DK141564B

DK141564B - Method and apparatus for performing emission tests on vehicle engines.

Info

Publication number: DK141564B
Application number: DK76974AA
Authority: DK
Inventors: Lars T Collin
Original assignee: Collin Consult Ab Lars
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-14
Publication date: 1980-04-21
Also published as: FR2217544A1; NO148271C; FI57648B; ATA117474A; DD111246A5; RO64331A; AU6520574A; CS194701B2; DE2407031C3; SU990089A3; DE2407031A1; IL44146A; JPS49126385A; FR2217544B1; IL44146A0; FI57648C; DE2407031B2; NO148271B; BE810767A; NL7401747A

Description

(11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 14156Λ DANMARK ln, c|i · 01 " 15/00 §(21) Antegning nr. 7£>9/74 (22> Indfavarat den l4. f®b. 1974 (23) Løfaadag l4. feb. 1974 (44) Ansøgningen fremtagt og - : ,.(11) PUBLICATION MANUAL 14156Λ DENMARK ln, c | i · 01 "§ 15/00 (21) Note 7 £> 9/74 (22> Filed on l4. F. B. 1974 (23) Løfaadag l4. 1974 (44) Application made and -:,.

fremlssggelMeekHftet offentliggjort den 21· &pp. 1980promulgationMeKHeft published on 21 · & pp. 1980

Dl REKTORATET FOR , __ PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begssret fra denDl RECTORATE FOR, __ PATENT AND TRADEMARKET (30) Priority requested from the

15. feb. 1975» 7302112, SEFeb 15 1975 »7302112, SE

(71) LARS COLLIN CONSULT AB, Vaesterbergsgatan 3, S-431 39 Moelndal, SE.(71) LARS COLLIN CONSULT AB, Vaesterbergsgatan 3, S-431 39 Moelndal, SE.

(72) Opfinder: Lars T. Collin, Vaesterbergsgatan 3, S-431 39 Moelndal, SE.(72) Inventor: Lars T. Collin, Vaesterbergsgatan 3, S-431 39 Moelndal, SE.

(74) Fuldmsegtig under sagens behandling:(74) Plenipotentiary in the proceedings:

Patentagentfirmaet Magnus Jensens Effcf,___ - · / (64) Fremgangsmåde og apparat til udførelse af emissionsprøver ved køretøjs** motorer.The patent agent company Magnus Jensens Effcf, ___ - · / (64) Procedure and apparatus for performing emission tests on vehicle ** engines.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og et apparat til udførelse af emissionsprøver ved køretøjsmotorer.The invention relates to a method and apparatus for performing emission tests on vehicle engines.

I den forløbne 10-års periode er motorindustrien i stigende grad blevet tvunget til at interessere sig meget for problemerne omkring udstødsgassen. Udviklingen karakteriseres af et stadigt stærkere lovgivningspres mod de eksisterende forbrændingsmotorer i retning af, at køretøjerne bør have udstødegas med stadig lavere indhold af CO, HC og NO samt af partikler, ligesom støjen bør gøres svagere.Over the past 10 years, the motor industry has been increasingly forced to take a keen interest in the problems surrounding the exhaust gas. The trend is characterized by an ever-increasing regulatory pressure on the existing internal combustion engines towards the fact that the vehicles should have exhaust gas with ever lower CO, HC and NO content as well as particles, and the noise should be reduced.

Man udviklede først på national basis en forholdsvis enkel kørselscyklus med henblik på at efterligne en statistisk interessant belastningssekvens for motorer i bytrafik. I forbindel 2 1A15 6 Λ se med disse prøvesekvenser målte man indholdet af forurening i udstødsgasserne, som man derpå afvejede efter nærmere fastlagte regler. Denne fremgangsmåde tillod, at motorernes hraaidstoftilførselssystem kunne tilpasses til at lave emissioner i de undersøgte områder, som dog ikke var andet end nogle overgangsområder, men man fik ikke et korrekt billede af forholdene under virkelig drift.A relatively simple driving cycle was first developed on a national basis to mimic a statistically interesting load sequence for urban traffic engines. In connection 2 1A15 6 Λ see with these test sequences, the content of the pollutants in the exhaust gases was measured, which were then weighed according to specified rules. This approach allowed the engine's fuel supply system to be adapted to emit emissions in the investigated areas, which was no different than some transition areas, but did not get a true picture of the conditions in real operation.

Af den grund bestemte man sig for nogle år siden i USA til at udvikle en mere kompliceret prøvekørselssekvens og samtidig at tage prøverne som en akkumuleret emission i vægtenhed pr. længde kørselsstrækning for køretøjet, når dette blev behandlet ifølge denne nye forsøgscyklus. Den nye prøvesekvens tager ca. 23 minutter og kræver en speciel gasundersøgelsesenhed samt kvalificeret gasanalyseudrustning tillige med et chassisdynamometer. Investeringsværdien af et sådant anlæg ligger i dag på langt over 1 million kr. pr. enhed indbefattet bygning samt mekanisk og analytisk udrustning.For this reason, a few years ago, the United States decided to develop a more complicated test run sequence and at the same time take the tests as an accumulated emission in unit weight per unit. length of travel distance for the vehicle when processed according to this new trial cycle. The new test sequence takes approx. 23 minutes and requires a special gas survey unit as well as qualified gas analysis equipment along with a chassis dynamometer. The investment value of such a plant today is well over DKK 1 million per year. unit including building as well as mechanical and analytical equipment.

Man har herved skaffet sig et instrument, som gør det muligt at kontrollere de biler, som produceres og leveres, men som ikke egner sig til praktisk overvågning af den eksisterende vognpark.In this way, an instrument has been obtained which makes it possible to control the cars that are produced and delivered, but which are not suitable for practical monitoring of the existing fleet.

Det siger sig selv, at gennemførelsen af en individuel overvågning af en større vognpark er umulig at gennemføre, da hver prøve tager mindst 1/2 time til analyse, samtidig med at kvalificeret personale og udrustning bindes i samme tidsrum. Man søger derfor at finde undersøgelsesmetoder, som kan foretage en frasortering på et tidligt stadium, og man har f.eks. i nogen tid gennemført carbondioxidprøver i forbindelse med tomgangskørsel ved det årlige syn af den svenske vognpark. Tomgangssekvensen er dog kun en del af de ovennævnte kørselssekvenser og har den ulempe, at man ikke på samme tid får nogle værdier for nitrogenoxidindholdet (NO ), som kan korreleres til værdierne ved de aktuelle kørsels- λ sekvenser. Heller ikke er korrelationen mellem carbonhydridind-holdet (CH) ved tomgang og carbonhydridindholdet i kørselssekvens tilfredsstillende. Man kan i den internationale litteratur finde forslag om forenklede kørselssekvenser med den hensigt at muliggøre en enkelt overvågning, men fælles for dem alle er, at de kræver en belastning under kontrollerede forhold på et chassisdynamometer. Hovedparten af den tidligere omtalte investering samt instrumenteringskravet er således næsten uændret, skønt prøvetiden kan reduceres.It goes without saying that conducting an individual monitoring of a larger fleet of vehicles is impossible to complete as each sample takes at least 1/2 hour for analysis while tying up qualified personnel and equipment for the same amount of time. Therefore, one seeks to find study methods that can make an early sorting out, and one has e.g. Carbon dioxide tests have been conducted for some time in connection with idle driving at the annual inspection of the Swedish fleet. However, the idle sequence is only part of the above run sequences and has the disadvantage that at the same time no values for the nitric oxide content (NO) are obtained, which can be correlated to the values of the current run λ sequences. Nor is the correlation between the hydrocarbon content (CH) at idle and the hydrocarbon content in the driving sequence satisfactory. In the international literature one can find simplified driving sequences with the intention of enabling a single monitoring, but common to all of them is that they require a load under controlled conditions on a chassis dynamometer. Thus, the majority of the investment mentioned above and the instrumentation requirement are almost unchanged, although the probationary period can be reduced.

3 1415643 141564

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde og et apparat af den ovennævnte art til udtagning af emissionsprø-ver, som er betydelig enklere end de kendte, og hvor prøvetiden er reduceret væsentligt i forhold til de kendte.The object of the invention is to provide a method and apparatus of the aforementioned kind for taking emission samples which are considerably simpler than the known ones and in which the test time is substantially reduced compared with the known ones.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den fremgangsmåde og det apparat, som fremgår af kravene.This is achieved according to the invention by the method and apparatus as set forth in the claims.

Den foreliggende opfindelse anses for et mellemled mellem en indgående undersøgelse på chassisdynamometer og et enkelt syn af et køretøj. Opfindelsen er baseret på den omstændighed, at de aktuelle kørselssekvenser, som er opbygget, for den overvejende del af emissionernes forløb hviler på forbigående forløb, accelerationer og retardationer, såvel som tomgangsperioder. De aktuelle komplicerede kørselssekvenser har den fordel, at man under forskellige driftsforhold når op på stationære temperaturtilstande for afgangsgasser og motorer, hvilket tillige muliggør en kontrol af de termiske og katalytiske efterreaktioner. Den her foreslåede metodik undersøger rågassernes kvalitet, dvs. den gassammensætning, som forefindes, før følgende termiske og katalytiske reaktorer er trådt i virksomhed. En motor har et iboende træghedsmoment, som indebærer, at en acceleration af motoren fra tomgang kræver en ikke uvæsentlig effektudvikling i motoren under selve accelerationssekvensen. Ved at lade en motor accelerere op fra tomgang gennem defineret brændstoftilførselsimpuls til det maksimale omdrejningstal, normalt defineret som opnåeligt med konstant acceleration (lineær omdrejningstalstyring), eller en del deraf, får man en belastningssekvens, som omfatter både acceleration under belastning og motorbremsning efter brændstoftilførsel. Denne belastningssekvens kan gentages med forskellige intensiteter efter en bestemt standard og på denne måde kan såvel CO-, som HC- og NO -emissioner fås med rimelig korre- λ lation til de mere omfattende forskellige koefficienter for de forskellige komponenter. _The present invention is considered as an intermediary between an in-depth chassis dynamometer study and a single vehicle view. The invention is based on the fact that, for the majority of emissions, the actual driving sequences that are built are based on transient processes, accelerations and decelerations, as well as idle periods. The current complicated driving sequences have the advantage of reaching stationary temperature conditions for exhaust gases and engines under different operating conditions, which also allows control of the thermal and catalytic after-reactions. The methodology proposed here examines the quality of the raw gases, ie. the gas composition that exists before the following thermal and catalytic reactors have come into operation. An engine has an inherent moment of inertia which means that accelerating the engine from idle requires a not insignificant power generation in the engine during the acceleration sequence itself. Allowing an engine to accelerate from idle through defined fuel supply pulse to the maximum speed, usually defined as achievable with constant acceleration (linear speed control), or part thereof, provides a load sequence which includes both acceleration under load and engine braking after fuel supply. This load sequence can be repeated with different intensities to a certain standard and in this way both CO and HC and NO emissions can be obtained with reasonable correlation to the more extensive different coefficients for the different components. _

Prøveudtagningen ved emissions prøven er tænkt som en opsamling i en pose af en given mængdebrøkdel af afgangsgasseme. Denne brøkdel kan derefter enten sendes gennem en gasanalyseudrustning eller i enkelte tilfælde gennem en absorberende indikerende kemisk blanding, hvor man ved en i forvejen gennemført graduering kan konstatere, om køretøjet er i en sådan tilstand, at en grundig undersøgelse i henhold til den kendte metodik bør gennemføres, eller om køretøjet er i en tilstand, hvor det kan godkendes. En anvendelse af denne metodik til frasortering af biler, som overtræder de gældende forskrifter, 4 141564 kan nedsætte behovet for kvalificeret prøveudtagning på en eksisterende vognpark med 10-100 gange, hvilket vil anbringe de økonomiske krav til overvågningsresurserne på et helt andet plan end tidligere.The sampling at the emission sample is intended as a collection in a bag of a given fraction of the exhaust gases. This fraction can then either be passed through a gas analysis equipment or, in some cases, through an absorbent indicating chemical mixture, where it can be ascertained upon graduation whether the vehicle is in such a condition that a thorough examination according to the known methodology should or whether the vehicle is in a state of approval. Applying this method for car sorting that violates current regulations 4 141564 may reduce the need for qualified sampling on an existing fleet by 10-100 times, which will place the financial requirements for monitoring resources at a completely different level than before.

Et apparat til gennemførelse af prøver af den form som foreslået skal forklares nærmere i det følgende i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser en del af en kendt prøvecyklus, fig. 2-4 ændringer i henholdsvis spjældstilling, omdrejningstal og middeltryk ved prøver ifølge opfindelsen, og fig. 5 skematisk det anvendte apparat.An apparatus for carrying out tests of the form as proposed will be explained in more detail below in connection with the drawing, in which fig. 1 shows part of a known test cycle; FIG. 2-4 changes in damper position, rpm and mean pressure respectively for tests according to the invention, and fig. 5 schematically shows the apparatus used.

Fig. 1 viser ændringer i omdrejningstal i en vis tidsperiode af en etableret forsøgscyklus, hvor man har søgt at efterligne virkelige driftsforhold, idet køretøjet under prøven hviler på et chas-sisdynamometer.FIG. 1 shows changes in rpm for a certain period of time of an established test cycle in which real attempts were made to mimic the vehicle during the test resting on a chassis dynamometer.

Motoren med køretøjets bevægelige dele plus bremsevalser i chassisdynamometeret plus roterende modvægte, ialt svarende til køretøjets vægt, accelereres først op i et vist tidsinterval 10, køres derefter ved konstant omdrejningstal i et efterfølgende interval 11, retarderes i et interval 12 ned til tomgangsomdrejningstallet og accelereres derefter på tilsvarende måde,men til varierende værdier, som antydet ved 13 og 14.The engine with the moving parts of the vehicle plus brake rollers in the chassis dynamometer plus rotating counterweights, totaling the vehicle weight, are first accelerated at a certain time interval 10, then driven at constant rpm for a subsequent interval 11, decelerated at an interval 12 to the idle speed and then accelerated. similarly, but to varying values, as suggested by 13 and 14.

Den her foreslåede forsøgscyklus bygger på den viden, at motorens egen træghed indebærer en tilstrækkelig stor modstand til, at man med denne frikoblet fra den drivende transmission kan opnå repræsentative forsøgsværdier, hvis man hurtigt accelererer motoren op til et bestemt omdrejningstalområde og derefter straks afbryder brændstoftilførselen ud over det kvantum, som kræves til tomgang.The test cycle proposed here is based on the knowledge that the engine's own inertia provides sufficient resistance to enable it to obtain representative test values if this is decoupled from the driving transmission, if the engine is rapidly accelerated up to a specified rpm range and then immediately stops the fuel supply. above the quantity required for idling.

Man kan på denne måde opnå korte forsøgstilstande, som momentant er ækvivalente med afsnittene 15,16 og 17 af henholdsvis accelerations-og retardationskurverae i en etableret forsøgscyklus.In this way, short test states can be obtained which are momentarily equivalent to sections 15, 16 and 17 of the acceleration and deceleration curve curves respectively in an established test cycle.

Fig. 2 viser ændringer i spjældstillingen ved en prøve ifølge opfindelsen. I forudbestemte tidsrum, som ligger tilstrækkeligt langt fra hinanden til, at motoren mellem hver spjældaktivering med sikkerhed er kommet ned på tomgangsomdrejningstal, afgives en fuldgasim-puls 18,19 og 20 af varierende længde.FIG. 2 shows changes in the damper position of a test according to the invention. For a predetermined amount of time that is sufficiently far apart that the engine between each damper actuation has safely descended to idle speed, a full gas pulse 18, 19 and 20 of varying length is output.

De viste impulser har gradvis voksende længde, men dette er rent illustrerende, idet en virkelig prøve omfatter flere impulser, og deres indbyrdes størrelse kan varieres på flere forskellige måder.The pulses shown are of gradually increasing length, but this is purely illustrative in that a real sample comprises several pulses and their size may be varied in several different ways.

Det væsentlige er, at ingen får en så lang varighed, at motoren kommer til at køre ved sit maksimale omdrejningstal i nogle af tids 141564 5 rumsene. Det, som tilstræbes er således alene forholdene under henholdsvis acceleration og retardation.The essential thing is that no one gets such a long duration that the engine will run at its maximum speed in some of the times. What is being sought is thus only the conditions under acceleration and deceleration respectively.

Fig. 3 viser ændringer i motorens omdrejningstal som felge af de ifølge fig. 2 angivne sp jældaktiveringslmpulser. Det er åbenbart, at både omdrejningstallet og processens varighed forøges fra 21 til 23 som følge af den i dette eksempel øgede længde af spjmldaktiveringenFIG. 3 shows changes in engine rpm as rims of those of FIG. 2 specified debt activation pulses. Evidently, both the speed and the duration of the process are increased from 21 to 23 as a result of the length of the damping actuation increased in this example.

Fig. 4 viser endelig principielt ændringerne 24,25 og 26 i motorens middeltryk i de pågældende tilfælde.FIG. Finally, 4 shows in principle the changes 24,25 and 26 in the mean pressure of the engine in those cases.

Fig. 5 viser meget skematisk det apparat, som benyttes ved prø-vetagningen.FIG. 5 shows very schematically the apparatus used in the sampling.

Udstødsgasledningen på et køretøj er betegnet 27, og køretøjets gaspedal er betegnet 28. Til påvirkning af denne benyttes et apparat, som kan afgive de i forvejen fastlagte spjaldaktlveringsimpulser med reducerbar nøjagtighed fra det ene forsøg til det andet.The exhaust gas line of a vehicle is designated 27 and the vehicle's accelerator pedal is designated 28. An apparatus is used to actuate the preset throttle delivery pulses with reducible accuracy from one attempt to another.

Apparatet kan udføres på mange forskellige måder, og her er kun antydet hovedkomponenterne, som omfatter en elektronikenhed 29, en rumfangsopdeler 30, en elastisk beholder, f. eks. en plasticpose 31, som kan sluttes til et eller flere udløbsrør 32 fra rumfangsopdeleren ved hjælp af en slange 33, samt en pneumatisk mekanisme til påvirkning af gaspedalen.The apparatus can be designed in many different ways, and here only the major components are indicated which include an electronics unit 29, a volume divider 30, an elastic container, e.g., a plastic bag 31, which can be connected to one or more outlet pipes 32 from the volume divider by of a hose 33, as well as a pneumatic mechanism for actuating the accelerator pedal.

Denne mekanisme omfatter en stang 34, som kan indspændes mellem køretøjets rat 35 og dets gulv. Denne stang bærer en dobbeltvirkende trykluftsmotor 36. Lufttilførselen til denne reguleres af en ventil 37, som styres af en elektromagnet 38, der modtager impulser fra elektronikenheden 29.This mechanism comprises a rod 34 which can be clamped between the steering wheel 35 of the vehicle and its floor. This rod carries a dual-acting compressed air motor 36. The air supply to it is controlled by a valve 37 which is controlled by an electromagnet 38 which receives pulses from the electronics unit 29.

Denne er sluttet til køretøjets batteri 39, og trykluftmotoren er sluttet til en trykluftbeholder 40. I slangen 33 findes der en magnetventil 41, som på et signal fra elektronikenheden sætter posen 31 i forbindelse med slangen.This is connected to the vehicle battery 39 and the compressed air motor is connected to a compressed air container 40. In the hose 33 there is a solenoid valve 41 which, on a signal from the electronics unit, connects the bag 31 to the hose.

I stedet for den viste trykluftservomotor kan man benytte en elektronisk, hydraulisk eller mekanisk indretning, f. eks. en fjeder. Servomotoren kan placeres tættere på forbrændingsmotoren, så at den kan virke mere direkte på gasspjældet.Instead of the compressed air servo motor shown, an electronic, hydraulic or mechanical device, such as a spring, can be used. The servo motor can be placed closer to the combustion engine so that it can act more directly on the throttle.

For at man skal kunne prøve køretøjer af forskellig slags, bør elektronikenheden indrettes således, at dens karakteristik kan bestemmes ved hjælp af hulkort eller andre informationsbærere, eller således at den kan indeholde let udskiftelige trykte kredsløb.In order to be able to test vehicles of various kinds, the electronics unit should be arranged so that its characteristics can be determined by means of hole cards or other information carriers or so that it can contain easily replaceable printed circuits.

Rumfangsopdeleren 30 består af en hensigtsmæssig cylindrisk beholder, til hvis ene gavl er sluttet et antal rør 32 med nøjagtigt bestemt længde og indvendig diameter. Slangen 33, som udgør en forbindelse til posen 31, er fastgjort i gavlen i overensstemmelse med røre-The volume divider 30 consists of an appropriate cylindrical container to which one end is connected to a plurality of tubes 32 of precisely determined length and internal diameter. The hose 33, which is a connection to the bag 31, is secured to the end in accordance with the stirrer.

6 U1S6A6 U1S6A

ne 32. Diameteren og længden af slangen 33 er afpasset således, at man inden for det aktuelle strømningsområde får en praktisk taget konstant rumfangsandel i prøveposen.ne 32. The diameter and length of the hose 33 are adjusted such that within the current flow range a practically constant volume ratio is obtained in the sample bag.

Modtrykket er altså i måleområdet i hovedsagen lige så stort som i de øvrige rør, hvis antal og diameter bestemmer rumfangsbrøkdelens størrelse.The counterpressure is thus in the measurement area in the main as large as in the other tubes, the number and diameter of which determine the volume fraction.

Plasticposen har et sådant rumfang, at den kan akkumulere den fra rumfangsopdeleren afledte gasbrøkdel, uden at modtrykket forstyrrer prøveudtagning.The plastic bag has such a volume that it can accumulate the gas fraction derived from the volume divider without the backpressure interfering with sampling.

Det er vigtigt, at gasaftapningsordningen fordeler mængderne under forsøgets stærkt varierende strømningsintensiteter i konstante proportioner mellem den totale mængde udstødsgas og prøvemængden. I stedet for at fylde en pose kan man føre den fraskilte brøkdel direkte til et måleudstyr.It is important that the gas extraction system distributes the quantities under the highly variable flow intensities of the experiment in constant proportions between the total amount of exhaust gas and the sample amount. Instead of filling a bag, the separated fraction can be fed directly to a measuring device.