WO2012045604A1 - Verfahren zur beurteilung der emissionen im abgas einer brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for assessing the emissions in the exhaust gas of an internal combustion engine of a motor vehicle.
- the object of the invention is to avoid these disadvantages and to increase the validity in the assessment of emissions. In particular, subjective influences should be eliminated as much as possible.
- this is achieved by selecting an operating state to be evaluated, at least one evaluation variable and at least one corresponding evaluation reference for the evaluation variables, performing at least one measurement of the emissions and determining at least one static measure from the measurement, the static measure with the evaluation reference and a qualitative and / or quantitative assessment of the emissions is carried out.
- the assessment is based on predefined mathematical valuation rules.
- mathematical evaluation rules By using the mathematical evaluation rules an automatic evaluation is possible. In this way, subjective influences can be largely eliminated.
- the operating state to be evaluated from the group driving cycles, stationary points, load variation, speed variation and / or combined load / speed variation, preferably each for cold start or warm start, is selected.
- the evaluation parameters can be selected under the group THC (Total Hydrocarbon NO x , CO, C0 2 , particle mass, particle number and / or NH 3.
- speed and torque can be used as evaluation variables.
- the evaluation reference is selected on the basis of the engine and / or vehicle concept from, preferably legal, requirements and / or specifications.
- At least two measurements are carried out and at least one measure is determined from the average of the measurement results of the measurements, wherein preferably the measurement of the emissions is carried out automatically by at least one measurement event window being defined by at least one characteristic recognition variable and when the characteristic recognition quantity is met, the measurement event is automatically started.
- the characteristic identification variable is an engine operating variable selected from the group speed, torque, cooling water temperature, exhaust gas temperature before and / or after the catalyst, pedal value, operating time and / or distance.
- a rating matrix is created for the evaluation of the emissions, which includes both a qualitative and a quantitative evaluation.
- the Qualitative rating can be made, for example, by awarded grades from 1 (very good) to 5 (insufficient).
- a simple quantitative indication can be formed by a ratio or a difference between the calculated value and the valuation reference.
- Figures 1 to 7 show schematically the erfindugswashe method.
- the process according to the invention consists of the following individual steps (see FIG.
- the operating state FZ to be evaluated can be both a customer-specific KU and an engine operation defined by the legislator GE.
- the states defined by law can be subdivided into driving cycles FY (for example NEDC, FTP75 or the like) and into stationary tests SP (for example 13-point mode).
- driving cycles FY for example NEDC, FTP75 or the like
- stationary tests SP for example 13-point mode.
- load variations LV, speed variations DV and combined load / speed variations LDV in particular for cold start KS and warm start WS.
- the selection of the evaluation quantities BG (emission quantities) to be evaluated is to be made engine-specific and project-specific.
- THC Total Hydrocarbon
- NOX and CO are mostly useful for both the gasoline engine and the diesel engine, but an assessment of the NH 3 emissions is currently only relevant if an SCR system with urea injection is used.
- C0 2 , particle mass and / or particle number PM can be considered.
- the co-evaluation of engine speed n and torque M allows a differentiated consideration of the emission values.
- the reference is determined on which the valuation is to take place.
- the evaluation reference is first divided into the engine and vehicle concept (conventional / hybrid). This is followed by separation into petrol and diesel engines or commercial vehicle commercial vehicles, passenger cars and off-road use. All engine and vehicle concepts share a common vehicle segment, legislation, and technology.
- Each reference is assigned corresponding reference data or formulas (thermodynamic / chemical relationships), so that the following evaluations are possible in conjunction with the static measures obtained from the measurement:
- Vehicle segment classification of the emission behavior of the vehicle under consideration in relation to other vehicles of the same class: for example service vehicle (mill collector, cleaning) transport vehicle; Small car, compact class, middle class, upper middle class cars, upper class cars.
- - Technology o classify the emission behavior of the vehicle under consideration as regards the technology used in relation to alternative technologies; Classifying the emission behavior of the vehicle under consideration with regard to the achieved calabration quality with regard to systems of the same technology;
- the technology assessment includes the engine mechanics, the exhaust treatment system and the transmission concept used (influence of speed / torque).
- Thermodynamic / chemical Check, for example, whether the ratio of ⁇ to carbon black or of NO to N0 2 corresponds to the optimum achievable in relation to the engine operating condition and the technology used.
- the dynamic effects of the exhaust gas and exhaust gas mass flow measurement gas transport times, flushing times, Filling and emptying effects, as described for example in AT 506.339 A.
- the static measures MZ represent the emissions resulting from dynamic or static engine operation. These are defined for the limits defined by the legislator as the integrals of the exhaust constituents emitted over the test cycle and related to a distance traveled or to the power delivered (for example: g / km; g / kwh).
- the metrics MZ are determined so that they are comparable to the valuation reference values BZ stored in the valuation database.
- MZ figures For the experience-based parts of the evaluation database, further definitions for the MZ figures are possible, such as the integral of the emissions, the emissions that have been collected or the peak value of the emissions.
- the detection of the relevant for the calculation of the measures MZ time range is advantageously carried out by means of automated event detection by a rating software.
- the event areas of the legal test cycles are firmly defined.
- Customer-specific cycles - for which emission values are stored in the database - can be defined by user-specific trigger points.
- a customer-specific cycle for example, also includes an N EDC cycle (New European Driving Cycle), in which the 4 ECE and the EUDC cycle are evaluated individually.
- the legislative-based N EDC cycle assesses the total emissions emitted over the 4 ECE cycles and one EUDC cycle.
- representative temperature signals for example, cooling water temperature, exhaust gas temperature upstream of the catalytic converter
- the consideration of the temperature signals in the evaluation allows - as with engine speed and torque - also a differentiated consideration of the emission values.
- the emission assessment is based on the comparison of the values of the evaluation reference BZ of the evaluation database and the static parameters MZ calculated from the emissions of the driving test.
- the evaluation matrix BM includes a qualitative (good - bad) and a quantitative indication (calculated value from measurement - reference value from evaluation database) for evaluation.
- the method described has the advantage that it allows completely independent of subjective influences objectively verifiable assessments of the emissions of vehicles, in particular, the measurement and the assessment can be carried out fully automatically.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Emissionen im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Um subjektive Einflüsse bei der Beurteilung möglichst auszuschalten, ist vorgesehen, dass ein zu bewertender Betriebszustand (FZ), zumindest eine Bewertungsgröße (BG) und zumindest ein entsprechender Bewertungsbezug (BB) für die Bewertungsgrößen (BG) ausgewählt wird, zumindest eine Messung der Emissionen durchgeführt wird und aus der Messung zumindest eine statische Maßzahl (MZ) ermittelt wird, die statische Maßzahl (MZ) mit dem Bewertungsbezug (BB) verglichen und daraus eine qualitative und/oder quantitative Bewertung der Emissionen durchgeführt wird.
Description
Verfahren zur Beurteilung der Emissionen im Abgas einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Emissionen im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Es ist bekannt, die Bewertung der Abgase anhand der Integralenergebnisse einer Beutelmessung einer CVS-Anlage (Constant-Volume-Sampler) oder anhand des zeitlichen Emissionsverlaufes einer Modalanalyse (siehe AT 506.339 A) durchzuführen. Die Qualität der Bewertung beruht - speziell bei Verwendung der Modalanalyse - stark auf der Erfahrung der zuständigen Entwicklungsingenieure. Eine derartige subjektive Bewertung unterliegt relativ großen Schwankungen und Unsicherheiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Aussagekraft bei der Bewertung von Emissionen zu erhöhen. Insbesondere sollen dabei subjektive Einflüsse möglichst ausgeschalten werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein zu bewertender Betriebszustand, zumindest eine Bewertungsgröße und zumindest ein entsprechender Bewertungsbezug für die Bewertungsgrößen ausgewählt wird, zumindest eine Messung der Emissionen durchgeführt wird und aus der Messung zumindest eine statische Maßzahl ermittelt wird, die statische Maßzahl mit dem Bewertungsbezug verglichen und daraus eine qualitative und/oder quantitative Bewertung der Emissionen durchgeführt wird.
Die Bewertung erfolgt dabei anhand vordefinierter mathematischer Bewertungsvorschriften. Durch die Verwendung der mathematischen Bewertungsvorschriften ist eine automatische Bewertung möglich. Auf diese Weise können subjektive Einflüsse weitgehend ausgeschalten werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der zu bewertende Betriebszustand aus der Gruppe Fahrzyklen, Stationärpunkte, Lastvariation, Drehzahlvariation und/ oder kombinierte Last-/Drehzahlvariation, vorzugsweise jeweils für Kaltstart oder Warmstart, ausgewählt wird.
Die Bewertungsgrößen können unter der Gruppe THC (Total Hydrocarbon NOx, CO, C02, Partikelmasse, Partikelanzahl und/oder NH3ausgewählt werden. Zusätzlich können Drehzahl und Drehmoment als Bewertungsgrößen verwendet werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der Bewertungsbezug aufgrund des Motor- und/oder Fahrzeugkonzeptes aus, vorzugsweise gesetzlichen, Anforderungen und/oder Vorgaben ausgewählt wird.
Um die Aussagekraft zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Messungen durchgeführt und zumindest eine Maßzahl aus dem Mittelwert der Messergebnisse der Messungen ermittelt wird, wobei vorzugsweise die Messung der Emissionen automatisch durchgeführt wird, indem zumindest ein Messereignisfenster durch zumindest eine charakteristische Erkennungsgröße definiert wird und bei Erfüllen der charakteristischen Erkennungsgröße das Messereignis automatisch gestartet wird.
Für die Durchführung einer vollautomatischen Messung ist es besonders vorteilhaft, wenn die charakteristische Erkennungsgröße eine Motorbetriebsgröße aus der Gruppe Drehzahl, Drehmoment, Kühlwassertemperatur, Abgastemperatur vor und/oder nach dem Katalysator, Pedalwert, Betriebszeit und/oder Wegstrecke ausgewählt wird.
In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bewertung der Emissionen eine Bewertungsmatrix erstellt wird, welche sowohl eine qualitative, als auch eine quantitative Bewertungsangabe beinhaltet. Die Qualitative Bewertung kann beispielsweise durch vergebene Noten von 1 (sehr gut) bis 5 (ungenügend) erfolgen. Eine einfache quantitative Angabe kann durch eine Verhältniszahl oder eine Differenz aus berechnetem Wert und Bewertungsbezug gebildet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispieles näher erläutert. Die Figuren 1 bis 7 zeigen schematisch das erfindugsgemäße Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus folgenden Einzelschritten zusammen (s. Fig. 1) :
• Auswahl des zu bewertenden Betriebszustandes FZ (zum Beispiel Abgastestzyklus)
• Auswahl der Bewertungsgrößen BG (zum Beispiel NOx und Partikelmasse)
• Auswahl des Bewertungsbezugs BZ (zum Beispiel gesetzliche Grenzwerte)
• Durchführung der Messung
• Berechnung von statischen Maßzahlen MZ (zum Beispiel Integral aus Beutelmessung)
Emissionsbewertung durch Bewertungsmatrix BM (zum Beispiel sehr gut bis unzureichend)
Auswahl des zu bewertenden Betriebszustandes FZ fs. Fig. 2) :
Bei dem zu bewertenden Betriebszustand FZ kann es sich sowohl um einen kundenspezifischen KU, als auch um einen vom Gesetzgeber GE definierten Motorbetrieb handeln. Die gesetzlich definierten Zustände lassen sich in Fahrzyklen FY (zum Beispiel NEDC, FTP75 oder dergleichen) und in Stationärtests SP (zum Beispiel 13-Punkte-Modus) unterteilen. Zusätzlich können eventuell, insbesondere bei kundenspezifischen Tests KU weitere dynamische Betriebszustände, wie Lastvariationen LV, Drehzahlvariationen DV und kombinierte Last-/Drehzahlvaria- tionen LDV, insbesondere jeweils für Kaltstart KS und Warmstart WS - definiert werden.
Auswahl der Bewertunasarößen BG fs. Fig. 3) :
Die Auswahl der zu bewertenden Bewertungsgrößen BG (Emissionsgrößen) ist motor- und projektspezifisch zu treffen. So ist beispielsweise für den Otto- als auch für den Dieselmotor die Betrachtung von THC (Total Hydrocarbon), NOX und CO zumeist sinnvoll, eine Bewertung der NH3 - Emissionen ist jedoch zur Zeit nur bei Einsatz eines SCR - Systems mit Harnstoffeindüsung relevant. Desweiteren können C02, Partikelmasse und/oder Partikelanzahl PM in Betracht gezogen werden. Die Mitbeurteilung von Motordrehzahl n und Drehmoment M erlaubt eine differenzierte Betrachtung der Emissionswerte.
Auswahl des Bewertungsbezugs BB (Bewertungsdatenbank) (s. Fig. 4 und 5) :
Mit dem Bewertungsbezug BB wird die Referenz festgelegt, auf welcher die Bewertung erfolgen soll . Dazu wird der Bewertungsbezug zunächst in das Motor- und Fahrzeugkonzept (konventionell / hybrid) unterteilt. Danach erfolgt die Separierung in Otto- und Dieselmotor bzw. Nutzfahrzeug NFZ, Personen kraftf ahrzeug PKW und Off- Road- Einsatz. Allen Motor- und Fahrzeugkonzepten ist die Unterteilung in Fahrzeugsegment, Gesetzgebung, und Technologie gemeinsam. Jedem Bezug sind entsprechende Referenzdaten oder - Formeln (thermodynami- sche/chemische Zusammenhänge) zugeordnet, so dass in Verbindung mit den aus der Messung gewonnenen statischen Maßzahlen die folgenden Bewertungen möglich sind :
Fahrzeug-Segment: Einordnen des Emissionsverhaltens des betrachteten Fahrzeugs im Bezug auf andere Fahrzeuge der gleichen Klasse: zum Beispiel Service Fahrzeug (Mühlsammler, Reinigung) Transportfahrzeug; Kleinwagen, Kompaktklasse, Mittelklasse, obere Mittelklassewagen, Oberklassewagen.
- Technologie: o Einordnen des Emissionsverhaltens des betrachteten Fahrzeugs hinsichtlich der verwendeten Technologie in Bezug auf alternative Technologien; o Einordnen des Emissionsverhaltens des betrachteten Fahrzeugs hinsichtlich der erreichten Kalabriergüte in Bezug auf Systeme gleicher Technologie;
Die Technologiebewertung beinhaltet die Motormechanik, das Abgasbehandlungssystem und das verwendete Getriebekonzept (Einfluss von Drehzahl/Drehmoment).
- Gesetzgebung : Einordnen des Emissionsverhaltens des betrachteten Fahrzeuges in Bezug auf die gesetzlichen Grenzwerte. Bei der Betrachtung der gesetzlichen Grenzwerte können die Vorschriften verschiedenster Länder, beispielsweise der EU, der sogenannten BRIC - Staaten, der USA, oder von Japan berücksichtigt werden.
- Thermodynamisch/Chemisch : Überprüfung ob zum Beispiel das Verhältnis von ΝΟχ zu Ruß oder von NO zu N02 dem - bezogen auf den Motorbe- triebszustand und die verwendete Technologie - erreichbaren Optimum entspricht.
Durchführung der Messung :
Für die Emissionsbewertung ist es ausreichend, zunächst eine Messung durchzuführen. Es können jedoch auch mehrere Messungen gefahren und anschließend Mittelwerte der Emissionen gebildet werden.
Werden die Emissionen aus einer Modalanalyse bestimmt, so müssen für eine ausreichend hohe Aussagekraft der Bewertung die dynamischen Effekte der Abgas- und Abgasmassenstrommessung (Gastransportzeiten, Spülzeiten,
Füll- und Entleereffekte) berücksichtigt werden, wie dies beispielsweise in der AT 506.339 A beschrieben ist.
Berechnung von statischen Maßzahlen MZ (s. Fig. 61 :
Die statischen Maßzahlen MZ repräsentieren die im dynamischen oder statischen Motorbetrieb entstandenen Emissionen . Diese werden für die vom Gesetzgeber definierten Grenzwerte als die Integrale der über dem Testzyklus emittierten Abgasbestandteile definiert und auf eine gefahrene Wegstrecke oder auf die abgegebene Leistung bezogen (zum Beispiel : g/km; g/kwh) . Die Maßzahlen MZ werden so bestimmt, dass sie mit den in der Bewertungsdatenbank abgelegten Bewertungsbezug-Werten BZ vergleichbar sind .
Für die erfahrungsbasierten Teile der Bewertungsdatenbank sind weitere Definitionen für die Maßzahlen MZ, wie zum Beispiel das Integral der Emissionen, die kommulierten Emissionen oder der Spitzenwert der Emissionen - möglich .
Die Erfassung des für die Berechnung der Maßzahlen MZ relevanten Zeitbereichs erfolgt vorteilhafterweise mittels automatisierter Ereigniserkennung durch eine Bewertungssoftware. Die Ereignisbereiche der gesetzlichen Testzyklen sind fest definiert. Kundenspezifische Zyklen - für die Emissionswerte in der Datenbank hinterlegt sind - können durch anwenderspezifische Triggerpunkte definiert werden . Als kundenspezifischer Zyklus ist beispielsweise auch ein N EDC-Zyklus (New European Driving Cycle) zu sehen, bei dem die 4 ECE und der EUDC-Zyklus einzeln bewertet werden . Beim gesetzgebungs- basierten N EDC-Zyklus werden die gesamten über den 4 ECE-Zyklen und einem EUDC-Zyklus emittierten Emissionen bewertet. Für die Unterscheidung von Kalt-/ und Warmstart werden repräsentative Temperatursignale (zum Beispiel Kühlwassertemperatur, Abgastemperatur vor dem Katalysator) aus der Messung berücksichtigt. Die Berücksichtigung der Temperatursignale bei der Bewertung erlaubt - wie bei Motordrehzahl und Drehmoment - zudem eine differenzierte Betrachtung der Emissionswerte.
Emissionsbewertung - Bewertungsmatrix BM (s. Fig. 7) :
Die Emissionsbewertung erfolgt anhand des Vergleiches der Werte des Bewertungsbezugs BZ der Bewertungsdatenbank und den aus den Emissionen des Fahrversuchs berechneten statischen Maßzahlen MZ. Die Bewertungsmatrix BM beinhaltet eine qualitative (gut - schlecht) und eine quantitative Angabe (berechneter Wert aus Messung - Referenzwert aus Bewertungsdatenbank) zur Bewertung.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass es völlig unabhängig von subjektiven Einflüssen objektiv nachvollziehbare Beurteilungen der Emissionen von Fahrzeugen ermöglicht, wobei insbesondere die Messung und die Beurteilung vollautomatisch durchgeführt werden kann.
Claims
1. Verfahren zur Beurteilung der Emissionen im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu bewertender Betriebszustand (FZ), zumindest eine Bewertungsgröße (BG) und zumindest ein entsprechender Bewertungsbezug (BB) für die Bewertungsgrößen (BG) ausgewählt wird, zumindest eine Messung der Emissionen durchgeführt wird und aus der Messung zumindest eine statische Maßzahl (MZ) ermittelt wird, die statische Maßzahl (MZ) mit dem Bewertungsbezug (BB) verglichen und daraus eine qualitative und/oder quantitative Bewertung der Emissionen durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bewertende Betriebszustand aus der Gruppe Fahrzyklen (FY), Stationärpunkte (SP), Lastvariation (LV), Drehzahlvariation (DV) und/oder kombinierte Last- /Drehzahlvariation (LDV), vorzugsweise jeweils für Kaltstart (KS) oder Warmstart (WS), ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsgröße (BG) aus der Gruppe THC, NOx, CO, C02, Partikelmasse PM, Partikelanzahl, und/oder NH3, vorzugsweise auch der Drehzahl n und/ oder des Drehmomentes M der Brennkraftmaschine, ausgewählt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewertungsbezug (BB) aufgrund des Motor- und/oder Fahrzeugkonzeptes aus, vorzugsweise gesetzlichen, Anforderungen und/oder Vorgaben ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Messungen durchgeführt und zumindest eine Maßzahl (MZ) aus dem Mittelwert der Messergebnisse der Messungen ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Emissionen automatisch durchgeführt wird, indem zumindest ein Messereignisfenster durch zumindest eine charakteristische Erkennungsgröße definiert wird, und dass bei Erfüllen der charakteristischen Erkennungsgröße das Messereignis automatisch gestartet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Erkennungsgröße eine Motorbetriebsgröße der Brennkraftmaschine aus der Gruppe Drehzahl (n), Drehmoment (M), Kühlwassertem- peratur, Abgastemperatur vor und/oder nach dem Katalysator, Pedalwert, Betriebszeit und/oder Wegstrecke ausgewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewertung der Emissionen eine Bewertungsmatrix (BM) erstellt wird, welche sowohl eine qualitative, als auch eine quantitative Bewertungsangabe beinhaltet.
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