Оценка выброса вредных веществ автомобилем производится с помощью системы контроля. Эта система контроля может быть установлена на новых автомобилях при серийной сборке, а на старых - вмонтирована в виде модуля. Последующая установка прибора осуществляется без изменения первоначальной конструкции автомобиля.
В данном изобретении раскрываются возможности обнаружения сбоев в камере сгорания, т.е. в моторе и системе последующей обработки выхлопных газов, а именно, в катализаторе путем непосредственного измерения концентрации газов, образующихся при сгорании топлива. Концентрация этих газов в определенных посредством выбора местах дает важную информацию о полноте сгорания топлива, а также об эффективности работы катализатора.
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННОГО СГОРАНИЯ И В СИСТЕМЕ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЯ
(51) МПК: 7 F01N 3/08, G01M 15/00
Сведения о документе ▾
- (11) Номер документа
- 326
- (13) Код типа документа
- P
- (51) МПК
- 7 F01N 3/08, G01M 15/00
- (45) Дата публикации
- 24.12.2001
- Статус
- Прекратил действие
Заявка ▾
- (21) Рег. номер заявки
- 20000624
- (22) Дата подачи заявки
- 04.11.1998
- (31) Конвенционный приоритет
- 19753006.0
- (32) Дата подачи конв. заявки
- 30.11.1997
- (33) Страна приоритета
- DE
PCT ▾
- (86) Дата заявки PCT
- 04.11.1998
- (86) Номер заявки PCT
- PCT/DE 98/03305
Лица ▾
- (71) Заявитель(и)
- ВИССЕНШАФТЛИХЕ ВЕРКШТАТ ФЮР УМВЕЛ-ТМЕССТЕХНИК ГМБХ (US)
- (72) Автор(ы)
- ПАЛОЗ-АНДРЕСЕН, Михаэл (US)
- (73) Патентообладатель(и)
- ВИССЕНШАФТЛИХЕ ВЕРКШТАТ ФЮР УМВЕЛ-ТМЕССТЕХНИК ГМБХ (US)
Реферат
Формула изобретения
1. Способ обнаружения дефектов в двигателе и в системе последующей обработки выхлоп-ых газов при помощи катализаторного конвертера посредством замера вредных компонентов в выхлопных газах автомобилей, характеризующийся тем, что образующаяся во время холодного запуска двигателя концентрация газообразных компонентов, углеводорода (НС), окиси углерода (СО) и окиси азота (NO) определяется с помощью газового анализатора и
- максимальная концентрация замеренных компонентов
- продолжительность фазы холодного запуска двигателя
- время, на которое приходится эмиссионный пик после запуска двигателя
рассматриваются как характерные параметры для оценки состояния автомобиля; при этом каждый автомобиль подвергается испытанию во время проверки качества на заводе-производителе или в автомастерской, во время которого он неоднократно проходит через фазу холодного запуска двигателя, а результаты испытания, свидетельствующие о безотказной работе всех конструктивных элементов, имеюих отношение к эмиссии, вводятся в память бортовой измерительной, управляющей и регу-лирующей системы в виде статистических средних величин; замеряемые при каждом последующем холодном запуске двигателя параметры сравниваются с характерными для данного автомобиля и хранящимися в памяти машины параметрами, причем любое нежелательное большое или выходящее за установленные пределы изменение ведет к появлению предупреждающего сообщения.
2. Способ, характеризующийся согласно пункту 1 формулы изобретения тем, что процесс запуска двигателя осуществляется автоматически с помощью бортовой измерительной, управляющей и регулирующей системы с целью оптимальной установки характерных параметров, при этом обеспечивается оптимальное, единообразное, поддающееся сравнению и контролю поведение автомобиля во время запуска двига-теля, причем для оптимальной установки характерных параметров во время запуска двигателя привлекаются наиболее важные нормативные параметры окружающей среды, такие как температура воздуха вне машины, давление, влажность, а также направление и сила ветра и образование льда.
3. Способ, характеризующийся согласно одному из предшествующих пунктов формулы изобретения тем, что во время испытания автомобиля искусственно и сознательно моделируются ошибки в поведении автомобиля, ведущие к определенному и известному повышению концентрации вредных веществ, которое может быть зафиксировано с помощью измерительных приборов и оценено на основании имеющихся характерных параметров; при этом
- высокие концентрации, появляющиеся в системе сгорания разжижаются с помощью насоса,
- а низкие концентрации за катализаторным конвертером, замеряются в неразжиженном состоянии,
- и обе характеристики, замеряемые перед и за катализаторным конвертером, при помощи имеющихся характерных параметров срав-ниваются друг с другом.
4. Способ, характеризующийся согласно одному из предыдущих пунктов формулы изобретения тем, что этот метод может быть распро-странен на все двигатели внутреннего сгорания, подобные тем, которые установлены на судах, самолетах и дизельных локомотивах.
5. Способ, характеризующийся согласно одному из предыдущих пунктов формулы изоб-ретения тем, что при наличии недопустимых превышений характерных параметров, вызванных неполадками в моторе и в конструктивных узлах машины, имеющих отношение к эмиссии и располо¬жен¬ных между свободно отходящими газами и адсорбирующей системой позади ката-лизаторного конвертера, отработанные газы могут быть автоматически или вручную перенаправлены таким образом, чтобы они прошли через адсорбирующую массу.
6. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что и при внешних данных, поступающих из системы управления транспортом, например при большой загруженности улиц транспортными средствами или при запрете на проезд для авто-мобилей, загрязняющих окружающую среду, могут быть включены адсорбирующие ловушки и выхлопные газы направлены через них.
7. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что в зависимости от типа мотора, типа автомобиля и его мощности, меняется как качественный, так и количественный состав адсорбирующей массы, которая состоит из нескольких поразному комбинируемых материалов, тем самым обеспечивается применение адсорбентов как в машинах, работающих на легком карбюраторном топливе, так и на дизельных автомобилях.
8. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что количество адсорбирующей массы определяется средним для данной страны расстоянием между двумя автомастерскими, а также средним количеством выхлопных газов, выбрасываемых автомобилем того или иного типа.
9. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что использованная адсорбирующая масса после нескольких десорбирующих циклов заменяется на бензоколонке с последующей переработкой или утилизацией.
- максимальная концентрация замеренных компонентов
- продолжительность фазы холодного запуска двигателя
- время, на которое приходится эмиссионный пик после запуска двигателя
рассматриваются как характерные параметры для оценки состояния автомобиля; при этом каждый автомобиль подвергается испытанию во время проверки качества на заводе-производителе или в автомастерской, во время которого он неоднократно проходит через фазу холодного запуска двигателя, а результаты испытания, свидетельствующие о безотказной работе всех конструктивных элементов, имеюих отношение к эмиссии, вводятся в память бортовой измерительной, управляющей и регу-лирующей системы в виде статистических средних величин; замеряемые при каждом последующем холодном запуске двигателя параметры сравниваются с характерными для данного автомобиля и хранящимися в памяти машины параметрами, причем любое нежелательное большое или выходящее за установленные пределы изменение ведет к появлению предупреждающего сообщения.
2. Способ, характеризующийся согласно пункту 1 формулы изобретения тем, что процесс запуска двигателя осуществляется автоматически с помощью бортовой измерительной, управляющей и регулирующей системы с целью оптимальной установки характерных параметров, при этом обеспечивается оптимальное, единообразное, поддающееся сравнению и контролю поведение автомобиля во время запуска двига-теля, причем для оптимальной установки характерных параметров во время запуска двигателя привлекаются наиболее важные нормативные параметры окружающей среды, такие как температура воздуха вне машины, давление, влажность, а также направление и сила ветра и образование льда.
3. Способ, характеризующийся согласно одному из предшествующих пунктов формулы изобретения тем, что во время испытания автомобиля искусственно и сознательно моделируются ошибки в поведении автомобиля, ведущие к определенному и известному повышению концентрации вредных веществ, которое может быть зафиксировано с помощью измерительных приборов и оценено на основании имеющихся характерных параметров; при этом
- высокие концентрации, появляющиеся в системе сгорания разжижаются с помощью насоса,
- а низкие концентрации за катализаторным конвертером, замеряются в неразжиженном состоянии,
- и обе характеристики, замеряемые перед и за катализаторным конвертером, при помощи имеющихся характерных параметров срав-ниваются друг с другом.
4. Способ, характеризующийся согласно одному из предыдущих пунктов формулы изобретения тем, что этот метод может быть распро-странен на все двигатели внутреннего сгорания, подобные тем, которые установлены на судах, самолетах и дизельных локомотивах.
5. Способ, характеризующийся согласно одному из предыдущих пунктов формулы изоб-ретения тем, что при наличии недопустимых превышений характерных параметров, вызванных неполадками в моторе и в конструктивных узлах машины, имеющих отношение к эмиссии и располо¬жен¬ных между свободно отходящими газами и адсорбирующей системой позади ката-лизаторного конвертера, отработанные газы могут быть автоматически или вручную перенаправлены таким образом, чтобы они прошли через адсорбирующую массу.
6. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что и при внешних данных, поступающих из системы управления транспортом, например при большой загруженности улиц транспортными средствами или при запрете на проезд для авто-мобилей, загрязняющих окружающую среду, могут быть включены адсорбирующие ловушки и выхлопные газы направлены через них.
7. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что в зависимости от типа мотора, типа автомобиля и его мощности, меняется как качественный, так и количественный состав адсорбирующей массы, которая состоит из нескольких поразному комбинируемых материалов, тем самым обеспечивается применение адсорбентов как в машинах, работающих на легком карбюраторном топливе, так и на дизельных автомобилях.
8. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что количество адсорбирующей массы определяется средним для данной страны расстоянием между двумя автомастерскими, а также средним количеством выхлопных газов, выбрасываемых автомобилем того или иного типа.
9. Способ, характеризующийся в соответствии с пунктом 5 формулы изобретения тем, что использованная адсорбирующая масса после нескольких десорбирующих циклов заменяется на бензоколонке с последующей переработкой или утилизацией.
Описание
1 Введение
[0001] В последние десятилетия заметно возрос-ли усилия по сокращению выброса отработанных газов. Это можно объяснить тем, что сильно возросло количество транспортных средств, являющихся причиной вредного выброса в атмосферу. Поэтому один из действенных методов сокращения вредных выбросов заключается в создании транспортных средств нового типа, характеризующихся низким содержанием вредных веществ в выхлопных газах и экономным расходом топлива.
2 Положение на сегодняшний день
[0002] Двигательный цикл автомобиля склады-вается из двух основных фаз, в течение которых происходит выброс отработанных газов:
• из фазы холодного запуска двигателя, при которой размер выхлопа измеряется значительными величинами, и
• последующей фазы работы уже разогрето-го двигателя, для которой характерен меньший выброс отработанных газов.
[0003] Большая проблема заключается в том, что объем выхлопа движущегося по дороге ав-томобиля невозможно проверить с помощью теста, проводимого в строго определенных условиях на роликовом испытательном стенде. Поэтому результаты, полученные во время тако-го теста не могут свидетельствовать о действи-тельном положении вещей, их можно считать лишь частичной проверкой. Соблюдение допу-стимых норм выброса для транспортных средств типа ULEV (Ultra-Low-Emission-Vehicle – транс-портные средства с крайне низким выбросом), а также EURO III и EURO IV должно, в виду ука-занного обстоятельства, контролироваться, наряду с испытаниями на стенде, с помощью новых измерительных технологий, позволяющих измерить объем выброса в месте нахождения автомобиля.
[0004] В США легковые автомобили могут быть снабжены специальной системой бортовой диа-гностики (On-Board-Diagnose II-System), которая требует наблюдения за всеми конструктивными элементами автомобиля, имеющими отношение к выбросу отработанных газов, а именно таким как -видный сенсорный датчик, топливная си-стема, вспомогательная система воздушного охлаждения, система обратной подачи выхлоп-ных газов, вентиляция бензобака и система рас-познавания сбоев при сгора¬нии топлива. Однако, концентрация вредных веществ при этом не за-меряется, а выводится опосредованно из анализа сигналов, поступающих от соответствующих сенсорных датчиков.
[0005] Для трехходового катализаторного кон-вер¬тера есть только одно предельное значение содержания углеводорода (HC), соблю¬дение которого обеспечивается опосредованно благо-даря возможности катализаторного конвертера аккумулировать кислород. Для этой цели сли-чаются измерительные сигналы, подаваемые двумя сенсорными датчиками, установленными до и после каталитического конвертера; полу-ченное соотношение сигналов, в свою очередь, сопоставляется с количеством преобразованного углеводорода. Этот способ не позволяет судить о непосредственном количестве выбрасываемого углеводорода. В то же время, в автомобилях с постоянно снижающимися нормами выброса непосредственное измерение содержания вред-ных веществ является наиболее предпочтитель-ным.
[0006] В последние годы были разработаны системы катализаторных конвертеров, которые способны за одну минуту набрать необходимую рабочую температуру. Тем самым выброс вред-ных веществ снижается до минимума по сравне-нию с преж¬ним состоя¬нием, при котором выброс в момент холодного запуска двигателя состав-лял значительную часть общего выброса. При этом большую роль играют догорание смеси, последующая обработка отходящих газов и электроразогрев. Кроме того, были разработа-ны раскисляющие системы, при которых к пото-ку отхо¬дя¬щих газов приме¬шивается дополни-тельное вещество. Вступая в реакцию с газами, оно позволяет добиться необходимого изменения в их составе. Адсорбенты позво¬ляют удержать вредные вещества во время холодного запуска двига¬теля. После того, как мотор и катализатор-ный конвертер разогреются, сдерживаемые пол-лю¬тан¬ты десорбируются. Адсорбенты на базе активированного угля используются для удер-живания несгоревших углеводородов; адсорбен-ты на базе цеолита – для улавли¬вания окислов азота. Однако, в настоящее время не существует метода, кото¬рый бы позволил уменьшить содер-жание вредных веществ в отходящих газах не только на стадии холодного запуска двигателя, но и в критических ситуациях, напр謬мер при неполадках в системе сгорания или в системе последующей обработки выхлопных газов.
[0007] В печатном издании DE 196 45 202 A1 предлагается с целью улучшения контроля за эффективностью работы катализаторного кон-вертера двигателя внутреннего сгорания при-плюсовать к количеству углеводорода (HC), выбрасываемому во время заранее определен-ного временного окна, количество, выбрасы-ваемое за временной промежуток dt – замеры производятся за катализаторным конвертором и полученные величины переводятся в граммы.
[0008] Как исходный временной пункт (tA), так и временной промежуток (dt) зависят от способа привода двигателя внутреннего сгорания, к при-меру, учитывается подача топлива в различные периоды времени. Суммарная величина, полу-ченная за временной промежуток dt во время виража, сравнивается с предельной допустимой величиной и, если отключение достигает некой заранее установленной величины, появляется сигнал, предупреж¬дающий о сбое. Другие пара-метры, необхо¬димые для однозначного опреде-ления поведения машины во время крутого раз-ворота, в рассматриваемом патентном описании не указываются.
[0009] В печатном издании EP-A-9 609 527 A1 приводится способ проверки эффективности работы катализаторного конвертера, установ-ленного в трубе для отходящих газов, который требует соблюдения определенных краевых условий в течение некоторого периода времени, когда двигатель находится в первоначальном рабочем состоянии. Если эти условия соблюде-ны, то во время второго периода, к примеру во время рывка, появляется сигнал, свидетельству-ющий о ненормальном для данного состояния выхлопе и оценивается реакция температурного сенсора, находящегося позади катализатора.
[0010] Если изменение температуры выхлопа в результате эмиссионного импульса лежит за пределами предусмотренных границ, то появля-ется сигнал, указывающий на недо¬пустимо низ-кую норму конверсии. Другие параметры, такие как поведение несгоревших газообразных суб-станций в выхлопе, данным способом не охва-тываются.
[0011] В РСТ/DE 95/01484 описывается приспо-собление для тестирования выхлопа, которое состоит из измерительного прибора для измере-ния по крайней мере одного компонента выхло-па (NO, CO2, HC, O2), из измерительного зонда, крепящегося к концу выхлопной трубы, из при-способления для снятия показаний и рулевого устройства. Данные, поступающие для оценки, сравниваются с находящимися в памяти устрой-ства нормативными показателями с последую-щей выдачей информации о надежности или ненадежности измеренных величин. Измерения в других местах автомо¬биля не предлагаются.
3 Определение задачи с учетом выброса вредных веществ автомобилями
[0012] Оценка выброса вредных веществ авто-мобилем производится с помощью системы кон-троля. Эта система контроля может быть уста-новлена на новых автомобилях при серийной сборке, а на старых – вмонтирована в виде мо-дуля. Последующая установка прибора осу-ществляется без изменения первоначальной кон-струкции автомобиля.
[0013] Задача данного изобретения заключается в том, чтобы раскрыть наиболее существенные возможности в обнаружении сбоев в камере сго-рания, т.е. в моторе и системе последующей об-работки выхлопных газов, а именно в катали-заторе путем непосредственного измерения кон-центрации газов, образующихся при сгора¬нии топлива. Концентрация этих газов в опреде-ленных, посредством выбора, местах дает важ-ную информацию о полноте сгорания топлива, а также об эффективности работы катализатора.
[0014] Эта задача решается в пункте 1 формулы изобретения. Дальнейшие полезные усовершен-ствования составляют предмет производных притязаний.
[0015] Измерить небольшие изменения в выбросе вредных веществ в жестких условиях дорожного движения необычайно трудно. Есть две возмож-ности:
• оценка вредных выбросов во время холод-ного запуска двигателя и
• измерение концентрации вредных веществ в выхлопе движущегося автомобиля.
[0016] Примеры реализации изобретения объяс-няются далее с помощью рисунков:
[0017] На рисунках изображены:
Рисунок 1 Основные детали системы сгора-ния автомобиля
1) Мотор
2) Система последующей обработки отра-ботанных газов с катали¬заторным конвертером, глушителем и выхлопной трубой
3) Измерительная система
Рисунок 2 Диаграмма американского испы¬та-тельного цикла US 75 (навер¬ху) с соответствую-щим выбро¬сом вред¬ных веществ (внизу)
Рисунок 3 Установка измерительных прибо-ров для сравнительного измерения выхлопа
Рисунок 4 Выхлоп во время холодного запус-ка двигателя у автомобиля с низким уровнем выброса вред¬ных веществ
Рисунок 5 Увеличение времени холодного запуска двигателя и рост абсолют¬ного выброса углеводородов в результате старения катализа-тор¬ного конвертера
Рисунок 6 Толкование определенных пара-мет¬ров для математического анализа эмиссии при холодном запуске двигателя
4) Положение эмиссионного максимума на временнoй шкале после запуска двигателя
5) Максимальная концентрация измеряемых компонентов
6) Длительность фазы холодного запуска двигателя
7) Площадь эмиссии при холодном запуске двигателя
Рисунок 7 Меры по уменьшению выброса вредных веществ
Рисунок 8 Размещение адсорбирующего устро鬬ства в выхлопной систе¬ме автомобиля
8) Система сгорания
9) Система последующей обработки отра-ботанных газов
10) Бортовая система контроля
11) Вентиль
12) Адсорбирующая ловушка
13) Вторая адсорбирующая ловушка
14) Система нагревания
15) Вакуумная система
Рисунок 9 Передача данных с транспортного средства на пункт управления и с пункта управления на транспортное средство
17) Носитель информации
18) Телефон
19) Судно
20) Передача данных через спутник
21) Самолет
Рисунок 10 Уменьшение скорости судна на основании поступивших с контроль¬ного пункта изменен¬ных параметров
3.1 Измерение концентрации вредных ве-ществ в выхлопе движущегося авто¬мо¬-биля
[0018] Система сгорания в автомобиле состоит из двух основных элементов – мотора (1) и си-стемы переработки выхлопных газов (2), см. Рис.1. Замеры, произведенные позади мотора, поставляют информацию о ходе процесса сго-рания, а сигналы, поступающие от датчиков, расположенных за катализаторным конверте-ром, – о состоянии системы пере¬работки вы-хлопных газов. Концентрация основных загряз-нителей выглядит в этих двух местах совершен-но по-разному. Уровень концентрации позади мотора в 10-100 раз превосходит уровень кон-центрации позади технически безупречно функ-ционирующего катализаторного конвертера. Описываемая здесь измерительная система (3) производит замеры в обоих местах.
[0019] На Рис.2 показаны результаты измерения, проведенные в соответствии с американ¬ским 75-цикловым тестом позади катализаторного кон-вертера в автомобиле с низ¬ким уровнем выброса. На диаграмме видно, что несмотря на эффект торможения и ускорения, выброс вредных ве-ществ в период после холодного запуска двига-теля незначителен. На основании только этих данных почти невозможно установить незначи-тельные повреждения или медленно протекаю-щие процессы разрушения, если они будут иметь место в автомобилях данного типа. Это обстоя-тельство связано с тем, что измери¬тельные сиг-налы оцениваются по отношению к нулевой точке; кроме того, они подвержены естествен-ным колебаниям. Почти невозможно отличить повышение концентрации вредных веществ, вызванное незначительным повреж¬дением, от повышения уровня шума, являющегося резуль-татом внешних воздей¬ствий. Здесь на помощь может прийти метод аккумуляции. К примеру, можно смоделировать конкретный дефект, кото-рый может возникнуть в процессе сгорания. Смоделированный дефект может привести к скоплению определенного коли¬чества вредных веществ за мотором. Этот выброс вредных ве-ществ можно замерить перед и за катализатор-ным конвертером и исполь¬зовать результаты замера для сравнения, см. Рис.3. С этой целью сначала производят замер выхлопа за мотором, но перед катализаторным конвертером. Эти выхлопные газы еще не подверглись обработке, и по полученным сигналам можно судить о со-стоянии мотора. Производя замер позади ката-лиза¬торного конвертера, можно получить доста-точно хорошее представление о состоянии си-стемы последующей обработки выхлопных га-зов.
Попеременные замеры выхлопа перед и за ката-лизаторным конвертером и получен¬ные данные, которые попеременно вводятся в анализирую-щее устройство (и свиде¬тельствуют о высокой или низкой концентрации вредных веществ), позволяют сэкономить средства и место в авто-мобиле, поскольку необходим лишь один изме-рительный прибор с одной регулируемой изме-рительной шкалой. Этот измери¬тельный прибор сконструирован применительно к уровням кон-центрации вредных веществ за катализаторным конвертером. Концентрация вредных веществ перед катализаторным конвертером, которая может колебаться в больших пределах, заме-ряется тем же самым прибором, для чего газы необходимо предварительно разрядить.
3.2 Оценка содержания вредных веществ в выхлопе в период холодного запуска двигателя
[0020] На Рис.4 показано поведение автомобиля типа LEV (с низким содержанием вредных ве-ществ в выхлопе). Замеры производились за катализаторным конвертером. Если не учиты-вать высокий уровень выброса в момент холод-ного запуска двигателя, то концентрация HC очень низкая. Замеры, произведенные в первые 40-80 секунд после запуска двигателя, показы-вают высокую, по сравнению с последую¬щим низким уровнем, концентрацию вредных веществ в выхлопе. При определенных обстоятель¬ствах они могут достигать несколько тысяч ppm (parts per million – частиц на миллион). Тем самым, их легче замерить с помощью измерительных при-боров, чем более низкие концентрации в после-дующий период работы уже разогретого мотора.
[0021] Замеры, произведенные в период холод-ного запуска двигателя, имеют то преиму¬щест¬во, что неполадки в системе последующей обработ-ки выхлопных газов на этой стадии сразу бро-саются в глаза. Рис.5 показывает рост пиковой точки по мере старения катализатор¬ного кон-вертера. В виду того, что стареющему конверте-ру нужна все более высокая температура, уве-личивается временнaя продол¬жи¬тель¬ность вы-броса. Наряду с этим наблюдается и рост абсо-лютного пика эмиссии. Эффектив¬ность процесса конверсии падает.
[0022] Форма и размер пиковой области на диа-грамме прекрасно отражают поведение даже самых новых автомобилей. Рекомендуется за-фиксировать положение максимального выброса вредных веществ на временнoй шкале после запуска двигателя (4), макси¬мальную концен-трацию замеренного компонента (5), продолжи-тельность фазы холодного запуска двигателя (6) и площадь эмиссии в момент холодного запуска (7) – см. Рис.6. На каждый автомобиль, покида-ющий завод-производитель или мастер¬скую, составляется индивидуальная диаграмма, кото-рая отражает средний результат, полученный на основании нескольких замеров, произведенных в момент холодного запуска двигателя данного автомобиля. Вышеназванные четыре величины хранятся в памяти машины. При составлении диаграммы предполагается, что условия окру-жа¬ю¬¬щей среды, такие как температура воздуха вне машины, давление, влажность и др., соответ-ствуют норме. Каждая последующая фаза хо-лодного запуска двигателя будет соотно¬ситься с диаграммой и все имеющие место изменения будут выявляться на базе вышеназванных четы-рех характерных величин (4-7). Если окажется, что они превысили заданную норму, сработает предупреждающее устройство.
4 Уменьшение содержания вредных ве-ществ в выхлопе автомобиля в период холодного запуска двигателя и в случае неполадок у движуще¬гося автомобиля
[0023] Здесь будут описаны действия, которые позволят, в случае высокой концентрации вред-ных веществ в выхлопе (холодный за-пуск/дефект) или в периоды повышенной загряз-ненности атмосферы (большое коли¬чество ма-шин), принять меры по мини¬ма¬ли¬зации содержа-ния вредных веществ.
[0024] Для уменьшения завышенной концентра-ции вредных веществ можно устано¬вить на пути выхлопных газов адсорбирующую систему – см. Рис.7. Адсорбирующая ловушка образуется с помощью по крайней мере одного или несколь-ких – что пред¬почтительнее – химических ве-ществ, которые задерживают путем соответ-ствующей адсорбции не только углеводороды, но и молекулы СО и NO. Адсорбирующая смесь может состоять, например, из активированного угля, бурой почвы, известной также под назва-нием гопкалит, и различных цеолитов.
[0025] При нормальном функционировании ав-томобиля выхлопные газы беспрепятственно выбрасываются наружу через выхлопную трубу. Однако, если автомобиль запус¬кает¬ся после длительного простоя или возникли проблемы в системе сгорания (8) или в системе последую¬щей обработки отработанных газов (9), см. Рис.8, то установ¬ленная на борту система контроля (БСК – бортовая система контроля) не только сообща-ет водителю о неполадке, но и направляет поток выхлопных газов назад, через вентиль (11). При большой загруженности улиц (затор уличного движения, центр города) адсорбирующая систе-ма может включаться автоматически или приво-диться в действие водителем. Перенаправленная струя выхлопных газов теперь не устремляется беспрепятственно наружу, а проходит через адсорбирующую систему. Адсорбирую¬щая си-стема состоит из двух адсорбирующих ловушек (12 и 13), которые работают попеременно. При холодном запуске двигателя или в случае непо-ладки в системе сгорания или в системе после-дующей обработки отработанных газов вы-хлопные газы направ¬ляются через адсорбирую-щее устройство. В случае неполадки в системе сгорания все вредные вещества удерживаются до тех пор, пока неполадка не будет устранена. В случае неполадки в системе обработки отра-ботан¬ных газов адсорби¬рующие ловушки вклю-чаются попеременно и регенерируются; при этом десорбиро¬ванные поллютанты в концен-три¬рованной форме направляются обратно в камеру сгорания (с примесью вторичного возду-ха) безупречно функциони¬рующего мотора. Десорбция достигается путем повыше¬ния темпе-ратуры при помощи системы нагре¬вания (14) и/или путем снижения давления посредством вакуумной системы (15). Этот процесс позволяет не допустить выброса большого количества вредных веществ в период между поступившим сообщением о неполадке и ее устранением. В результате води¬тель сможет, уже после обнару-жения неполадки, без проблем проехать еще 100 и даже 1000 километров, пока не доберется до ближайшей мастерской даже в мало¬населенной местности.
[0026] Использованный и более не подлежащий регенерации адсорбирующий материал заменя-ется простым способом с помощью модулярной технологии. Этот процесс напоминает процеду-ру замены масляного фильтра в современной машине. Перера¬ботка окончательно использо-ван¬ного адсорбирующего материала должна осущест¬вляться организованно. При этом со всей массой адсорбирующего материала поступают также, как и с отработанным маслом. Дальней-шая переработка собран¬ного адсорби¬рующего материала осуществляется согласно существу-ющему на конкретный момент уровню развития техники.
[0027] Еще одна возможность снизить выброс вредных веществ во время холодного запуска двигателя заключается в использовании метода, при котором процесс запуска осуществляется унифицировано и независимо от водителя. Этот метод требует, чтобы все автомобили были оснащены автоматическим приспособлением для запуска. Это приспособление запускает двигатель самостоятельно и наилучшим обра-зом, принимая во внимание внешние условия, такие как температура и влаж¬ность воздуха, давление, сила и направление ветра, гололед, а также показания бортовой системы контроля.
5 Замер выброса вредных веществ самоле-тами, судами и дизельными локомотивами
[0028] Суда, самолеты и локомотивы не на элек-трической тяге сильно загрязняют окружа¬ю¬щую среду.
[0029] Все три типа транспортных средств объ-единяет то, что они сжигают углеводород и бес-контрольно выбрасывают конечные продук¬ты сгорания в атмосферу. По этой причине в систе-ме сгорания, через которую проходит поток отработанных газов, следует установить изме-рительное устройство. Измерительное устрой-ство может соприкасаться с потоком отработан-ных газов напрямую или опосре¬дованно через газо-заборное приспособление.
[0030] Информация, касающаяся локомотивов (16), может накапливаться и передаваться с по-мощью компьютера, который соединен с измери-тельным устройством через соот¬ветствующие интерфейсы; данные собираются на носителе информации (17) и архи¬ви¬руются после каждой поездки – см. Рис.9. Передача данных может осуществлять¬ся также по телефону (18); именно таким образом данные передаются на современ-ных внутригородских поездах. Данные могут передаваться на соответствующую станцию, пока локомотив еще находится в пути. На стан-ции они подвергаются обработке. На судах (19) передача данных, собранных на накопителях типа дискет или различных карт, должна быть обеспечена с помощью их непосредственного считывания с соответствующего интерфейса или с помощью спутниковой связи (20). На самоле-тах (21) необходима установка микросистем и обору¬дования облегченных конструкций. Дан-ные о полете должны накапливаться на микро-переносчике инфор¬мации. При этом рекоменду-ется наблюдать за работой всех двигателей. Реактивные двигатели представляют собой от-крытые системы, которые выбрасывают отрабо-тан¬ные газы в атмосферу на большой скорости. Измерительное устройство должно принимать во внимание пропорции при смешивании, а также внешние условия. Особенно важно, чтобы полет осуществлялся без помех. Анализ накопленных данных может производиться на земле при по-мощи носителя информации или в воздухе по радиосвязи. Следует также подумать о возмож-ности передачи данных с помощью спутника.
[0031] В отношении всех трех транспортных средств основная задача заключается в преду-преж¬дении экипажа об отклонениях в работе различных узлов; однако, не менее важным яв-ляется сбор информации о выбросе вредных веществ в атмосферу. Борто¬вые системы обра-ботки данных должны быть сконструи¬рованы таким образом, чтобы в случае повышения уста-новленного предела выброса они могли послать предупредительный сигнал на борт. Сигналы могут указывать на отклонения или неполадки в системе сгорания или в системе обработки отра-ботанных газов. Бортовой мониторинг повышает безопасность функционирования транспортного средства.
[0032] Каждое транспортное средство указан-ных выше категорий должно быть снабжено характерными диаграммами, хранящимися в памяти его бортовой системы контроля, и предо-ставляющими инфор¬мацию о предельной эмис-сии, как в виде частных случаев, характе-ризующих динамическое поведение транспорт-ного средства, так и в виде суммарных величин. Такие системы должны содержать данные о допустимой предельной эмиссии на километр или милю пути. Прибор для обработки данных должен быть снабжен точно заданными пара-метрами, соотносимыми с выбранным отрезком времени, например о процессе взлета и посадки у самолета, о приведении в действие и о тормо-жении локомотива, о маневрировании судна в порту. Эти исход¬ные данные задаются с учетом типа, года производства и других специальных пара¬мет¬ров транспортного средства.
[0033] При наличии открытой системы учета замеры производятся при одновременном внут-реннем регулировании или без него, и каждая измеренная величина соотносится с соответ-ствующей заархивированной диа¬граммой. Пре-дупредительный сигнал поступает при значи-тельном превышении предельных величин. При закрытых системах учета транспортные сред-ства находятся в постоянном контакте с соответ-ст¬вую¬щей системой управ¬ления. Иногда бывает необходимо внести изменение в заданные пара-метры езды или полета через систему управле-ния. Например, по причине, связанной с выбро-сом вредных веществ, может быть уменьшена или увели¬чена скорость, может быть даже изме-нен маршрут движения, если в этом возникнет необходимость – см. рис.10. В периоды или в местах большой загазованности нормы выброса устанавли¬ваются на контрольном пункте. Все преимущества и недостатки, связанные с выпол-нением транспортного задания будут учиты-ваться системой обработки данных. Все собран-ные данные будут сведены воедино и переданы в международную систему обработки данных.
[0001] В последние десятилетия заметно возрос-ли усилия по сокращению выброса отработанных газов. Это можно объяснить тем, что сильно возросло количество транспортных средств, являющихся причиной вредного выброса в атмосферу. Поэтому один из действенных методов сокращения вредных выбросов заключается в создании транспортных средств нового типа, характеризующихся низким содержанием вредных веществ в выхлопных газах и экономным расходом топлива.
2 Положение на сегодняшний день
[0002] Двигательный цикл автомобиля склады-вается из двух основных фаз, в течение которых происходит выброс отработанных газов:
• из фазы холодного запуска двигателя, при которой размер выхлопа измеряется значительными величинами, и
• последующей фазы работы уже разогрето-го двигателя, для которой характерен меньший выброс отработанных газов.
[0003] Большая проблема заключается в том, что объем выхлопа движущегося по дороге ав-томобиля невозможно проверить с помощью теста, проводимого в строго определенных условиях на роликовом испытательном стенде. Поэтому результаты, полученные во время тако-го теста не могут свидетельствовать о действи-тельном положении вещей, их можно считать лишь частичной проверкой. Соблюдение допу-стимых норм выброса для транспортных средств типа ULEV (Ultra-Low-Emission-Vehicle – транс-портные средства с крайне низким выбросом), а также EURO III и EURO IV должно, в виду ука-занного обстоятельства, контролироваться, наряду с испытаниями на стенде, с помощью новых измерительных технологий, позволяющих измерить объем выброса в месте нахождения автомобиля.
[0004] В США легковые автомобили могут быть снабжены специальной системой бортовой диа-гностики (On-Board-Diagnose II-System), которая требует наблюдения за всеми конструктивными элементами автомобиля, имеющими отношение к выбросу отработанных газов, а именно таким как -видный сенсорный датчик, топливная си-стема, вспомогательная система воздушного охлаждения, система обратной подачи выхлоп-ных газов, вентиляция бензобака и система рас-познавания сбоев при сгора¬нии топлива. Однако, концентрация вредных веществ при этом не за-меряется, а выводится опосредованно из анализа сигналов, поступающих от соответствующих сенсорных датчиков.
[0005] Для трехходового катализаторного кон-вер¬тера есть только одно предельное значение содержания углеводорода (HC), соблю¬дение которого обеспечивается опосредованно благо-даря возможности катализаторного конвертера аккумулировать кислород. Для этой цели сли-чаются измерительные сигналы, подаваемые двумя сенсорными датчиками, установленными до и после каталитического конвертера; полу-ченное соотношение сигналов, в свою очередь, сопоставляется с количеством преобразованного углеводорода. Этот способ не позволяет судить о непосредственном количестве выбрасываемого углеводорода. В то же время, в автомобилях с постоянно снижающимися нормами выброса непосредственное измерение содержания вред-ных веществ является наиболее предпочтитель-ным.
[0006] В последние годы были разработаны системы катализаторных конвертеров, которые способны за одну минуту набрать необходимую рабочую температуру. Тем самым выброс вред-ных веществ снижается до минимума по сравне-нию с преж¬ним состоя¬нием, при котором выброс в момент холодного запуска двигателя состав-лял значительную часть общего выброса. При этом большую роль играют догорание смеси, последующая обработка отходящих газов и электроразогрев. Кроме того, были разработа-ны раскисляющие системы, при которых к пото-ку отхо¬дя¬щих газов приме¬шивается дополни-тельное вещество. Вступая в реакцию с газами, оно позволяет добиться необходимого изменения в их составе. Адсорбенты позво¬ляют удержать вредные вещества во время холодного запуска двига¬теля. После того, как мотор и катализатор-ный конвертер разогреются, сдерживаемые пол-лю¬тан¬ты десорбируются. Адсорбенты на базе активированного угля используются для удер-живания несгоревших углеводородов; адсорбен-ты на базе цеолита – для улавли¬вания окислов азота. Однако, в настоящее время не существует метода, кото¬рый бы позволил уменьшить содер-жание вредных веществ в отходящих газах не только на стадии холодного запуска двигателя, но и в критических ситуациях, напр謬мер при неполадках в системе сгорания или в системе последующей обработки выхлопных газов.
[0007] В печатном издании DE 196 45 202 A1 предлагается с целью улучшения контроля за эффективностью работы катализаторного кон-вертера двигателя внутреннего сгорания при-плюсовать к количеству углеводорода (HC), выбрасываемому во время заранее определен-ного временного окна, количество, выбрасы-ваемое за временной промежуток dt – замеры производятся за катализаторным конвертором и полученные величины переводятся в граммы.
[0008] Как исходный временной пункт (tA), так и временной промежуток (dt) зависят от способа привода двигателя внутреннего сгорания, к при-меру, учитывается подача топлива в различные периоды времени. Суммарная величина, полу-ченная за временной промежуток dt во время виража, сравнивается с предельной допустимой величиной и, если отключение достигает некой заранее установленной величины, появляется сигнал, предупреж¬дающий о сбое. Другие пара-метры, необхо¬димые для однозначного опреде-ления поведения машины во время крутого раз-ворота, в рассматриваемом патентном описании не указываются.
[0009] В печатном издании EP-A-9 609 527 A1 приводится способ проверки эффективности работы катализаторного конвертера, установ-ленного в трубе для отходящих газов, который требует соблюдения определенных краевых условий в течение некоторого периода времени, когда двигатель находится в первоначальном рабочем состоянии. Если эти условия соблюде-ны, то во время второго периода, к примеру во время рывка, появляется сигнал, свидетельству-ющий о ненормальном для данного состояния выхлопе и оценивается реакция температурного сенсора, находящегося позади катализатора.
[0010] Если изменение температуры выхлопа в результате эмиссионного импульса лежит за пределами предусмотренных границ, то появля-ется сигнал, указывающий на недо¬пустимо низ-кую норму конверсии. Другие параметры, такие как поведение несгоревших газообразных суб-станций в выхлопе, данным способом не охва-тываются.
[0011] В РСТ/DE 95/01484 описывается приспо-собление для тестирования выхлопа, которое состоит из измерительного прибора для измере-ния по крайней мере одного компонента выхло-па (NO, CO2, HC, O2), из измерительного зонда, крепящегося к концу выхлопной трубы, из при-способления для снятия показаний и рулевого устройства. Данные, поступающие для оценки, сравниваются с находящимися в памяти устрой-ства нормативными показателями с последую-щей выдачей информации о надежности или ненадежности измеренных величин. Измерения в других местах автомо¬биля не предлагаются.
3 Определение задачи с учетом выброса вредных веществ автомобилями
[0012] Оценка выброса вредных веществ авто-мобилем производится с помощью системы кон-троля. Эта система контроля может быть уста-новлена на новых автомобилях при серийной сборке, а на старых – вмонтирована в виде мо-дуля. Последующая установка прибора осу-ществляется без изменения первоначальной кон-струкции автомобиля.
[0013] Задача данного изобретения заключается в том, чтобы раскрыть наиболее существенные возможности в обнаружении сбоев в камере сго-рания, т.е. в моторе и системе последующей об-работки выхлопных газов, а именно в катали-заторе путем непосредственного измерения кон-центрации газов, образующихся при сгора¬нии топлива. Концентрация этих газов в опреде-ленных, посредством выбора, местах дает важ-ную информацию о полноте сгорания топлива, а также об эффективности работы катализатора.
[0014] Эта задача решается в пункте 1 формулы изобретения. Дальнейшие полезные усовершен-ствования составляют предмет производных притязаний.
[0015] Измерить небольшие изменения в выбросе вредных веществ в жестких условиях дорожного движения необычайно трудно. Есть две возмож-ности:
• оценка вредных выбросов во время холод-ного запуска двигателя и
• измерение концентрации вредных веществ в выхлопе движущегося автомобиля.
[0016] Примеры реализации изобретения объяс-няются далее с помощью рисунков:
[0017] На рисунках изображены:
Рисунок 1 Основные детали системы сгора-ния автомобиля
1) Мотор
2) Система последующей обработки отра-ботанных газов с катали¬заторным конвертером, глушителем и выхлопной трубой
3) Измерительная система
Рисунок 2 Диаграмма американского испы¬та-тельного цикла US 75 (навер¬ху) с соответствую-щим выбро¬сом вред¬ных веществ (внизу)
Рисунок 3 Установка измерительных прибо-ров для сравнительного измерения выхлопа
Рисунок 4 Выхлоп во время холодного запус-ка двигателя у автомобиля с низким уровнем выброса вред¬ных веществ
Рисунок 5 Увеличение времени холодного запуска двигателя и рост абсолют¬ного выброса углеводородов в результате старения катализа-тор¬ного конвертера
Рисунок 6 Толкование определенных пара-мет¬ров для математического анализа эмиссии при холодном запуске двигателя
4) Положение эмиссионного максимума на временнoй шкале после запуска двигателя
5) Максимальная концентрация измеряемых компонентов
6) Длительность фазы холодного запуска двигателя
7) Площадь эмиссии при холодном запуске двигателя
Рисунок 7 Меры по уменьшению выброса вредных веществ
Рисунок 8 Размещение адсорбирующего устро鬬ства в выхлопной систе¬ме автомобиля
8) Система сгорания
9) Система последующей обработки отра-ботанных газов
10) Бортовая система контроля
11) Вентиль
12) Адсорбирующая ловушка
13) Вторая адсорбирующая ловушка
14) Система нагревания
15) Вакуумная система
Рисунок 9 Передача данных с транспортного средства на пункт управления и с пункта управления на транспортное средство
17) Носитель информации
18) Телефон
19) Судно
20) Передача данных через спутник
21) Самолет
Рисунок 10 Уменьшение скорости судна на основании поступивших с контроль¬ного пункта изменен¬ных параметров
3.1 Измерение концентрации вредных ве-ществ в выхлопе движущегося авто¬мо¬-биля
[0018] Система сгорания в автомобиле состоит из двух основных элементов – мотора (1) и си-стемы переработки выхлопных газов (2), см. Рис.1. Замеры, произведенные позади мотора, поставляют информацию о ходе процесса сго-рания, а сигналы, поступающие от датчиков, расположенных за катализаторным конверте-ром, – о состоянии системы пере¬работки вы-хлопных газов. Концентрация основных загряз-нителей выглядит в этих двух местах совершен-но по-разному. Уровень концентрации позади мотора в 10-100 раз превосходит уровень кон-центрации позади технически безупречно функ-ционирующего катализаторного конвертера. Описываемая здесь измерительная система (3) производит замеры в обоих местах.
[0019] На Рис.2 показаны результаты измерения, проведенные в соответствии с американ¬ским 75-цикловым тестом позади катализаторного кон-вертера в автомобиле с низ¬ким уровнем выброса. На диаграмме видно, что несмотря на эффект торможения и ускорения, выброс вредных ве-ществ в период после холодного запуска двига-теля незначителен. На основании только этих данных почти невозможно установить незначи-тельные повреждения или медленно протекаю-щие процессы разрушения, если они будут иметь место в автомобилях данного типа. Это обстоя-тельство связано с тем, что измери¬тельные сиг-налы оцениваются по отношению к нулевой точке; кроме того, они подвержены естествен-ным колебаниям. Почти невозможно отличить повышение концентрации вредных веществ, вызванное незначительным повреж¬дением, от повышения уровня шума, являющегося резуль-татом внешних воздей¬ствий. Здесь на помощь может прийти метод аккумуляции. К примеру, можно смоделировать конкретный дефект, кото-рый может возникнуть в процессе сгорания. Смоделированный дефект может привести к скоплению определенного коли¬чества вредных веществ за мотором. Этот выброс вредных ве-ществ можно замерить перед и за катализатор-ным конвертером и исполь¬зовать результаты замера для сравнения, см. Рис.3. С этой целью сначала производят замер выхлопа за мотором, но перед катализаторным конвертером. Эти выхлопные газы еще не подверглись обработке, и по полученным сигналам можно судить о со-стоянии мотора. Производя замер позади ката-лиза¬торного конвертера, можно получить доста-точно хорошее представление о состоянии си-стемы последующей обработки выхлопных га-зов.
Попеременные замеры выхлопа перед и за ката-лизаторным конвертером и получен¬ные данные, которые попеременно вводятся в анализирую-щее устройство (и свиде¬тельствуют о высокой или низкой концентрации вредных веществ), позволяют сэкономить средства и место в авто-мобиле, поскольку необходим лишь один изме-рительный прибор с одной регулируемой изме-рительной шкалой. Этот измери¬тельный прибор сконструирован применительно к уровням кон-центрации вредных веществ за катализаторным конвертером. Концентрация вредных веществ перед катализаторным конвертером, которая может колебаться в больших пределах, заме-ряется тем же самым прибором, для чего газы необходимо предварительно разрядить.
3.2 Оценка содержания вредных веществ в выхлопе в период холодного запуска двигателя
[0020] На Рис.4 показано поведение автомобиля типа LEV (с низким содержанием вредных ве-ществ в выхлопе). Замеры производились за катализаторным конвертером. Если не учиты-вать высокий уровень выброса в момент холод-ного запуска двигателя, то концентрация HC очень низкая. Замеры, произведенные в первые 40-80 секунд после запуска двигателя, показы-вают высокую, по сравнению с последую¬щим низким уровнем, концентрацию вредных веществ в выхлопе. При определенных обстоятель¬ствах они могут достигать несколько тысяч ppm (parts per million – частиц на миллион). Тем самым, их легче замерить с помощью измерительных при-боров, чем более низкие концентрации в после-дующий период работы уже разогретого мотора.
[0021] Замеры, произведенные в период холод-ного запуска двигателя, имеют то преиму¬щест¬во, что неполадки в системе последующей обработ-ки выхлопных газов на этой стадии сразу бро-саются в глаза. Рис.5 показывает рост пиковой точки по мере старения катализатор¬ного кон-вертера. В виду того, что стареющему конверте-ру нужна все более высокая температура, уве-личивается временнaя продол¬жи¬тель¬ность вы-броса. Наряду с этим наблюдается и рост абсо-лютного пика эмиссии. Эффектив¬ность процесса конверсии падает.
[0022] Форма и размер пиковой области на диа-грамме прекрасно отражают поведение даже самых новых автомобилей. Рекомендуется за-фиксировать положение максимального выброса вредных веществ на временнoй шкале после запуска двигателя (4), макси¬мальную концен-трацию замеренного компонента (5), продолжи-тельность фазы холодного запуска двигателя (6) и площадь эмиссии в момент холодного запуска (7) – см. Рис.6. На каждый автомобиль, покида-ющий завод-производитель или мастер¬скую, составляется индивидуальная диаграмма, кото-рая отражает средний результат, полученный на основании нескольких замеров, произведенных в момент холодного запуска двигателя данного автомобиля. Вышеназванные четыре величины хранятся в памяти машины. При составлении диаграммы предполагается, что условия окру-жа¬ю¬¬щей среды, такие как температура воздуха вне машины, давление, влажность и др., соответ-ствуют норме. Каждая последующая фаза хо-лодного запуска двигателя будет соотно¬ситься с диаграммой и все имеющие место изменения будут выявляться на базе вышеназванных четы-рех характерных величин (4-7). Если окажется, что они превысили заданную норму, сработает предупреждающее устройство.
4 Уменьшение содержания вредных ве-ществ в выхлопе автомобиля в период холодного запуска двигателя и в случае неполадок у движуще¬гося автомобиля
[0023] Здесь будут описаны действия, которые позволят, в случае высокой концентрации вред-ных веществ в выхлопе (холодный за-пуск/дефект) или в периоды повышенной загряз-ненности атмосферы (большое коли¬чество ма-шин), принять меры по мини¬ма¬ли¬зации содержа-ния вредных веществ.
[0024] Для уменьшения завышенной концентра-ции вредных веществ можно устано¬вить на пути выхлопных газов адсорбирующую систему – см. Рис.7. Адсорбирующая ловушка образуется с помощью по крайней мере одного или несколь-ких – что пред¬почтительнее – химических ве-ществ, которые задерживают путем соответ-ствующей адсорбции не только углеводороды, но и молекулы СО и NO. Адсорбирующая смесь может состоять, например, из активированного угля, бурой почвы, известной также под назва-нием гопкалит, и различных цеолитов.
[0025] При нормальном функционировании ав-томобиля выхлопные газы беспрепятственно выбрасываются наружу через выхлопную трубу. Однако, если автомобиль запус¬кает¬ся после длительного простоя или возникли проблемы в системе сгорания (8) или в системе последую¬щей обработки отработанных газов (9), см. Рис.8, то установ¬ленная на борту система контроля (БСК – бортовая система контроля) не только сообща-ет водителю о неполадке, но и направляет поток выхлопных газов назад, через вентиль (11). При большой загруженности улиц (затор уличного движения, центр города) адсорбирующая систе-ма может включаться автоматически или приво-диться в действие водителем. Перенаправленная струя выхлопных газов теперь не устремляется беспрепятственно наружу, а проходит через адсорбирующую систему. Адсорбирую¬щая си-стема состоит из двух адсорбирующих ловушек (12 и 13), которые работают попеременно. При холодном запуске двигателя или в случае непо-ладки в системе сгорания или в системе после-дующей обработки отработанных газов вы-хлопные газы направ¬ляются через адсорбирую-щее устройство. В случае неполадки в системе сгорания все вредные вещества удерживаются до тех пор, пока неполадка не будет устранена. В случае неполадки в системе обработки отра-ботан¬ных газов адсорби¬рующие ловушки вклю-чаются попеременно и регенерируются; при этом десорбиро¬ванные поллютанты в концен-три¬рованной форме направляются обратно в камеру сгорания (с примесью вторичного возду-ха) безупречно функциони¬рующего мотора. Десорбция достигается путем повыше¬ния темпе-ратуры при помощи системы нагре¬вания (14) и/или путем снижения давления посредством вакуумной системы (15). Этот процесс позволяет не допустить выброса большого количества вредных веществ в период между поступившим сообщением о неполадке и ее устранением. В результате води¬тель сможет, уже после обнару-жения неполадки, без проблем проехать еще 100 и даже 1000 километров, пока не доберется до ближайшей мастерской даже в мало¬населенной местности.
[0026] Использованный и более не подлежащий регенерации адсорбирующий материал заменя-ется простым способом с помощью модулярной технологии. Этот процесс напоминает процеду-ру замены масляного фильтра в современной машине. Перера¬ботка окончательно использо-ван¬ного адсорбирующего материала должна осущест¬вляться организованно. При этом со всей массой адсорбирующего материала поступают также, как и с отработанным маслом. Дальней-шая переработка собран¬ного адсорби¬рующего материала осуществляется согласно существу-ющему на конкретный момент уровню развития техники.
[0027] Еще одна возможность снизить выброс вредных веществ во время холодного запуска двигателя заключается в использовании метода, при котором процесс запуска осуществляется унифицировано и независимо от водителя. Этот метод требует, чтобы все автомобили были оснащены автоматическим приспособлением для запуска. Это приспособление запускает двигатель самостоятельно и наилучшим обра-зом, принимая во внимание внешние условия, такие как температура и влаж¬ность воздуха, давление, сила и направление ветра, гололед, а также показания бортовой системы контроля.
5 Замер выброса вредных веществ самоле-тами, судами и дизельными локомотивами
[0028] Суда, самолеты и локомотивы не на элек-трической тяге сильно загрязняют окружа¬ю¬щую среду.
[0029] Все три типа транспортных средств объ-единяет то, что они сжигают углеводород и бес-контрольно выбрасывают конечные продук¬ты сгорания в атмосферу. По этой причине в систе-ме сгорания, через которую проходит поток отработанных газов, следует установить изме-рительное устройство. Измерительное устрой-ство может соприкасаться с потоком отработан-ных газов напрямую или опосре¬дованно через газо-заборное приспособление.
[0030] Информация, касающаяся локомотивов (16), может накапливаться и передаваться с по-мощью компьютера, который соединен с измери-тельным устройством через соот¬ветствующие интерфейсы; данные собираются на носителе информации (17) и архи¬ви¬руются после каждой поездки – см. Рис.9. Передача данных может осуществлять¬ся также по телефону (18); именно таким образом данные передаются на современ-ных внутригородских поездах. Данные могут передаваться на соответствующую станцию, пока локомотив еще находится в пути. На стан-ции они подвергаются обработке. На судах (19) передача данных, собранных на накопителях типа дискет или различных карт, должна быть обеспечена с помощью их непосредственного считывания с соответствующего интерфейса или с помощью спутниковой связи (20). На самоле-тах (21) необходима установка микросистем и обору¬дования облегченных конструкций. Дан-ные о полете должны накапливаться на микро-переносчике инфор¬мации. При этом рекоменду-ется наблюдать за работой всех двигателей. Реактивные двигатели представляют собой от-крытые системы, которые выбрасывают отрабо-тан¬ные газы в атмосферу на большой скорости. Измерительное устройство должно принимать во внимание пропорции при смешивании, а также внешние условия. Особенно важно, чтобы полет осуществлялся без помех. Анализ накопленных данных может производиться на земле при по-мощи носителя информации или в воздухе по радиосвязи. Следует также подумать о возмож-ности передачи данных с помощью спутника.
[0031] В отношении всех трех транспортных средств основная задача заключается в преду-преж¬дении экипажа об отклонениях в работе различных узлов; однако, не менее важным яв-ляется сбор информации о выбросе вредных веществ в атмосферу. Борто¬вые системы обра-ботки данных должны быть сконструи¬рованы таким образом, чтобы в случае повышения уста-новленного предела выброса они могли послать предупредительный сигнал на борт. Сигналы могут указывать на отклонения или неполадки в системе сгорания или в системе обработки отра-ботанных газов. Бортовой мониторинг повышает безопасность функционирования транспортного средства.
[0032] Каждое транспортное средство указан-ных выше категорий должно быть снабжено характерными диаграммами, хранящимися в памяти его бортовой системы контроля, и предо-ставляющими инфор¬мацию о предельной эмис-сии, как в виде частных случаев, характе-ризующих динамическое поведение транспорт-ного средства, так и в виде суммарных величин. Такие системы должны содержать данные о допустимой предельной эмиссии на километр или милю пути. Прибор для обработки данных должен быть снабжен точно заданными пара-метрами, соотносимыми с выбранным отрезком времени, например о процессе взлета и посадки у самолета, о приведении в действие и о тормо-жении локомотива, о маневрировании судна в порту. Эти исход¬ные данные задаются с учетом типа, года производства и других специальных пара¬мет¬ров транспортного средства.
[0033] При наличии открытой системы учета замеры производятся при одновременном внут-реннем регулировании или без него, и каждая измеренная величина соотносится с соответ-ствующей заархивированной диа¬граммой. Пре-дупредительный сигнал поступает при значи-тельном превышении предельных величин. При закрытых системах учета транспортные сред-ства находятся в постоянном контакте с соответ-ст¬вую¬щей системой управ¬ления. Иногда бывает необходимо внести изменение в заданные пара-метры езды или полета через систему управле-ния. Например, по причине, связанной с выбро-сом вредных веществ, может быть уменьшена или увели¬чена скорость, может быть даже изме-нен маршрут движения, если в этом возникнет необходимость – см. рис.10. В периоды или в местах большой загазованности нормы выброса устанавли¬ваются на контрольном пункте. Все преимущества и недостатки, связанные с выпол-нением транспортного задания будут учиты-ваться системой обработки данных. Все собран-ные данные будут сведены воедино и переданы в международную систему обработки данных.
(56) Документы, цитированные в отчёте
DE 19645202, A1
EP 0609527, A1
WO 96/30736, A1
EP 0609527, A1
WO 96/30736, A1
📎 Прикреплённые файлы
-
326 .pdf⬇ Скачать