Procedimiento y sistema para determinar una tasa de emisión másica de un contaminante contenido en el gas de escape de un equipo móvil.

Un procedimiento de estimación de una tasa de emisión másica de un producto de combustión particulado ogaseoso contenido en el gas de escape de un vehículo accionado por una fuente de energía basada en lacombustión,

que comprende las etapas de:

medir una concentración de productos de combustión contenida en el gas de escape del vehículo durante unapluralidad de intervalos de tiempo;

determinar una masa del vehículo;

medir una velocidad de desplazamiento del vehículo para la pluralidad de intervalos de tiempo;

estimar una velocidad de flujo volumétrico del gas de escape para la pluralidad de intervalos de tiempo basándoseen la masa determinada y la velocidad de desplazamiento; y

calcular la tasa de emisión másica del contaminante como el producto de la concentración de productos decombustión medida y la velocidad de flujo volumétrico del gas de escape determinada.

Procedimiento y sistema para determinar una tasa de emisión másica de un contaminante contenido en el gas de escape de un equipo móvil 5

Campo técnico La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema para determinar la tasa, por ejemplo, en gramos por kilómetro o en gramos por kilovatio hora, a la que productos de combustión son emitidos de un equipo móvil

accionado por una fuente de energía basada en la combustión mientras que está siendo propulsado sobre un medio estático tal como una carretera o sobre un dinamómetro.

La invención tiene aplicación particular, pero no exclusiva, para la medición de tanto gases como partículas finas en la corriente de gas de escape de un procedimiento de combustión utilizado para generar fuerza motriz para propulsar el equipo móvil. Para fines ilustrativos, la invención se describirá con referencia a la aplicación preferida de la invención, pero sin limitar su alcance de ningún modo a la misma, es decir, midiendo las tasas de emisión másica para motores de combustión interna que operan en un vehículo a motor.

Antecedentes de la invención Durante los últimos años, las autoridades sanitarias y medioambientales en el mundo han puesto un gran énfasis en reducir los impactos adversos sobre la salud de contaminantes particulados y gaseosos transmitidos por el aire.

La investigación ha mostrado que las emisiones de gases de escape de vehículos a motor y otro equipo que use motores de combustión interna son una fuente dominante de muchos contaminantes preocupantes. Los más notables de éstos son partículas finas y una gama de sustancias químicas que se combinan para precipitar la formación de niebla fotoquímica.

Se ha reconocido ampliamente que las emisiones particuladas, lo más comúnmente de motores de combustión interna, son una de las amenazas para la salud más significativas por contaminantes para los seres humanos. Estas emisiones particuladas, que comprenden una mezcla de materia carbonácea muy finamente dividida, sulfatos y compuestos altamente tóxicos son frecuentemente carcinogénicas y pueden afectar los sistemas neurológicos y reproductores de seres humanos. Los motores de combustión interna también son una fuente importante de contaminantes gaseosos que incluyen una gama de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Estos gases pueden afectar individualmente o en combinación la salud humana, especialmente en relación con la incidencia o exacerbación de enfermedades respiratorias.

Aunque se ha desarrollado instrumentación de laboratorio de calidad para investigación y procedimientos de ensayo para medir emisiones de motores, generalmente son muy caros y los procedimientos requieren mucho tiempo,

haciéndolos inadecuados para su uso o adaptación al alto volumen de mediciones de bajo coste requeridas para evaluar rápidamente en rendimiento de emisiones de vehículos en uso.

Nuevos coches de motor y vehículos comerciales ligeros, y los motores usados en vehículos de mercancías pesados, están certificados para una gama de reglamentaciones usando procedimientos de ensayo normalizados. 45 Un ejemplo esquemático de una instalación de ensayo de la técnica anterior se ilustra en la Fig. 1. El procedimiento más común de medir emisiones de gases de escape de un vehículo es ensayar sobre un dinamómetro 2, en el que el flujo del gas de escape total es capturado y arrastrado con una cantidad de aire filtrado (véase el filtro 7a) en un túnel 3 de dilución, en el que el gas de escape total / flujo de aire ambiental es sacado por un venturi de flujo crítico por una poderosa soplante 7b de extracción. La instalación de ensayo comprende además un armario 4 de medición 50 de partículas con un controlador de la masa de partículas, contador de partículas sólidas y un detector de ionización de llama, y adicionalmente un equipo 5 de medición de gas de escape, un ordenador 6 principal del dinamómetro y un armario 8 de muestreo. El coste total de una instalación tal está normalmente en el intervalo 2 millones de euros a 10 millones de euros, con un coste típico por ensayo de muchos miles de euros y un retardo de hasta tres horas o incluso más para generar un resultado.

Durante el ensayo periódico de vehículos en uso puede usarse una instalación similar, con dinamómetro e instrumentación de menor calidad, si la agencia reguladora desea obtener resultados que puedan correlacionarse directamente con los límites de emisión de la certificación original. Una instalación tal para probar tanto vehículos para tareas ligeras como pesadas también es caro - normalmente en la región 0, 6 millones de euros a 1, 0 millón de 60 euros, excluyendo los costes de la estructura del edificio y del sitio.

Aunque este procedimiento de ensayo facilita resultados que se parecen mucho a las tasas de emisión durante la conducción en carretera típica, el coste de establecimiento de tales instalaciones, junto con el tiempo implicado en sujetar el vehículo sobre el dinamómetro y conectar la base de recogida de gases de escape al vehículo, desanima a 65 la mayoría de los reguladores a usar este procedimiento.

Alternativamente, los sistemas de medición de emisiones portátiles (PEMS) a bordo con medición del flujo del gas de escape total, muestreo de gas de escape parcial, gestión del flujo de muestreo proporcional y versiones reducidas de la instrumentación de laboratorio pueden montarse en un vehículo para medir emisiones mientras que el vehículo esté siendo manipulado en situaciones de tráfico típicas. De nuevo, el coste del equipo es considerable y su uso requiere un tiempo de instalación que normalmente supera dos horas. El coste de este tipo de equipo es generalmente superior a 200.000?.

Un componente muy significativo del coste de los sistemas descritos anteriormente es el control o medición directa del flujo del gas de escape total. La medición del flujo del gas de escape en bruto o diluido es esencial en estos sistemas con el fin de generar un resultado de ensayo en términos de gramos por kilómetros o gramos por kilovatio hora de cada contaminante.

Aunque estos costes pueden ser aceptables para la certificación de vehículos y muchas actividades de investigación y desarrollo, son en la mayoría de los casos prohibitivamente altos para otras aplicaciones vitalmente importantes,

incluso las instalaciones de menor calidad no son económicamente viables para otras aplicaciones vitalmente importantes, tales como:

• estudios de inventario de emisiones, o

• programas periódicos de ensayo y reparación de vehículos en uso para identificar y rectificar rápidamente vehículos altamente contaminantes.

En vista de los problemas anteriores de los procedimientos de ensayo de la técnica anterior, la presente invención busca proporcionar un procedimiento de medir rápidamente y menos costosamente tasas de emisión másica de contaminantes emitidos por vehículos de carretera, sin complejidad y coste de equipo tal como el descrito anteriormente. Es otro objetivo de la invención proporcionar equipo de ensayo compacto que pueda instalarse rápidamente en el vehículo.

El documento US 5.639.957 desvela un procedimiento y aparato para medir la cantidad de un gas componente en el gas de escape de un vehículo de motor en el que los valores de la velocidad de flujo del gas de escape reales aproximados QEa (t) se calculan usando un procedimiento de ajuste a curva polinómica sobre los valores de la velocidad de flujo teórica calculada QEi (t) .

El documento WO 03/038393 A1 desvela un enfoque para derivar una velocidad de flujo del gas de escape que comprende la medición de variables tales como flujo de aire, relación H:C del combustible, CO2, CO y HC y derivar una medida de velocidad de flujo del gas de escape basándose en una fórmula novedosa. La tasa así derivada es menos sensible que la de los procedimientos conocidos a fluctuaciones en valores de emisiones y/o tiempos de transporte entre el motor el motor y el tubo de escape.

El documento WO 2005/085793 A1 desvela procedimiento y un dispositivo que se usa para determinar la emisión másica de un componente de gas de escape en un vehículo, que comprende una unidad de medición y evaluación usada para determinar la concentración de al menos un componente de gas de escape. La línea de gas de escape de la unidad de medición y evaluación está conectada al tren de gas residual del vehículo y comprende una conexión de datos de enchufe o inalámbrica para formar una interfaz OBD del vehículo. La emisión másica temporal

de los componentes del gas de escape puede determinarse a partir de la señal de concentración y una señal másica de aire de... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de estimación de una tasa de emisión másica de un producto de combustión particulado o gaseoso contenido en el gas de escape de un vehículo accionado por una fuente de energía basada en la 5 combustión, que comprende las etapas de:

medir una concentración de productos de combustión contenida en el gas de escape del vehículo durante una pluralidad de intervalos de tiempo;

determinar una masa del vehículo;

medir una velocidad de desplazamiento del vehículo para la pluralidad de intervalos de tiempo;

estimar una velocidad de flujo volumétrico del gas de escape para la pluralidad de intervalos de tiempo basándose 15 en la masa determinada y la velocidad de desplazamiento; y

calcular la tasa de emisión másica del contaminante como el producto de la concentración de productos de combustión medida y la velocidad de flujo volumétrico del gas de escape determinada.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de medir otra concentración de productos de combustión contenida en el gas de escape del vehículo durante cada una de la pluralidad de intervalos de tiempo; en el que la otra concentración determinada se usa para corregir la velocidad de flujo volumétrico del gas de escape estimada por un factor calculado como la relación de la otra concentración de productos de combustión medida en la corriente de gas de escape frente a una concentración del otro producto de combustión en la corriente de gas de escape que resultaría de combustión estequiométrica.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la otra concentración de productos de combustión medida es la concentración de dióxido de carbono.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la etapa de estimar una velocidad de flujo volumétrico del gas de escape para la pluralidad de intervalos de tiempo, una potencia instantánea requerida para propulsar el vehículo se calcula para la pluralidad de intervalos de tiempo basándose en la masa determinada y la velocidad de desplazamiento; y la potencia instantánea calculada se usa para calcular la tasa de consumo de combustible másica instantánea.

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de determinar un consumo de combustible específico para potencia, en el que el consumo de combustible específico para potencia se determina tanto usando un valor de consumo de combustible específico al freno (CECF) constante estimado o usando un valor de CECF determinado basándose en la velocidad del motor medida y un par motor determinado durante el intervalo de tiempo.

6. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que factores empíricos o medidos para al menos una de una pérdida aerodinámica, una pérdida por rodamiento del neumático, una pérdida por transmisión o una carga de potencia accesoria se usan para determinar una potencia de tracción requerida para propulsar el

vehículo a la velocidad determinada.

7. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la salida de un acelerómetro basado en masa alineado con el eje longitudinal de desplazamiento se usa para determinar una carga de tracción neta debida a la suma algebraica de un gradiente y una aceleración o deceleración longitudinal.

8. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de integrar las tasas de emisión másica estimadas sobre la pluralidad de intervalos de tiempo junto con la actual distancia recorrida durante la pluralidad de intervalos de tiempo para calcular la masa del producto de combustión generada por kilómetro de desplazamiento.

9. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además las etapas de determinar una potencia del motor usando un dinamómetro para la pluralidad de intervalos de tiempo e integrar la potencia del motor determinada con las tasas de emisión másica estimadas sobre la pluralidad de intervalos de tiempo para calcular la masa de contaminante generado por unidad de energía usada.

10. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la tasa de emisión másica se estima basándose en la conducción del vehículo en una carretera normal o en una pista de pruebas dedicada.

11. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el vehículo se ensaya sobre un

dinamómetro para estimar la tasa de emisión másica, en el que diferentes condiciones de conducción son simuladas usando curvas de carga del dinamómetro.

12. Un sistema de estimación de una tasa de emisión másica de un contaminante particulado o gaseoso contenido en el gas de escape de un vehículo accionado por una fuente de energía basada en combustión, que comprende:

una unidad de procesamiento;

un dispositivo analizador de emisiones para medir tasas de concentración de emisiones gaseosas y particuladas conectado a la unidad de procesamiento;

una manguera de muestreo que transmite una muestra de gas de escape al dispositivo para medir tasas de concentración de emisiones gaseosas y particuladas;

caracterizado porque la unidad de procesamiento está configurada para realizar el procedimiento de estimación de una tasa de emisión másica según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 - 11.

13. Un sistema según la reivindicación 12, que comprende además un sensor de velocidad del vehículo y un sensor de velocidad del motor conectado a la unidad de procesamiento.

14. Un sistema según la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que el dispositivo analizador de emisiones, y el

sensor de velocidad del vehículo, se disponen dentro del vehículo durante un periodo de medida para estimar la tasa de emisión másica.