NO148271B

NO148271B - METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING EXHAUST TESTS FOR VEHICLE ENGINES

Info

Publication number: NO148271B
Application number: NO740472A
Authority: NO
Inventors: Lars T Collin
Original assignee: Collin Consult Ab Lars
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1983-05-30
Also published as: GB1468838A; JPS5031833B2; FR2217544A1; NL7401747A; DE2407031B2; IL44146A; ATA117474A; RO64331A; JPS49126385A; DK141564B; DE2407031A1; CS194701B2; DD111246A5; NO740472L; ZA74850B; FI57648B; AU6520574A; SE370562B; CH590468A5; IL44146A0

Description

I løpet av den siste 10-års perioden har motorindu-strien i akselererende omfatning blitt tvunget til å engasjere seg sterkt når det gjelder avgassprøver. Utviklingen karakteriseres av et stadig sterkere internasjonalt lovstiftningstrykk på dagens for-brenningsmotorer for kjøretøyer for å oppnå lavere og lavere inn- Over the last 10-year period, the motor industry has been forced to become increasingly involved in emissions testing. The development is characterized by increasingly strong international legislative pressure on today's internal combustion engines for vehicles to achieve lower and lower in-

hold av CO, HC og N0x, og likeledes partikler og lyd. keep off CO, HC and N0x, as well as particles and sound.

Man har først utviklet nasjonalt, relativt enkle kjøresykluser i den hensilt å etterligne en statistisk frembrakt belastningssekvens for motorer i bytrafikk. I forbindelse med disse prøvesekvenser ble innholdet av forurensninger i avgassene målt, hvilket innhold siden ble veid i overensstemmelse med på forhånd git-te regler. Disse metoder tillot at motorenes brenseltilførselssystem kunne tilpasses for lave innhold innen de prøvde områdene, noe som ikke ga et riktig bilde av forholdene under virkelig drift. Relatively simple driving cycles have first been developed nationally with the aim of imitating a statistically generated load sequence for engines in city traffic. In connection with these test sequences, the content of pollutants in the exhaust gases was measured, which content was then weighed in accordance with previously given rules. These methods allowed the engines' fuel supply system to be adjusted for low contents within the tested ranges, which did not give a correct picture of the conditions during real operation.

For noen år siden bestemte man seg i den anledning til å gå inn for en mer innviklet prøvekjøringssekvens, og samtidig å ta prøvene som et akkumulert utslipp i vektenhet pr.kjørestrekningsleng-de for kjøretøyet, når dette ble kjørt ifølge denne nye testsyklus. Den nye prøvesekvensen tar ca.23 minutter å gjennomføre og krever en . spesiell gassprøvetagningsenhet og spesifisert gassanalyseutrustning sammen med et chassisdynamometer. Investeringsverdien for et slikt anlegg ligger idag på over kr.l mill.pr.enhet, inkludert bygning, samt mekanisk og analytisk utstyr. A few years ago, on that occasion, it was decided to go for a more complicated test driving sequence, and at the same time to take the tests as an accumulated emission in weight unit per driving distance length for the vehicle, when it was driven according to this new test cycle. The new trial sequence takes approximately 23 minutes to complete and requires a . special gas sampling unit and specified gas analysis equipment together with a chassis dynamometer. The investment value for such a facility is currently over NOK 1 million per unit, including the building, as well as mechanical and analytical equipment.

Ved dette har man skaffet seg et instrument som gjør det mulig å kontrollere de biler som produseres og leveres, men som ikke er hensiktsmessige for praktisk overvåkning av den eksisterende bilparken. Det sier seg selv at gjennomføring av en individuell overvåkning av et større antall kjøretøyer er umulig å gjennomføre dersom hver prøve krever minst en halv time for analysering, samtidig som kvalifisert personale og utstyr bindes i denne tid. Man søker derfor å finne testmetoder som muliggjør en utsortering på et tidlig stadium, pg man har eksempelvis for en tid tilbake gjennomført kulloksydprøver i forbindelse ned tomgangskjøring ved den årlige besiktigelse av den svenske bilparken. Tomgangssekvensen er imidlertid bare en del av de ovennevnte kjøresyklusene og har den ulempe at man i denne syklus ikke kan få ut noen nitrogenoksydinnhold (NO .X), som kan defineres til innholdet ved de aktuelle kjøresyklusene. Heller ikke er sammenligningen mellom HC-innholdet ved tomgang og HC-innholdet under en kjøresyklus tilfredsstillende. Man kan i internasjonal litteratur finne forenkle-de kjøresykluser som er fremkommet med den intensjon å muliggjøre en enkel overvåkning, men felles for dem alle er at de krever en belastning under kontrollerte forhold på et chassisdynamometer. Det vesentlige av den investering som tidligere har vært diskutert beholdes derfor på samme måte som instrumenteringskravet, selv om prøvetiden kan reduseres. This has resulted in an instrument that makes it possible to check the cars that are produced and delivered, but which are not suitable for practical monitoring of the existing car fleet. It goes without saying that carrying out an individual monitoring of a larger number of vehicles is impossible to carry out if each test requires at least half an hour for analysis, while qualified personnel and equipment are tied up in this time. One is therefore seeking to find test methods that enable a sorting out at an early stage, as, for example, some time ago carbon monoxide tests were carried out in connection with idling during the annual inspection of the Swedish car fleet. However, the idling sequence is only part of the above-mentioned driving cycles and has the disadvantage that in this cycle no nitrogen oxide content (NO .X) can be obtained, which can be defined as the content of the driving cycles in question. Nor is the comparison between the HC content at idle and the HC content during a driving cycle satisfactory. In international literature, you can find simplified driving cycles that have been developed with the intention of enabling simple monitoring, but what they all have in common is that they require a load under controlled conditions on a chassis dynamometer. The essential part of the investment that has been previously discussed is therefore retained in the same way as the instrumentation requirement, even if the trial period can be reduced.

Nærværende oppfinnelse går ut på å være et mellomledd mellom en inngående undersøkelse på chassisdynamometer og en enkel besiktigelse av et kjøretøy. Den er basert på det faktum at de aktuelle kjøresyklusene som er oppbygd, når det gjelder tunge avgassdeler bygger på et vekslende forløp, akselerasjoner og retardasjoner, samt tomgangsperioder. De aktuelle, kompliserte kjøresyklusene har den for-del at man under forskjellige driftsforhold rekker å oppnå stasjonære tilstander på temperaturer i avgass og motorer, hvilket også muliggjør en kontroll av termiske og katalytiske etterreaksjoner. Den således foreslåtte metodikk undersøker rågassens kvalitet, dvs. den gass-sammen setning som finnes før etterfølgende termiske og katalytiske reaksjoner har trådt i virksomhet. En motor har et iboende treghetsmoment som innebærer at en akselerasjon av motoren fra tomgang krever en ikke uve-sentlig effektutfoldelse i motoren under selve akselerasjonssekvensen. Ved å la en motor fra tomgang gjennom en definert brenselstilførsels-impuls akselerere opp til maksimal omdreining, normalt definert som oppnåbart med konstant akselerasjon (omdreiningstallstyringen linjær), eller en del av dette, får man en belastningssekvens som omfatter både akselerasjon under belastning og en motornedbremsing etter brerisel-tilførselen. Denne belastningssekvens kan gjentas med forskjellige intensiteter ifølge en gitt skala, og på den måte kan både CO, HC The present invention is intended to be an intermediary between an in-depth examination on a chassis dynamometer and a simple inspection of a vehicle. It is based on the fact that the actual driving cycles that are built up, in the case of heavy exhaust parts, are based on an alternating course, accelerations and decelerations, as well as idling periods. The current, complicated driving cycles have the advantage that, under different operating conditions, it is possible to achieve stationary states of temperatures in the exhaust gas and engines, which also enables a control of thermal and catalytic after-reactions. The methodology thus proposed examines the quality of the raw gas, i.e. the gas composition that exists before subsequent thermal and catalytic reactions have started. An engine has an inherent moment of inertia which means that an acceleration of the engine from idling requires a not inconsiderable power output in the engine during the acceleration sequence itself. By allowing an engine from idling through a defined fuel supply impulse to accelerate up to maximum revolutions, normally defined as achievable with constant acceleration (revolution control linear), or part of this, a load sequence is obtained that includes both acceleration under load and an engine deceleration after the glacier supply. This load sequence can be repeated with different intensities according to a given scale, and in that way both CO, HC

samt NOx~innhold oppnås med et rimelig forhold til de mere vitenska-pelige prøvene som omfatter forskjellige koeffisienter for de forskjellige komponentene. as well as NOx~ content is achieved with a reasonable ratio to the more scientific tests which include different coefficients for the different components.

De karakteristiske trekk for oppfinnelsen fremgår av patentkravene. The characteristic features of the invention appear from the patent claims.

Prøvetagningen ved avgassforsøkene er tenkt som en av-tapping i en pose av en gitt mengde fraksjon- av avgassene. Denne fraksjon kan deretter enten kjøres, gjennom en gassanalyseutrustning, eller i enkleste fall gjennom en absorberende, indikerende kjemisk blanding, der man ved en allerede gjennomført gradering kan konstate-re om kjøretøyet er i en sådan stand at en nøye undersøkelse ifø-lge tidligere metoder skal gjennomføres, eller om kjøretøyet er i godtag-bar stand. En bruk av denne metode for å søke ut de biler som strider mot rådende forskrifter, burde kunne minske behovet for kvalifisert prøvetagning på en eksisterende bilpark til mellom en tiendedel og en hundrededel, noe som stiller de økonomiske kravene på overvåknings-ressursene i et helt annet lys enn tidligere. The sampling in the exhaust gas tests is intended as a withdrawal into a bag of a given amount of fraction of the exhaust gases. This fraction can then either be run, through a gas analysis equipment, or in the simplest case through an absorbent, indicating chemical mixture, where one can establish by an already carried out grading whether the vehicle is in such a condition that a careful examination according to previous methods must be carried out, or whether the vehicle is in acceptable condition. Using this method to search out the cars that contravene current regulations should be able to reduce the need for qualified sampling of an existing car fleet to between one tenth and one hundredth, which places the financial demands on monitoring resources in a completely different light than before.

Et apparat for gjennomføring av prøver ifølge ovenstående skal nedenfor beskrives under henvisning til tegningen, der An apparatus for carrying out tests according to the above shall be described below with reference to the drawing, where

fig.l viser en del av en etablert testsyklus. fig.l shows part of an established test cycle.

Fig.2-.it viser endringer i spjeldstilling, turtall resp. Fig.2-.it shows changes in damper position, speed or

middeltrykk ved prøver ifølge oppfinnelsen og mean pressure in samples according to the invention and

fig.5 viser skjematisk den brukte apparaturen. fig.5 schematically shows the equipment used.

Fig.l viser turtallforandringer under en viss tidsperiode av en etablert testsyklus der man tilstreber å etterligne virke-lige driftsforhold og der kjøretøyet under prøven hviler på et chassisdynamometer . Fig.l shows rpm changes during a certain period of time of an established test cycle where an effort is made to imitate real operating conditions and where the vehicle during the test rests on a chassis dynamometer.

Motoren, med bevegelige deler i kjøretøyet + brernsevai-ser i chassisdynamometer + roterende motvekter, totalt tilsvarende kjøretøyets vekt, akselereres først opp under et visst tidsintervall 10, kjøres deretter ved konstant turtall under et etterfølgende intervall 11, retarderes under et intervall 12 ned til tomgangsturtall og akselereres deretter på lignende måte, men med varierende verdi, slik som antydet ved 13 og 14. The engine, with moving parts in the vehicle + fuel gauges in the chassis dynamometer + rotating counterweights, in total corresponding to the weight of the vehicle, is first accelerated up during a certain time interval 10, then driven at a constant speed during a subsequent interval 11, decelerated during an interval 12 down to idle speed and is then accelerated in a similar manner, but with varying value, as indicated at 13 and 14.

Den foreslåtte testsyklus bygger på den innsikt at motorens egen treghet innebærer en tilstrekkelig stor motstand for at man med motoren frikoplet fra den drivende transmisjonen skal kunne få representative testverdier dersom man raskt akselererer opp motoren til et bestemt turtallområde og deretter umiddelbart avbryter brenseltilførselen utover det som trenges for tomgangskjøring. The proposed test cycle is based on the insight that the engine's own inertia implies a sufficiently large resistance so that, with the engine disconnected from the driving transmission, representative test values can be obtained if one quickly accelerates the engine to a certain rpm range and then immediately interrupts the fuel supply beyond what is needed for idling.

Man kan på denne måte få frem korte testtilstander som momentant er ekvivalente med avsnitt 15,16,17 av akselerasjons-resp. retardasjonskurvene i en etablert testsyklus. In this way, short test conditions can be obtained which are momentarily equivalent to sections 15, 16, 17 of acceleration resp. the deceleration curves in an established test cycle.

Fig.2 viser endringer i spjeldstillingen ved en prøve ifølge oppfinnelsen. Ved forutbestemte.tidsintervaller, som er ad-skilt tilstrekkelig til at motoren mellom hvert pådragstilfelle med sikkerhet skal ha kommet ned til tomgangsturtall, avgis en fullgass-impuls 18,19,20 av varierende lengde. Fig.2 shows changes in the damper position in a sample according to the invention. At predetermined time intervals, which are sufficiently spaced apart so that the engine must have safely come down to idling speed between each application, a full-throttle impulse 18,19,20 of varying length is emitted.

De viste impulsene har trinnvis økende lengde, me;.i detre er rent illustrativt, en virkelig prøve omfatter flere impulser og de-res innbyrdes størrelse kan varieres på flere forskjellige måter. Det vesentlige er at ingen får så lang varighet at motoren kommer til å kjøres ved maksimumsturtall i noe tidsmoment. Det som tilstrebes er således bare forholdene under akselerasjons-resp. retardasjonsfornold. Fig.3 viser endringer i motorens turtall som en følge av de ifølge fig.2 angitte pådragsimpulser. Det er åpenbart at både turtall og gangtid kommer til å øke fra 21 til 23 som følge av den i dette ek-sempel økte tidslengde for gasspådraget. Fig.4 viser endelig prinsipielt endringer 24,25»26 i meterens middeltrykk under berørte tilfeller. Fig.5 viser meget skjematisk det apparat som anvendes under prøvetagningen. The shown impulses have gradually increasing length, but they are purely illustrative, a real sample comprises several impulses and their mutual size can be varied in several different ways. The important thing is that no one gets such a long duration that the engine will be run at maximum speed for any moment. What is aimed for is thus only the conditions under acceleration or. deceleration background. Fig.3 shows changes in the engine speed as a result of the application impulses specified according to Fig.2. It is obvious that both rpm and running time will increase from 21 to 23 as a result of the increased length of time for the gas application in this example. Finally, Fig.4 basically shows changes 24,25»26 in the meter's mean pressure during the affected cases. Fig.5 shows very schematically the apparatus used during the sampling.

Avgassledningen på et kjøretøy er betegnet med 27 og kjøretøyets gasspedal er betegnet med 28..For påvirkning av gasspedalen brukes et apparat som kan avgi de forutbestemte pådragsimpulser med repeterbar nøyaktighet fra prøvetilfelle til prøvetilfelle. The exhaust line on a vehicle is denoted by 27 and the vehicle's accelerator pedal is denoted by 28.. For influencing the accelerator pedal, a device is used which can emit the predetermined application impulses with repeatable accuracy from test case to test case.

Apparatet kan utføres på mange forskjellige måter og her er antydet bare hovedkomponentene, som omfatter en elektronisk enhet 29, en volumoppdeler 30, en elastisk beholder, f.eks. en plast-pose 31 som kan tilkoples et av flere avløpsrør 32 fra volumoppdeleren ved hjelp av en slange 33, samt en pneumatisk innretning for påvirkning av gasspedalen. The apparatus can be made in many different ways and here only the main components are indicated, which comprise an electronic unit 29, a volume divider 30, an elastic container, e.g. a plastic bag 31 which can be connected to one of several drain pipes 32 from the volume divider by means of a hose 33, as well as a pneumatic device for influencing the gas pedal.

Denne innretning.omfatter en stang 34 som er innspent mellom kjøretøyets ratt 35 og gulv. Denne stang bærer en dobbeltvirkende trykkluftmotor 36. Lufttilførselen fra denne reguleres ved hjel? av en ventil 37 som styres av en elektromagnet 3.8 som mottar impulser fra den elektroniske enhet 29. This device comprises a rod 34 which is clamped between the vehicle's steering wheel 35 and the floor. This rod carries a double-acting compressed air motor 36. The air supply from this is regulated by of a valve 37 which is controlled by an electromagnet 3.8 which receives impulses from the electronic unit 29.

Dette tilkoples kjøretøyets batteri 39 og trykkluftmotoren tilkoples en trykkluftflaske 40. I slangen 33 er der en magnetventil 41 som på signal fra den elektroniske enhet 29 setter posen 31 i forbindelse med slangen. This is connected to the vehicle's battery 39 and the compressed air motor is connected to a compressed air cylinder 40. In the hose 33 there is a solenoid valve 41 which, on a signal from the electronic unit 29, puts the bag 31 in connection with the hose.

Istedetfor den viste trykkluftservomotoren kan det brukes en elektrisk, hydraulisk eller eventuelt mekanisk anordning, f.eks. en fjærmotor. Servomotoren kan plasseres tettere inn på for-brenningsmotoren, slik at den kan virke mere direkte på gasspjeldet. For at man skal kunne teste kjøretøyer av forskjellig art bør den elektroniske enheten innrettes slik at dens karakteristikk kan bestem-mes ved hjelp av hullkort eller andre informasjonsbærere, eller så kar den inneholde lett utskiftbare, trykte kretser. Instead of the shown compressed air servo motor, an electrical, hydraulic or possibly mechanical device can be used, e.g. a spring motor. The servomotor can be placed closer to the internal combustion engine, so that it can act more directly on the throttle. In order to be able to test vehicles of different types, the electronic unit should be arranged so that its characteristics can be determined using punched cards or other information carriers, or it should contain easily replaceable printed circuits.

Volumoppdeleren 30 består av en, hensiktsmessig sylin-drisk beholder, til hvis ene ende et antall rør 32 med nøyaktig bestemt lengde og underdiameter er tilkoplet. En ledning 33 som utgjør forbindelse med posen 31 er festet i enden i like delinger med de ovennevnte rørene 32. Diameteren og lengden på ledningen 33 er avpas-set slik at man innen det aktuelle strømningsområde oppnår en praktisk talt konstant volumandel i prøveposen. The volume divider 30 consists of a suitably cylindrical container, to one end of which a number of tubes 32 of precisely determined length and subdiameter are connected. A line 33 which forms a connection with the bag 31 is fixed at the end in equal divisions with the above-mentioned pipes 32. The diameter and length of the line 33 are adapted so that within the relevant flow range a practically constant volume proportion is achieved in the sample bag.

Mottrykket er altså innen måleområdet vesentlig like stort som i de øvrige rørene, hvis antall og diametre bestemmer volumfraksjonens størrelse. The back pressure is therefore essentially as large within the measuring range as in the other pipes, the number and diameter of which determine the size of the volume fraction.

Plastposen har et slikt volum at den kan akkumulere den av volumoppdeleren avdelte gassfraksjon uten at mottrykket forstyrrer prøvetagningen. Det er viktig at prøveavtappingsan-ordningen fordeler mengdene under prøvens sterkt varierende strømningsintensiteter i konstante proporsjoner mellom total avgassmengde og prøvemengde. Istedetfor å fylle en pose kan den avskilte fraksjonen føres direkte til et måleutstyr. The plastic bag has such a volume that it can accumulate the gas fraction separated by the volume divider without the back pressure interfering with the sampling. It is important that the sample withdrawal arrangement distributes the quantities during the sample's highly varying flow intensities in constant proportions between total exhaust gas quantity and sample quantity. Instead of filling a bag, the separated fraction can be fed directly to a measuring device.

Claims

1. Procedure for determining the amount of issue i

the exhaust gases from load variation reactions in an internal combustion engine, where part of the exhaust gases are collected in a collection unit for the exhaust gas, characterized in that the engine is run decoupled at idle speed, the engine is repeatedly accelerated and decelerated against its own for a selected period of time by momentarily varying the fuel supply , as a braking force acting as inertia while observing the engine's maximum speed, as the acceleration and deceleration phases are so far apart that the engine returns to idling speed after each acceleration and deceleration phase, and that the exhaust gases are only collected at a selected time in the collection unit for the exhaust gases.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, which apparatus comprises a program device for fuel application, a distributor for the exhaust gas that can be connected to the engine's exhaust gas device to divide the flowing exhaust gas into several sub-streams, and a device that can be connected to the collection device for the exhaust gas collector to take care of a partial flow of the gas, characterized in that a valve (41) controlled by the program device (29) is arranged between the collection device (31) for the exhaust gas and the exhaust gas distributor (30,32) to control the exhaust gases to the gas collection device, and that the control device's (29) program at a specific point in time calculated from the engine's idling time ensures the fuel impulse period, none of which impulses are greater than what is required to achieve maximum rpm and which are so far apart in terms of time that the engine goes back to idling with each fuel impulse, the idet valve (41) opens at the beginning of the measurement time and closes at the end of the measurement time.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that it comprises a double-acting compressed air motor (36) connected to the vehicle's gas pedal and a solenoid valve (37, 38) which controls the compressed air motor, the control device (29) being electrically connected to the solenoid valve (37, 38).

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the exhaust gas distributor (30,32) comprises a chamber I (30) which can be connected to the exhaust device (27), which chamber comprises several drain openings (32) open to the environment with the same flow resistance, and that the exhaust gas collection device (31) and the line (33) which connects the chamber (30) with the exhaust gas collection device are arranged and dimensioned so that each of these within the actual circuit offers essentially the same flow resistance as the free drain openings. Yay|