DE2407031B2 - Verfahren und Gerät zur Feststellung des Emissionsgehaltes der Abgase eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Während des vergangenen Jahrzehntes wurde die Verbrennungsmotorenindustrie mehr und mehr gezwungen, sich der mit der Emission von Auspuffgasen zusammenhängenden Probleme anzunehmen. Die Entwicklung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch verstärkte, internationale Gesetzgebung ein Druck ausgeübt wird, um bei den heutigen Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge einen immer niedrigeren Emissionsgehalt an CO, HC₁ und NO_x, sowie an Schwebeteilchen und Lärm zu erreichen.

Zuerst wurden auf nationaler Basis vergleichsweise unkomplizierte Prüfzyklen entwickelt, die statistisch erstellte Belastungsfolgen für Motoren im Stadtverkehr simulierten. In Verbindung mit diesen Testfolgen wurde der Verschmutzungsgehalt der Auspuffgase gemessen und dann nach bestehenden Vorschriften ausgewertet Diese Verfahren ermöglichten eine Einstellung der Kraftstoffversorgungsanlage auf niedrige Emissionswerte innerhalb der geprüften Obergangsbereiche, gaben aber kein genaues Bild von den eigentlichen Betriebsverhältnissen.

Aus diesem Grunde hat man sich in einigen Ländern dazu entschieden, eine kompliziertere Testfolge einzuführen und gleichzeitig Proben zu nehmen, welche die Emissionssumme in Gewichtseinheiten pro Entfernung für ein nach dem Testzyklus laufendens Fahrzeug repräsentieren. Eine neue Testfolge hat eine Laufzeit von dreiundzwanzig Minuten und erfordert eine spezielle Einheit zur Entnahme von Gasproben wie auch ein geeignetes Gasanalysegerät in Verbindung mit einem Prüfstand. Der Investitionswert einer derartigen Anordnung beträgt heute einschließlich Aufstellung, maschineller und analytischer Geräte etwa 200 000,— US-$.

Damit wurde ein Gerät geschaffen, mit dem gebaute und gelieferte Wagen geprüft werden können, das aber für die Überwachung eines vorhandenen Wagenparkes in der Praxis nicht geeignet ist. Es ist klar, daß eine Einzelüberwachung eines großen Wagenparkes nicht möglich ist, wenn jeder Test für die Analyse etwa eine halbe Stunde in Anspruch nimmt, während gleichzeitig qualifiziertes Personal und Gerät für die gleiche Zeit unabkömmlich sind. Deshalb ist es wichtig, Testverfahren zu finden, die ein frühzeitiges Aussortieren ermöglichen. Ein paar Jahre lang wurden Kohlenoxydtests anläßlich der jährlichen Inspektion z. B. des schwedischen Wagenparkes in Verbindung mit den Leerlauf der Motoren gemacht. Die Leerlauffolge ist jedoch nur ein Teil des oben erwähnten Zyklus und hat den Nachteil, daß sich ein Gehalt an Stickstoffoxyd, der mit dem Gehalt der eigentlichen Zyklen in Beziehung gesetzt werden kann, nicht feststellen läßt. Auch lassen sich der HC-Gehalt während des Leerlaufes und der HC-Gehalt während des Fahrzyklus nicht zufriedenstellend miteinander in Beziehung setzen. In der internationalen Literatur findet man vereinfachte Fahrzyklen, die darauf abzielen, eine einfache Überwachung zu ermöglichen, doch ist allen eigen, daß sie während der kontrollierbaren Verhältnisse auf einem Prüfstand Belastung erfordern. Der Hauptteil der Investition, wie auch der Bedarf an Meßgeräten bleibt, wie oben beschrieben, auch dann erhalten, wenn die Prüfzeit verkürzt werden kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Glied zwischen einer detaillierten Untersuchung auf dem Prüfstand und einer einfachen Inspektion des Fahrzeugs zu bilden. Dabei sollen vor allem Abschnitte der stärksten Emission bei Übergangsvorgängen, Beschleunigung und

Verlangsamung, wie auch die Leerlaufzeiten überwacht werden. Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Die eigentlichen, komplizierten Fahrzyklen bieten den Vorteil, daß in bezug auf die Temperaturen der Auspuffgase und des Motors konstante Verhältnisse unter verschiedenen Betriebsbedingungen erreicht werden, die auch eine Prüfung der wärmetechnischen und kataiytischen Reaktionen der Auspuffgase ermöglichen. Das hier vorgeschlagene Verfahren untersucht die Qualität des Rohgases, d. h. die Zusammensetzung, die vor dem nachfolgenden Einsatz wärmetechnischer und katalytischer Reaktoren besteht Ein Motor hat ein inneres Trägheitsmoment, was bedeutet, daß eine Beschleunigung des Motors aus dem Leerlauf im Motor selbst während der Beschleunigungsfolge einen beträchtlichen Kraftstoffverbrauch erfordert Beschleunigt man einen Motor durch einen bestimmten Impuls der Kraftstoffzufuhr auf seine höchste Drehzahl — normalerweise wird das Erreichen der höchsten Drehzahl durch konstantes Beschleunigen bestimmt — oder auf eine Teildrehzahl, so wird eine Belastungsfolge mit Beschleunigung unter Last wie auch ein Abbremsen des Motors nach Beendigung der Kraftstoffzufuhr erreicht Diese Belastungsfolge kann mit unterschiedlicher Intensität nach einem vorgegebenen Muster wiederholt werden. Auf diese Weise wird eine Emission von CO, HC und NO_x erreicht, die sich mit komplizierteren Tests mit verschiedenen Koeffizienten für verschiedene Teile in angemessener Weise in Beziehung seuen läßt

Bei einem Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Art wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die im Anspruch 2 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst

Es wird angenommen, daß bei den Emissionstests die Probenahme durch Ableiten eines Sollanteiles des Auspuffgases in einen Beutel geschieht Dieser Anteil kann entweder durch ein Gasanalysegerät oder, im einfachsten Fall durch ein absorbierendes, chemisches Nachweisgemisch geleitet werden, wo durch bereits vorgeschriebene Abstufung festgestellt werden kann, ob sich das Fahrzeug in zufriedenstellenden Zustand befindet, oder ob es einer sorgfältigen Untersuchung nach den anfänglichen Verfahren bedarf. Die Anwendung dieser Verfahren, um festzustellen, ob die Wagen gegen bestehende Vorschriften verstoßen, könnte bei bestehenden Wagenparks das Erfordernis tür qualifizierte Proben auf zwischen eine und zwei Zehnerpotenzen verringern, was gegenüber früher einen völlig neuen Gesichtspunkt in bezug auf wirtschaftliche Erfordernisse für Überwachungsmittel darstellt.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Es zeigt

F i g. 1 einen Teil eines erstellten Testzyklus;

Fig.2 bis Fig.4 Änderungen der Stellung des Gaspedales, der Drehzahl und des mittleren Druckes während des Tests; und

F i g. 5 eine schematische Ansicht eines sich in Betrieb befindlichen Gerätes.

In F i g. 1 sind Drehzahländerungen während einer bestimmten Zeitdauer eines erstellten Testzyklus dargestellt, die darauf abzielen, echte Betriebsverhältnisse zu simulieren, während sich das Fahrzeug auf einem Prüfstand befindet.

Zuerst wird der Motor zusammen mit drehbaren Fahrzeugteilen, den Bremswalzen des Prüfstandes und den sich drehenden Gegengewichten, die insgesamt dem Gewicht des Fahrzeuges entsprechen, während eines bestimmten Zeitintervalles 10 beschleunigt anschließend mit konstanter Drehzahl während eines folgenden Intervallen il laufen lassen, während des Intervalles 12 auf Leerlaufdrehzahl verlangsamt und danach in ähnlicher Weise, doch mit wechselnden Werten, wie bei 13 und 14 vorgeschlagen, beschleunigt

Der hier vorgeschlagene Testzyklus beruht auf den Gedanken, daß die Trägheit eines vom Fahrgetriebe getrennten Motors einen ausreichend großen Widerstand für repräsentative Testwerte gibt wenn der Motor rasch auf einen bestimmten Drehzahlbereich beschleunigt und die Kraftstoffzufuhr dann sofort auf das für den Leerlauf erforderliche Maß verringert wird.

Auf diese Weise ist es möglich, kurze Testverhältnisse zu erreichen, die kurzzeitig den Abschnitten 15,16 und 17 der Beschleunigungs- und Verzögerungskurven eines erstellten Testzyklus entsprechen.

In Fig.2 sind Änderungen der Stellung des Gaspedales während eines Tests dargestellt In vorbestimmten Intervallen, die ausreichend großen Abstand voneinander haben, um den Motor jedesmal wieder auf die Leerlaufdrehzahl zurückgehen zu lassen, wird ein Kraftstoffinipuls 18, 19 bzw. 20 von abweichender Dauer ausgesandt Daß die Impulse mit sich stufenweise erhöhender Dauer dargestellt sind, hat nur erläuternden Charakter. Ein echter Test hat mehrere Impulse, deren gemeinsame Größen auf verschiedene Art und Weise verändert werden können.

Es ist wichtig, daß keiner der Impulse so lange anhält daß der Motor während eines Intervalles mit maximaler Drehzahl läuft Es sind lediglich die während der Beschleunigung und Verlangsamung vorherrschenden Verhältnisse von Interesse.

Die F i g. 3 zeigt Änderungen der Motordrehzahl als Folge der in F i g. 2 dargestellten Kraftstoffimpulse. Es ist ersichtlich, daß sich sowohl Drehzahl als auch Laufzeit in diesem Beispiel von 21 bis 23 als Folge erhöhter Dauer der Kraftstoffzufuhr erhöhen.

Schließlich sind in Fig.4 die grundlegenden Änderungen des mittleren Motordruckes während der genannten Zeitpunkte dargestellt.

In F i g. 5 ist in sehr schematischer Form ein bei dem Test eingesetztes Gerät dargestellt

Das Auspuffrohr eines Fahrzeuges ist durch die Zahl 27 und das Gaspedal des Fahrzeuges durch die Zahl 28 bezeichnet

Zum Betätigen des Gaspedales ist eine mechanische Vorrichtung 29 vorgesehen, deren Einzelheiten nicht angegeben sind. Die Vorrichtung 29 betätigt das Gaspedal 28 nach einem vorbestimmten Programm, so daß der sich im Leerlauf drehende Motor während einer festgesetzten Zeitdauer eine bestimmte Anzahl von Kraftstoffimpulsen verschiedener Länge erhält. Die Impulse dürfen, wie oben angegeben,^nicht so lange anhalten, daß der Motor zu irgendeinem Zeitpunkt mit maximaler Drehzahl läuft oder eine Drehzahl erreicht, die seiner Funktion schaden würde.

Zum Betreiben des Motors wird ein Gerät verwendet, das in der Lage ist, die vorbestimmten Kraftstoffimpulse wiederholt mit ausreichender Genauigkeit von Test zu Test zu geben.

Der Aufbau des Gerätes kann sehr unterschiedlich sein. Nur die Hauptbestandteile sind in schematischer Form dargestellt. Es sind dies eine Haupteinheit 29, die

vorzugsweise elektronisch arbeitet, eine Volumenbemessungseinrichtung 30 und ein blasenförmiger Aufnahmebeutel 31, der vorzugsweise aus Plastikmaterial hergestellt ist. Letzterer kann mittels eines Schlauches 33 an eines von einer Anzahl von Auslaßrohren 32 der Volumenbemessungseinrichtung 30 angeschlossen werden.

Eine Vorrichtung zum Betätigen des Gaspedales 28 ist mit einem Stab 34 versehen, der zwischen dem Steuerrad 35 und dem darunter liegenden Boden i< montiert ist. Der Stab 34 trägt einen doppelt wirkenden Preßluftmotor 36, der von einem Ventil 37 gesteuert wird, das durch einen Solenoiden 38, der von der Haupteinheit 29 Impulse empfängt, betätigt wird.

Die Haupteinheit 29 ist an eine Batterie 39 ■ angeschlossen. Der Preßluftmotor 36 wird aus einer Flasche 40 oder aus einer anderen Quelle mit Preßluft versorgt Der Schlauch 33 ist mit einem Magnetventil 41 versehen, das von Signalen aus der elektronischen Einheit 29 gesteuert wird, um ein Einströmen in den ί Beutel 31 nur während des Testzyklus zu gestatten.

Die Mittel, um die Einheit 29 und den Stellmotor 36 mit Antriebsenergie zu versorgen, hängen von den örtlichen Verhältnissen ab. Der Motor 36 kann elektrisch, hydraulisch oder möglicherweise auch .'< mechanisch, beispielsweise durch Federkraft, angetrieben werden. Außerdem kann der Motor 36 auch näher an dem Fahrzeugmotor angebracht werden, so daß er direkt auf einen Gashebel einwirkt

Die Einheit 29, die zur Aussendung von Grundsigna- <■ len dient, kann ebenfalls beliebige Bauart aufweisen. Um Fahrzeuge verschiedener Größen und Bauarten berücksichtigen zu können, kann eine elektronische Einheii konstruiert werden, die durch Lochkarten oder andere Informationsträger gesteuert wird, oder möglicherweise leicht auswechselbare, gedruckte Leiterplatter enthält

Die Volumenbemessungseinrichtung besteht geeig neterweise aus einem zylindrische Aufnahmegerät 30 An eines seiner Enden ist eine Anzahl von Rohren 3i angeschlossen, deren Länge und Innendurchmesse! sorgfältig bestimmt sind. Am Zylinder ist eine an einen* blasenförmigen Beutel 31 angeschlossene Schlauchlei tung 33 befestigt und hat das gleiche Grundmaß wie die Rohre 32. Der Durchmesser und die Länge der Leitung 33 sind so bestimmt, daß ein praktisch konstante: Mengenanieii innerhalb des eigentlichen Strörnungsbc reiches in den Beutel 31 geleitet wird.

Somit ist innerhalb des Meßbereiches der Gegen druck im wesentlichen dem in den anderen Rohrer gleich, deren Anzahl und Durchmesser die Größe de! Mengenanteiles bestimmen. Der blasenförmige Beute 31 hat ein Volumen, das groß genug ist um der Gasanteil aufzunehmen, der von der Volumenbemes sungseinrichtung 30 abgezweigt wird, ohne einer Gegendruck zu verursachen, der die Probenahm« beeinträchtigt

Es ist wichtig, daß während der stark schwankender Strömungsintensität des Tests die Entnahmeeinheit füi Gasproben die Mengen in anteilig konstantem Verhält nis zwischen der gesamten Menge des Auspuffgases unc der Probenmenge teilt Statt einen blasenförmiger Beutel 31 zu füllen, kann der abgezweigt Anteil auci direkt zu einem Meßgerät geleitet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung des Emissionsgehaltes der Abgase eines Kraftfahrzeuges bei Lastwechselreaktionen des Verbrennungsmotors, wobei ein bestimmter Anteil der Abgase einem Abgasempfänger zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit abgekuppeltem Getriebe im Leerlauf betrieben wird, während einer vorgegebenen Meßzeit der Motor durch kurzzeitige Änderung der Kraftstoffzufuhr gegen seine eigene als Bremsfaktor benutzte Trägheit unter Beachtung seiner maximalen Drehzahl wiederholt beschleunigt und verzögert wird, wobei die Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen soweit auseinanderliegen, daß der Motor nach jeder Beschleunigungs- und Verzögerungsphase auf die Leerlaufdrehzahl zurückfällt, und daß die Abgase nur während der vorgegebenen Meßzeit im Abgasempfänger gesammelt werden.

2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Programmsteuereinrichtung für die Kraftstoffzufuhr, einen an die Auspuffanlage des Motors anschließbaren Abgasteiler zur Aufteilung der ausströmenden Abgase in mehrere Teilströme und mit einem mit dem Abgasteiler verbindbaren Abgasempfänger zur Aufnahme eines Teilstroms der Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenfalls von der Programmsteuereinrichtung (29) angesteuertes Ventil (41) zwischen dem Abgasempfänger (31) und dem Abgasteiler (30, 32) zur Steuerung des Abgasstromes in den Abgasempfänger vorgesehen ist und daß das Programm der Steuereinrichtung (29) während einer vorgegebenen Meßzeit ausgehend vom Leerlauf des Motors für eine Folge von Kraftstoffimpulsen sorgt, von denen keiner über das zum Erreichen der maximalen Drehzahl erforderliche Maß hinausgeht und die zeitlich soweit voneinander getrennt sind, daß der Motor nach jedem Kraftstoffimpuls wieder auf die Leerlaufdrehzahl zurückfällt, wobei automatisch das Ventil (71) zu Beginn der Meßzeit geöffnet und am Ende der Meßzeit geschlossen wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Gaspedal (28) des Fahrzeug» verbundener doppeltwirkender Preßluftmotor (36) und ein den Preßluftmotor steuerndes Magnetventil (37, 38) vorgesehen sind, wobei die Steuereinrichtung (29) mit dem Magnetventil (37, 38) elektrisch verbunden ist.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasteiler (30,32) eine an die Auspuffanlage (27) anschließbare Kammer (30) mit mehreren zur Umgebung hin offenen Auslaßöff nungen (32) mit gleichem Strömungwiderstand aufweist und daß der Abgasempfänger (31) und die die Kammer (30) mit dem Abgasempfänger verbindende Leitung (32) derart angeordnet und bemessen sind, daß beide innerhalb des eigentlichen Strömungsbereichs im wesentlichen den gleichen Strömungswiderstand wie jeder der freiliegenden Auslaßöffnungen bieten.