Sistema y método para el análisis remoto de emisiones de vehículos de motor pequeño.

Sistema para detectar componentes del escape de un vehículo en marcha que comprende:

una fuente de radiación

(510) para producir radiación;

un detector (510) para recibir dicha radiación y generar al menos una señal que responde a dicha radiación indicativa de la absorción de radiación de componentes de escape de vehículo primero y segundo en bandas de longitud de onda primera y segunda;

ópticas (531, 532, 533) para guiar dicha radiación a través de más de dos pasadas a través de un espacio de detección desde dicha fuente a dicho detector, mediante lo cual dicha radiación pasa a través del penacho de escape de un vehículo en marcha en dicho espacio de detección, y

un procesador (140) que responde a la al menos una señal, calculando dicho procesador una tasa de absorción de la radiación del primer componente de escape de vehículo en relación a la absorción de radiación del segundo componente de escape de vehículo para compensar al menos parte de la dispersión del penacho de escape; caracterizado porque dichas ópticas comprenden un sistema de espejos esféricos para una reflexión y un reenfoque repetidos de la radiación y, comprendiendo además una estructura móvil (390) sobre la que se montan la fuente de reducción, el detector y las ópticas, para su transporte a un lugar de ensayo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2000/034665.

Solicitante: Envirotest Systems Holdings Corp.

Inventor/es: STEDMAN,DONALD, BISHOP,GARY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/01 (Dispositivos o aparatos para facilitar la investigación óptica)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/03 (Detalles estructurales de las cubetas)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/35 (utilizando la luz infrarroja (G01N 21/39 tiene prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/33 (utilizando la luz ultravioleta (G01N 21/39 tiene prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios... > F02D45/00 (Control eléctrico no previsto en los grupos F02D 41/00 - F02D 43/00 (control eléctrico de aparatos de tratamiento de gas de escape F01N 9/00; control eléctrico de una de las funciones: encendido, lubrificación, refrigeración, arranque, calentamiento del aire de admisión, ver las subclases correspondientes a estas funciones))

PDF original: ES-2460215_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema y método para el análisis remoto de emisiones de vehículos de motor pequeño Campo de la invención La invención se refiere a un sistema y método para el análisis remoto de emisiones de vehículos con motores pequeños, tales como motocicletas.

Antecedentes de la invención Los motores de combustión interna producen subproductos gaseosos durante su funcionamiento. Muchos de estos subproductos gaseosos contaminan el entorno y, en altas concentraciones, pueden ser extremadamente nocivos. El efecto acumulativo de estos contaminantes, especialmente de automóviles y otros vehículos, ha tenido un impacto significativo en la calidad del aire y el agotamiento de la capa de ozono por todo el mundo.

Con el fin de ponerle freno a las emisiones de vehículos, muchos estados han establecido programas de Inspección y Mantenimiento (IM) . Algunos programas de IM incluyen inspecciones periódicas llevadas a cabo en instalaciones estatales. Estas inspecciones implican hacer funcionar el vehículo a través de una serie de aceleraciones, deceleraciones, frenadas y arranques sobre un banco dinamométrico y recoger las emisiones del vehículo en un analizador. Estas inspecciones ocupan tiempo y son inconvenientes para los propietarios del vehículo.

Para este fin, los sistemas de detección remotos han estado en desarrollo durante muchos años. Por ejemplo, la patente estadounidense n.º 5.210.702 da a conocer un sistema para detectar de manera remota niveles de monóxido de carbono y dióxido de carbono en emisiones de vehículos. El sistema usa una fuente infrarroja (IR) para proyectar un haz colimado de radiación IR a través del penacho de escape de un vehículo que pasa. Se usa un aparato óptico para separar diversas longitudes de onda del haz y dirigirlas a fotodetectores particulares. Cada fotodetector genera una señal eléctrica basándose en la presencia o ausencia de luz de una longitud de onda especificada. Los datos eléctricos se alimentan a un ordenador que se usa para calcular y comparar las tasas de componentes de escape de monóxido de carbono y dióxido de carbono. A partir de estas tasas, se identifican los vehículos de alta emisión. Estas tasas también pueden introducirse en una serie de ecuaciones basándose en las relaciones estequiométricas entre los componentes de escape que se usan para computar las concentraciones que se observarían mediante una sonda de tubo de escape (con corrección de agua y cualquier exceso de aire) .

También se intentaron otros métodos de determinación de las concentraciones de emisión usando analizadores de gas ópticos remotos. Un método, dado a conocer en la patente estadounidense n.º 4.924.095, usa trayectos de haz múltiples para tomar muestras de una “rebanada” de sección transversal del penacho de escape. Se determina y se usa el volumen de la rebanada para calcular una concentración absoluta de uno o más componentes de escape. Un sistema de este tipo resultó ser impreciso e inviable en la práctica debido a la dispersión irregular del penacho de escape y dificultades significativas a la hora de calcular el volumen del penacho de escape.

Los sistemas de ensayo de emisiones de vehículos remotos han experimentado muchas mejoras desde que se dieron a conocer originalmente. Algunos ejemplos incluyen: supervisión con vídeo asociado del vehículo cuyas emisiones van a analizarse y lectores de matrícula para realmente “leer” la matrícula; la combinación de fuentes de radiación UV e IR para detectores con canales detectores de CO, CO2, NOX, agua, e hidrocarburo (HC) ; y diversas disposiciones ópticas que efectúan descomposición del haz, trayectos de haz, filtrado y multiplexación en el tiempo.

Aunque los coches y camiones son la mayor fuente de emisiones de vehículos contaminantes, los vehículos con motores más pequeños, tales como motocicletas, ciclomotores y otros vehículos motorizados pequeños también pueden contribuir a la acumulación de contaminantes en las áreas urbanas. Debido a que los motores de vehículos motorizados pequeños generan normalmente penachos de escape considerablemente más pequeños y menos densos, los sistemas de detección remotos actuales para coches y camiones pueden tener dificultades a la hora de distinguir lecturas de escape para vehículos motorizados pequeños del ruido de fondo. Por ejemplo, un ciclomotor de 50 cc produce un penacho de escape de diez a veinte veces menor que el de un coche pequeño. Además, la ubicación espacial de penachos de escape de motor pequeño puede ser crítica para la detección remota con éxito debido a su pequeño tamaño y rápida dispersión. Debido a la variabilidad en la altura de las salidas de escape de la motocicleta, un penacho de escape de motocicleta puede producirse en cualquier lugar entre 6 pulgadas y 3 pies por encima del suelo. Los sistemas de detección remotos actuales pueden tener dificultades a la hora de apuntar hacia el penacho de escape de vehículos con motores pequeños y salidas de escape de altura variable.

Estos y otros inconvenientes de los sistemas de detección de emisión remotos actuales se resuelven mediante una o más de las diversas realizaciones preferidas de la invención.

El documento US 5877862 da a conocer un sistema para analizar gases de escape usando espectroscopia infrarroja ajustable. Un haz láser se dirige a través de un penacho de escape, se refleja en un reflector y después se recibe mediante un detector después de una segunda pasada a través del penacho de escape.

El documento US 4924095 da a conocer un sistema óptico para medir la contaminación de escape de coches y camiones, y en el que se analiza la posibilidad de reflexiones de haz múltiples con respecto a la figura 6 de ese documento.

El documento US 5591975 da a conocer un sistema de análisis de gases de escape en el que unos fotodetectores son sensibles a picos de absorción espectral de CO, CO2, NO, H2O e hidrocarburos. Se calcula la composición del penacho como porcentajes de los constituyentes basándose en las transmitancias detectadas de las respectivas longitudes de onda.

Sumario de la invención Según un primer aspecto de la presente invención se proporciona un sistema según la reivindicación 1.

Según un segundo aspecto de la invención se proporciona un método según la reivindicación 10.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de ensayo de emisiones; 20 la figura 2 es un diagrama esquemático de un segundo sistema de ensayo de emisiones;

la figura 3 es una vista frontal esquemática de un carril de ensayo de vehículos y un sistema de ensayo de emisiones;

la figura 4 es una vista lateral esquemática del carril de ensayo de vehículos y el sistema de ensayo de emisiones de la figura 3;

la figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema óptico para su uso en la invención; 30 la figura 6 es un diagrama esquemático de un método según la invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas Con referencia a las figuras del dibujo en general, y particularmente a la figura 1, se muestra un sistema para detectar componentes del escape de un vehículo en marcha. Un analizador 101 puede comprender una fuente 110, un detector 120, una óptica 130 y un sistema de procesamiento de datos 140. La fuente 110 puede generar un haz

150. El haz 150 puede proyectarse desde la fuente 110 para seguir un trayecto predeterminado dirigido por la óptica 130. La óptica 130 puede ser un sistema de lentes, reflectores, divisores, filtros u otros dispositivos ópticos interrelacionados para manipular o dirigir la radiación. La óptica 130 dirige el haz 150 a través de múltiples pasadas por un espacio de detección 160 antes de dirigir el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema para detectar componentes del escape de un vehículo en marcha que comprende:

una fuente de radiación (510) para producir radiación;

un detector (510) para recibir dicha radiación y generar al menos una señal que responde a dicha radiación indicativa de la absorción de radiación de componentes de escape de vehículo primero y segundo en bandas de longitud de onda primera y segunda;

ópticas (531, 532, 533) para guiar dicha radiación a través de más de dos pasadas a través de un espacio de detección desde dicha fuente a dicho detector, mediante lo cual dicha radiación pasa a través del penacho de escape de un vehículo en marcha en dicho espacio de detección, y

un procesador (140) que responde a la al menos una señal, calculando dicho procesador una tasa de absorción de la radiación del primer componente de escape de vehículo en relación a la absorción de radiación del segundo componente de escape de vehículo para compensar al menos parte de la dispersión del penacho de escape; caracterizado porque dichas ópticas comprenden un sistema de espejos esféricos para una reflexión y un reenfoque repetidos de la radiación y, comprendiendo además una estructura móvil

(390) sobre la que se montan la fuente de reducción, el detector y las ópticas, para su transporte a un lugar de ensayo.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el procesador calcula la concentración del segundo componente de escape de vehículo para compararla con un nivel umbral predeterminado. 25

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas están configuradas de manera que la radiación realiza al menos seis pasadas a través del espacio de detección.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas están configuradas de manera que la radiación 30 realiza al menos diez pasadas a través del espacio de detección.

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que dichas ópticas están configuradas de manera que la radiación realiza al menos veinte pasadas a través del espacio de detección.

6. Sistema según la reivindicación 1, en el que una altura vertical del espacio de detección se define como la distancia vertical entre una superficie horizontal y la ubicación del trayecto más superior de dicha radiación sobre dicha superficie horizontal, y dichas ópticas están configuradas de manera que la radiación realiza al menos dos pasadas a través del espacio de detección por pie (304, 8 mm) de dicha altura vertical.

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que dichas ópticas están configuradas de manera que la radiación realiza al menos cuatro pasadas a través del espacio de detección por pie (304, 8 mm) de dicha altura vertical.

8. Sistema según la reivindicación 1, en el que el primer componente de escape de vehículo es dióxido de 45 carbono y el procesador computa la concentración de un segundo componente de escape de vehículo comparando la absorción del segundo componente de escape de vehículo con la absorción del dióxido de carbono.

9. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además una superficie de conducción inclinada colocada 50 de manera que un vehículo está bajo carga como resultado de tener que subir la superficie de conducción inclinada cuando el vehículo emite un penacho de escape al interior del espacio de detección.

10. Método de detección de gases en el escape de un vehículo en marcha usando un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende las etapas de:

dirigir radiación a través de más de dos pasadas a través de un espacio de detección a un detector, mediante lo cual la radiación pasa a través del penacho de escape de un vehículo ubicado en dicho espacio de detección;

generar al menos una señal que responde a la radiación que ha pasado a través de un penacho de escape de vehículo que es indicativa de la absorción de radiación de componentes de escape de vehículo primero y segundo en bandas de longitud de onda primera y segunda; y

obtener información sobre la tasa del segundo componente de escape de vehículo en relación al primer

componente de escape de vehículo usando dicha al menos una señal generada con el fin de corregir la dispersión del penacho de escape de vehículo.