NO780022L - Fremgangsmaate og anordning for analyse av avgassproever ved en forbrenningsmotor - Google Patents

Description

* •

Por utførelse av en avgassanalyseprøve ved en forbrenningsmotor-har man foreslått anordninger som omfatter en mekanisk enhet for påvirkning av motorens gasspådrag, samt organ for fra avgassledningen å avdele en viss mengde av av-gassen og føre den til et analyseapparat eller til en beholder for transport til et analyseapparat. Motoren holdes frikoplet fra drivhjulene og får gå i tomgang, og det forutsettes at den mekaniske påvirkningsenhet styres av en programenhet som i løpet av en forutbestemt tidsperiode forårsaker et antall brenseltilførselsvariasjoner som stimulerer forskjellige kjøretilstander. Ettersom motorens indre tap og treghets-krefter utgjør den eneste belastning, gis prøvesekvensen av forholdet mellom omdreiningstall, momentan akselerasjon, retardasjon gjennom indre tap og eventuelle jevnvektsleier ved konstant turtall i forutbestemte proporsjoner og sekvenser.

Det er klart at et utstyr som skal kunne anvendes for avgassanalyse ved forskjellige motortyper må kunne tilpasses til slike.endringer som bestemmes av forskjellige karakteristikker for forskjellige- motorer. Selv motorer innen samme serie og med nominelt samme effekt, kan etter noen tids kjør-ing komme til å variere innbyrdes.

Det er derfor en fordel at anordningen inneholder organ som gjør det mulig enkelt og hurtig å tilpasse denne etter den aktuelle motor hvis avgasser man skal analysere.

. Ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen justerer man det apparat som overfører prøveprogrammet til gasspådraget med hensyn til den aktuelle motors effekt og vekten på det kjøretøy der motoren er installert, på en slik måte at

akselerasjonsendringer i motoren styres slik at de vesentlig tilsvarer av programmet forutsatte hastighetsendringer hos kj øretøyet.

En anordning ifølge oppfinnelsen er derforkarakterisertved et første organ innrettet til å avføle tenninger i en sylinder i motoren og å forvandle disse til styrepulser, et andre organ påvirkbart av nevnte pulser og innrettet til å innstille den mekaniske enhet for tomgangskjøring av den aktuelle motor samt et tredje organ som likeledes er påvirkbart av nevnte pulser og innrettet til å innstille programenheten for et gassreguleringsleie som tilsvarer den tilstand da akselerasjonsøkningen ved den berørte motor opphører.

Motoren kan ha blitt kjørt hardt nettopp før prøven, men det kan også hende-at man får inn en helt kald motor, og det er derfor hensiktsmessig at programenheten foruten organ for innstilling tilsvarende motoreffekt, kjøretøyvekt og. aktuelt kjøreprogram, omfatter organ for å gjennomføre en temperaturmessig betinget forberedelseskjøring før kjøre-programmet og som gir en definert driftstemperatur på såvel motorenhet som avgassystemet, inklusive eventuelle termiske og kjemiske reaktorer. Derved begrenses endog kondens faren. Anordningen kan hensiktsmessig inneholde et fjerde organ forsynt med middel innrettet til å innstille beregnede verdier for tomgang resp. gassreguleringsleie ved helt åpent pådrag for den motor som skal prøves.

Det første organ inneholder videre hensiktsmessig en tidsstyreenhet innrettet til når kondisjoneringsprogrammet er gjennomført, i løpet av en viss tidsperiode motsvarende prøve-sekvensen, å åpne en ventil mellom motorens avgass ledning og en mottager for den gass som skal analyseres, og det første organ er videre innrettet til å avføle og registrere antall tenninger under prøvetagningsperioden.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det etterfølgende med henvisning til tegningen hvor .

fig. 1 skjematisk viser en anordning for uttagelse av avgass ved en kjøretøymotor for analysering, og

fig. 2 er et diagram som viser hvordan man kan justere et parti av et kjøresyklusdiagram ved endring av forholdet mellom motoreffekt og kjøretøyvekt.

Fig. 1 er som ovenfor nevnt, skjematisk, og for tyde-lighets skyld sees det bort fra strømtilførselen til de forskjellige komponenter samt hvordan disse er bygget opp med hensyn til inngående elektroniske enheter. En fagmann på om-rådet vet hvordan slike detaljspørsmål løses, og det vesent-lige for oppfinnelsen er hvordan de forskjellige komponenter samvirker.

En firesylindret Otto-motor er betegnet med 10. Motoren er forsynt med en tennings fordeler 11, en tennplugg 12 i hver sylinder samt en avgassledning.13•

Forgasserspjeldet er betegnet med 14 og kjøretøyets gasspedal med 15-

I forbindelse med en avgassprøve fester man et gass-oppdelingsorgan 16 til avgassledningen 13- Dette organ deler gasstrømmen opp i et antall like store delstrømmer, og. en av disse føres gjennom en ledning 17 til et gassanalyseapparat 18, enten direkte eller etter mellomlagring i en beholder 19. Gassens vei styres av en manuelt eller automatisk innstillbar treveis ventil 20 og beholderen 19 er slik utstyrt at den kan ta imot og senere avgi gass. For eksempel er dette illustrert på tegningen ved at beholderen er antydet som en sylinder i hvilken et stempel er bevegelig. I ledningen 17 finnes, opp-strøms til treveisventilen 20, en prøvetagningsventil 21 som holdes åpen kun under den aktuelle prøvetagningsperiode.

Under prøvetagningsperioden skal motorens gasspedal

15 utføre visse bevegelser - som gir varierende brenseltil-førsel - under kontroll av en programenhet 22. Dette avgir impulser til en servoforsterker 23 som styrer en skivemotor 4. Denne påvirker gasspedalen ved hjelp av en hensiktsmessig overføringsorgan 25. Kravet til skivemotoren er at den skal kunne føre gasspedalen frem og tilbake med en hastighet på

ca. 1 m pr. sekund, at overføringsmekanismen har tilstrekkelig slaglengde til å føre gasspedalen til bunnstilling, samt at arrangementet for å overvinne masse- og fjærkrefter, skal kunne utøve en trykkraft på ca. 300 N. På skivemotorens aksel sitter et er-verdipotensiometer 26 som avgir signaler tilbake til servoforsterkeren 23-

For at programenheten 22 skal kunne anvendes i forbindelse med motorer av forskjellig type montert i kjøretøyer med forskjellig vekt, finnes innstillingsorgan 27 resp. 28 for motoreffekt, resp. kjøretøyvekt. I programenheten finnes endog et organ 29 som gjør det mulig å velge ønsket kjøre-program. Man kan forutse en utvikling som innebærer at hvert enkelt kjøretøy eller i hvert fall hver kjøretøystype har tilstrekkelige karakteristikker inntegnet på en informasjons-bærer, f.eks. et kort som kan stikkes inn i programenheten og avleses av denne hvorved man skal kunne slippe manuell innstilling for justering til kjøretøyene.

Fig. 2 er et diagram som viser endring av pådrags-organets stilling P som funksjon av tiden T, ved et avsnitt av et kjøreprogram. Det forutsettes at programmet inneholder noen slike avsnitt av forskjellig form og størrelse og at-skilt av tomgangskjøreavsnitt.

Akselerasjonen a som bestemmes av gasspådragets stilling, er en funksjon av kjøretøyvekt G og motoreffekt Ne

Q

ifølge følgende a = —.

Ne

Den heltrukne kurve viser en normverdi der a^= 1,0. Den øvre brutte linje viser hvordan man behøver justere på-dragsstillingen hvis forholdet mellom kjøretøyvekt og motoreffekt krever en verdi av akselerasjonen a som forholder seg til normverdien ifølge — = 1,2.

<a>0

Den nedre brutte linje angir justering i pådragsstil-cl

lingen når — = 0,8.

<a>0

Forskjellige land har fastsatt forskjellige kjøre-sykluser for disse motorer hvis avgasser skal analyseres. Utseendet på disse kjøresykluser bestemmes bl.a. av trafikk-bildet i det aktuelle land og det forutsettes at kjøretøyet stilles opp og kjøres på et chassidynamometer etter et visst program.

Ved å utnytte en tomgangsgående motors treghetsmoment og indre tap under akselerasjons- og retardasjonstilfeller som belastning, kan den her aktuelle prøve foretas i et betydelig kortere tidsrom, ca. et halvt minutt, men det er naturligvis verdifullt å få resultat som er sammenlignbare med etablerte kjøresykluser. Programenheten skal derfor lett kunne inn-stilles til å simulere den ene eller andre av etablerte kjøre-

sykluser.

For å få enhetlig bestemte driftsforhold ved den motor som skal prøves, er det vesentlig å fastsette dels motorens tomgangsomdreiningstall, dels til kjøretøyeksemplar-ene tilpassede belastningsvariasjoner. Anordningen omfatter tre med programenheten 22 samvirkende organer for disse for-mål .

Et første organ 30 er innrettet til å avføle tenningene i en sylinder og til å omvandle disse til styrepulser. Avfølingen skjer ved en Otto-motor enklest ved at man anbringer en induksjonsklemme 31 på tennpluggkabelen til tennpluggen i en sylinder, hensiktsmessig første sylinder og forbinder klemmen med organet 30 gjennom en leder 32. Tomgangsomdreiningstallet vises i et vindu 33-

En tilkopling gjøres dessuten til fordelerhuset 11 for å avføle hver enkelt tenning. Dette organ gir impulser for indikering av tomgangsomdreiningstallet, det integrerte omdreiningstall under prøvesyklusen likesom det er koplet til en beskyttelse for for høyt omdreiningstall som kan kort-slutte bryteren til jord slik at motoren umiddelbart stanser.

Utsignaler fra det første organet 30 føres via en leder 3^ til det andre organ 35 som automatisk bevirker tom-gangsinnstilling, og til et tredje organ 36 som avføler gass-pedalens stilling ved helt åpent spjeld. Kabelen 3^ fører også tennings impulsene til programenheten 22. Gasspådragsbe-vegelsen er utsatt for to feilmuligheter selv ved prøving av et antall biler av original utførelse, den første gjelder en nullpunktsinnstilling, dvs. den nedtrykning gasspedalen be-høver for å gi et effektoverskudd til motoren overstigende effektbehovet for tomgang. For å eliminere feilspredning lar man gasspedalen bli trykket ubetydelig ned og den stilling ved hvilken tomgangsomdreiningstallet begynner å bli påvirket mot økende omdreiningstall, registreres.

Det andre organ 35 er innrettet til ved tomgangs-kjøring å sammenligne tiden mellom to på hverandre følgende tenninger med en på forhånd valgt tid. Hvis tiden mellom tenningene er for lang, dvs. omdreiningstallet for lavt, starter organet 35 en rampgenerator med hukommelse. Prøve-bilens gasspedal kommer da til å bli drevet langsomt nedad av motoren 2k via overføringsarmen 25 inntil motoromdreinings-tallet blir likt med det på forhånd valgte. Deretter utkoples organet 35 automatisk, men stillingen registreres i minnet. På denne måte kan tomgangsomdreiningstallet under prøven automatisk legges på eller over nominellt anbefalt tomgangsomdreiningstall fer den aktuelle motor. Skulle tomgangsomdreiningstallet vise seg å være unormalt høyt, må man utføre vanlig nedjustering på motoren. Det første organ 30 kan være forsynt med varselorgan 33a, f.eks. en lampe, som koples til hvis omdreiningstallverdien som vises i vinduet 33 er høyere enn nominelt eller ønsket tomgangsomdreiningstall.

Trykket i motorens innsugningsledning er meget lavt under tomgangskjøringen da spjeldet 14 nærmest er stengt og overkritisk strømning hersker. Alt ettersom spjeldet åpnes øker trykket påtagelig til å begynne med men senere i mindre grad. Trykket er med andre ord ikke lineært avhengig av spjeldets stilling. Trykket i innsugningsledningen bestemmer fyllingsgarden i sylindrene og dermed middelt rykket. Så lenge middeltrykket stiger, øker akselerasjonen. Når spjeldventilen er helt åpen, kan man ikke få noen ytterligere trykkstigning og dermed heller ikke noen økende akselerasjon. Det er nød-vendig å fastlegge den gasspedalstilling der dette inntreffer, hvilket svarer til maksimal brenseltilførsel.

Organet 36 virker omtrent på samme måte som organet 35< Frekvensen på de fra organet 30 kommende pulser omvandles slik at man får en spenning som er proporsjonel med omdreiningstallet. Denne spenning deriveres to ganger i en elek-tronisk krets, slik at man får ut omdreiningstallets andre deriverte som er karakteristisk for akselerasjonsøkningen. I forbindelse med at akselerasjonsøkningen opphører, opptrer et spenningssprang når den andre deriveters tegn går fra pluss til minus. Organet 36 inneholder en bistabil vippe som starter en rampgenerator. Fra denne, får man en stigende spenning. Denne spenning overføres til servoforsterkeren 23 hvilken på den ovenfor angitte måte påvirker gasspedalen 15 som trykkes ned helt til den stilling der akselerasjonsøkningen opphører. I dette tilfellet reagerer deriveringskretsen med det oven-nevnte spenningssprang hvilket omstiller den bistabile vippe, hvorved rampgeneratoren stoppes og den aktuelle verdi på spenningen lagres i en hukommelse. De gasspedalstillinger som tilsvarer tomgang resp. opphør av akselerasjonsøkning, er nå fastlagt og programenheten 22 kan via forsterkeren 23 på-virke gasspedalen mellom disse verdier alt etter den kjøre-syklus man har valgt.

Anordningen omfatter også et fjerde organ 37 som i den viste utførelse inneholder en startknapp 38 ved hjelp av hvilken man starter opp hele anlegget. I dette organ finnes to ratt 39 resp. 40 for forinnstilling av beregnet tomgangsomdreiningstall resp. indikering av maksimalt omdreiningstall som ikke må overskrides under prøven. Signaler fra elektroniske organer som er innstillbare ved hjelp av disse ratt, overføres til organer 35 resp. en beskyttelse mot for høyt omdreiningstall.

I organet 37 inngår også en startknapp 4l for til-veiebringelse for temperaturkondisjonering av motoren. Et kjøretøy som kommer inn for avgassanalyse kan ha blitt kjørt hårdt umiddelbart før prøven begynner, og motoren har da en temperatur som ligger over den ved hvilken prøven vanlig-vis utføres. På den andre side kan det naturligvis.hende at motoren er for kald, eller at yttertemperaturen er uvanlig lav. I sistnevnte tilfelle gjelder det endog å få oppvarmet avgassledningen slik at faren for kondensatutfelling redu-seres .

Det kan da være av interesse å kunne kjøre motoren

i en viss tidsperiode slik at den kommer i en temperaturmessig riktig tilstand. Ved hjelp av en knapp 4l kan man på-virke programenheten slik at denne enten "trekker ned" motoren eller "trekker opp" denne til en temperaturverdi som er standardisert for prøvetagning. De eksemplifiserte funk-sjoner kan naturligvis disponeres på annen måte enn det som her er eksemplifisert.

En tidsenhet 42 er tilsluttet det første organ 30

og er forsynt med en startknapp 43. Tidsenheten er via en leder 44 koplet til motorens strømfordeler 11 samt via en ut-signalleder 45 med programenheten 22 og via en andre leder 46 med prøveventilen 21. Prøvesekvensen startes enten automatisk

etter kondisjoneringssekvensen eller ved trykk på startknappen 43.

Sekvensen begynner med forsinkelse i et antall sekunder for at avgassystemet skal fylles med tomgangsav-gasser, hvoretter systemet avventer at et tenningssignal av-feies ved 31 hvorved dels et signal avgis gjennom lederen 45 til programenheten 22 for å starte syklusprogrammet, dels et signal via lederen 46 går til prøveventilen 21. Denne holdes

åpen i en tidsperiode tilsvarende den tid det tar for å kjøre gjennom programmet, i et'vanlig tilfelle 30 sekunder av hvilke et antall av de siste sekundene utgjøres av tomgang.

I organet 30 inngår også et regneverk som markerer det totale antall tenninger i den tid kjøresyklusprogrammet påvirker motoren. Antall tenninger vises i et vindu 47. Prøvesekvensen innebærer at en viss bestemt brenselmengde avgis til motoren og skal svare til et bestemt antall tenninger i motoren. Det registrerte., aktuelle antall tenninger gir sammenlignet med den teoretisk bestemte verdi, et mål på motorens virkningsgrad.

Ved en dieselmotor der man ikke har noe elektrisk tenningssystem, må man i stedet for induksjonsklemmen 31 kople til et avfølingsutstyr til brenselledningen mellom innsprøytingspumpen og sylinder nr. 1. I stedet for lederen 44 fra tennings fordeleren 11 kan man f.eks. kople et regneverk som multipliserer innsprøytingspulsene med antall sylindere, eller kople et eller annet avfølingsutstyr til en roterende del, f.eks. svinghjulet.

I de tilfeller da anordninger av dette slag leies ut til verksteder og kontrollinstitusjoner, kopler man et regneverk 48, f.eks. til kabelen 46. Dette regneverk kommer til å markere hvor mange ganger anordningen anvendes, dvs. hvor mange gassanalyseprøver som er utført.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for ved analyse av avgasser fra kjøre-tøymotorer hvorved motorens gasspådrag under simulerte driftsforhold endres ifølge et forutbestemt program, å oppnå verdier som er sammenligningsbart representative for forskjellige motorer, karakterisert ved at man justerer det apparat som overfører prøveprogrammet til gasspådraget med hensyn til den aktuelle motors effekt og vekten av det kjøretøy som motoren er.installert i, på en slik måte at akselerasjonsendringene i motoren styres slik at de vesentlig tilsvarer av programmet forutsatte hastighetsendringer til kjøretøyet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man før hver prøve avføler og registrerer den stilling til gasspådragsorganet som tilsvarer tomgang i motoren, samt også den stilling som tilsvarer maksimal brenseltilførsel, og at i tilknytning til dette, prøveprogram-met gjennomføres mellom de registrerte verdier.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den maksimale brenseltilførsel under stadig økende gasspådragsforandring, registreres som den stilling der akselerasjonsøkningen opphører.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at man overvåker veivakselens stilling under dens rotasjon og ordner det slik at prøvesyklusen alltid påbegynnes ved en bestemt vinkelstilling.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at man før og/eller etter fastlegging av på-dragsorganets stilling ved tomgang resp. maksimal brenseltil-førsel, gjennomfører et tenperaturkondisjoneringsprogram for motor og avgassledning.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at man i den hensikt å bestemme motorens virkningsgrad, regner antall motoromdreininger under i det minste en del av prøvesyklusen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at overvåkningen av veivakselens stilling ved en Otto-motor skjer ved hjelp av avføling av tennings-, systemet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at overvåkning av veivakselens stilling i en dieselmotor skjer ved avføling av brensélinnsprøytnings-systemet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man holder en prøveventil som forbinder motorens avgass ledning med en gassamlingsdel til analyse-apparatet, åpen kun i den tid som programsekvensen gjennom- føres, og at man samtidig registrerer antall motoromdreininger.

10. Anordning for utøvelse av den i krav 2 angitte fremgangsmåte for i forbindelse med avgassanalyseprøven i en forbrenningsmotor, å , kondisjonere denne for automatisk driftskontroll ved hjelp av en mekanisk enhet (24,25) styrt av en programenhet (22), karakterisert ved et første organ (30) innrettet til å avføle tenninger i en sylinder i motoren og omvandle disse til styrepulser, et andre organ (35) påvirkbart av nevnte pulser og innrettet til å innstille den mekaniske enhet (24,25) for tomgangs-kjøring av den aktuelle motor, samt et tredje organ (36) likeledes påvirkbart av nevnte pulser og innrettet til å innstille programenheten (22)for en gass-reguleringsstilling som tilsvarer den tilstand da akselerasjonsøkningen i den aktuelle motor opphører.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at programenheten. (22) foruten organ for innstilling tilsvarende motoreffekt (27), kjøretøyvekt (28) og aktuelt kjøreprogram (29), omfatter organ for før kjøreprogrammet, å bevirke en temperaturmessig betinget forberedelseskjørings-periode.

12. Anordning ifølge hvilke som helst av kravene 10 eller 11. karakterisert ved at den inneholder et fjerde organ (37) forsynt med middel (39> 40) innrettet til å innstille beregnede verdier for tomgang resp. maksimal brenseltilførsel for den motor som skal prøves.

13- Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at det fjerde organ (37) inneholder middel (4l) for å regulere temperaturforberedelsen.

14. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første organ (30) inneholder en tidsenhet (42) innrettet til hår kondisjoneringsprogrammet er gjennomført, i en viss tidsperiode å åpne en ventil (21) mellom motorens avgassledning og en mottager (18,19) for den gass som skal analyseres.

15- Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første organ (31) er innrettet til å avføle og registrere antall tenninger i prøvetagningsperioden.

16. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en beskyttelse for for høyt omdreiningstall som kortslutter det elektriske system til jord hvis omdreiningstallet overstiger en viss forutbestemt høyeste verdi.