Sistema portátil, no intrusivo e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número,

gases y actividad del vehículo in situ que comprende un equipo de gases para la medida de emisiones gaseosas y un equipo para la medida de emisiones particuladas ambos conectados al tubo de escape del vehículo, un equipo GPS (Global Positioning System), un equipo de medida de actividad del vehículo que permite monitorizar y guardar los parámetros del motor y un equipo eléctrico que suministra la potencia eléctrica necesaria para la autonomía del sistema y para los ordenadores del sistema. Todos los equipos están comandados por un mismo accionador de adquisición de datos, de forma que se pueden obtener medidas de todos los equipos sincronizadas en tiempo real.

Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas, gases y actividad del vehículo.

Sector de la técnica La invención se encuadra en el sector técnico de medida in situ de emisiones contaminantes de vehículos, más concretamente de sistemas de medida de partículas, gases y condiciones operativas del vehículo sincronizadas en tiempo real.

Estado de la técnica El volumen de tráfico en crecimiento permanente y su impacto ambiental, especialmente por el tránsito dentro de las ciudades, se ha convertido en un grave problema. Las emisiones procedentes de los vehículos son las que lideran la contaminación de las áreas metropolitanas, afectando a la salud de las personas y dañando al medioambiente. Por esta razón, se ha hecho necesario limitar las emisiones de gases y partículas de los automóviles. Los legisladores fijan valores límites tolerables y los procedimientos de ensayo, siendo cada vez más restrictivos con las emisiones contaminantes. Como resultado, se realiza un importante esfuerzo y se destina una gran cantidad de recursos para tratar de disminuir la contaminación de los vehículos, como por ejemplo, realizando programas de inspección de emisiones de vehículos, creando nuevas fórmulas de combustibles, buscando nuevos combustibles, aumentando la exigencia de la normativa o mejorando los motores y sus sistemas de post tratamiento de gases. No obstante, para poder evaluar cómo afectan todas estas estrategias de reducción de contaminación, es necesario medir de forma precisa las emisiones reales procedentes de los vehículos. Hoy en día, la gran mayoría de las pruebas de emisión se realizan en laboratorios especializados, donde el vehículo se maneja en un banco de pruebas con rodillos según un ciclo de conducción establecido, como el FTP 75 (Federal Test Procedure, ciclo de test dinámico para medir emisiones para vehículos medios y ligeros) , o los SFTP (Supplemental Federal Test Procedure, para complementar al test FTP 75) , dentro de los que se encuentran, por ejemplo el SC03 (Test complementario al FTP 75 para medir la emisión cuando los vehículos utilizan el aire acondicionado) , US06 (test suplementario del FTP-75 para medir emisiones en caso de altas velocidades y conducción agresiva) y el CBD (Central Business District Cycle) , el ETC (European Transient Cycle) , y ELR (European Load Response Cycle) estos últimos ciclos de conducción para medir las emisiones de vehículos pesados, o el ciclo NEDC (Nuevo ciclo europeo de conducción) , válido tanto para vehículos medios y ligeros como para vehículos pesados.

La comprobación de los gases de escape en bancos de ensayos de chasis o de rodillos sirve, por una parte, con ensayos normalizados para obtener el permiso general de circulación, para la estimación de los gases emitidos y de la materia particulada a partir de análisis posteriores del contaminante almacenado en bolsas y, por otra parte, para el desarrollo de componentes de motores.

Además, se hacen comprobaciones de los gases de escape en bancos de ensayos de motores para hacer pruebas de larga duración de operación del motor antes de salir de la fábrica. Los procesos aplicados están definidos de tal manera que se simula en gran medida la marcha normal en la calle o en la carretera.

El método más extendido para la recolección de los gases de escape emitidos por un motor es el procedimiento de dilución CVS (Constant Volume Sampling) . En el procedimiento CVS, el análisis de los gases de escape se hace una vez finalizado el ensayo. Para ello, es necesario, por una parte, evitar la condensación de vapor de agua con las pérdidas de óxido de nitrógeno resultantes y, por otra parte, evitar reacciones posteriores en los gases de escape recolectados.

Hasta ahora, los métodos más utilizados que permiten medir las emisiones gaseosas y particuladas provenientes de los vehículos han sido dos: el primero de ellos es la medida en un banco de pruebas con recolección posterior de las emisiones en bolsa y su posterior análisis a través del método CVS anteriormente mencionado, y el segundo método consiste en medir las emisiones on-road procedentes de la pluma de gases de escape de un vehículo mediante un laboratorio móvil que lo va siguiendo y recogiendo las muestras.

Actualmente, se está trabajando en sistemas que permitan las medidas directas en el penacho. Sin embargo, siguen existiendo algunos problemas intrínsecos con las emisiones, puesto que la medición en el penacho se ve influenciada por parámetros externos no controlables, como por ejemplo, la turbulencia del aire en el entorno de la pluma, polvo ambiental y partículas provenientes de los frenos o de las ruedas, entre otras, introduciendo gran incertidumbre en las medidas. Por otra parte, los equipos de medida de emisiones del vehículo embarcables (Patent Application WO01/79804) solo consideran la emisión de materia particulada en masa.

A pesar de los sistemas de medida señalados y su extendido uso, no existe una instalación a través de la cual se conecten los equipos de medida de emisiones de gases y de partículas con el propio vehículo, permitiendo la posibilidad de gestionar y relacionar toda la información procedente de los equipos de forma simultánea y relacionarla con los distintos parámetros de funcionamiento del motor del vehículo y con las condiciones orográficas del terreno.

Para resolver este problema y poder realizar unas medidas fiables y repetitivas in situ, en el propio vehículo, se ha diseñado un novedoso sistema que permite el control de las condiciones tanto de la línea de muestra como del punto de muestreo, de manera tal que no se vean afectadas por ningún parámetro externo. Consecuentemente, se proporciona un sistema portátil e integrado en el vehículo, estando dicho sistema formado por un conjunto de equipos de medida de gases, de medida de distribución de tamaño y número de partículas y parámetros operativos del motor con una instalación apropiada y efectiva, la cual puede ser usada tanto para vehículos ligeros como vehículos medios y pesados, permitiendo medidas a bordo o medidas en banco de ensayos, de gases, partículas y parámetros de motor.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un sistema portátil, no intrusivo respecto al vehículo e integrado en el mismo formado por diversos equipos conectados entre sí para la medida in situ de emisiones contaminantes, gases y distribución de tamaño y número de partículas, y parámetros operativos del motor. Estos equipos poseen las características necesarias para poder correlacionar los distintos datos entre sí, obteniéndose medidas de todos los equipos sincronizadas en tiempo real. Los equipos se han adaptado para su utilización a bordo, lo que significa que no se ven afectados por las vibraciones, giros del coche y otros factores externos.

Cada uno de los equipos que componen el sistema tiene un fin específico. Estos equipos son los siguientes:

• un equipo de medida de gases para la medida de emisiones gaseosas procedentes del escape del vehículo,

• un equipo que mide las emisiones de partículas procedentes del escape del vehículo,

• un equipo GPS (Global Positioning System) que permite conocer y guardar la velocidad, cambios de posición y cambios de altura del vehículo,

• un equipo de medida de actividad del vehículo que, conectado al motor del mismo, permite monitorizar y guardar los parámetros del motor y, por último,

• un equipo eléctrico que suministra la potencia eléctrica necesaria para la autonomía del sistema y para asegurar que los equipos electrónicos no están expuestos a fluctuaciones y/o picos de tensión y corriente que comprometan la integridad de los mismos. A este equipo van conectados el equipo que mide las emisiones de partículas y todos los ordenadores del sistema portátil.

Cada equipo tiene la instalación adecuada para poder medir in situ cada uno de los parámetros para los que está diseñado y para poder relacionar cada una de las distintas mediciones con la actividad del vehículo y con las condiciones externas del mismo.

Los equipos que integran el sistema portátil e integrado, es decir, el de medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, el de medida de emisiones de gases, el que mide la actividad del vehículo y el GPS, se encuentran comandados por un solo accionador o disparador de adquisición de datos, el cual permite comenzar todas las medidas de datos a la vez. De esta forma se pueden realizar medidas sincronizadas en el momento que se desee. Es posible registrar datos...

1. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo que comprende:

• un equipo de gases para la medida de emisiones gaseosas, conectado al tubo de escape del vehículo,

• un equipo para la medida de emisiones particuladas en distribución de tamaño y número, conectado asimismo al tubo de escape del vehículo,

• un equipo GPS (Global Positioning System) que permite conocer y guardar la velocidad, cambios de posición y cambios de altura del vehículo,

• un equipo de medida de actividad del vehículo y conectado a dicho vehículo que permite monitorizar y guardar los parámetros del motor y

• un equipo eléctrico que suministra la potencia eléctrica necesaria para la autonomía del sistema y al cual se conectan el equipo de gases, el equipo de medida de emisiones particuladas y el equipo de medida de actividad el vehículo;

y donde el equipo de gases, el equipo de medida de emisiones particuladas, el equipo GPS y el equipo de medida de actividad el vehículo están comandados por un mismo accionador de adquisición de datos, de forma que se pueden obtener medidas de todos los equipos sincronizadas en tiempo real.

2. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo según reivindicación 1 caracterizado porque el equipo de gases para la medida de emisiones gaseosas comprende:

• Un cuerpo principal que analiza las muestras de gases procedentes del tubo de escape,

• un caudalímetro conectado al tubo de escape que conduce los gases hasta el cuerpo principal,

• bombonas que albergan distintos componentes para calibrar, comparar y medir las muestras de gases, encontrándose dichas bombonas conectadas al cuerpo principal,

• unas baterías que suministran la energía necesaria para un funcionamiento adecuado del equipo,

• un ordenador que maneja, almacena y reproduce las emisiones que se están midiendo.

3. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo según reivindicación 1 caracterizado porque el equipo de medida de emisiones particuladas comprende:

• unas mangueras calefactadas que conectan al tubo de escape del vehículo con la probeta de muestreo y a ésta con el termodiluidor,

• una probeta de muestreo donde se realiza una primera dilución de la mezcla de gases/partículas del escape del vehículo,

• un termodiluidor que acondiciona el aire que va a diluir la muestra, además de regular la dilución y la temperatura de la probeta de muestreo,

• un sistema de dilución conectado en serie con el termodiluidor,

• un cuerpo principal de medida de partículas conectado en serie con el sistema de dilución,

• un ordenador que maneja, almacena y reproduce las emisiones que se están midiendo,

• unas baterías que suministran la energía necesaria para un funcionamiento adecuado del equipo,

• unos termopares que, conectados a las mangueras calefactadas, permiten el control de la temperatura.

4. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo según reivindicación 3 caracterizado porque el ordenador que maneja, almacena y reproduce las emisiones que se están midiendo está conectado vía USB al equipo GPS del sistema portátil.

5. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo según reivindicación 3 caracterizado porque el sistema de dilución comprende un compresor, un pulmón o recipiente que amortigua el flujo pulsante, un filtro de carbón activo para retener toda la humedad que pueda contener el aire de dilución, un filtro absoluto para retener todas las trazas de cualquier otra especie distinta al aire mismo y un caudalímetro digital que sirve para ajustar el caudal que suministra el compresor.

6. Sistema portátil e integrado para medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número, gases y actividad del vehículo según reivindicación 1 caracterizado porque el equipo de medida de actividad del vehículo que permite monitorizar y guardar los parámetros del motor comprende un lector de diagnóstico a bordo OBD II (onboard diagnostic) y sistema BUS-CAN (Controller Area Network) conectado al vehículo.

7. Procedimiento para la medida de emisiones de partículas en distribución de tamaño y número procedentes del tubo de escape de un vehículo caracterizado por comprender las siguientes etapas:

- aspiración y transporte de la mezcla de gases/partículas procedentes del tubo de escape de un vehículo desde dicho tubo de escape hasta una probeta de muestreo,

- primera dilución de la mezcla de gases/partículas procedente del tubo de escape, siendo esta dilución superior a 3000 partes de aire limpio por 1 de mezcla de gases/partículas procedentes del tubo de escape y realizándose esta primera dilución a 150º C de temperatura en dicha probeta de muestreo,

- segunda dilución de la mezcla de gases/partículas en un sistema de dilución hasta una dilución final de 6000 partes de aire limpio por 1 de mezcla de gases/partículas provenientes del tubo de escape,

- medida de las partículas de la mezcla de gases/partículas proveniente de la segunda dilución en un equipo de medida de partículas.

ES 2 365 095 Bl

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201000289

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 09.03.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : G01M15/10 (01.01.2006) F02B77/08 (01.01.2006)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201000289

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01M15, F02B77 Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, World Wide Web, Elsevier Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000289

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 28.02.2011

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201000289

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración De acuerdo con el artículo 29.6 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/86 de Patentes, se establece en esta opinión escrita que la solicitud parece no cumplir con los requisitos exigidos en los Artículos 6.1 y 8.1 de la Ley 11/86 de Patentes, en relación con el estado de la técnica establecido por el artículo 6.2 de dicha ley, por no hacerlo los objetos de protección definidos por sus reivindicaciones, en concreto:

El documento D01 divulga de manera explícita todas las características técnicas incluidas en las reivindicaciones 1, 2 y 6 careciendo de novedad los objetos definidos por ellas.

El objeto definido por la reivindicación 3, equipo de medida de emisiones particuladas, difiere de lo divulgado por D01 en la inclusión de un termodiluidor en serie con un sistema de dilución, cuyo efecto técnico resulta en la regulación del grado de dilución y de la temperatura a que tiene lugar. Esta configuración se encuentra divulgada en D02 (ver figura 2) que, aun no mencionado la utilización de termopares, es de uso habitual en la técnica para el control de la temperatura indicado en D02. El experto en la materia utilizaría de manera evidente la disposición divulgada en D02 en el sistema divulgado en D01 para obtener los mismos resultados, por lo que la reivindicación 3 parece carecer de actividad inventiva.

Las características adicionales contenidas en la reivindicación 4 (según reivindicación 3) , esto es, la conexión vía USB entre el GPS y el ordenador del sistema es un tipo de conexión estándar de uso habitual en la técnica, por lo que la reivindicación 4 parece también carecer de actividad inventiva.

Las características adicionales contenidas en la reivindicación 5 (según reivindicación 3) , se encuentran divulgadas en D02, por lo que también parece carecer de actividad inventiva.

El procedimiento definido por la reivindicación 7 añade, a lo divulgado en D01, los valores de dilución y la temperatura a la que tiene lugar. El documento D03, correspondiente a la descripción del equipo medidor de partículas 3090 fabricado por TSI y cuya utilización en el sistema se indica en D01, establece como propiedades la capacidad de diluciones 3000:1 a temperaturas de 150º . No obstante, en ninguno de los documentos citados se divulga, ni de ellos se desprende de una manera evidente, la dilución final 6000:1 reivindicada, por lo que parece que el procedimiento definido por la reivindicación 7 es nuevo y presenta actividad inventiva en su comparación con los documentos definitorios del estado de la técnica.

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