CH634659A5 - Verfahren zur feststellung des emissions-gehaltes der abgase eines kraftfahrzeuges. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH jedes mechanische Spiel vor der Änderung der Kraftstoffzufüh-

1. Verfahren zur Feststellung des Emissions-Gehaltes der rung beseitigt ist, und dass die Betätigung der Kraftstoffzufuhr-Abgase eines Kraftfahrzeuges bei Lastwechsel-Reaktionen des Steuereinrichtung bis zur Rückkehr des Motors in den Leerlauf Verbrennungsmotors, wobei der durch eine Überwachungsein- nur derart erfolgt, dass die Kraftstoffzuführung zunimmt.

heit gesteuerte Motor mit abgekoppeltem Getriebe während ei- s Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielten Er-ner vorgegebenen Messzeit durch Betätigen einer Kraftstoffzu- gebnisse können mit jedem bekannten Test-Zyklus verglichen fuhr-Steuereinrichtung aus einem Leerlauf einer Reihe von Än- werden. Dazu ist es allerdings erforderlich, den Zeitmassstab derungen der Kraftstoffzuführung ausgesetzt wird, während de- entsprechend zu reduzieren.

nen der Motor nur durch seine eigene, als Bremsfaktor beffützte Eine Reduktion des Zeitmassstabes und eine optimale AnTrägheit gebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der îosteuerung der Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung kann auf einersten Änderung der Kraftstoffzuführung die Kraftstoffzufuhr- fachste Weise dadurch erreicht werden, dass zur Zeiteinsparung Steuereinrichtung in eine Leerlaufposition gebracht wird, in der der Motor einer beliebigen Betriebsfolge unterworfen wird, wo-jedes mechanische Spiel vor der Änderung der Kraftstoffzufüh- bei in einem Diagramm die Änderungen des mittleren Arbeits-rung beseitigt ist, und dass die Betätigung der Kraftstoff zufuhr- druckes im Verhältnis zur Geschwindigkeit aufgezeichnet wer-Steuereinrichtung bis zur Rückkehr des Motors in den Leerlauf is den, dass das Diagramm statistisch vereinfacht wird, so dass nur nur derart erfolgt, dass die Kraftstoffzuführung zunimmt. eine geringe Zahl von beispielsweise 6 Hauptwertkurven erhal ten wird, in welchen der Zeitzuwachs für jeden Wert der Dreh-

zahl und des mittleren Arbeitsdruckes als Beeinflussungsfaktor benützt wird, dass auf der Basis von bekannten Moment-Cha-Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung des 20rakteristiken des Motors bei unterschiedlichen Geschwindigkei-Emissions-Gehaltes der Abgase eines Kraftfahrzeuges bei Last- ten das Druckgeschwindigkeits-Diagramm in ein Kraftstoffzu-wechsel-Reaktionen des Verbrennungsmotors, wobei der durch fuhr-Steuereinrichtung/Zeitdiagramm zurückgerechnet wird, eine Überwachungseinheit gesteuerte Motor mit abgekoppel- und dass ein Programm zum Betrieb einer Überwachungsein-tem Getriebe während einer vorgegebenen Messzeit durch Be- heit aufgestellt wird, welche die Kraftstoffzufuhr-Steuereinrich-tätigen einer Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung aus einem 25 tung auf der Basis des Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung/Zeit-Leerlauf einer Reihe von Änderungen der Kraftstoffzuführung diagramms ansteuert.

ausgesetzt wird, während denen der Motor nur durch seine eige- Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren beine, als Bremsfaktor benützte Trägheit gebremst wird. spielsweise anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Zur Feststellung des XJmfangs unerwünschter Schadstoffe in Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausrüstung, die Abgasen von Kraftfahrzeugmotoren wird der Motor während 30 zur Ausführung des Tests benützt wird,

einer bestimmten Zeitperiode einem sogenannten Testzyklus Fig. 2 einen Teil eines möglichen, bekannten Testzyklus,

unterworfen. Damit ist beabsichtigt, eine bestimmte Betriebs- Fig. 3 ein Diagramm, welches darstellt, wie sich der mittlere folge zu simulieren, welche etwa einer möglichen tatsächlichen Arbeitsdruck (PE) des Motors während des Testzyklus mit der Belastung entspricht. Es werden im allgemeinen etwa 30 Minu- Drehzahl (U/min) des Motors ändert,

ten benötigt, um einen solchen Testzyklus auszuführen. Das 35 Fig. 4 das gleiche Diagramm, welches statistisch auf wenige Fahrzeug ist zu diesem Zweck auf ein Chassis-Dynamometer zu Hauptwertkurven reduziert ist,

verbringen, welches die notwendige Bremslast liefert. Fig. 5 ein vereinfachtes Diagramm, welches die Änderungen

Ein derartiger Test macht die Benutzung einer teuren Aus- der Drehzahl (U/min) während eines Lastintervalls darstellt, rüstung erforderlich und es wird ferner viel Zeit verschwendet, und da nicht nur der Testzyklus ausgeführt werden muss, sondern 40 Fig. 6 eine Darstellung, wie die Hauptwertkurven in ein auch das Fahrzeug auf das Chassis-Dynamometer verbracht und Diagramm für die Drosselklappe/Zeit (G/t) für den wirklichen von diesem Dynamometer wieder entfernt werden muss. Motor zurückberechnet werden.

Durch die DE-PS 24 07 031 der Anmelderin ist bereits ein Bei einem Abgas-Emissionstest kann die in Figur 1 schema-

Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, die sich tisch dargestellte Ausrüstung bzw. Einheit verwendet werden, zur Analyse der Abgase von Brennkraftmaschinen eignen, bei 45 Das Fahrzeug ist nur durch sein Vorderteil dargestellt, in wel-welchen eine beträchtliche Zeitreduzierung erhalten wird, in- chem sich ein Motor 10 befindet. Die Kraftstoffzuführung wird dem das Trägheitsmoment des Motors und dessen innere Verlu- auf übliche Weise durch ein Gaspedal 11 bestimmt. Die Abgase ste als Bremsfaktor benutzt werden. Dies setzt voraus, dass der werden über ein Auspuffrohr 12 mit einem nicht dargestellten Testzyklus aus kurzen Beschleunigungs- und Verzögerungsvor- Schalldämpfer abgeleitet.

gängen besteht, welche am Motor in ausgekuppeltem Zustand 50

mit Hilfe der Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung vorgenommen Zur Durchführung des Testvorgangs ist es im vorliegenden werden. Da die Änderung der Kraftstoffzufuhr über das Ge- Fall n'cht erforderlich, das Fahrzeug auf ein Chassis-Dynamo-stänge des Gaspedals erfolgt, muss zuerst ein bestimmtes me- meter zu stellen. Der Motor wird mit Leerlaufgeschwindigkeit chanisches Spiel überwunden werden, bevor tatsächlich eine betrieben, wobei der Motor vom Getriebe ausgekuppelt ist. Änderung stattfindet. Bei jeder Reduzierung der Kraftstoffzu- 55 Während einer vorgegebenen Messzeit von beispielsweise einer fuhr muss dieses Spiel bei einer anschliessenden Erhöhung von halben Minute bis zu einer Minute im Vergleich zu 30 Minuten, neuem überwunden werden. Dieses Spiel führt jedoch bei der die üblicherweise erforderlich sind, um einen festgelegten Test-Aufzeichnung der einschlägigen Kurven zu einer Verfälschung zYklus durchzuführen, wird der Motor einer Serie von kurzen der Werte. Änderungen hinsichtlich der Kraftstoffzuführung ausgesetzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der ein- 60 Jede derartige Änderung hat eine so kurze Dauer, dass der gangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Fehler, die infolge Motor, der, wie vorstehend angegeben ist, keiner externen Be-des mechanischen Spiels von Gestänge, Gaspedal, Drosselklap- lastung ausgesetzt ist, jeweils einen Gleichgewichtszustand bei pe usw. bei einer Belastungssimulierung auftreten können, be- konstanter Geschwindigkeit erreichen wird, aber vor allem we-seitigt werden. sentlich beschleunigt und verzögert wird.

65 Während des Tests wird das Gaspedal 11 von einem Motor Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass vor der 13 betätigt, der durch ein Gestänge 14 mit dem Gaspedal 11 ersten Änderung der Kraftstoffzuführung die Kraftstoffzufuhr- verbunden ist, so dass mehrere Gaspedal-Betätigungen mit vorSteuereinrichtung in eine Leerlaufposition gebracht wird, in der bestimmter Grösse erreicht werden, die voneinander durch In-

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tervalle getrennt sind, die es dem Motor erlauben, zur Leerlaufgeschwindigkeit zurückzukehren.

Der Motor wird von einer Oberwachungseinheit 15 überwacht, wobei die Programmierung derselben eine Voraussetzung bzw. Basis für die Ausführung des Verfahrens darstellt. 5

Gelegentlich kann es wünschenswert sein, auch die Zustände während eines Kaltstartvorganges zu simulieren. Die Testfolge kann daher derart gewählt werden, dass sie bestimmte Vorgänge während des Aufwärmvorganges des Motors beinhaltet.

Während des Tests wird ein Gasvolumen-Teiler 16 am Aus- io puffrohr 12 befestigt und ein bekannter Teil des gesamten Gasvolumens wird in ein Analysiergerät 17 geführt. Das Analysiergerät 17 kann beliebiger Art sein; da es selbst keinen Einfluss auf das erfindungsgemässe Verfahren hat, ist das Analysiergerät nur durch einen gestrichelten Kasten dargestellt. In der Leitung 15 zwischen dem Gas-Verteiler 16 und dem Analysiergerät 17 ist ein Ventil oder Absperrorgan 18 vorgesehen, welches von der Überwachungseinheit 15 derart gesteuert wird, dass es nur während des Tests offen ist.

Die in Figur 1 gezeigte Einheit ist nur ein Beispiel für die 20 Grundelemente, die erforderlich sind, um den Abgas-Emis-sionstest an einem Kraftfahrzeug auszuführen, das ausgekuppelt ist, d.h. an einem Motor, der ohne äussere Last betrieben wird.

Um eine Berechnungsbasis zu erhalten, die mit einem herkömmlichen Testzyklus auf dem Chassis-Dynamometer vergleichbar ist, ist es erforderlich, den Zeitmassstab von etwa 30 Minuten auf weniger als eine Minute zu reduzieren, während der Motor einer etwa vergleichbaren Last ausgesetzt wird. Ersichtlicherweise ist es notwendig, während einer kurzen Beschleunigungsphase eine Abgaszusammensetzung zu erzeugen, 30 die derjenigen entspricht, die erhalten wird, wenn der Motor unter Belastung auf einem herkömmlichen Chassis-Dynamome-ter betrieben wird.

Figur 2 zeigt einen Teil eines typischen Testzyklus-Dia-gramms, das mehrere «Höcker» 30 aufweist, welche Änderun- 35 gen der Motorbelastung während verschiedener Zeitabschnitte darstellen. Die grundlegende Überlegung bei einem derartigen Testzyklus besteht darin, dass das Diagramm eine Reihe von tatsächlichen Situationen im Strassenverkehr darstellen soll, in welchen das Fahrzeug z.B. von einem Vorort in eine Grossstadt 40 gefahren wird und wiederholten Beschleunigungen und Verzögerungen unterworfen wird sowie abwechselnd Steigungen und Gefälle befährt.

Figur 3 zeigt, wie das Testzyklus-Diagramm nach Figur 2 mit Hilfe eines Computers derart zurückgerechnet wird, dass Änderungen des mittleren Arbeitsdruckes (pe = mittlerer effektiver Nutzdruck) im Verhältnis zur Motordrehzahl (U/min) dargestellt werden. Es ist zu beachten, dass jeder «Höcker» 30 im Diagramm nach Figur 2 eine oder mehrere Möglichkeiten von Gangschaltungen enthalten kann. Die Unterbrüche wäh- 50 rend des Schaltens des Getriebes bedeutet, dass die Motordrehzahl sich notwendigerweise nicht jedesmal dann erhöht, wenn der Motor durch einen «Höcker» hindurchgeht, jedoch verringert sein kann, während sich der mittlere Arbeitsdruck erhöht, und dass sich die Motordrehzahl erhöhen kann, während der mittlere Arbeitsdruck konstant bleibt. Verschiedene Belastungsbereiche können durch Abstand zueinander einhaltende Spitzen entlang der Geschwindigkeitsskala dargestellt werden.

Das Durcheinander von Linien 31, die auf diese Weise er- 60 halten werden und in Figur 3 dargestellt sind, kann nicht direkt für praktische Zwecke benützt werden. Figur 4 zeigt, wie das Diagramm nach Figur 3 statistisch auf einige wenige Arbeitsdruckkurven 32 reduziert wird, wobei die Zeitgrösse für jeden Geschwindigkeitswert und der mittlere Arbeitsdruck als Beein- 65 flussungsfaktor benützt werden.

Wenn die Kurven 32 kombiniert werden, ist es notwendig, den negativen Einfluss des Bremsvorgangs auf die Leerlaufgeschwindigkeit zu berücksichtigen, der in Figur 4 durch eine Fläche 33 dargestellt ist.

Wenn die Moment-Charakteristiken bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlicher Kraftstoffzuführung für einen bestimmten Motor bekannt sind, ist es möglich, das Hauptwert-Diagramm nach Figur 4 in ein Kraftstoffzufuhr/Geschwindigkeits-Diagramm zu transferieren. Um eine zufriedenstellende Wiederholung zu erreichen,werden ausschliesslich positive Bewegungen an der Kraftstoffsteuereinrichtung zugelassen, wodurch der Einfluss von mechanischem Spiel ebenso wie von Reibung und Trägheit in Gelenken und Verbindungen beseitigt werden.

Dies ist in Figur 5 dargestellt; diese Figur veranschaulicht ein vereinfachtes Diagramm für Änderungen des mittleren Arbeitsdruckes, welche während eines Kraftstoffzufuhr-Vorgangs auftreten können. Eine Kurve 40 (Fig. 5) hat eine erste Spitze 41 und eine zweite Spitze 42, die durch ein Tal voneinander getrennt sind. Wenn das Spiel und die Reibung in dem Übertragungsmechanismus zwischen dem Gaspedal und dem Glied, welches letztlich den Betrag der Kraftstoffzufuhr bestimmt, eine Grösse entsprechend dem Wert 43 (Fig. 4) hat, ist es unmöglich, den oberen Abschnitt der Spitze 41 in geeigneter Weise zu steuern und die gewünschte Änderung des Motors kann nicht erhalten werden. Wenn das Spiel und die Reibung dem Wert entsprechen, der in Figur 5 mit 44 bezeichnet ist, wird keine Änderung der Spitze 41 bemerkt. Es ist daher wichtig, dass die Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung auf eine Null-Position eingestellt wird, bevor das erste Belastungsereignis in den Testserien auftritt, wobei in dieser Nullposition jedes Spiel usw. beseitigt ist, und dass diese Einrichtung ausserdem während jedes folgenden Betätigungsereignisse bis zu dem Punkt, an welchem sie in die Leerlauf-Betriebsposition zurückkehrt, nur in einer positiven Richtung verstellt wird, d.h. dass jeweils nur eine Erhöhung der Kraftstoffzufuhr stattfindet.

Die tatsächliche Testmethode, die auf einem Motor basiert, der hauptsächlich durch sein eigenes Trägheitsmoment gebremst wird, ist zeitbezogen und es ist daher notwendig, eine weitere Zurückrechnung auszuführen, um ein Diagramm für die Position der Kraftstoff-Zufuhreinrichtung gegenüber der Zeit entsprechend Figur 6 zu schaffen. Dies wird auf einfache Weise durch die Beziehung

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w=4- iw2

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bestimmt, wobei W die zugeführte Arbeit ist, die in dem Diagramm mittlerer Arbeitsdruck/Umdrehung pro Minute aufgezeichnet wird, I das Trägheitsmoment des Motors und co eine lineare Funktion der Geschwindigkeit (Radianten/Sekunde).

Die Durchführung eines Testzyklus entsprechend Figur 2 beinhaltet einige Zehntausend von Zündvorgängen im Motor, während ein Betrieb entsprechend dem Diagramm nach Figur 6 nur einige Tausend Zündvorgänge beinhaltet.

Es ist zu beachten, dass die Kurven 45 (Fig. 6) klar zeigen, dass die Kraftstoff-Steuereinrichtung während jedes Belastungsereignisses nur in positiver Richtung bewegt wird, bis zu dem Punkt, an welchem das Ereignis endet. Die Kraftstoff-Steuereinrichtung kann während bestimmten Abschnitten stationär gehalten werden, ohne dass dabei das Spiel die Zufuhr beeinflusst.

Die Methode, den Motor gegen seine eigene Trägheit und gegen seine inneren Verluste während eines Abgastestes zu betreiben, bedeutet eine beträchtliche Zeitverkürzung. Es ist ausserdem offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren es

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ermöglicht, Programme zur Steuerung des Kraftstoff-Zufuhrsystems eines Motors festzulegen, was gewährleistet, dass die Menge an gesammeltem Gas zur Analyse während des vereinfachten Testvorganges jeden gewünschten Testzyklus bestehender Art vollständig repräsentiert. Damit lässt sich eine Zeiteinsparung bei der Analyse von Abgasen erreichen.

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2 Blatt Zeichnungen