DE2752862A1 - Verfahren zur ueberpruefung der abgasemission einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Kraftfahrzeugabgase sind in wechselndem Umfang eine Quelle belästigender oder für Mensch, Tier und Pflanze schädlicher Verunreinigungen. Zur Begrenzung der Schadstoffemission bei neugefertigten Kraftfahrzeugen wird in zunehmendem Maße die Abgasemission nach gesetzlichen Vorschriften ermittelt. Diese Abgastests erfordern einen erhebliche Kosten verursachenden hohen technischen Aufwand.

Andererseits sind z. Zt. noch keine gesetzlichen Vorschriften erlassen worden, die eine Überprüfung der zulässigen Grenzwerte der Schadstoffemission von im Verkehr befindlichen Kraftfahrzeugen vorschreiben. Da die Schadstoffemission jedoch ganz wesentlich z.B. von der Einstellung und dem Alter der Brennkraftmaschine beeinflusst wird, ist eine derartige Überprüfung sinnvoll. Einer Überprüfung von im Verkehr befindlichen Kraftfahrzeugen nach einem gesetzlich vorgeschriebenen Abgastest steht jedoch der dazu notwendige hohe wirtschaftliche Aufwand entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung der Zusammensetzung der aus der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches einer Brennkraftmaschine resultierenden Abgase zu schaffen, mit dem mit einem relativ geringen wirtschaftlichen Aufwand die Überprüfung der Abgasemission bei im Verkehr befindlichen Fahrzeugen durchgeführt und die Übereinstimmung mit gesetzlichen Vorschriften kontrolliert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verfahren durch eine Überprüfung des Zündzeitpunktes im Leerlauf, eine Überprüfung der Luftzahl Lambda im Leerlauf und wenigstens eine Überprüfung der Luftzahl Lambda bei Drehzahlen entlang der Null-Lastlinie gebildet wird. Die nach diesem Verfahren erzielten Abgastest-Ergebnisse zeigen eine gute Korrelation mit den nach den gesetzlichen Vorschriften durchgeführten Abgastests (z.B. ECE-Test). Größere Investitionen, wie sie z.B. in Form eines Rollenprüfstandes zur Durchführung eines gesetzlich vorgeschriebenen Abgastests notwendig sind, sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich.

Als zweckmäßig hat sich erwiesen, dass die Überprüfung der Luftzahl Lambda entweder durch Messung der Abgaskomponenten CO und CO[tief]2, durch Messung der Abgaskomponenten CO, CO[tief]2 und HC oder durch Messung der Abgaskomponente O[tief]2 erfolgt.

Es ist bereits ein Diagnosegerät zur Überprüfung von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge bekannt (DT-OS 2 303 080), durch das u.a. der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine im Leerlauf überprüft werden kann und die Messung der durch die Luftzahl Lambda repräsentativen Abgaskomponenten ermöglicht. Diese Messungen können mit diesem Gerät zwar auch bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, jedoch ist dadurch noch nicht die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Erkenntnis herleitbar, dass allein durch die genannten Verfahrensschritte die Bedingungen eines gesetzlich vorgeschriebenen Abgastests erfüllbar sind.

In den Zeichnungen sind die Abgasemission eines Otto-Motors betreffende Kennfelder dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Kennfeld der Abgasemission eines Einzylinder-Versuchsmotors,

Fig. 2 das Luftzahl-Kennfeld eines Otto-Motors,

Fig. 3 das Kennfeld der CO-Abgaskonzentration eines Otto-Motors, und

Fig. 4 das Kennfeld der CO[tief]2-Abgaskonzentration eines Otto-Motors.

Die Abgasemission eines ordnungsgemäß arbeitenden Otto-Motors wird im wesentlichen nur von der Luftzahl Lambda und dem Zündzeitpunkt beeinflusst.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass zur eindeutigen Bestimmung der Gemischzusammensetzung bzw. von Lambda die Kenntnis der CO- und CO[tief]2-Konzentration in erster Näherung ausreicht.

Im Bereich Lambda < 1 würde die Kenntnis der CO-Konzentration allein ausreichen, um eine Aussage über die Qualität des Kraftstoff-Luft-Gemisches machen zu können. Im Bereich Lambda > 1 ändert sich der CO-Gehalt aber kaum. Zur eindeutigen Bestimmung in diesem Bereich muß als zusätzliche Bestimmungsgröße die CO[tief]2- oder O[tief]2-Konzentration gewählt werden.

In den Fig. 3 und 4 sind drei Motorkennfelder mit Lambda, CO und CO[tief]2 als Parameter dargestellt, die für moderne Otto-Motoren repräsentativ sind. Das Luftzahlenkennfeld der Fig. 2 zeigt den typischen Verlauf der Gemischzusammensetzung eines relativ gut ausgelegten Otto-Motors, welcher die vorgeschriebenen ECE-Abgasgrenzwerte erfüllt.

Bei voller Drosselklappenöffnung ist das Gemisch angefettet (Lambda = 0,90), um die maximale Leistung zu erreichen. Mit dem Schließen der Drosselklappe wird das Gemisch im Teillastgebiet bis zu einer Luftzahl von Lambda = 1,0 ./. 1,1 abgemagert. Im breiten Drehzahl- und Lastbereich des Teillastgebietes bleibt diese Luftzahl konstant und der Motor wird mit dieser Kraftstoff-Luft-Gemischzusammensetzung betrieben, welche dem minimalen Kraftstoffverbrauch entspricht. Im leerlaufnahen Gebiet, bei niedrigen Lasten und Drehzahlen wird das Gemisch wieder angefettet (Lambda = 0,85 ./. 0,95), um einen stabilen Lauf des Motors unter erschwerten Brennbedingungen zu gewährleisten (hoher Restgasanteil, niedriges Temperaturniveau usw.). Auf diese Weise ergeben sich bei modernen Motoren im gesamten Last- und Drehzahlbereich drei charakteristische Luftzahlgebiete:

Vollast Lambda ungefähr 0,85 ./. 0,95

Teillast Lambda ungefähr 1,0 ./. 1,1

Leerlaufnahes Gebiet Lambda ungefähr 0,85 ./. 0,95

Dieser Gemischzusammensetzung entspricht eindeutig die Abgaszusammensetzung des Motors, insbesondere der Verlauf der CO- und CO[tief]2-Konzentration (Fig. 3 und 4) in Abgasen:

Vollast CO ungefähr 2 ./. 5 Vol-% CO[tief]2 ungefähr 12 ./. 13,5 Vol-%

Teillast CO ungefähr 0,1 ./. 1 Vol-% CO[tief]2 ungefähr 13,5 ./. 14,5 Vol-%

Leerlauf CO ungefähr 1,0 ./. 5 Vol-% CO[tief]2 ungefähr 12 ./. 13,5 Vol-%

bzw. es besteht eine funktionelle Abhängigkeit zwischen den Lambda-, CO- und CO[tief]2-Kennfeldern eines Motors.

Als ein anderer Betriebsparameter, der die Abgaszusammensetzung eines Otto-Motors stark beeinflusst - insbesondere die HC- und die NO[tief]x-Emission - hat sich der Zündzeitpunkt erwiesen. Die Änderung des Zündzeitpunktes in einem Motor erfolgt nach den Anforderungen der Last und Drehzahl und ist durch die Auslegung des Zündsystems vorprogrammiert. Die richtige Funktion des Zündzeitpunktregelsystems wird durch Überprüfung des Zündzeitpunktes im Leerlauf kontrolliert. Dieser Wert wird üblicherweise vom Fahrzeughersteller bekanntgegeben. Es ist deshalb möglich, durch Überprüfung des Zündzeitpunktes im Leerlauf und der Luftzahl Lambda in zwei oder drei Betriebspunkten die richtige Einstellung des Motors am gesamten Kennfeld kontrollieren zu können. Diese Einstellung wird dann auch das Emissionsverhalten eines Fahrzeuges sehr genau widerspiegeln.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überprüfung der Abgasemission einer Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durch eine Überprüfung des Zündzeitpunktes im Leerlauf, eine Überprüfung der Luftzahl Lambda im Leerlauf und wenigstens eine Überprüfung der Luftzahl Lambda bei Drehzahlen entlang der Null-Lastlinie gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Luftzahl Lambda durch Messung der Abgaskomponenten CO und CO[tief]2 erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Luftzahl Lambda durch Messung der Abgaskomponenten CO, CO[tief]2 und HC erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Luftzahl Lambda durch Messung der Abgaskomponente O[tief]2 erfolgt.