FI114572B - Menetelmä ja mittausjärjestelmä ajoneuvon pakokaasupäästöjen määrittämiseksi ja valvomiseksi - Google Patents

Description

1 114572

MENETELMÄ JA MITTAUSJÄRJESTELMÄ AJONEUVON PAKOKAASUPÄÄSTÖJEN MÄÄRITTÄMISEKSI JA VALVOMISEKSI

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan 5 mukainen menetelmä liikkuvan ajoneuvon tai vastaavan kohteen pakokaasupäästöjen määrittämiseksi ja valvomiseksi etämittaus-tekniikalla. Keksinnön kohteena on lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 15 johdanto-osan mukainen mittausjärjestelmä em. menetelmän toteuttamiseksi.

10

Liikenteen, erityisesti tieliikenteen pakokaasupäästöt muodostavat merkittävän osan ihmisen toiminnan ympäristölle aiheuttamista haitallisista päästöistä. Esimerkiksi vuonna 1998 liikenteen pakokaasupäästöt muodostivat Suomessa noin 50 % kaikista niistä päästöistä, 15 jotka aiheutuivat ympäristölle fossiilisten polttoaineiden polttamisesta.

Tieliikenteessä käytettävien ajoneuvojen haitallisille pakokaasupäästöille, kuten hiilimonoksidin (CO), hiilivetyjen (HC), typen oksidien (NOx) ja pienhiukkasten päästöille on lainsäädännöllisesti asetettu tietyt ylä-20 rajat. Nämä raja-arvot voivat vaihdella ajoneuvokohtaisesti (ajoneuvoja moottorityyppi, ajoneuvon ikä) sekä jossain määrin myös maakohtaisesti. Kehityksen suuntaus on em. raja-arvojen jatkuva asteettainen alentaminen sekä niiden saattaminen kansainvälisesti yhtenäiselle tasolle. Pakokaasupäästöjen raja-arvoja asettavia lainsäädännöllisiä . , : 25 tahoja ovat esimerkiksi Euroopan Unionin komissio ja Yhdysvalloissa :·, ’ US-EPA (United States Environmental Protection Agency).

• · ’ Suoraan ajoneuvovalmistajille suunnattujen määräysten mukaisesti • * *»· ] / uusien myyntiin tulevien ajoneuvojen tulee täyttää pakokaasu-päästö- :···: 30 jensä osalta tietyt kulloinkin voimassa olevat kriteerit. Em. kriteerien täyttymistä valvotaan erilaisten tyyppihyväksyntätestien avulla. Tyyppi-hyväksyntätestit sisältävät mm. pakopäästöjen mittauksen tietty simuloitu kiihdytyksiä, hidastuksia ja pysähdyksiä sisältävä testijakso dyna-mometrissä ajettaessa. Tyyppihyväksyntä-testit suoritetaan kuitenkin Tl 35 vain tietyille ajoneuvoyksilöille ennen ko. ajoneuvotyypin/-mallin hyväk-symistä myyntiin ja käyttöön, joten niiden avulla ei luonnollisestikaan :.,. · voida valvoa jo käyttöönotettujen ajoneuvoyksilöiden kuntoa.

• · · ·» • · 2 114572

Varsinaisessa tieliikennekäytössä olevissa ajoneuvoissa voidaan eri ajoneuvoyksilöiden välillä havaita pakokaasupäästöissä merkittäviä eroja mm. ajoneuvojen kunnosta ja/tai iästä johtuen. Vanhemmat ja/tai huonokuntoisemmat ajoneuvoyksilöt aiheuttavat huomattavasti 5 suurempia päästöjä kuin teknisesti kehittyneemmät uudemmat ja hyväkuntoiset ajoneuvot. Voidaankin todeta, että ajoneuvojen moottoritek-niikan ja pakokaasujen puhdistustekniikan kehittyessä pidemmälle ja samalla ajoneuvokannan uudistuessa yhä harvemmat vanhat ja/tai huonokuntoiset ajoneuvoyksilöt aiheuttavat merkittävän osan kaikista 10 ajoneuvojen aiheuttamista päästöistä. Alan tutkijat ovat esittäneet arvioita, joiden mukaan esimerkiksi nykyisin n. 10 % ajoneuvoista aiheuttaa n. 50 % kaikkien ajoneuvojen aiheuttamista CO- päästöistä.

Edellä esitetystä johtuen pakokaasupäästöjen lakisääteisten raja-ar-15 vojen noudattamista tulee viranomaisten taholta valvoa myös ajoneu-vokohtaisesti ajoneuvojen ollessa jo tieliikennekäytössä. Tyypillisesti tämä valvonta tapahtuu ajoneuvojen tietyin aikavälein tapahtuvien lakisääteisten katsastusten yhteydessä. Katsastus-tilanteessa, kuten myös huolloissa pakokaasupäästöjen mittaukset suoritetaan tyypillisesti 20 tyhjäkäynnillä tai nopealla tyhjäkäynnillä moottoria olennaisesti kuormittamatta. Tämä mittaustapa ei siten vastaa ajoneuvon normaalia tieliikenteessä tapahtuvaa käyttöä, jossa moottoria kuormitetaan vaihtelevasti. Lisäksi useissa maissa, kuten esimerkiksi Suomessa, : ajoneuvojen säännölliset kerran vuodessa tapahtuvat katsastukset : 25 aloitetaan vasta useita vuosia uuden ajoneuvon ensimmäisen käyttöönoton jälkeen. Tällöin ajoneuvo voi jo ennen ensimmäistä katsastusta, tai vuosittain tapahtuvien katsastusten välisenä aikana aiheuttaa raja-arvot ylittäviä päästöjä ilman että niitä viranomaisen taholta havaitaan.

30

Jotta yksittäisten ajoneuvojen pakokaasupäästöjä voitaisiin tehokkaasti valvoa niiden normaalikäyttöä vastaavassa käyttötilanteessa ja riippu-matta katsastus- tai muista etukäteen määritetyistä testausajankoh-dista, tarvitaan siis uusia mittaus- ja valvontamenetelmiä. Tekniikan 35 tasosta tunnetaankin erilaisia ratkaisuja, joiden avulla tienvarsille ase-tetuilla mittausasemilla voidaan määrittää ko. mittausaseman ohittavien ajoneuvoyksilöiden aiheuttamat päästöt etämittaustekniikalla suoraan ajoneuvojen liikkuessa.

3 114572

Patentissa US 5,498,872 (Stedman ym.) esitetään eräs ratkaisu liikkuvan ajoneuvon pakokaasujen etämittaukseen. Tässä menetelmässä infrapunasäteilyä (IR) sekä ultraviolettisäteilyä (UV) ohjataan ajo-5 neuvon emittoiman pakokaasupilven lävitse ajoneuvon ohitettua mittausaseman, jonka mittausaseman IR- ja UV-säteilyä lähettävät ja mainittua säteilyä ilmaisevat elimet on sijoitettu tien varteen ajoradan eri puolille. Pakokaasujen sisältämien päästökaasujen mittaus-säteeseen kullekin komponentille ominaisella aallonpituuskaistalla 10 aiheuttaman absorption perusteella määritetään mainittujen päästö-kaasujen pitoisuudet. CO- ja HC-pitoisuuksien mittaus perustuu IR-alueen absorptioon ja NO-pitoisuus mitataan UV-alueen absorption avulla.

15 Patentissa US 5,831,267 (Jack ym.) esitetään pitkälti em. patenttia US 5,498,872 vastaava menetelmä, jossa NO-pitoisuuden mittaus on kuitenkin toteutettu IR-alueella, jolloin laitteisto yksinkertaistuu, koska erillistä UV-alueen valolähdettä ei tällöin erikseen tarvita.

20 Nyt käsillä olevan keksinnön kannalta em. patenttia US 5,831,267 (Jack ym.) voidaan pitää lähintä tunnettua tekniikkaa edustavana.

Pakokaasupäästöjen mittaus edellä kuvatuilla menetelmillä mittaussä-: teeseen aiheutuvan absorption perusteella on vaativa tehtävä, koska 25 absorptiospektroskopian eräs tärkeimmistä pääperiaatteista ei täyty: absorptiomatkan tarkka pituus ei ole tiedossa, koska pakokaasupilven tarkka muoto ei ole tiedossa ja lisäksi pakokaasupilven muoto vaihtelee ajallisesti nopeasti mm. turbulenssin ja tuulen vaikutuksesta pakokaasupilven sisältämien pitoisuuksien samalla laimentuessa.

: · : 30

Absorptiospektroskopian käyttö kaasun pitoisuusmittauksissa perustuu •' : tunnettuun Lambert-Beerin lakiin : t :·. Ι(λ) = Ιο(λ) e “k|1|x (1) 35

Kaavassa 1 Ι(λ) on mitattavan kaasukerroksen absorptiomatkalla x läpäisseen mittaussäteen intensiteetti ja Ι0(λ) on mittaussäteen alkupe-*”: räinen intensiteetti ennen kaasukerroksen aiheuttamaa absorptiota.

4 114572

Kerroin k (λ) [1/m] on absorptiokerroin, joka riippuu mitattavan kaasun absorptiovaikutusalasta Ο(λ) [m2] sekä kaasun pitoisuudesta N [1/m3] kaavan 2 mukaisesti.

5 k(k) = Ο(λ) N (2)

Tilanteessa, jossa kaasun absorptiovaikutusala Ο(λ) ja absorptiomatka x tunnetaan, voidaan suhteen l/l0 avulla määrittää kaasun pitoisuus N. Absorptiovaikutusala Ο(λ) voidaan määrittää etukäteen tehtävin kalib-10 rointimittauksin ja/tai sen arvo kyseiselle kaasulle voidaan selvittää kirjallisuudesta.

Suhteesta l/l0 käytetään jäljempänä termiä transmissio, joka voi siis saada arvoja nollan ja ykkösen väliltä.

15

Em. tekniikan tasoa edustavissa ratkaisuissa Stedman ym. ja Jack ym. perustavat mittauksensa olettamukseen, jonka mukaisesti pakokaasun sisältämän C02:n ja muiden päästökaasujen CO, HC, NOx jakauma ja laimentuma pakokaasussa on samanlainen. Tällöin mittaamalla varsi-20 naisten päästökaasujen CO,HC,NOx transmissio sekä samanaikaisesti C02:n IR-alueen transmissio voidaan määrittää hyvällä tarkkuudella mainittujen kunkin päästökaasun pitoisuuden suhde C02:n pitoisuuteen.

> > ; 25 Stedman ym. ja Jack ym. olettavat edelleen C02:n määrän pakokaa sussa tunnetuksi ja olennaisesti vakioksi (ajotilanteesta riippumattomaksi), jolloin C02:lle määritetyn vakiopitoisuuden avulla voidaan määrittää C02:n transmissioon suhteutettujen transmissioiden avulla myös , ‘ muiden mitattujen päästökaasujen absoluuttiset pitoisuudet.

: : 30

Em. menetelmässä tarvittavan C02:n pitoisuuden määrittämiseksi : : pakokaasussa Stedman ym. ja Jack ym. ratkaisevat stoikiometriset palamisyhtälöt. Tässä lähestymistavassa on kuitenkin useita eri ongelmia.

35

Ensimmäinen ongelma on se, että palamisyhtälöiden ratkaisemiseksi on tarpeen tehdä oletuksia polttoaineen ja pakokaasujen sisältämän *"· vedyn ja hiilen suhteista. Stedman ym. olettavat molemmissa vedyn ja 5 114572 hiilen suhteiksi 2:1. Jack ym. olettavat suhteeksi polttoaineelle 1.85:1 ja pakokaasulle 2.33:1. Vaikkakin Jack ym.:n oletus on realistisempi, ei sekään ota huomioon koostumukseltaan erilaisia polttoaineita, kuten esimerkiksi bensiiniä ja dieseliä, ja siten myös pakokaasujen erilaisia 5 koostumuksia.

Toinen tämän lähestymistavan ongelma on se, että palaminen moottoreissa ei suinkaan aina tapahdu stoikiometrisesti. Ei-stoikiometristä palamista voi esiintyä bensiinimoottoreissa esimerkiksi tilanteissa, 10 joissa moottori ja/tai polttoaineensyöttö on viallinen, tai niitä on tahallisesti muutettu esimerkiksi suuremman tehon aikaansaamiseksi. Bensiinimoottorit voivat toimia siis stoikiometriseen polttoaine-ilma-seokseen nähden joko liian rikkaalla tai laihalla seoksella. Dieselmoottorit toimivat normaalistikin toimintaperiaatteensa vuoksi ilmaylimää-15 rällä, ts. sylinterissä on ilmaa suhteessa polttoaineeseen stoikiometriseen palamisessa tarvittavaan määrään nähden aina ylimäärä.

Kolmas ongelma on se, että em. lähestymistapa jättää kokonaan huomioimatta ajoneuvossa mahdollisesti käytettävässä kataly-saatto-20 rissa tapahtuvat kemialliset reaktiot, jotka muuttavat pakokaasun koostumusta.

Yhteenvetona edellä esitystä voidaan siis todeta, että pakokaasujen : C02:n absoluuttisen pitoisuuden määrittämiseksi ei siis riitä pelkästään ; 25 yleinen stoikiometristen palamisyhtälöiden ratkaisu, joka antaa tulok- ’ sena ajotilanteesta riippumattoman vakioarvon Cö2:n pitoisuudelle pakokaasuissa. Käytettäessä tällä tavoin määritettyä C02-pitoisuutta . edelleen muiden päästökaasujen määrittämisessä suhteuttamalla niille mitatut transmissiot C02:n transmissioon, aiheutetaan epätarkkuutta 30 myös mainittujen muiden päästökaasujen pitoisuuden määritykseen.

» "l Patentista US 5,583,765 (Kleehammer) esitetään eräs erityisesti *, j raskaille ajoneuvoille tarkoitettu etämittaustekniikka, jolla pyritään määrittämään yksittäisen ajoneuvon, esimerkiksi rekka-auton koko-/··. 35 naispainon ja pakokaasupäästöjen pysyminen sallittujen raja-arvojen

I I

sisällä. Mittauslaitteisto joka sijoitetaan edullisesti nousua sisältävälle tien osuudelle mahdollistaa seuraavanlaisten tietojen keräämisen ajo-"· ‘ *: neuvoyksilöstä ja mittaustilanteesta/paikasta : 6 114572 - ajoneuvon malli-/tyyppitiedot (omapaino, moottorityyppi, voimansiirtolaitteiston ominaisuudet) esimerkiksi ajoneuvoon tarkoitusta varten sijoitetun viivakoodikilven avulla 5 - ajoneuvon nopeus esimerkiksi nopeututkan avulla - mittauspaikan ympäristöolosuhteet, kuten esimerkiksi ilman lämpötila, tuulen nopeus, suhteellinen kosteus ja ilmanpaine - pakokaasupilven lämpötila esimerkiksi IR-kameran avulla - tien nousu (ylämäen jyrkkyys) mittauspaikalla 10 - pakokaasupilven kemiallinen koostumus spektroskooppisesti mitattuna - ajoneuvon rekisteröintitiedot esimerkiksi tunnistamalla rekisteri-kilven numerot automaattisesti ajoneuvosta otetusta kuvasta 15 Kleehammerin menetelmä perustuu keskeisesti siihen oletukseen, että pakokaasupilven lämpötila kuvaa moottorin tuottamaa tehoa. Ts. mitä suuremman tehon moottori tuottaa, sitä korkeampi on pakokaasupilven lämpötila. Menetelmässä tunnistetaan ajoneuvo ja määritetään ajoneuvon nopeus ja pakokaasupilven lämpötila sen ajaessa ylämäkeen, 20 jolloin mainitun nopeuden ja lämpötilan avulla voidaan saada tietoa ajoneuvon moottorin tuottamasta tehosta. Tämän perusteella voidaan edelleen määrittää ajoneuvon kokonaispaino ja kuorma kun tunnetaan kyseisen ajoneuvotyypin ominaisuudet (omapaino, moottorityyppi, voimansiirtolaitteisto), mäen jyrkkyys ja muut ympäristöolosuhteet 25 (ilman lämpötila, tuulen nopeus, suhteellinen kosteus, ilmanpaine).

Kleehammerin menetelmässä mitataan lisäksi pakokaasupilven kemiallinen koostumus spektroskooppisesti. Tätä pakokaasupäästöjen .·· mitattua profiilia verrataan edelleen malliprofiiliin, joka voidaan määrit- 30 tää kun tunnetaan kyseinen ajoneuvoinani ja sen moottorin mittaus-

. tilanteessa tuottama teho. Kleehammer mainitsee patentissa US

5,583,765 lyhyesti (esim. palsta 5 rivi 60 - palsta 6 rivi 4), että pako-·;' kaasupäästöjen malliprofiilit voivat perustua esimerkiksi viranomaisten t ;:· kyseistä ajoneuvomallina koskeviin raja-arvoihin tai ajoneuvovalmista- 35 jien tai ulkopuolisten testauslaitosten ajoneuvomallia varten tuottamaan mittausdataan. Kleehammer ei patentissa US 5,583,765 myöskään tarkemmin esitä, miten pakokaasupäästöjen kemiallisen koostumuksen spektroskooppinen mittaus toteutetaan.

7 114572

Nyt esillä olevan keksinnön kannalta on olennaista, että Kleehammerin menetelmässä patentissa US 5,583,765 esitetyn mukaisesti pakokaasupäästöjen profiilin mittaaminen ja malliprofiilin määrittäminen tapah-5 tuvat toisistaan täysin erillisinä toimenpiteinä, ja niiden tuottamia profiileja ainoastaan verrataan keskenään sen määrittämiseksi, pysyvätkö kyseisen ajoneuvoyksilön pakokaasupäästöt (mitattu profiili) sallituissa rajoissa. Malliprofiilin sisältämää tietoa ei käytetä millään tavoin hyväksi mittaustuloksen tarkkuuden parantamiseen.

10

Kleehammerin menetelmän perustuessa olennaisesti siihen oletukseen, että pakokaasupilven lämpötila kuvaa moottorin tuottamaa tehoa, soveltuu se lähinnä ainoastaan raskaille dieselkäyttöisille ajoneuvoille, joista purkautuva pakokaasupilvi on riittävän suuri ja kuuma tarkkaan 15 pakokaasujen lämpötilan mittaukseen. Katalysaattorilla varustetuissa ajoneuvoissa, kuten bensiinikäyttöisissä henkilöautoissa pakoputkesta ilmaan purkautuvien pakokaasujen lämpötila ei enää suoraan vastaa moottorin tuottamaa tehoa, vaan on lähinnä riippuva katalysaattorin itsensä toimintalämpötilasta.

20

Nyt käsillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on aikaansaada uusi menetelmä liikkuvan ajoneuvon tai vastaavan kohteen pakokaasupäästöjen määrittämiseksi ja valvomiseksi etämittaus-teknii-kalla, joka menetelmä mahdollistaa edellä esitettyjä tekniikan tason i 25 ratkaisuja merkittävästi paremman tarkkuuden pakokaasupilven sisältämien päästökaasujen absoluuttisten pitoisuuksien mittaamisessa.

: Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetel- mälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen 30 patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön tarkoituksena on edelleen aikaansaada em. menetelmän ·;·* toteuttava mittausjärjestelmä. Keksinnön mukaiselle mittausjärjestel- ;:· mälle on vastaavasti pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty 35 itsenäisen patenttivaatimuksen 15 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tunnistetaan tarkastelun kohteena ‘ ' oleva ajoneuvoyksilö ja sen malli/tyyppi, ja määritetään edelleen kysei- 8 114572 sen ajoneuvon ajoillanne. Tällöin mallinnuksen avulla voidaan määrittää kyseisen ajoneuvoyksilön nimenomaan kyseisessä ajotilanteessa tuottamat pakokaasupäästöt, ja erityisesti pakokaasujen laskennallinen C02-pitoisuus.

5

Keksinnön keskeisenä perusajatuksena on se että pakokaasujen C02-pitoisuudelle ei oleteta tekniikan tason mukaisesti mitään ennalta määrättyä vakioarvoa, vaan ajoneuvolle laskennallisesti määritettävä C02-pitoisuuden estimaatti voi vaihdella kulloisenkin ajoneuvoyksilön ja 10 mittaushetken ajotilanteen mukaisesti.

Näin määritetty tekniikan tasoa tarkempi C02-pitoisuuden laskennallinen arvo mahdollistaa edelleen varsinaisten haitallisen päästökaa-sujen, kuten esimerkiksi CO,HC,NO tarkemman määrittämisen absorp-15 tiospektroskopiaa käyttäen ja suhteuttamalla mainituille muille päästö-kaasuille mitatut transmissiot C02:n transmissioon. Ts. keksinnön mukainen menetelmä ratkaisee ongelman, joka aiheutuu siitä että absorptiomatkan tarkka pituus ja/tai pakokaasupilven tarkka muoto ja/tai pakokaasujen laimentuma ei ole tiedossa. C02:n absoluuttinen 20 pitoisuus tuntemalla voidaan C02:lle mitatun optisen transmission perusteella määrittää ns. efektiivinen absorptiomatka, joka on sama kaikille päästökaasuille ja jonka avulla siten päästökaasujen absoluuttiset pitoisuudet voidaan niille mitattujen optisten transmissioiden avulla määrittää.

• 25 : Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa kaikkien tarkasteltavien päästökaasujen sekä indikaattorina käytettävän C02:n aiheuttaman ·. optisen absorption mittaus suoritetaan siten, että mittaus kaikille em.

, : kaasuille tapahtuu olennaisesti samasta kohtaa pakokaasupilveä ja 30 mittaussignaalit taltioidaan myös ajallisesti olennaisesti samanaikaisesti. Tämä parantaa mittauksen tarkkuutta, koska pakokaasupilven koostumus ja muoto on tällöin kaikille mitattaville kaasuille sama.

:*··: Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa myös NO-mittaus suoritetaan 35 IR-alueella, jolloin mittausjärjestelmä yksinkertaistuu koska UV-alueella toimivaa valolähdettä, optiikkaa ja ilmaisinta ei tällöin erikseen lainkaan tarvita. IR-alueella suoritettavan NO-mittauksen tunnettuna ongelmana | ' on vesihöyryn samalle aallonpituusalueelle osuva voimakas absorptio- > I · • · 9 114572 spektri, joka pyrkii häiritsemään NO-mittausta. Em. ongelman välttämiseksi keksinnön mukaisesti NO-mittaus IR-alueella suoritetaan käyttäen ns. korrelaatiotekniikkaa, jossa aallonpituussuotimena referenssi- ja/tai mittauskanavassa käytetään optista suodinta tai suodin-5 järjestelyä, jonka läpäisy aallonpituuden funktiona korreloi NO:n 5.25 pm ympäristössä esiintyvän absorptiospektrin spektriviivojen kampa-maisen rakenteen kanssa. Optisessa mittauksessa tällä tavoin saavutettavan paremman selektiivisyyden vuoksi minimoidaan tehokkaasti vesihöyryn vaikutus NO-mittauksen tulokseen ja parannetaan mitta-10 uksen herkkyyttä ja tarkkuutta. Edullisesti em. suodinelimenä käytetään joko Fabry-Perot kampasuodinta tai ns. NO-kaasukennoa.

Nyt esillä olevan keksinnön tärkeimpiä etuja on päästökaasujen mittaustarkkuuden merkittävä paraneminen tekniikan tason ratkaisuihin 15 verrattuna. Tämä mahdollistaa pienemmällä virhemarginaalilla tapahtuvan mitattujen ajoneuvojen luokittelun pakokaasupäästöille asetetut kriteerit hyväksyttävästi läpäiseviksi tai vastaavasti niitä rikkoviksi.

Keksintö parantaa mittaustarkkuutta erityisesti katalysaattorilla varus-20 tettujen ajoneuvojen ja dieselajoneuvojen kohdalla.

Edelleen koska keksinnön mukaisesti ajoneuvon malli ja ajoneuvon liiketila mittaustilanteessa ja -olosuhteissa tunnetaan, voidaan laskennallisen ajoneuvomallin avulla määrittää ajoneuvon todellinen poltto-: 25 aineen kulutus mittaushetkellä, jolloin ajoneuvolle voidaan edelleen . 5 määrittää haitallisten kaasujen päästökertoimet muodossa g/km (ja/tai g/s ja/tai g/kWh). Tässä muodossa saatavia päästökertoimia voidaan ·. käyttää arvioitaessa ajoneuvojen aiheuttamia kokonaispäästöjä ja ne *» mahdollistavat suoraan vertailun esimerkiksi kaupunkialueiden ilman-30 laatua koskevien tulosten kanssa. Mikäli ajoneuvon polttoaineen kulu-tusta ei tunneta, niin tällöin absorptiomittauksen antamia päästökaasu-pitoisuuksia ei voida luotettavasti muuntaa em. päästökertoimiksi.

I « · f I · *

Seuraava esimerkkien avulla suoritettava keksinnön yksityiskohtai-35 sempi selitys havainnollistaa alan ammattimiehelle edelleen selvemmin keksinnön edullisia suoritusmuotoja sekä keksinnöllä tunnettuun tekniikan tasoon nähden saavutettavia etuja.

10 1 14572

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää periaatteellisesti erästä keksinnön mukaista mittaus-5 järjestelmää, kuva 2 esittää vuokaavioina keksinnön mukaisen menetelmän erästä suoritusmuotoa, 10 kuva 3 esittää periaatteellisesti spektrometrin ilmaisinosan erästä keksinnön mukaista optista järjestelyä, kuvat 4-6 havainnollistavat periaatteellisesti spektrien avulla keksinnön mukaista NO:n mittausta, 15 kuvat 7 havainnollistaa periaatteellisesti spektrometrin NO:ta mittaavan ilmaisinosan erästä NO-kennoa käyttävää suoritusmuotoa, 20 kuvat 8 havainnollistaa periaatteellisesti spektrometrin NO:ta mittaavan ilmaisinosan erästä Fabry-Perot kampasuotimia käyttävää suoritusmuoto, ja kuva 9 havainnollistaa periaatteellisesti C02:n aiheuttaman absorp-25 tion ajallista käyttäytymistä mittaustilanteessa.

Oheiset piirustukset on tarkoitettu ainoastaan keksinnön havainnollistamiseksi, ja siten niissä esitetyt rakenteet ja komponentit eivät ole piirretty niiden oikeita keskinäisiä mittasuhteita vastaavasti. Keksinnön 30 selityksen kannalta epäolennaisia alan ammattimiehelle sinänsä ilmeisiä komponentteja ja/tai toimintoja ei selvyyden vuoksi ole kuvissa esitetty.

:· Mittausjärjestelmä ia sen keräämä informaatio I''': 35

Kuvassa 1 on periaatteellisesti esitetty eräs keksinnön mukainen mittausjärjestelmä keskeisiltä osiltaan. Mittausjärjestelmä, joka voi olla : : kiinteästi paikoilleen sijoitettua tai siirrettävää tyyppiä voi käsittää väli- 11 1 14572 neitä ja toimintoja seuraavanlaisen informaation keräämiseksi tietä 10 pitkin liikkuvasta ajoneuvosta 20 tietojenkäsittely-yksikköön 30.

1) Välineet 60 pakokaasupilven 40 sisältämien kaasujen 5 C0,HC,N0,C02 mittaussäteeseen 50 kullekin mainitulle kaasulle ominaisella aallonpituuskaistalla aiheuttaman optisen absorption määrittämiseksi. Edullisesti em. mittaus suoritetaan tien 10 varteen sijoitetun spektrometrin 60 avulla, joka spektrometri 60 käsittää IR-säteilyä lähettävän valolähteen sekä optiikan mainitun valolähteen 10 lähettämän säteilyn suuntaamiseksi olennaisesti yhdensuuntaisena mittaussäteenä 50 tien 10 toiselle puolelle sijoitettuun heijastimeen 70. Heijastin 70 heijastaa mittaussäteen 50 olennaisesti samaa reittiä takaisin spektrometrille 60, jossa mittaussäde 50 ilmaistaan spektrierotellusti.

15 2) Välineet 80,81 ajoneuvon 20 nopeuden ja kiihtyvyyden mittaamiseksi. Edullisesti em. välineet käsittävät tien 10 ajorataan tietyin välimatkoin asennettuja induktiosilmukoita 80,81. Ajoneuvon nopeus voidaan määrittää tunnetulla tavalla käyttämällä hyväksi ajoneuvon 20 etuosan ja takaosan yhteen induktiosilmukkaan synnyttämien signaalien välistä aikaeroa. Mittaamalla ajoneuvon nopeus em. tavalla kahdessa kohtaa kahdella eri induktiosilmukalla saadaan selville ajoneuvon kiihtyvyys. Em. tavalla mitattua tietoa voidaan käyttää hyväksi myös ajoneuvon luokittelemiseksi kevyisiin (esim.

: 25 henkilöauto) tai raskaisiin (esim. rekka-auto) ajoneuvoihin kuulu- i vaksi. On luonnollisesti selvää, että ajoneuvon nopeus kiihtyvyys ; voidaan määrittää myös muilla alan ammattimiehelle ilmeisellä tavalla, kuten esimerkiksi radioaaltoihin tai laservaloon perustuvalla .··. nopeustutkalla.

30 3) Välineet 90 ajoneuvon 1 kokonaispainon määrittämiseksi. Edullisesti ‘./ em. välineet 90 käsittävät tien 10 ajorataan asennetun pietsoan- turin/-antureita. Em. tavalla mitattua tietoa voidaan käyttää hyväksi · myös ajoneuvon luokittelemiseksi kevyisiin tai raskaisiin ajoneu- ;···; 35 voihin kuuluvaksi.

12 1 1 4572 4) Välineet 100 mittauspaikan ympäristöolosuhteiden, kuten esimerkiksi ilman lämpötilan, tuulen nopeuden, ilman suhteellinen kosteuden ja ilmanpaineen määrittämiseksi.

5 5) Välineet 110 ajoneuvoyksilön 20 tunnistamiseksi. Edullisesti em.

välineet 110 käsittävät konenäköjärjestelmään perustuvan rekisteri-kilven lukulaitteen.

6) Toiminnon/välineet 120 tien 10 pinnan ajosuuntaisen profiilin (tasa-10 maa/nousu) sekä pinnan karheuden määrittämiseksi. Edullisesti tien 10 pinnan ajosuuntainen profiili määritetään mittausjärjestelmän paikoilleen asentavan henkilön toimesta, jolloin kyseinen olennaisesti vakiona säilyvä tieto samalla syötetään tietojenkäsittely-yksikköön 30. Tien 10 pinnan karheuden muuttuessa esimerkiksi lumen 15 tai jään vuoksi järjestelmään voi tarvittaessa olla liitetty konenäköön tms. perustuvia toimintoja pinnan karheustiedon päivittämiseksi tietojenkäsittely-yksikköön 30.

Mittausjärjestelmän tietojenkäsittely-yksikkö 30 käsittää ohjelmiston 20 em. informaation keräämiseksi em. välineiltä sekä mainitun informaation käsittelemiseksi ja tallentamiseksi. Lisäksi tietojenkäsittely-yksikkö 30 voi olla tiedonsiirtoyhteydessä yhteen tai useampaan ulkopuoliseen järjestelmään lisäinformaation ja/tai toimintakomentojen saamiseksi, ja/tai mittaustietojen ja/tai mittausjärjestelmän toimintatilaa koskevien 25 tietojen lähettämiseksi edelleen.

Ulkopuolisesta tietokannasta/-kannoista 130 tietojenkäsittely-yksikkö 30 saa ajoneuvon 20 malli-/tyyppitiedot (omapaino, moottorityyppi, voimansiirtolaitteiston ominaisuudet) ajoneuvon 20 rekisterikilven 30 tietojen perusteella. Edullisesti ajoneuvon 20 rekisterikilven tietojen perusteella ns. rekisteritietokannasta saadaan selville ensin ajoneuvon tarkka tyyppi- ja/tai malli, jonka tyyppi- ja/tai mallitiedon avulla ns.

;·’ tyyppitietokannasta saadaan selville kyseisen ajoneuvomallin tarkem- ;: * mat em. ominaisuudet.

35

Edullisesti tietojenkäsittely-yksikkö 30 on lisäksi yhteydessä mittausjärjestelmää ylläpitävän tahon tietojärjestelmään 140, jolta mittausjär-‘ ' jestelmä saa toimintakomentoja ja johon mittausjärjestelmä voi lähettää 13 1 1 4572 omaa tilaansa koskevia ilmoituksia, kuten esimerkiksi vikailmoituksia. Mainitulle ulkopuoliselle tietojärjestelmälle 140 tietojenkäsittely-yksikkö 30 voi lähettää tilastoituja mittaustietoja ja/tai yksittäisiä ajoneuvoja koskevia mittaustietoja, jotka tietojärjestelmä 140 voi edelleen välittää 5 eteenpäin viranomaistahoille tai vastaaville.

Mittausjärjestelmän tärkeimmät toiminnot

Kuva 2 esittää vuokaavioina keksinnön mukaisen menetelmän erästä 10 suoritusmuotoa. Kuvan 2 esittämät toiminnot voivat olla järjestetty suoritettaviksi kokonaisuudessaan tietojenkäsittely-yksikössä 30 tai soveltuvilta osin myös ulkopuolisissa tietojärjestelmissä 130,140, joihin tietojenkäsittely-yksikkö 30 on yhteydessä.

15 Vuokaavion lohkoissa 201, 202, 204 ja 205 spektrometri 60 mittaa pakokaasupilven 40 läpi mittaussäteessä 50 kulkeneen IR-alueen säteilyn transmission eri kaasuille C02, CO, HC, NO ominaisilla absorptioaallonpituuskaistoilla, joiden mainittujen aallonpituuskaistojen eräät mahdolliset keskiaallonpituudet on merkitty kutakin kaasua 20 vastaavaan lohkoon kuvassa 2. Kuten alan ammattimiehelle on ilmeistä, transmissiomittauksessa huomioidaan tarvittaessa spektrometrin 60 eri komponenttien (valolähde, ilmaisimet, optiikka) samoin kuin heijastimen 70 aallonpituuden funktiona muuttavat ominaisuudet.

Nämä ns. laitefunktiot voidaan esimerkiksi kalibrointikäyrien muodossa 25 tallentaa etukäteen joko spektrometrin 70 tai tietojenkäsittely-yksikön 30 muistiin.

Lisäksi mitataan erikseen referenssitransmissiot C02:lle, CO:lle ja HC:lle noin 4 mikrometrin kohdalla lohkossa 203, ja NO:lle 5.26 mikro-30 metrin kohdalla lohkossa 206.

« t ' * » C02:lle, CO:lle ja HC:lle voidaan kaikille edullisesti käyttää samaa ·;·: yhteistä referenssiaallonpituutta (lohko 203), koska näiden kaasukom- :· ponenttien absorptioaallonpituudet sijaitsevat riittävän lähellä toisiaan.

35 Koska lohkossa 203 suoritettavaa referenssimittausta ei suoriteta minkään tietyn kaasukomponentin absorptioaallonpituudella, voi mitta-*·'·' usaallonpituus vaihdella jossain määrin kuvassa 2 esitetystä 4 mikro- : : metristä. Referenssimittauksen aallonpituus voidaan valita sopivaksi 14 1 1 4572 esimerkiksi väliltä 3.8 - 4 mikrometriä. Alan ammattimiehelle on selvää, että myös useammalla aallonpituudella suoritettavien referenssimitta-usten käyttö on tarvittaessa mahdollista.

5 Lukuunottamatta NO:hon liittyviä lohkoissa 205 ja 206 tehtäviä mittauksia, edellä kuvattu kaasujen C02, CO ja HC optisen transmission (lohkot 201, 202 ja 204) ja referenssin (lohko 203) mittaukset voidaan suorittaa millä tahansa alan ammattimiehelle sinänsä ilmeisellä tavalla ja/tai optisella järjestelyllä.

10 NO:lle referenssimittaus suoritetaan lohkossa 206 erikseen 5.26 mikrometrin kohdalla erityisesti ilman ja/tai pakokaasupilven 40 sisältämän vesihöyryn vaikutuksen minimoimiseksi sekä mittauksen herkkyyden parantamiseksi. Tätä selostetaan tarkemmin jäljempänä 15 selostettaessa yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaista NO-mittausta.

Em. tavalla olennaisesti yhtäaikaa ja samalta kohtaa pakokaasupilveä 40 taltioidut transmissiosignaalit eri kaasukomponenteille C02, CO, HC, NO sekä niiden referensseille tallennetaan lohkossa 200 tietojen-20 käsittely-yksikköön 30.

Ympäröivän ilman ja/tai pakokaasupilven 40 sisältämien epäpuhtauksien tai vastaavien mittaussäteeseen 50 aiheuttama vaimentuma korjataan tarvittaessa mitattuihin transmissioihin kuvan 2 lohkossa 208. Tällaisia epäpuhtauksia voivat olla esimerkiksi pöly- tai nokihiukkaset. j 25 Myös muut kaasukomponentit sekä vesihöyry voivat aiheuttaa ei-toivottua absorptiota tarkasteltavan kaasukomponentin mittausaallon-pituudella. Korjaus suoritetaan käytännössä laskemalla tarkasteltavan transmission suhde referenssitransmissioon. C02:lle, CO:lle ja HC:lle tämä suoritetaan lohkossa 203 mitatun referenssisignaalin avulla ja 30 vastaavasti NO:lle lohkossa 206 mitatun referenssisignaalin avulla.

NO:n tapauksessa em. korjaus ottaa tehokkaasti myös vesihöyryn mittaussäteeseen 50 aiheuttaman vaimentuman.

* *» ·:· Kuvan 2 lohkossa 208 tehtävän korjauksen jälkeen kaasuille C02, CO, ;**: 35 HC, NO on kullekin käytettävissä niiden todelliset transmissioarvot (l/l0, kts. kaava 1), jotka transmissioarvot ilmaisevat olennaisesti ainoastaan pakokaasupilven 40 mittaussäteeseen 50 aiheuttamat absorp-: : tiot mainittuja kaasuja vastaavilla aallonpituuskaistoilla.

15 1 1 4572

Kuvassa 2 lohkossa 209 C02:lle em. tavalla määritetty transmissioarvo muunnetaan esimerkiksi laboratorio-olosuhteissa etukäteen määritettyjen kalibrointikertoimien avulla (lohko 210) ilmaistavaksi yksikön pitoi-5 suus*absorptiomatka (ppm*m) mukaisena arvona.

Ajoneuvomallille lohkoon 211 syötettyjen tietojen (ajoneuvon malli/tyyppi ja -ominaisuudet, ajoneuvon nopeus, kiihtyvyys ja paino, mittauspaikan ja -tilanteen sää -ja ympäristöolosuhteet) määritetään 10 laskennallinen arvio ajoneuvon pakokaasujen absoluuttiselle C02-pitoi-suudelle lohkossa 212.

Yhdistämällä lohkossa 213 ajoneuvomallista saatava absoluuttinen C02-pitoisuus (ppm) ja mittaamalla C02:lle määritetty arvo (ppm*m), 15 voidaan C02:n avulla keksinnön mukaisesti määrittää mittaussäteen 50 pakokaasupilvessä 40 kokema efektiivinen absorptiomatka.

Tämän jälkeen lohkossa 214 yhdistämällä tieto mainitusta efektiivisestä absorptiomatkasta sekä päästökaasuille CO,HC,NO esimerkiksi labo-20 ratorio-olosuhteissa etukäteen määritetyistä kalibrointikertoimista (lohko 215) voidaan mainituille päästökaasuille laskea niiden absoluuttiset pitoisuudet ppm-arvoina tai vastaavina.

Ajoneuvomallista (lohko 211) saadaan edelleen arvio ajoneuvon 25 polttoaineenkulutukselle mittaushetkellä (lohko 216). Yhdistämällä tieto : ajoneuvon hetkellisestä polttoaineenkulutuksesta ja ajoneuvon pako- kaasupilven 40 koostumuksesta voidaan lohkossa 217 ajoneuvon : pakokaasujen sisältämille kaasuille (CO,HC,NO,C02) kullekin määrit- : tää edelleen päästökertoimet arvoina päästökaasun massa per ajettu 30 matka (g/km) ja/tai päästökaasun massa per aikayksikkö (g/s) ja/tai päästökaasun massa per moottorin tuottama teho (g/kWh).

Tietojenkäsittely-yksikkö 30 voi edelleen verrata ajoneuvolle em.

* · tavalla keksinnön mukaisesti mitattua päästöprofiilia (CO,HC,NO) :T: 35 sallittuihin raja-arvoihin, ja tarvittaessa lähettää tiedon asiaa valvoville : ‘ * ‘: viranomaisille tai vastaaville.

»»· 16 1 1 4572

Spektrometrin yleinen rakenne

Kuva 3 esittää periaatteellisesti spektrometrin 60 ilmaisinosan erästä mahdollista optista järjestelyä.

5

Kuvassa 3 vasemmalta saapuva mittaussäde 50 jaetaan ilmaisimille DET1, DET11, DET2, DET21, DET3, DET31 dikroidisten peilien D1, D2 sekä säteenjakajien BS1, BS2, BS3 avulla. Kunkin em. ilmaisimen edessä käytetään suodinta F1, F11, F2, F21, F3, F31, joilla suotimilla 10 rajataan tarkemmin kyseiselle ilmaisimelle pääsevä säteily.

Taulukossa 1 on esitetty kuvan 3 mukaisen spektrometrin olennaisten komponenttien ominaisuuksia.

15 Spektrometrin 60 sisältämä IR-valolähde on edullisesti esimerkiksi infrapunahehkulanka (engl. infrared filament), ns. globar-sauva tai pii-karbidi-sauva. Nämä IR-valolähteet säteilevät olennaisesti Pianokin säteilylain mukaisesti, ts. toimivat ns. mustan kappaleen tavoin. IR-valolähteenä voidaan käyttää myös mitä tahansa muuta alan ammatti-20 miehelle ilmeistä ratkaisua mukaan lukien myös ei-termiset säteilijät, kuten esimerkiksi infrapuna-alueen LEDit.

D1 dikroidinen 45° peili heijastaa 5-5.5 μηη (R1), läpäisee 3-4.8 μηη (T1) D2 dikroidinen 45° peili heijastaa 4.3-4.8 μηη (R1), läpäisee 3-4.2 pm (T1) * BS1- säteenjakaja jakosuhde 50/50, aallonpituudesta riippumaton •j BS3______ .. F1 NO-mittauskaistan kaistanpäästösuodin (kuva 7) tai kaistanpääs- suodin tösuodin + Fabry-Perot (kuva 8) . - läpäisykaistan keskiaallonpituus 5.26 pm_ . ” ·. F1 1 NO-referenssikaistan kaistanpäästösuodin + NO-kenno (kuva 7) tai suodin kaistanpäästösuodin + Fabry-Perot (kuva 8) - läpäisykaistan keskiaallonpituus 5.26 pm_ ‘“I F2 CO-mittauskaistan kaistanpäästösuodin ’·;·1 suodin _- läpäisykaistan keskiaallonpituus 4.6 pm_ v : F21 C02-mittauskaistan kaistanpäästösuodin suodin - läpäisykaistan keskiaallonpituus 4.41 pm

« · · «-1 — - ———--——J

• · ( I · » · » • ♦ · • 1 · 114572 F3 Referenssikaistan kaistanpäästösuodin _suodin (C0,C02, HC) - läpäisykaistan keskiaallonpituus noin 4.0 pm_ F3* HCO-mittauskaistan kaistanpäästösuodin __suodin__- läpäisykaistan keskiaallonpituus 3.4 pm_

Taulukko 1 Kuvan 3 mukaisen spektrometrin 60 ilmaisinosan olennaisten komponenttien ominaisuuksia.

5 Spektrometrin 60 ilmaisimina DET1, DET1*, DET2, DET2*, DET3, DET3* voidaan käyttää esimerkiksi PbSe-ilmaisimia tai MCT-ilmaisimia (Mercury Cadmium Telluride). Jälkimmäiset soveltuvat erityisesti yli 5 pm aallonpituudella tehtäviin mittauksiin.

10 IR-säteilyn ilmaisemiseksi IR-valolähteen emittoimaa säteilyä on edullista moduloida esimerkiksi mekaanisella IR-valolähteen eteen sijoitetulla katkojalla, elektro-optisella modulaattorilla tai vaihtelemalla IR-valolähteeseen syötettävää sähkötehoa. Ilmaisemalla ilmaisinten DET1, DET1*, DET2, DET2*, DET3, DET3* signaali kapealla, em.

15 moduloinnin taajuutta vastaavalla sähköisellä päästökaistalla voidaan signaaleista sinänsä tunnetulla tavalla suodattaa muiden mahdollisten ilmaisinosan näkökentässä olevien IR-säteilylähteiden, kuten esimerkiksi itse pakokaasupilven tai muun taustan aiheuttamat taustasignaalit pois. Ilmaisu voidaan tunnetuilla tavoilla suorittaa käyttämällä esimer-20 kiksi ns. lukitusvahvistinta (engl. lock-in amplifier), vaiheherkkää ilmai-: : sua tai sovitettua suodatinta.

On huomattava, että lukuunottamatta korrelaatiotekniikkaan eli esimer-kiksi Fabry-Perot-kampasuotimiin tai NO-kaasukennoon perustuvaa .· 25 keksinnön mukaista NO:n transmissio- ja referenssisignaalin mittausta -·. (lohkot 205 ja 206 kuvassa 2), spektrometri 60 voidaan toteuttaa myös millä tahansa muulla alan ammattimiehelle sinänsä ilmeisellä tavalla.

::: Alan ammattimiehelle on luonnollisesti selvää, että halutut aallonpi- 30 tuuskaistat ilmaisimille DET1, DET1*, DET2, DET2*, DET3, DET3* :T: voidaan järjestää myös muilla kuin kuvassa 3 esitetyllä optisella järjestelyllä. Esimerkiksi ohjaamalla ilmaisinosaan saapuva mittaus-; . säde 50 kulkemaan mittausäteen 50 optiselle akselille peräkkäin ! ] mittausäteeseen 50 nähden 45-asteen kulmaan asetettujen dikroi- 18 1 1 4572 disten peilien kautta, voidaan kullakin dikroidisella peilillä erottaa ilmaisimille DET1, DET1*, DET2, DET2*, DET3, DET3* suoraan tarvittavat aallonpituuskaistat ilman erillisten kaistanpäästösuotimien käyttöä.

Tämä ratkaisu on optisen signaalin maksimoinnin kannalta edullinen, 5 mutta vaatii aallonpituuskaistoiltaan erityisesti tätä tarkoitusta varten toteutettujen dikroidisten peilien käyttöä.

Edelleen spektrometrin 60 kaasujen C02, CO ja HC optisten transmissioiden (lohkot 201, 202 ja 204 kuvassa 2) ja referenssin (lohko 203 10 kuvassa 2) mittaukset voidaan toteuttaa myös muilla kuin edellä kuvatuilla dikroidisten peilien ja kaistanpäästösuotimien käyttöön perustuvilla tavoilla. Spektrikaistojen erottaminen ilmaisimille voidaan suorittaa myös esimerkiksi heijastushilaa käyttäen, tai edelleen myös millä tahansa muulla sinänsä tunnetulla tavalla. Termi ’’spektrometri” tulee 15 siten tässä yhteydessä käsittää laajasti tarkoittamaan kaikkia sellaisia optisia laitteita, joilla mittaussäteestä 50 voidaan halutut C02:ta, CO:ta, HC:tä sekä lohkossa 203 esitettyä referenssisignaalia vastaavat spektrikaistat erottaa halutulla tavalla eri ilmaisimille. Spektrometrinä 60 on mahdollista käyttää myös nopeaa Fourier-muunnokseen perus-20 tuvaa ns. FTIR-spektrometriä .

NO-mittauksen toteutus

Seuraavassa selostetaan tarkemmin keksinnön mukaista korrelaatio-: 25 tekniikkaan perustuvaa ratkaisua NO:n absorptio- ja referenssisignaalin I mittaamiseen viittaamalla kuviin 4-8.

··. 5.26 pm:n aallonpituusalueella NO:n absorptiospektri koostuu kuvan 4 käyrän 400 mukaisesti jaksottaisista, tietyin olennaisesti vakio aallon- > · 30 pituusvälein esiintyvistä spektriviivoista. Mitattaessa NO:n aiheuttamaa absorptiota laajalla aallonpituuskaistalla, esimerkiksi kuvassa 4 käyrän 700 mukaisen läpäisyn omaavan kaistanpäästösuotimen avulla, ei « > · *;;; tällaisen perinteisen mittauksen herkkyys muodostu hyväksi johtuen NO:n spektriviivojen kapeudesta suhteesta koko mittauskaistan levey-35 teen.

* * · • ·

Em. absorptiospektroskopiasta alan ammattimiehille sinänsä tunnettu ] ‘ ongelma voidaan ymmärtää paremmin seuraavan esimerkin avulla.

I · · • · 19 1 1 4572

Tilanteessa, jossa mitattavan kaasupilven NO-pitoisuus olisi nolla, mittaustuloksena saadaan referenssisignaali, joka vastaa kuvassa 4 käyrän 400 alle jäävää pinta-alaa (merkitään A0) silloin kun käyrästä 400 puuttuvat kokonaan NO:n aiheuttamat absorptiopiikit (ts. käyrä 400 5 on vaakasuora viiva). Tilanteessa, jossa NO-pitoisuus on kuvan 4 mukaisesti 100 ppm-m, mittaustuloksena saadaan vastaava käyrän 400 alle jäävä pinta-ala (merkitään A) erona kuitenkin nyt se, että nyt NO:n spektripiikit ovat mukana pienentämässä ko. pinta-alaa. NO:n transmissio määritetään nyt siis em. pinta-alojen A/A0 suhdetta vastaa-10 vien signaalien avulla. Koska suhde A/A0 on tässä tilanteessa kahden lähes yhtäsuuren luvun suhde, muodostuu mittaustarkkuus näinollen huonoksi, ts. suhde A/A0 muuttuu vain vähän NO-pitoisuuden muuttuessa koska A muuttuu vain vähän. Koska käytännössä referenssisignaali tulee määrittää mahdollisimman samanaikaisesti absorptiosig-15 naalin kanssa, joudutaan referenssisignaali mittaamaan sellaisella NO.n absorptiokaistaa vastaavalla viereisellä aallonpituuskaistalla, jolla NO ei olennaisesti absorboi. Tämä heikentää edelleen mittaustarkkuutta, koska tällöin mitattavassa kaasupilvessä ja/tai ympäröivässä ilmassa aina jossain määrin läsnä olevan vesihöyryn aiheuttama tausta 20 ei ole referenssi- ja absorptiomittauskaistalla tarkalleen sama, ts. vesihöyryn aiheuttama absorptio ei pysy tarkalleen vakiona aallonpituuden funktiona.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisesti em. ongelma ratkaistaan 25 suorittamalla NO-mittaus käyttäen mittauskaistoja määrittävänä suoti-mena sellaista optista suodinta tai suodinjärjestelyä, jonka mainitun ; suodatinelimen läpäisy aallonpituuden funktiona korreloi NO:n 5.25 pm ; ympäristössä esiintyvän absorptiospektrin spektriviivojen kampamaisen . rakenteen kanssa.

30

Edullisesti optisena suodinelimenä käytetään keksinnön mukaisesti • I * · · joko NO-kaasukennoa tai Fabry-Perot kampasuodinta. Tällöin refe-;·' renssisignaalin ja absorptiosignaalin mittaus on mahdollista suorittaa ·!· täysin samanaikaisesti ja erityisesti Fabry-Perot kampasuotimen tapa- 35 uksessa mittauskaistan kapeudesta johtuen mittauksen herkkyys paranee merkittävästi. Edelleen, koska absorptiosignaali mitataan aallon-pituuksilla, jotka ovat referenssisignaalin mittauksessa käytettävien ' ' aallonpituuksien välittömässä läheisyydessä, ilman ja/tai pakokaasu- 20 1 145 72 pilven sisältämien epäpuhtauksien tms. ja erityisesti vesihöyryn aiheuttama tausta-absorptio tulee myös otetuksi tarkemmin huomioon.

Kuvassa 5 on esitetty NO-kaasukennon transmissiospektri tilanteessa, 5 jossa kenno sisältää NO-kaasua korkeassa pitoisuudessa, esim. 1%-m. Tällöin NO-kenno ei käytännössä läpäise lainkaan valoa NO:n spektriviivojen aallonpituuksilla, ts. transmissio NO:n spektriviivojen kohdalla on kuvan 5 mukaisesti olennaisesti nolla.

10 Kuvassa 7 on esitetty eräs keksinnön mukainen NO-kaasukennoa hyödyntävä optinen järjestely NO:n referenssi- ja absorptiosignaalien mittaamiseksi. Spektrometrin 60 NO-mittausosaan tuleva valo jaetaan säteenjakajalla BS1 referenssi- ja mittauskanavaan 702,703 siten, että molempiin em. kanaviin ohjautuu valoa olennaisesti aallonpituudessa 15 keskenään samanlevyisillä päästökaistoilla, jonka päästökaistan leveys kattaa ainakin osittain tai kokonaan aallonpituusalueen, jolla NO:n viivaspektri IR-alueella 5.26 μιη:η läheisyydessä esiintyy. Intensiteetin osalta säteenjakajan BS1 jakosuhde voi tarvittaessa poiketa jakosuh-teesta 50/50 optimaalisen signaalitason aikaansaamiseksi ilmaisimille 20 DET1* ja DET1. Referenssimittauskanavan 702 suodin F1* käsittää laajakaistaisen kaistanpäästösuotimen 700 (kts. kuva 4 käyrä 700) ja NO-kennon 701 yhdistelmän. Tällöin ilmaisimen DET1* mittaama refe-renssisignaali on riippumaton mitattavan kohteen NO-pitoisuudesta. Mittauskanavan 703 suodin F1 käsittää vastaavasti pelkästään laaja-25 kaistaisen kaistanpäästösuotimen 700, joka on edullisesti transmissio-ominaisuuksiltaan vastaava kuin referenssikanavassa 702 käytettävä suodin. Nyt referenssikanavan 702 mittaaman referenssisignaalin ja mittauskanavan 703 mittaaman absorptiosignaalin välinen ero muuttuu mitattavan kohteen NO-pitoisuuteen verrannollisesti.

30

Alan ammattimiehelle on selvää, että kuvassa 7 referenssikanavaan 702 ja kaistanpäästökanavaan 703 molempiin erikseen sijoitetut suotimet 700 voidaan niin haluttaessa korvata sijoittamalla vaihtoehtoisesti :· yksi kappale vastaavia suotimia ennen säteenjakajaa BS1. Alan 35 ammattimiehelle on edelleen myös selvää, että mittauskanavaan 703 on tarvittaessa mahdollista asentaa ns. dummy-kenno, jonka avulla ’···* referenssikanavan 702 ja kaistanpäästökanavan 703 optiset ominai- 21 „ „ , 114572 suudet (NO:n absorptiota lukuunottamatta) saatetaan toisiaan vastaaviksi.

Kuvassa 8 on esitetty eräs keksinnön mukainen Fabry-Perot-suotimia 5 (jäljempänä lyhyesti FP-suodin) hyödyntävä optinen järjestely NO:n referenssi- ja absortiosignaalien mittaamiseksi.

FP-suotimen toiminta perustuu optiseen kaviteettiin, joka kaviteetti on muodostettu kahden keskenään tarkasti yhdensuuntaiseksi linjatun 10 osittain valoa läpäisevän päätypeilin väliin. Riippuen kaviteettiin pääty-peilin lävitse ohjatun valon aallonpituudesta, kokee valo kaviteetissa joko konstruktiivisen tai desktruktiivisen interferenssin. Desktruktiivisen interferenssin tapauksessa valo ei kulje kaviteetin lävitse, mutta vastaavasti konstruktiivisen interferenssin tapauksessa kaviteetti on 15 oleellisesti läpinäkyvä. FP-kaviteetin ja siihen perustuvien optisten suotimien toimintaperiaatteet ovat spektroskopiassa sinänsä hyvin tunnettuja, eikä niitä siten tässä yhteydessä ole tarpeen sen yksityiskohtaisemmin selostaa.

20 Keksinnön mukaisesti NO:n referenssi- ja absorptiosignaalien mittaamiseksi referenssi- ja mittauskanaviin 802,803 kumpaankin sijoitetaan ns. FP-kampasuodin 800,801. Mittausaallonpituuskaistan rajaamiseksi referenssi- ja mittauskanavat 802,803 käsittävät kumpikin lisäksi myös laajakaistaiset kaistanpäästösuotimet 700, joiden transmissio on olen-25 naisesti kuvan 4 käyrän 700 mukainen. Vastaavasti kuten edellä, mainitut kaistanpäästösuotimet 700 voidaan myös kuvan 8 tilanteessa vaihtoehtoisesti korvata yhdellä ennen säteenjakajaa BS1 sijoitetulla vastaavanlaisella suotimella.

30 Referenssikanavan 802 suodin F1* käsittää FP-kampasuotimen 800, jonka transmissiokäyrä on esitetty kuvassa 6 käyränä 800. Kuvassa 6 MM· käyrässä 800 näkyvät jaksoittain toistuvat aallonpituusalueet, kamman • läpäisypiikit joilla FP-kampasuodin 800 läpäisee valoa, on järjestetty ·:· FP-kaviteetti sopivasti virittämällä toistumaan NO:n spektripiikkien ; ··; 35 välejä vastaavilla jaksoilla siten, että FP-kampasuotimen transmissio- alueet osuvat NO:n spektripiikkien väliin.

22 114572 FP-kampasuodin voidaan virittää tunnetulla tavalla muuttamalla kavi-teetin päätypeilien keskinäistä etäisyyttä ja/tai muuttamalla valon tulo-kulmaa FP-kampasuotimeen nähden, jolloin vaikutetaan kaviteetin ns. vapaaseen spektrialueeseen (engl. Free Spectral Range) ja FP-suoti-5 men läpäisyspektrissä esiintyvien läpäisypiikkien keskinäisiin etäisyyksiin.

Mittauskanavan 803 suodin F1 käsittää vastaavasti FP-kampasuotimen 801, jonka transmissiokäyrä on esitetty kuvassa 6 käyränä 801. Mitta-10 uskanavan FP-kampasuodin 801 on viritetty siten, että suotimen 801 transmissioalueet osuvat NO:n spektripiikkien kanssa päällekkäin.

Nyt referenssikanavan 802 mittaaman referenssisignaalin ja mittaus-kanavan 803 mittaaman absorptiosignaalin välinen ero on verrannol-15 linen mitattavan kohteen NO-pitoisuuteen. Mittauksella saavutetaan hyvä herkkyys NO-pitoisuudelle, koska mittauskanavan 803 FP-kampasuotimen 801 transmissioaallonpituudet ja -kaistat vastaavat NO:n absorptiospektriviivojen aallonpituuksia ja leveyttä, ts. muutos NO:n aiheuttamassa absorptiossa muuttaa voimakkaasti ilmaisimelle 20 DET1 pääsevää valomäärää. Lisäksi koska referenssikanava 802 referenssisignaalin absorptiosignaalin mittauksessa käytettävien aallonpituuksien välittömässä läheisyydessä, tulee vesihöyryn aiheuttama tausta-absorptio otetuksi tarkasti huomioon.

25 Keksinnön mukaisen NO-mittauksen edullisessa suoritusmuodossa FP-kampasuotimien 800 ja 801 viritys on kiinteä, ts. kaviteetin pääty-peilien keskinäinen efektiivinen etäisyys on järjestetty vakioksi. FP-kaviteetin läpäisevän valonsäteen kokemaan em. efektiiviseen pääty-peilien väliseen etäisyyteen voidaan vaikuttaa peilien siirtämisen lisäksi 30 kallistamalla FP-kampasuodinta suhteessa sen läpi kulkevan valonsäteen optiseen akseliin. Eli valitsemalla aluksi FP-kaviteetin peilien keskinäinen etäisyys sopivaksi siten, että kaviteetin transmissio toistuu NO:n spektriviivojen välein, voidaan FP-kampasuodin 800 ja 801 ·:· kumpikin hienovirittää niiden kulmaa tulevaan valonsäteeseen nähden .···.. 35 muuttamalla. FP-kampasuodin 800 viritetään siten, että sen ’’piikit” .·. osuvat NO:n absorptiospektriviivojen viereen ja FP-kampasuodin 801 '···' viritetään siten, että sen ’’piikit” osuvat NO:n absorptiospektriviivojen päälle.

23 1 14 5 7 2 Tämä järjestely mahdollistaa referenssi- ja absorptiosignaalien yhtäaikaisen mittaamisen kuvan 8 mukaisella optisella järjestelyllä, jossa referenssikanavaan 802 ja mittauskanavaan 801 on kumpaankin sijoi-5 tettu erilliset eri tavoin kiinteästi viritetyt FP-kampasuotimet 800,801 sekä erilliset ilmaisimet DET 1 *, DET 1.

FP-kaviteetit FP-kampasuotimissa 800 ja 801 voidaan toteuttaa käyttämällä päätypeilien välissä väliaineena joko ilmaa (tai sopivaa 10 muuta kaasua) tai kiinteää läpinäkyvää materiaalia. Koska FP-kavi-teetin toiminta perustuu interferenssiin, vaikuttavat vähäisetkin pääty-peilien keskinäisen etäisyyden muutokset kaviteetin transmissioon. Ilmavälisen FP-kaviteetin päätypeilien välisenä välikkeenä (engl. spacer) on siten edullista käyttää pienen lämpölaajenemiskertoimen 15 omaavasta materiaalista (esimerkiksi Zerodur®) valmistettua rengasta tms. Kiinteä väliainetta käyttävässä FP-kaviteetissa on vastaavasti optisena väliaineena edullista käyttää materiaalia, jonka lämpölaaje-miskerroin ja taitekertoimen lämpökerroin ovat itseisarvoltaan olennaisesti yhtäsuuret mutta vastakkaismerkkiset. Tällainen materiaali on 20 esimerkiksi barium fluoridi (BaF2), jossa lämpölaajenemisesta aiheutuvaa optisen matkan muutosta kompensoi materiaalin taitekertoimen muutos.

Keksinnön mukainen NO-mittaus voidaan toteuttaa myös ns. skannaa-25 valla FP-tekniikalla. Tällöin kahden erillisen referenssi- ja mittauskanaviin 802,803 sijoitetun viritykseltään kiinteän FP-kampasuotimen sijaan käytetään ainoastaan yhtä viritykseltään säädettävää FP-kampasuodinta. FP-kampasuotimen virityksen säätö voidaan toteuttaa ·. sopivalla sinänsä tunnetulla tavalla esimerkiksi ratkaisulla, jossa FP- 30 kaviteetin päätypeilien keskinäistä etäisyyttä säädetään piezokiteillä. Tämä mahdollistaa FP-kampasuotimen transmission ajallisesti nopean skannaamisen kuvan 6 käyrien 800 ja 801 esittämien tilanteiden välillä, jolloin ilmaisimella voidaan tiettyinä eri ajan hetkinä havaita joko refe- ··· renssisignaali tai absorptiosignaali. Skannausnopeuden ollessa esi- • * ·» 35 merkiksi satojen tai kilohertzien luokkaa voidaan referenssi- ja absorp-·’ tiosignaalit määrittää siten, että referenssisignaalin ja absorptiosig- naalin mittaamisen välinen aikaero on niin pieni että ne käytännössä vastaavat yhtä aikaa suoritettuja mittauksia, jolloin mitattavan kohteen 24 1 1 4572 omnaisuudet eivät ehdi muuttua. Skannaavan FP-kampasuotimen käytön etuna on se, että erillisiä referenssi- ja mittauskanavia NO:n mittaamiseksi ei tarvita, jolloin laitteiston komponenttien määrä vähenee.

5 NO-kaasukennon tai FP-kampasuotimen sijaan on mahdollista käyttää myös mitä tahansa muuta suodatinelintä, jonka läpäisy aallonpituuden funktiona korreloi NO:n 5.25 μηη ympäristössä esiintyvän absorptio-spektrin spektriviivojen kampamaisen rakenteen kanssa. Tällainen 10 suodin on mahdollista toteuttaa esimerkiksi myös diffraktiivisia optisia hiloja käyttäen.

Kuva 9 havainnollistaa vielä periaatteellisesti C02:n aiheuttaman absorption ajallista käyttäytymistä mittaustilanteessa ajoneuvon ohitta-15 essa mittaussäteen 50. Kuvan 9 käyrässä viitenumerolla 901 merkityssä kohdassa ajoneuvo on ohittamassa mittaussädettä 50 estäen samalla mittaussäteen kulun spektrometrille 60. Viitenumerolla 900 merkityssä kohdassa ajoneuvon pakokaasupilven 40 mittaussäteeseen 50 aiheuttama absorptio, tässä tapauksessa C02:n absorptio havaitaan 20 lyhyen aikaa (< 0.5 s) aikavälillä, joka alkaa kun ajoneuvo on siirtynyt pois mittaussäteen 50 edestä ja joka päättyy pakokaasupilven 40 hajaantuessa ajoneuvon aiheuttaman ilman turbulenssin, tuulen tms. vaikutuksesta. Kuvan 9 perusteella on selvää, että pakokaasupilven 40 kaasupitoisuuksien määrittämiseksi tehtävien optisten mittausten 25 (lohkot 201-206 kuvassa 2) tulee tapahtua olennaisesti samanaikaisesti, jolloin kaasupilven 40 koostumus ja ominaisuudet eivät ehdi mittauksen aikana muuttua.

Suorittamalla kuvassa 2 lohkoja 201-206 vastaavat mittaukset myös 30 välittömästi ennen ajoneuvon saapumista mittauspisteeseen, ts. kuvassa 9 viitenumerolla 902 merkityssä kohdassa voidaan varmistaa, että kyseinen ajoneuvo todella aiheutti viitenumerolla 900 merkityssä kohdassa mitatut päästöt. Mikäli välittömästi ennen ajoneuvon mittaus-·':· pisteeseen saapumista mitatut päästöt ovat normaalista vallitsevasta 35 ilmanlaadusta poikkeavia, voidaan mittaustulos merkitä epäluotetta- >»· vaksi. Tällainen tilanne voi syntyä esimerkiksi silloin, kun lähekkäin ja peräkkäin ajettaessa etummaisen ajoneuvon normaalia huomattavasti 25 1 1 4572 suuremmat päästöt eivät ehdi hajaantua ja laimentua ja näkyvät siten vielä myös perässä tulevan ajoneuvon mittaustuloksessa.

Alan ammattimiehelle on luonnollisesti selvää, että edellä keksinnön eri 5 suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä menetelmiä, toimintatapoja ja laitteiston rakenteita eri tavoin yhdistelemällä voidaan aikaansaada erilaisia keksinnön suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti 10 vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa.

Esimerkiksi on mahdollista, että tulevaisuudessa ajoneuvojen säädeltyjen päästöiksi määritetään myös muita kaasuja, kuten esimerkiksi 15 bentseeni, 1,3-butadieeni tai N20. Keksinnön mukaisia ratkaisuja on mahdollista soveltaa myös tällaisten kaasujen mittauksissa.

Alan ammattimiehelle on myös selvää, että kuvassa 2 lohkoissa 201-206 ei keksinnön kaikissa suoritusmuodoissa ole täysin välttämätöntä 20 määrittää transmissioarvoja tarkasti kaavan 1 yhteydessä määritellyllä tavalla, vaan tietyissä tilanteissa on mahdollista lohkossa 208 suhteuttaa keskenään suoraan transmissioon verrannollisia ’’raakasignaalin” arvoja mittaustarkkuuden olennaisesti heikentymättä.

25

Claims (29)

1. Menetelmä liikkuvan ajoneuvon (20) tai vastaavan kohteen pakokaasupäästöjen määrittämiseksi ja valvomiseksi etämittaustekniikalla, 5 jossa menetelmässä - muodostetaan infrapunasäteilystä mittaussäde (50), joka mittaus-säde (50) ohjataan yhden tai useamman kerran ajoneuvon (20) emittoiman pakokaasupilven (40) lävitse, - määritetään mittaussäteen (50) avulla hiilidioksidille (C02) optinen 10 mittausarvo, kuten transmissio, joka mainittu mittausarvo ilmaisee pakokaasupilven (40) sisältämän hiilidioksidin (C02) mittaussä-teeseen (50) aiheuttaman optisen absorption, - määritetään mittaussäteen (50) avulla yhdelle tai useammalle varsinaiselle päästökaasulle (NO,CO,HC) kullekin optinen mittaus- 15 arvo, kuten transmissio, joka mainittu mittausarvo ilmaisee pakokaasupilven (40) sisältämän kyseisen päästökaasun (NO,HC,CO) mitta-ussäteeseen (50) aiheuttaman optisen absorption, - tunnistetaan mittausten kohteena olevan ajoneuvon (20) malli ja/tai tyyppi, 20. määritetään mittausten kohteena olevan ajoneuvon (20) mittaushetkeä vastaava ajotilanne, - suhteutetaan varsinaisille päästökaasuille (NO,HC,CO) määritetyt optiset mittausarvot kukin hiilidioksidille (C02) määritettyyn optiseen mittausarvoon, ja t 25. pakokaasupilven (40) hiilidioksidipitoisuudelle (C02) ajoneuvon (20) mallin ja/tai tyypin avulla määritetyn estimaatin ja mainittujen optisten mittausarvojen avulla ratkaistaan varsinaisten päästökaasujen (NO,HC,CO) pitoisuudet pakokaasupilvessä (40), tunnettu siitä, että pakokaasupilven (40) hiilidioksipitoisuuden (C02) 30 estimaatti määritetään kullekin ajoneuvolle (20) yksilöllisesti mittaustilannekohtaisena muodostamalla laskennallinen ajoneuvomalli . (211,212), joka mainittu malli huomioi mittausten kohteena olevan ;;; ajoneuvon (20) mittaushetkeä vastaavan ajotilanteen vaikutuksen ajoneuvon (20) emittoiman pakokaasupilven (40) hiilidioksidipitoi-:T: 35 suuteen (C02).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että [ ' hiilidioksidille (C02) määritetyn optisen mittausarvon, kuten transmis- • · · * i I • · 27 1 1 4 5 7 2 sion ja hiilidioksidille (C02) laskennallisen ajoneuvomallin (211,212) avulla määritetyn mittaustilannekohtaisen estimaatin avulla määritetään mittaussäteen (50) pakokaasupilvessä (40) kokema efektiivinen absorptiomatka, jonka efektiivisen absorptiomatkan avulla määritetään 5 edelleen varsinaisten päästökaasujen (NO.HC.CO) pitoisuudet.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittujen optisten mittausarvojen määrittäminen suoritetaan kaikille mitatuille kaasuille (NO,CO,HC,C02) olennaisesti samanaikai- 10 sesti ja samasta kohtaa pakokaasupilveä (40).

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajoneuvoyksilö (20) tunnistetaan ajoneuvon rekisterikilven perusteella. 15

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajoneuvon (20) rekisterikilven sisältämien tietojen avulla rekisteritieto-kannasta noudetaan ajoneuvon (20) tarkka tyyppi- ja/tai mallitieto.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajoneuvon (20) tyyppi- ja/tai mallitiedon avulla erillisestä tyyppitieto-kannasta noudetaan kyseistä ajoneuvomallia koskevia tarkempia tietoja, kuten esimerkiksi omapaino, moottorityyppi, ja voimansiirtolait-teiston ominaisuudet. 25 •I

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajoneuvon (20) mittaushetken ajotilanteen määrit-*: tämiseksi määritetään ajoneuvon (20) nopeus ja/tai kiihtyvyys.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ajoneuvon (20) mittaushetken ajotilanteen määrittämiseksi määritetään * lisäksi ajoneuvon (20) kokonaispaino ja/tai mittauspaikan ja -ajan- ;;; kohdan sääolosuhteet, ja/tai tien (10) pinnan ajosuuntainen profiili 'y* mittauspaikalla, ja/tai mittauspaikalla ja -ajankohdalla vallitseva tien :T: 35 (10) pinnan karheus. » · t · » ; .

9. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, ! | tunnettu siitä, että typpioksidin (NO) optinen mittausarvo määritetään I I · > I I • · 28 1 1 4 5 7 2 infrapuna-alueella aallonpituuden 5.26 μιτι ympäristössä käyttäen NO:lle tarkoitetussa referenssi- ja/tai mittauskanavassa (702,703;802,803) aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituus-suodatusta suodatinelintä (701;800,801), jonka mainitun suodatin-5 elimen läpäisy aallonpituuden funktiona korreloi typpidioksidin (NO) 5.25 pm ympäristössä esiintyvän absorptiospektrin spektriviivojen kampamaisen rakenteen kanssa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 NO:lle tarkoitetussa referenssi- ja mittauskanavissa (802,803) kummassakin aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuoda-tusta käytetään Fabry-Perot-kampasuotimia (800,801).

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 NO:lle tarkoitetussa mittauskanavassa aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuodatusta käytetään skannaavaa Fabry-Perot-kampasuodinta.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 NO:lle tarkoitetussa referenssikanavassa (702) aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuodatusta käytetään NO-kennoa (701) ja tarvittaessa mittauskanavassa (703) käytetään mainittujen kanavien (701,702) optisten ominaisuuksien tasapainottamiseksi vastaavaa ns. dummy-kennoa. 25

13. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskennallisen ajoneuvomallin (211,216) avulla ·. määritetään tarkasteltavan ajoneuvon (20) mittaushetken polttoaineenkulutukselle estimaatti, jonka polttoaineenkulutuksen ..... 30 estimaatin avulla mitatut päästöarvot (NO,CO,HC,C02) muunnetaan ' · ’ ’ päästökertoimiksi muotoon g/km ja/tai g/s ja/tai g/kWh.

14. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauksia suoritetaan bentseenille ja/tai 1,3- 35 butadieenille ja/tai N20:lle. *»» I · I * « » · » » > · • · · • » * 29 1 1 4572

15. Mittausjärjestelmä liikkuvan ajoneuvon (20) tai vastaavan kohteen pakokaasupäästöjen (N0,C0,HC,C02) määrittämiseksi ja valvomiseksi etämittaustekniikalla, joka järjestelmä käsittää - välineet (60,70) mittaussäteen muodostamiseksi infrapunasäteilystä 5 ja mittaussäteen (50) ohjaamiseksi yhden tai useamman kerran ajoneuvon (20) emittoiman pakokaasupilven (40) lävitse, - välineet (60,30) optisen mittausarvon, kuten transmission määrittämiseksi mittaussäteen (50) avulla hiilidioksidille (C02), joka mainittu mittausarvo ilmaisee pakokaasupilven (40) sisältämän 10 hiilidioksidin (C02) mittaussäteeseen (50) aiheuttaman optisen absorption, - välineet (60,30) optisen mittausarvon, kuten transmission määrittämiseksi mittaussäteen (50) avulla yhdelle tai useammalle varsinaiselle päästökaasulle (NO,CO,HC), joka mainittu mittausarvo 15 ilmaisee pakokaasupilven (40) sisältämän kyseisen päästökaasun (NO,HC,CO) mittaussäteeseen (50) aiheuttaman optisen absorption, - välineet (30,110,130,140) mittausten kohteena olevan ajoneuvon (20) mallin ja/tai tyypin tunnistamiseksi, - välineet (30,80,81,90,100,120) mittausten kohteena olevan 20 ajoneuvon (20) mittaushetkeä vastaavan ajotilanteen määrittämiseksi, - välineet (60,30) varsinaisille päästökaasuille (NO,HC,CO) määritettyjen optisten mittausarvojen suhteuttamiseksi hiilidioksidille (C02) määritettyyn optiseen mittausarvoon, ja 25. välineet (60,30) pakokaasupilven (40) varsinaisten päästökaasujen : (NO,HC,CO) pitoisuuksien ratkaisemiseksi pakokaasupilven (40) hiilidioksidipitoisuudelle (C02) ajoneuvon (20) mallin ja/tai tyypin ; avulla määritetyn estimaatin ja mainittujen optisten mittausarvojen ..: avulla, 30 tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää lisäksi ainakin välineet > · (30) laskennallisen ajoneuvomallin (211,212) muodostamiseksi, jonka laskennallisen mallin (211,212) avulla pakokaasupilven (40) ·;;; hiilidioksidipitoisuuden (C02) estimaatti määritetään kullekin ajoneuvolle (20) yksilöllisesti mittaustilannekohtaisena huomioiden 35 mittausten kohteena olevan ajoneuvon (20) mittaushetkeä vastaavan .···. ajotilanteen vaikutus ajoneuvon (20) emittoiman pakokaasupilven (40) hiilidioksidipitoisuuteen (C02). I · · 30 1 1 4572

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (213) mittaussäteen (50) pakokaasupilvessä (40) kokeman efektiivisen absorptiomatkan määrittämiseksi hiilidioksidille (C02) määritetyn optisen mittausarvon, 5 kuten transmission, ja hiilidioksidille (C02) laskennallisen ajoneuvomallin (211,212) avulla määritetyn mittaustilannekohtaisen estimaatin avulla, sekä välineet (214) varsinaisten päästökaasujen (NO,HC,CO) pitoisuuksien määrittämiseksi mainitun efektiivisen absorptiomatkan avulla. 10

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30,60,70) mainittujen optisten mittausarvojen määrittämiseksi kaikille mitatuille kaasuille (N0,C0,HC,C02) olennaisesti samanaikaisesti ja samasta 15 kohtaa pakokaasupilveä (40).

18. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-17 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30,110,130,140) ajoneuvoyksilön (20) tunnistamiseksi 20 ajoneuvon rekisterikilven perusteella.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30,130,140) ajoneuvon (20) tarkan tyyppi- ja/tai mallitiedon noutamiseksi rekisterikilven T: 25 sisältämien tietojen avulla rekisteritietokannasta. ( I

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu ,···. siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30,130,140) kyseistä t”‘.: ajoneuvomallia koskevien tarkempien tietojen, kuten esimerkiksi ... 30 omapaino, moottorityyppi, ja voimansiirtolaitteiston ominaisuudet *··* noutamiseksi mainitun tyyppi- ja/tai mallitiedon avulla erillisestä tyyppitietokannasta.

21. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-20 mukainen 35 mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää .···. välineet (30,80,81) ajoneuvon (20) ajoneuvon (20) nopeuden ja/tai kiihtyvyyden määrittämiseksi mittaushetken ajotilanteessa. • · I t I * * * • · 31 1 1 4572

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää lisäksi välineet (30,90,100,120) ajoneuvon (20) kokonaispainon ja/tai mittauspaikan ja -ajankohdan sääolosuhteiden ja/tai mittauspaikan tien (10) pinnan ajosuuntaisen 5 profiilin ja/tai mittauspaikalla ja -ajankohdalla vallitsevan tien (10) pinnan karheuden mittaamiseksi.

23. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-22 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää 10 välineet (60) typpioksidin (NO) optisen mittausarvon määrittämiseksi infrapuna-alueella aallonpituuden 5.26 pm ympäristössä siten, että NO: Ile tarkoitetussa referenssi- ja/tai mittauskanavassa (702,703;802,803) aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuodatusta käytetään suodatinelintä (701,800,801), jonka 15 mainitun suodatinelimen läpäisy aallonpituuden funktiona korreloi typpidioksidin (NO) 5.25 pm ympäristössä esiintyvän absorptiospektrin spektriviivojen kampamaisen rakenteen kanssa.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu 20 siitä, että mittausjärjestelmä käsittää mainituissa NO:!le tarkoitetuissa referenssi- ja mittauskanavissa (802,803) kummassakin aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuodatusta olennaisesti viritykseltään kiinteän Fabry-Perot-kampasuotimen (800,801). 25

25. Patenttivaatimuksen 23 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää NO:lle tarkoitetussa , . mittauskanavassa aallonpituussuodatukseen tai osana , aallonpituussuodatusta skannaavan Fabry-Perot-kampasuotimen. i..’ 30 * I “** 26. Patenttivaatimuksen 23 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää NO:lle tarkoitetussa • · · ·;;; referenssikanavassa (702) aallonpituussuodatukseen tai osana aallonpituussuodatusta NO-kennon (701) ja tarvittaessa 35 mittauskanavassa (703) mainittujen kanavien (701,702) optisten .··1. ominaisuuksien tasapainottamiseksi vastaavan ns. dummy-kennon. • · · * · · • 1» • · 32 1 1 4 5 7 2

26 1 1 4572

27. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-26 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30) estimaatin määrittämiseksi tarkasteltavan ajoneuvon (20) mittaushetken polttoaineenkulutukselle laskennallisen ajoneuvomallin 5 (211,216) avulla, ja välineet (30) mitattujen päästöarvojen (N0,C0,HC,C02) ilmaisemiseksi päästökertoimina muodossa g/km ja/tai g/s ja/tai g/kWh mainitun polttoaineenkulutuksen estimaatin avulla.

28. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-27 mukainen mittausjärjestelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää välineet (30) tiedonsiirtoyhteyden muodostamiseksi ja tietojen siirtämiseksi mittausjärjestelmän ja yhden tai useamman ulkopuolisen järjestelmän (130,140) kanssa. 15

29. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 15-28 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittausjärjestelmä käsittää lisäksi välineet (30,60,70) mittausten suorittamiseksi bentseenille ja/tai 1,3-butadieenille ja/tai N20:lle. 20 ' · I » I*·» * · I · • # i · · > » • I · • « I t I » · » · * M M I · » · I • i | • » 33 114572