NO148271B - Fremgangsmaate og apparat for gjennomfoering av avgassproever ved kjoeretoeysmotorer - Google Patents

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-

hold av CO, HC og N0x, og likeledes partikler og lyd.

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.

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.

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.

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

samt NOx~innhold oppnås med et rimelig forhold til de mere vitenska-pelige prøvene som omfatter forskjellige koeffisienter for de forskjellige komponentene.

De karakteristiske trekk for oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

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.

Et apparat for gjennomføring av prøver ifølge ovenstående skal nedenfor beskrives under henvisning til tegningen, der

fig.l viser en del av en etablert testsyklus.

Fig.2-.it viser endringer i spjeldstilling, turtall resp.

middeltrykk ved prøver ifølge oppfinnelsen og

fig.5 viser skjematisk den brukte apparaturen.

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 .

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Mottrykket er altså innen måleområdet vesentlig like stort som i de øvrige rørene, hvis antall og diametre bestemmer volumfraksjonens størrelse.

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.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for fastslåing av emisjonsmengden i

avgassene ved belastningsvariasjonsreaksjoner i en for-brenningsmotor, der en del av avgassene oppsamles i en opp-samlingsenhet for avgassen, karakterisert ved at motoren kjøres frikoplet på tomgang, motoren ved en valgt tidsperiode ved momentant å variere brenseltilførselen gjentatte ganger akselereres og retarderes mot dens egen, som en bremsekraft virkende treghet under iakt-tagelse av motorens maksimumsturtall, idet akselerasjons- og retardasjonsfåsene er så fjernt fra hverandre at motoren etter hver akselerasjons- og retardasjonsfase går tilbake til tom- gangsturtall, og at avgassene bare ved et valgt tidspunkt samles opp i oppsamlingsenheten for avgassene.

2. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, hvilket apparat omfatter en programanordning for brenselpå-drag, en til motorens avgassanordning innkoppelbar fordeler for avgassen for å oppdele den utstrømmende avgassen i flere del-strømmer, og en til oppsamlingsanordningen for avgassen til-koppelbar oppsamler for å ta vare på en delstrøm av gassen, karakterisert ved at en av programanordningen (29) styrt ventil (41) er anordnet mellom oppsamlingsanordningen (31) for avgassen og avgassfordeleren (30,32) for å styre avgassene til gassoppsamlingsanordningen, og at styreanordningens (29) program ved et bestemt tidspunkt regnet fra motorens tomgang besørger brenselimpulsperioden, av hvilke impulser ingen er større enn det som kreves for å oppnå maksimalt turtall og hvilke tidsmessig ligger så langt fra hverandre at motoren ved hver brenselimpuls går ,tilbake til tomgang, idet-ventilen (41) åpner seg i begynnelsen av måletiden og lukker seg ved måletidens slutt.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter en til kjøretøyets gasspedal forbundet dobbeltvirkende trykkluftsmotor (36) samt en magnetventil (37, 38) som styrer trykkluftmotoren, idet styreanordningen (29) er elektrisk tilkoplet til magnetventilen (37,38).

4. Apparat ifølge krav 2 eller 3, karakteri sert ved at avgassfordeleren (30,32) omfatter et kammer I (30) som kan tilkoples avgassanordningen (27), hvilket kammer omfatter flere til omgivelsen åpne avløpsåpninger (32) med samme strømningsmotstand, og at avgassoppsamlingsanordningen (31) og ledningen (33) som forbinder kammeret (30) med avgassoppsamlingsanordningen er anordnet og dimensjonert slik at hver av disse innen den egentlige strømkretsen byr på vesentlig samme strømningsmotstand som frie avløpsåpningene. Jjj|