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Aleßverfahren und Vorrichtung zur Einissionsüberwachung
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an einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur
Emissionsüberwachung an einem Kraftfahrzeug, das zur Durchführung der Messung auf
einen Rollenprüfstand, der mit einem Dynamometer und einem Schwungmassensatz ausgerüstet
ist, aufgefahren ist und das mittels einer Pumpe aus einem besonderen, außerhalb
des Fahrzeugs auf einer Waage stehenden Behälter Kraftstoff zum Gemischbildner,
der eine Einspritzanlage oder ein Vergaser sein kann, fördert und dessen Auspuffleitung
über einen Schlauch an einen Sammelbeutel angeschlossen ist.
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Das herkömmliche Verfahren, mit dem die Fahrzeugabgasemission gemessen
wird, ist der sogenannte Europatest (ECKE Typ I). Dabei wird das gesamte während
einer Testfahrt ausgestoßene Abgas in einem großen Beutel gesammelt. Aus diesem
Beutel wird eine Probe entnommen und analysiert.
Zur Messung des
Abgasvolumens wird der gesamte Beutel über einen Gaszähler leergesaugt. Das dadurch
ermittelte Abgasvolumen wird auf Normalbedingungen korrigiert, so daß sich aus Konzentration
und Dichte der Schadstoffkomponenten die im Test freigesetzten Masseemissionen errechnen
lassen.
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Weiterhin wird noch der US Federal Tast (CVS Test; Constant Volume
simple) angewendet. Dabei wird das vom Fahrzeug während des Prüfzyklus erzeugte
Abgas mit Umgebungsluft verdünnt und von einem Rootsgebläse abgesaugt. Dieses Gebläse
arbeitet mit einer wesentlich größeren Fördermenge als der Menge des Abgasstromes
entspricht. In den Abgasbeutel wird ein kleiner in der Momentanzusammensetzung gleicher
Teilstrom geleitet. Nach Abschluß des Fahrprogramms ist die Schadstoffkonzentration
in dem Beutel genauso groß, wie sie im Mittel des abgesaugten Abgas-Luftgemisches
war. Mit dem bekannten Fördervolumen des Rootsgebläses, korrigiert auf Normalbedingungen,
den Dichtewerten und den Emissionswerten lassen sich die im Test ermittelten Schadstoffmassen
errechnen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, die gegenüber dem CVS-Test kostengünstiger
und einfacher zu handhaben sind, wobei jedoch mit ausreichender Genauigkeit die
Massenemission aus den ermittelten Konzentrationswerten errechenbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß über den
Abgas schlauch, in dem ein Mengenteiler und ein Drei-Wege-Ventil angeordnet sind,
ein Teil des Abgasstromes einem (bei nur zur Aufnahme einer Teilmenge des Abgases
bestimmten kleineren) Sammelbeutel zugeführt wird, dessen Inhalt nach seiner Füllung
über das daraufhin umgeschaltete Drei-Wege-Ventil in eine Analyseeinheit entlernt
wird.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens weist der Mengenteiler eine gewichtsbelastete
oder federbelastete, in einer im Anschluß an einen Trichter befindlichen Engstelle
angeordnete, mit einem Schwinghebel arbeitende Stauscheibe auf, die mittels eines
an dem Schwinghebel angeordneten, mit einem Steuerschlitz zusammenarbeitenden Steuerkolben
die Menge des zum Sammelbeutel geführten Abgases steuert, und ist außerdem am Mengenteiler
in Anschluß an die Stauscheibe ein großer Kasten mit einem großen Lufteintrittsfenster
und einem Absaugstutzen angeordnet, durch den der größere Teil des Abgasstromes
ins Freie befördert wird.
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Zur schnellen Anpassung von Konzentrationsänderungen im Abgas an die
Anderung der Durchsatzmenge des Abgases an der Stauscheibe kann am Mengenteiler
ein Druckregler mit einem Oberströmsystem angebaut sein, den ein vor der Stauscheibe
entnommener Abgastelistrom zugeführt wird, der einen Kondenswasserabscheider und
einen Feststoffpartikelfilter durchströmt und von einer Pumpe gefördert wird. Weiterhin
kann vom Druckregler einerseits eine Oberströnleitung zum Trichter zurück und andererseits
eine Leitung zum Steuerzylinder führen.
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Mit einer derartig ausgestalteten Anlage können Abgasmessungen überall
dort gemacht werden, wo keine vollständigen CVS-Testanlagen vorhanden sind oder
wo sich solche nicht rentieren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei dieser Anlage
dadurch, daß ein Test auf einer Versuchsbahn simuliert werden kann.
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Der Testablauf wird entsprechend den gesetzlichen Vorschriften durchgeführt,
wobei sich bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren gegenüber den Gesetzesvorschriften
Anderungen ergeben, die in den folgenden Punkten dargestellt sind.
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1. Der Beutel wird mit Stickstoff gefüllt und entleert.
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2. Der Prüfstand wird abgesaugt und der Fdrtventilator sowie die Beutelfüllpumpe
werden eingeschaltet.
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3. Das Kraftstoffgewicht wird aufgenommen.
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4. Der Motor wird gestartet und gleichzeitig das Drei-Wege-Ventil
auf "Beutelfüllen" umgeschaltet.
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5. Nach dem Motorstart wird eine vorgegebene Fahrkurve eingeschaltet,
die bei dem Fahren des Versuchs eingehalten werden soll.
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6. Die Fahrkurve wird entsprechend der Vorgabe abgefahren.
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7. Bei Beendigung der Fahrt wird der Motor abgestellt und das Drei-Wege-Ventil
geschlossen.
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8. Das restliche Kraftstoffgewicht wird aufgenommen.
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9. Die Prüfstandsabsaugung, der Fahrtwindventilator und die Beutelfüllpumpe
werden ausgeschaltet.
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10. Der Beutelinhalt wird nach CO2, CO-, HC- und NOx-Gehalt analysiert.
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Es folgt nun die Testberechnung. Bei dieser wird angenommen, daß ein
Kohlenstoff/Wasserstoff-Verhältnis von 1 : 1,85 vorliegt, wie es im Federal Register
vorgesehen ist.
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Bei der Berechnung wen die gemessenen Werte wie folgt verwertet: Kraftstoffverbrauch/Test
= [g] CO2 konz. [Vol %] CO tppmJ konz.
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HC konz. bez. auf Propan [ppm] NOx konz.
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Kraftstoffverbauch = # . 100 1 S . # Kr. # 100 km # S = Fahrstrecke
[km] Kr = o,739 g/cm für Benzin
TC = Aquivalentkonzentration für
Gesamtkohlenstoff TC " CO2 + (CO + 3 . 1 HC) 10
K = Feuchtigkeitskorrekturfaktor KH = 1/ L1-o.oo47 (H-7527 H = Luftfeuchte x 7-0
Cglkg7
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens verwendbare, in der Zeichnung
dargestellte Abgastestanlage wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert,
der auch weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können.
Es zeigen Fig. 1 ein Schaltschema für die Abgastestanlage mit einem Mengenteiler,
Fig.
2 in vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt den Mengenteiler mit den zugehörigen
Anschlüssen und den angeschlossenen Hilfsaggregaten.
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Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Schaltschema für die erfindungsgemäße
Abgastestanlage ist ein Kraftfahrzeug 1 auf einen Rollenprüfstand 2 aufgefahren.
Von einer (am Kraftfahrzeug montierten) Kraftstoffpumpe 3 wird Kraftstoff aus einem
Tank 4 gepumpt und einem Vergaser oder einer Einspritzanlage im Motorraum des Kraftfahrzeugs
1 über eine Leitung 5 zugeführt. Oberschüssiger Kraftstoff fließt über eine Rücklaufleitung
6 dem Kraftstofftank 4 wieder zu. Der Kraftstofftank 4 steht auf einer elektronischen
Waage 7, mit der jederzeit das Gewicht des Kraftstofftanks 4 und damit sein Inhalt
gemessen werden kann.
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Außerdem ist im Innern des Kraftfahrzeugs 1 ein Fahrtschieber 8 montiert,
mit dem in üblicher Weise die Fahrzustände des Kraftfahrzeugs aufgezeichnet werden.
Am Auspuff 9 des Kraftfahrzeugs ist ein Abgasschlauch 11 angeschlossen, der über
einen Mengenteiler 12 und ein Drei-Wege-Ventil 13 zu einem Abgassammelbeutel 14
führt. Am Drei-Wege-Ventil 13 ist noch eine Leitung 15 angeschlossen, die zu einer
Analyseeinheit 16 führt, mit der die Konzentration von Kohlenoxid (CO), Kohlendioxid
(CO2), von Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxyden (NO1) ermittelt werden kann.
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In Fig. 2 ist der Mengenteiler 12 mit zusätzlichen Aggregaten dargestellt.
Der Mengenteiler 12 weist eine Stauscheibe 17 auf, die am Ende eines Schwinghebels
18 angeordnet ist. Dieser Schwinghebel ist in einem Lagerpunkt 19 am ehäuse 20 des
Mengenteilers 12 schwenkbar gelagert. An seinem von der Stauscheibe 17 abgekehrten
Ende jenseits des Lagerpunktes 19 ist am Schwinghebel 18 ein Gewicht 21 angebracht,
das der Stauscheibe und den noch am Schwinghebel angebrachten Teilen in etwa die
Waage hält. Am Schwinghebel 18 ist nämlich außerdem noch die Stange 22 eines Steuerkolbens
23 angelenkt, der in einem Zylinder 24 an einem Steuerschlitz 25 vorbei durch die
Schwenkbewegungen des Schwinghebels 18 nach oben und den verschoben werden kann.
Mit diesem Steuerkolben wird die Menge des über die Leitung 26 und das Drei-Wege-Ventil
13 zum Sammelbeutel 14 abgeführten Abgases gesteuert.
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Im übrigen sitzt das Gehäuse 20 des Mengenteilers 12 auf einem großen
Kasten 27, der ein verhältnismäßig großes Fenster 28 für den Lufteintritt und einen
Absaugstutzen 29 für die Absaugung hat. Durch diesen wird der größere Teil des Abgasstromes
ins Freie befördert.
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Zur Anpassung der Konzentrationsänderungen im Abgas an die änderung
der Durchsatzmenge des Abgases an der Stauscheibe ist am Mengenteiler auch noch
ein Druckregler 31 angebaut, dem ein vor der Stauscheibe 17 durch eine Abnahmeleitung
32 entnommener Abgasteilstrom zugeführt wird. In dieser Abnahmeleitung sind ein
Kondenswasserabscheider 33, ein Feststoffpartikelfilter 34 und eine Pumpe 35 angeordnet.
Ferner führt vom Druckregler 31 eine Überströmleitung 36 wieder
zu
dem von einem Trichter 30 umgebenen Raum 37 oberhalb der Stauscheibe 17 zurück.
An den Druckregler 31 ist außerdem noch eine weitere Leitung 38 angeschlossen, die
zum Steuerzylinder 24 wieder zurückführt. Schließlich stellt eine Leitung 39 noch
eine Verbindung von der Oberströmleitung 36 zum Steuerzylinder 24 her.
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Die Messung wird in erfindungsgemäßer Weise mit der Anlage in der
Weise durchgeführt, daß das erzeugte Abgas über die Leitung 11 dem Gasmengenmesser,
der im vorliegenden Falle als Mengenteiler 12 ausgebildet ist, geführt wird.
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Die Stauscheibe 17 fungiert hier als Gasmengenmesser dadurch, daß
die Gegenkraft von hebel und Stauscheibe mit dem Gewicht 21 ins Gleichgewicht gebracht
ist. Der Hub der Stauscheibe 17 ist ein Maß für das durchgesetzte Abgasvolumen.
Durch den im Steuerzylinder 24 angeordneten Steuerkolben 23 wird über den Steuerschlitz
25 ein zum Gesamt strom proportionaler Teilstrom abgezweigt und dem Abgassammelbeutel
14 über die Leitung 26 zugeleitet. Das Abgas aus dem proportionalen Teilstrom wird
in dem Abgassammelbeutel gesammelt. Die Konzentration im Beutel entspricht einer
Konzentration in einem großen Abgassammelbeutel, in dem das gesamte Abgas gesammelt
würde.
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Das während des gesamten Prüfzyklus verbrauchte Kraftstoffgewicht
wird mit der elektronischen Waage 7 gemessen und ermittelt. Bei dem bekannten Kohlenwasserstoffverhältnis
des Kraftstoffs und aus den aus der Beutelanalyse ermittelten Konzentrationswerten
wird mit ausreichend guter Genauigkeit die Massenemission errechnet.