Dieses Gerät funktioniert über einen Infrarotsensor mit Bewegungsmelder und tastet die Anwesenheit einer Person auf dem Fahrersitz ab. In der vorliegenden Anmeldung ist die Zusammenführung verschiedener Abläufe das entscheidende Merkmal. Die frühzeitige Erkennung durch einen Sitzbelegungsensor, das folgende, elektrische Vorheizen des Katalysators bzw. das Einspritzen von Kraftstoff in den Katalysator und die Einschaltung der HC-Falle. Um diese Vorgänge optimal zu verbinden und flexibel auf die verschiedene Betriebsbedingungen zu reagieren, ist ein Kaltstart Meßsystem entwickelt worden.DE 41 21 520 A1 describes a non-contact circuit arrangement for preheating described by ignition devices. This device works with an infrared sensor Motion detector and senses the presence of a person in the driver's seat. In the present application, the merging of different processes is that crucial feature. The early detection by a seat occupancy sensor that following electrical preheating of the catalyst or the injection of fuel into the Catalyst and the activation of the HC trap. To optimally combine these processes and A cold start measuring system is to react flexibly to the different operating conditions has been developed.

In DE 196 05 053 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung im Mikromeßstab zur kontinuierlichen Messung des Schadstoffaustrages aus Kraftfahrzeugen dargestellt. In dieser Quelle wird allgemein über die Vorteile eines kontinuierlichen Meßverfahren in Kraftfahrzeugen gesprochen. Die spezielle Schadstoffmessung im Kraftfahrzeug während der Kaltstartphase wird nicht erwähnt.DE 196 05 053 A1 describes a method and a device on the micro dipstick continuous measurement of pollutant discharge from motor vehicles. In this Quelle is generally about the advantages of a continuous measurement method in motor vehicles spoken. The special pollutant measurement in the motor vehicle during the cold start phase is not mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Meßsystem zu beschreiben, das in der Lage ist, die tatsächliche Emission in der Kaltstartphase zu erfassen, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen und evtl. Fehler in der Technik zu signalisieren, und die Emissions- Minderungsanlage zu steuern.The invention is based on the object of describing a measuring system which is capable of to record the actual emission in the cold start phase in order to ensure optimal operation enable and to signal any errors in the technology, and the emission Control reduction system.

2. Beschreibung des Patentgegenstandes2. Description of the subject of the patent 2.1. Eigenschaften des Kaltstart-Meßsystems2.1. Properties of the cold start measuring system

Die Messung der Kaltstartemission wird mit Hilfe eines Meßsystems vorgenommen, das nach dem Prinzip des NDIR-Photometers arbeitet. Dieses Meßsystem besteht im wesentlichen aus einem Strahler, einem Empfänger und einer optischen Küvette. Solche Meßsysteme sind weltweit bekannt.The measurement of the cold start emission is carried out with the aid of a measuring system, which according to works on the principle of the NDIR photometer. This measuring system essentially consists of a radiator, a receiver and an optical cuvette. Such measuring systems are worldwide known.

Als eine besondere Neuigkeit ist bei der vorliegenden Vorrichtung zu betrachten, daß die optische Küvette nicht wie üblich aus einem Rohr mit einer möglichst gut reflektierenden Innenwandung besteht, sondern aus einem porösen Material. Dieses Material kann z. B. Sinterstahl oder Sinterbronze oder ein anderes gesintertes Material sein, das es ermöglicht, das zu messende Gas durch Diffusion in das Küvettenrohr zu führen, s. Fig. 1. Herkömmliche Geräte verfügen über ein "Nicht"-poröses Küvettenrohr, in das das zu messende Gas durch eine externe Pumpe geführt wird. Dadurch benötigen diese Geräte eine aufwendige und somit kostspielige Gasaufbereitung, bestehend aus einer Tropfenabscheidevorrichtung, einer Pumpe, einem Druckminderer und einem Strömungsmesser.A particular novelty in the present device is that the optical cuvette does not consist, as usual, of a tube with an inner wall that reflects as well as possible, but of a porous material. This material can e.g. B. sintered steel or sintered bronze or another sintered material that allows the gas to be measured to be guided by diffusion into the cuvette tube, see. Fig. 1. Conventional devices have a "non-porous cuvette tube, into which the gas to be measured is fed by an external pump. As a result, these devices require complex and therefore costly gas treatment, consisting of a droplet separator, a pump, a pressure reducer and a flow meter.

Die Verwendung einer porösen Küvette aus Sintermaterial ist hingegen in der Kfz-Technik besonders vorteilhaft, da bei dieser Anordnung die Schmutz-, vor allem aber die Rußpartikel, an der als Filter wirkenden Siebschicht des Sintermaterials zurückgehalten werden. Das Entfernen der Ruß- und Schmutzpartikel könnte in gewissen Zeitabständen durch Rückspülen mit Druckluft erfolgen, s. Fig. 2. Das Rückspülen könnte z. B. mit Hilfe einer, an den Tankstellen benutzten, Druckluftvorrichtung erfolgen.The use of a porous cuvette made of sintered material, on the other hand, is particularly advantageous in automotive engineering, since with this arrangement the dirt particles, but above all the soot particles, are retained on the sieve layer of the sintered material which acts as a filter. The soot and dirt particles could be removed at certain intervals by backwashing with compressed air, see. Fig. 2. The backwashing could e.g. B. with the help of a, used at the gas stations, compressed air device.

2.2 Konstruktive Merkmale des Kaltstart-Meßsystems2.2 Design features of the cold start measuring system

In Fig. 1 sind die optischen Komponenten des Meßsystems dargestellt. Das poröse Küvettenrohr aus Sintermaterial (1), der Strahler (2) mit Reflektor (3) und der Detektor (4) mit einer Linse, (5) zum bündeln der infraroten Strahlung.In Fig. 1, the optical components of the measuring system are shown. The porous cuvette tube made of sintered material ( 1 ), the emitter ( 2 ) with reflector ( 3 ) and the detector ( 4 ) with a lens ( 5 ) for focusing the infrared radiation.

Die Fig. 2 soll das Rückspülen der Rußpartikel (9) mit Druckluft (8) erläutern. Die von außen kommende Druckluftleitung wird mit ihrer Anschlußkupplung (6) an den von außen am Kraftfahrzeug zugänglichen Einlaßstutzen (7) angekoppelt. Die Druckluft (8) entfernt dabei die an der Außenseite des Küvettenrohres (1) haftenden Rußpartikel (9). FIG. 2 is intended to illustrate the backwashing of the soot particles (9) with compressed air (8). The compressed air line coming from the outside is coupled with its connecting coupling ( 6 ) to the inlet connection ( 7 ) accessible from the outside of the motor vehicle. The compressed air ( 8 ) removes the soot particles ( 9 ) adhering to the outside of the cuvette tube ( 1 ).

2.3. Einschaltung der Vorrichtung in der Kaltstartphase2.3. Switching on the device in the cold start phase

Wie vorhergehend beschrieben, gibt es verschiedene Möglichkeiten einer Schadstoffminderung während der Kaltstartphase.As described above, there are various ways of reducing pollutants during the cold start phase.

Die einfachste Möglichkeit ist das Vorheizen des Katalysators vor dem Start. Erfolgt das Vorheizen des Katalysators elektrisch, so wird, bedingt durch die Masse und thermische Trägheit des Katalysators, der Akkumulator des Kraftfahrzeuges stark beansprucht. An kalten Wintertagen und bei nicht ganz neuen, bzw. nicht vollgeladenen Akkumulatoren entsteht die Situation, daß der Wagen nach dem Vorheizen nicht mehr gestartet werden kann. The easiest way is to preheat the catalyst before starting. Does that happen Preheating the catalyst electrically, it is due to the mass and thermal Inertia of the catalyst, the accumulator of the motor vehicle is heavily used. On cold Winter days and in the case of not completely new or not fully charged accumulators Situation that the car can no longer be started after preheating.  

Eine bessere Möglichkeit zur Schadstoffminderung ist der Einsatz von HC-Fallen. Um jedoch eine hohe Effizienz einer solchen HC-Falle zu ermöglichen, ist es unbedingt notwendig, die Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas zu messen.A better way to reduce pollutants is to use HC traps. However, to To enable a high efficiency of such an HC trap, it is imperative that Measure the hydrocarbon concentration in the exhaust gas.

Da das Kaltstart-Meßsystem nur einen geringen Energiebedarf hat, kann es bereits vor der Kaltstartphase in Betrieb genommen werden. Dazu scheinen z. B. ein Sitzbelegungssensor (10) oder andere Sensoren im Kraftfahrzeug geeignet zu sein, um bereits beim Einsteigen in das Kraftfahrzeug das Kaltstart Meßsystem zu aktivieren, siehe Fig. 3. Gleichzeitig könnte auch die HC-Falle eingeschaltet werden.Since the cold start measuring system has only a low energy requirement, it can be put into operation before the cold start phase. For this seem z. B. a seat occupancy sensor ( 10 ) or other sensors in the motor vehicle to be suitable for activating the cold start measuring system when entering the motor vehicle, see FIG. 3. At the same time the HC trap could also be switched on.

3. Einbau des Kaltstart-Meßsystems ins Kraftfahrzeug3. Installation of the cold start measuring system in the motor vehicle

Eine besonders günstige Möglichkeit für die Unterbringung des Kaltstart-Meßsystems ist ein zylinderförmiger Behälter (12) als Zwischenstück des Auspuffrohres (11), ähnlich zu einem Katalysator oder einem Schaltdämpfer. Mögliche Ausbildungsformen zeigt die Fig. 4. In diesem, an den letzten Schalldämpferkasten angeschlossenen, Zylinder befindet sich die aus dem gesinterten Rohrmaterial bestehende optische Küvette sowie die elektronische Schaltung für die Meßdatenerfassung.A particularly favorable option for accommodating the cold start measuring system is a cylindrical container ( 12 ) as an intermediate piece of the exhaust pipe ( 11 ), similar to a catalytic converter or a switching damper. Fig. 4 shows possible forms of training . In this cylinder, which is connected to the last silencer box, there is the optical cuvette consisting of the sintered tube material and the electronic circuit for the measurement data acquisition.

Da das Kaltstart-Meßsystem als letztes Element an das Abgasbehandlungssystem des Kraftfahrzeuges angeschlossen wird, ist das zu messende Gas selbst nach längeren Fahrten, nach einer Fahrt mit höherer Geschwindigkeit oder an warmen Sommertagen bereits so kühl, daß die optische Vorrichtung ohne besondere Schutzmaßnahmen direkt im Gasweg installiert werden kann. Since the cold start measuring system as the last element to the exhaust gas treatment system of the Connected to the vehicle, the gas to be measured is even after long journeys, so cool after driving at higher speeds or on warm summer days, that the optical device is installed directly in the gas path without special protective measures can be.  

Verzeichnis der FigurenList of figures Fig. 1 Komponenten des Meßsystems Fig. 1 components of the measuring system

11

Küvettenrohr aus Sintermaterial
Cell tube made of sintered material

22nd

Strahler
Spotlights

33rd

Reflektor
reflector

44th

Detektor
detector

55

Linse
lens

Fig. 2 Rückspülung mit Druckluft Fig. 2 backwashing with compressed air

66

Anschlußkupplung
Connection coupling

77

Einlaßstutzen
Inlet connector

88th

Druckluft
Compressed air

99

Rußpartikel
Soot particles

Fig. 3 Sensoren im Kraftfahrzeug Fig. 3 sensors in the motor vehicle

1010th

Sitzbelegungssensor
Seat occupancy sensor

Fig. 4 Einbaumöglichkeiten im Abgassystem Fig. 4 installation options in the exhaust system

1111

Auspuffrohr
Exhaust pipe

1212th

Zylinderförmiger Behälter
Cylindrical container

Fig. 5 Kaltstartmessung Fig. 5 cold start measurement

Claims (4)

1. Kaltstartmeßsystem zur Messung der Kaltstartemission eines Kraftfahrzeuges und zur Steuerung von den zur Minderung dieser Emission vorhandenen Geräten, dadurch gekennzeichnet, daß das System derart ausgebildet ist, daß es vor dem Starten des Kraftfahrzeuges durch das Signal eines Sitzbelegungssensors in Betrieb genommen wird und bereits in den darauffolgenden Sekunden mit dem Meßbetrieb beginnt, so daß die Kaltstartemissionserfassung von Anfang an lückenlos erfolgt.1. Cold start measuring system for measuring the cold start emission of a motor vehicle and for controlling the devices available for reducing this emission, characterized in that the system is designed such that it is put into operation before the motor vehicle is started by the signal of a seat occupancy sensor and already in the following seconds begins with the measuring operation, so that the cold start emission detection takes place from the beginning without gaps. 2. Kaltstartmeßsystem auf Basis der infraroten Gasabsorption funktionierend, dadurch gekennzeichnet, daß es aus den Modulen IR-Strahler, Küvette, Detektor und einem Sitzbelegungssensor besteht, wobei die optische Küvette ein poröses Rohr ist, das hauptsächlich aus Sinterstahl oder Sinterbronze besteht und durch dessen gasdurchlässige Wandung das zu messende Abgas aus dem Kraftfahrzeug ohne pneumatische Fördermittel lediglich aufgrund der Diffusion in die Küvette gelangt.2. Cold start measuring system based on the infrared gas absorption works characterized in that it consists of the modules IR radiator, cuvette, detector and one Seat occupancy sensor exists, wherein the optical cuvette is a porous tube that consists mainly of sintered steel or sintered bronze and through its gas permeable Wall the exhaust gas to be measured from the motor vehicle without pneumatic conveying means only gets into the cuvette due to the diffusion. 3. Kaltstartmeßsystem nach Patentanspruch 1 oder 2 für den Einbau ins Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das System in einer zylinderähnlichen Form als letztes Element des Abgasbehandlungssystems in dem Kraftfahrzeug untergebracht ist, wodurch eine Überhitzung der Elemente des Kaltstartmeßsystems vermeidbar ist.3. Cold start measuring system according to claim 1 or 2 for installation in the motor vehicle, characterized in that the system is in a cylinder-like shape as the last element of the exhaust gas treatment system is accommodated in the motor vehicle, whereby a Overheating of the elements of the cold start measuring system can be avoided. 4. Kaltstartmeßsystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückspülung der an den äußeren Wandungen der Küvette gehaltenen Rußpartikeln mit Hilfe von Druckluft an Tankstellen erfolgt, daß dadurch keine zusätzlichen Filter benötigt werden und daß die Porosität des Küvettenrohres entsprechend der Konzentration und der Beschaffenheit der Rußpartikel im Abgasstrom des Kraftfahrzeuges auswählbar ist.4. Cold start measuring system according to claim 1 or 2, characterized in that a Backwash the soot particles held on the outer walls of the cuvette with the help of compressed air at gas stations that no additional filters are required and that the porosity of the cuvette tube according to the concentration and the nature the soot particle in the exhaust gas flow of the motor vehicle can be selected.
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