На чем основан метод определения дымности отработавших газов дизелей
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 04.10.2024
ГОСТ 21393-75 Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. Требования безопасности
Настоящий стандарт распространяется на автотранспортные средства с дизелями (далее - автомобили), вновь изготовленные и находящиеся в эксплуатации.
Стандарт устанавливает нормы и методы измерения дымности отработавших газов автомобилей (далее - дымность) на режимах свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (далее - максимальная частота вращения).
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в приложении 1.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
1. НОРМЫ ДЫМНОСТИ
1.1. Основным нормируемым параметром дымности является натуральный показатель ослабления светового потока К, вспомогательным - коэффициент ослабления светового потока N. Пересчет значений К в N - в приложении 1а.
1.2. Дымность автомобилей во время гарантийного пробега* (гарантийного срока службы), а также в течение всего срока эксплуатации непосредственно после выполнения услуг по техническому обслуживанию и ремонту не должна превышать значений, указанных в таблице.
Режим измерения дымности
Предельно допускаемый натуральный показатель ослабления светового потока Кдоп, м -1 , не более
Предельно допускаемый коэффициент ослабления светового потока N д on , %, не более **
Свободное ускорение для автомобилей с дизелями:
Максимальная частота вращения
** Нормы даны для L = 0,43 м (см. приложение 1).
* Для автомобилей, имеющих пробег менее 3000 км, предприятия-изготовители должны устанавливать технологические нормы дымности.
1.3. Дымность автомобилей, официально утвержденных в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24, проверяется только на режиме свободного ускорения и не должна превышать предельных значений, указанных предприятием-изготовителем в знаке или документе (сертификате, техническом паспорте) официального утверждения типа транспортного средства.
1.4. При контрольных проверках дымности автомобилей в условиях эксплуатации (на дороге) допускается превышение установленных таблицей п. 1.2 норм для режима свободного ускорения Кдоп не более, чем на 0,5 м -1 .
1.5. Контроль дымности автомобилей проводят на соответствие нормам по пп. 1.2, 1.3 и 1.4:
а) на предприятиях, эксплуатирующих автомобили:
при выборочных проверках автомобилей, выезжающих на линию по пп. 1.3.4 и 1.4;
после технического обслуживания и ремонта или регулировки агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение дымности по пп. 1.2 и 1.3;
б) на предприятиях, осуществляющих услуги и работы по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей по пп. 1.2, 1.3, после осуществления услуг и работ;
в) на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили по пп. 1.2 и 1.3, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях;
г) при сертификационных испытаниях по п. 1,3;
д) при государственных технических осмотрах автомобилей и выборочных проверках на дорогах:
автомобили во время их гарантийного пробега (срока службы) по п. 1.2;
автомобили, официально утвержденные в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24 в период всего срока эксплуатации по п. 1.3;
автомобили после гарантийного пробега срока службы по п. 1.4.
1.6. Агрегаты, узлы и детали автомобиля, влияющие на дымность, должны быть сконструированы, изготовлены и установлены таким образом, чтобы дымность автомобиля не превышала установленных норм в период всего срока эксплуатации при условии соблюдения правил эксплуатации и обслуживания, указанных в прилагаемых к автомобилю инструкциях (руководствах).
Разд. 1. (Измененная редакция, Изм. № 2).
2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
2.1. Условия измерений
2.1.1. Выпускная система автомобиля не должна иметь неплотностей, вызывающих утечку отработавших газов и подсос воздуха.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.1.2. Перед испытаниями двигатель должен быть прогрет не ниже рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в руководстве по эксплуатации автомобиля.
(Измененная редакция, Изм. № 2).
2.1.3. На автомобилях с механической коробкой передач измерение проводят при нейтральном положении рычага переключения передач. На автомобилях с автоматической коробкой передач измерение проводят при установке избирателя скорости на нейтральное положение.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.1.4. Устройство для пуска холодного двигателя должно быть отключено.
(Введен дополнительно, Изм. № 2).
2.2. Требования к измерительной аппаратуре и пробоотборной системе
(Измененная редакция, Изм. № 2).
2.2.1. Дымность должна измеряться приборами, работающими на принципе просвечивания отработавших газов и отвечающими требованиям, изложенным в приложении 2.
2.2.2. Подготовку, обслуживание и использование дымомера следует проводить в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации на дымомер. Дымомер должен быть поверен.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.2.3. Конструкция пробоотборной системы должна обеспечивать отсутствие утечек газов и подсоса воздуха, влияющих на состав отработавших газов. Рекомендуемые требования к пробоотборной системе изложены в приложении 4.
(Введен дополнительно, Изм. № 2).
2.3. Проведение измерений
2.3.1 Испытания автомобилей на режиме свободного ускорения должны проводиться по следующей процедуре:
- при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной частоте вращения быстрым, но не резким, нажатием до упора на педаль управления подачей топлива топливным насосом высокого давления (далее - педаль) устанавливают максимальный расход топлива и его поддерживают до достижения максимальной частоты вращения и включения регулятора. Затем отпускают педаль до установления минимальной частоты вращения. Этот процесс повторяют не менее шести раз;
- при каждом последующем свободном ускорении фиксируют максимальную дымность до получения устойчивых значений. Измеренные величины считаются устойчивыми, если четыре последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м -1 и не образуют убывающей последовательности;
- за результат измерения принимают среднее арифметическое результатов четырех измерений.
2.3.2. Дымность на режиме максимальной частоты вращения проверяют не позднее, чем через 60 с после проверки на режиме свободного ускорения. Для этого необходимо нажать до упора педаль и зафиксировать ее в этом положении, установив максимальную частоту вращения. Дымность измеряют не ранее, чем через 10 с после впуска отработавших газов в прибор. Измерение считают достоверным, если значения дымности расположены в зоне шириной не более 6 % по шкале N. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям дымности.
2.3.3. Измерение дымности у автомобилей с раздельной выпускной системой следует проводить в каждой из выпускных труб отдельно. Оценку дымности проводят по максимальному значению.
2.3.4. Результаты измерений рекомендуется занести в карточку, указанную в приложении 3.
2.3.1 - 2.3.4 (Измененная редакция, Изм. № 2).
2.3.5. Колебание стрелки прибора не должно превышать ± 3 % от всей шкалы прибора. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям.
2.3.6. Результаты измерений следует занести в карточку, указанную в приложении 3.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1. Места, предназначенные для измерения содержания дымности, должны быть оборудованы принудительной или естественной вентиляцией, обеспечивающей санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений по ГОСТ 12.1.005 .
3.2. Уровень шума в зоне проведения измерений - по ГОСТ 12.1.003 .
3.3. Уровень вибрации в зоне проведения измерений - по ГОСТ 12.1.012 .
3.4. При проведении измерений должны быть приняты необходимые меры, исключающие самопроизвольное движение автомобиля.
Разд. 3. (Введен дополнительно, Изм. № 1).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Пояснения терминов, применяемых в настоящем стандарте
Свободное ускорение - разгон двигателя от минимальной до максимальной частоты вращения на холостом ходу.
Максимальная частота вращения - частота вращения вала двигателя на холостом ходу при полностью нажатой педали подачи топлива, ограниченная регулятором.
Дымность отработавших газов - по ГОСТ 17.2.1.02.
Эффективная база дымомера L , м - толщина оптически однородного слоя эталонных газов, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же отработавших газов, заполняющих рабочую трубу дымомера в условиях измерения.
Натуральный показатель ослабления светового потока К, м -1 - величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя который поток излучения от источника света дымомера ослабляется в е раз. Отсчитывается по основной шкале индикатора дымомера.
Коэффициент ослабления светового потока N , % - степень ослабления светового потока вследствие поглощения и рассеивания света отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера. Отсчитывается по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м.
Предельно допустимый натуральный показатель ослабления светового потока Кдоп, м -1 - натуральный показатель ослабления светового потока отработавшими газами, при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытания.
Предельно допустимый коэффициент ослабления светового потока N доп , % - коэффициент ослабления светового потока отработавшими газами, измеренный по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м (или пересчитанный по формуле, приведенной в п. 3 приложения 2), при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытание.
Автомобиль, находящийся в эксплуатации, - автомобиль, полученный от предприятия-изготовителя и прошедший регистрацию в установленном порядке.
Необкатанный автомобиль - автомобиль, не прошедший обкатку в объеме, установленном предприятием-изготовителем, необходимую для реализации показателей, указанных в нормативных документах.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 a
Пересчет значений К в N
(для N, приведенного к шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м)
Примечание. Курсивом выделены нормы дымности, указанные в таблице п. 1.2. Значения К, не приведенные в таблице, пересчитывают в ТУ по формуле, указанной в п. 3 приложения 2.
(Введено дополнительно, Изм. № 2).
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное
Основные требования к дымомеру
1. Прибор должен работать по методу просвечивания столба отработавших газов определенной длины. Величина L должна быть указана на приборе.
2. Прибор должен быть оборудован устройствами для измерения давления и температуры отработавших газов в его рабочей камере и перепускным клапаном для отвода отработавших газов между измерениями.
3. Прибор должен иметь две измерительные шкалы: основную - в абсолютных величинах поглощения света от 0 до ¥ (для приборов с цифровой индикацией верхний диапазон - не менее 10 м -1 ), вспомогательную - линейную с диапазоном измерения 0-100 %.
Зависимость между показаниями основной и вспомогательной шкалами вычисляют по формуле
где К - коэффициент поглощения света, м -1 ;
N - показание линейной шкалы дымомера с эффективной базой L, %;
L - эффективная база дымомера, м.
Шкала дымомера должна обеспечивать возможность считывать значения коэффициента поглощения К в диапазоне 0-2,115 м -1 с точностью до 0,025 м -1 и коэффициент ослабления N с точностью до 1 %.
4. Источник света - лампа накаливания либо другой источник с цветовой температурой в диапазоне 2800-3250 К (2527-2977 ° С).
5. Фотоприемник дымомера должен иметь спектральную характеристику, аналогичную кривой дневного зрения человеческого глаза (максимальный эффект срабатывания - в диапазоне волн длиной 550-570 нм, при этом только менее 4 % могут находиться при длинах волн ниже 430 нм и более 680 нм).
6. Попадание на фотоприемник света от посторонних источников в результате внутреннего отражения или рассеивания не должно влиять на результаты измерения более чем на 1 % по линейной шкале.
7. Электрическая цепь, в которую включен индикатор, должна обеспечивать линейную зависимость тока фотоприемника от силы света в диапазоне рабочих температур фотоприемника.
8. Основная приведенная погрешность прибора - не более 2 % максимального значения линейной шкалы прибора.
9. Промежуточная проверка прибора должна проводиться при включенном источнике света с помощью установки перед фотоприемником нейтрального светофильтра с коэффициентом поглощения 1,6-1,8 м -1 , при этом показания прибора не должны отличаться от коэффициента поглощения фильтра более, чем на 0,025 м -1 . Светофильтр должен входить в комплект прибора.
10. Время срабатывания электрической измерительной цепи, соответствующее времени, необходимому для того, чтобы показание индикатора изменилось от 0 до 90 % шкалы при установке экрана, полностью закрывающего фотоприемник, должно составлять 0,9-1,1 с.
11 . Время между моментом входа газа в измерительный прибор и моментом полного заполнения рабочей камеры должно быть не более 0,4 с.
12. Давление в рабочей камере не должно отличаться от давления окружающего воздуха более чем на 75 мм вод. ст.
13. Колебания давления измеряемого газа и продувочного воздуха не должны приводить к изменениям коэффициента поглощения более чем на 0,05 м -1 для измеряемого газа, соответствующего коэффициенту поглощения 1,7 м -1 . Пределы изменения давления газа и продувочного воздуха в дымовой камере должны указываться в инструкции по эксплуатации прибора.
14. В любой точке рабочей камеры температура отработавшего газа в момент измерения должна быть не ниже 70 ° С и не выше максимальной температуры, указанной в инструкции по эксплуатации прибора, причем показания в этом диапазоне температур не должны изменяться более чем на 0,1 м -1 , если рабочая камера заполнена отработавшим газом, коэффициент поглощения которого составляет 1,7 м -1 .
15. Допускается применять дымомеры, отличающиеся по техническим характеристикам, указанным в пп. 1-14. При этом результаты сравнительных измерений дымности на режиме свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя не должны отличаться друг от друга более чем на 2 % по линейной шкале для всех типов автомобилей.
Разводы при проверке выхлопа дизельных автомобилей
Моторам на тяжёлом топливе в Казахстане приходится несладко. Особенно современным. Хотя и самые непривередливые дизели морщатся и чихают чёрным дымом от нашей солярки. Их очень ждут к себе в гости сотрудники экопостов, вооружившись дымомерами. Как не остаться в дураках, даже если у вас всё в норме?
В одном из материалов мы рассказали о том, как по стандарту должны проверять токсичность выхлопа бензиновых автомобилей. Отдельная методика существует и для дизелей. Проверяя на дымность авто, полицейские обязаны руководствоваться стандартом ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащённые двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».
Основным параметром, проверяемым у дизельных авто, является дымность. Она определяется по коэффициенту поглощения света k. (Вспомогательный коэффициент ослабления света N, прописываемый ранее в ГОСТах, в Техрегламенте ТС «О безопасности колёсных транспортных средств», регламентирующем сегодня нормы выбросов, не указан, и потому во внимание не принимается.) Но обо всём по порядку.
Условия, при которых должны проводить проверку
Требование к техническому состоянию самого автомобиля достаточно простое: система выпуска, включая систему очистки отработавших газов от загрязняющих веществ, не должна иметь повреждений и быть недоукомплектованной. Инспекторы должны убедиться в исправности машины. Впрочем, если «глушак» сечёт, то полиция вправе запретить и эксплуатацию автомобиля согласно п. 3 и 4 раздела 6 Перечня неисправностей, при которых запрещена эксплуатация ТС ПДД РК.
Погода и топографические условия влияют на показания измерительных приборов. Основываясь на п. 5.1.1 ГОСТа, атмосферные условия при проведении измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобиля должны находиться в следующих пределах:
— температура окружающего воздуха — от 0 до плюс 35 °С;
— атмосферное давление — от 92.0 до 105.3 кПа (от 690 до 790 мм рт. ст.).
В местности, расположенной выше 800 метров над уровнем моря, даже в нормальную погоду давление слишком низкое. За примером высоко ходить не надо — верхняя каскеленская трасса в Алматинской области, проходящая примерно в 900 метрах над уровнем моря. Казалось бы, дорога как дорога, но нормальное давление для такой местности — 682 мм рт. ст. А согласно стандарту, измерять токсичность выхлопа в подобных условиях запрещено. Да, стационарного экопоста на этом участке дороги нет, но если появится передвижной, поинтересуйтесь у инспекторов этими данными. Уверены, что обосновать законность замеров выхлопа измерений вам не смогут. Как показывает наше знакомство с экопостами Алматы, проверяющие и стандартов-то в глаза не видели.
Чем должны быть оснащены экопосты
Допустим, машина в порядке. Теперь важно обратить внимание на набор оборудования на постах, потому как ту же температуру и атмосферное давление воздуха нужно измерить. Прибор, которым измеряют атмосферное давление, называется барометр, температуру воздуха — термометр.
Но главное оружие экопостов — это дымомер. Он должен иметь сертификат метрологической проверки (проводится 1 раз в год). Его обязаны показать по первому требованию водителя. Если его нет или он просрочен, то идёт нарушение стандарта проверки. Помимо дымомера, кстати, должен быть и подключаемый тахометр, а также измеритель температуры масла в двигателе. Зачастую о необходимости наличия тахометра никто не знает, т. к. загрязнение выхлопа дизеля проводят по методу «газ в пол». Тем не менее по ГОСТу быть он должен.
Дымомеры также должны быть укомплектованы контрольными светофильтрами. Перед каждым замером экополицейские обязаны проверить в тестовом режиме прибор, и он должен показать те же цифры, что указаны на контрольном светофильтре.
Проверка авто с дизельными двигателями
Измерение дымности проводится в режиме свободного ускорения, т. е. когда обороты двигателя поднимают с минимальных до максимальных, выжав педаль газа до упора. Однако перед этим есть несколько моментов. Каких?
Убедившись в прогреве движка до рабочей температуры, но не ниже 60 °С, его оставляют поработать на холостых (не более 5 минут). После замеряют тахометром минимальные и максимальные обороты частоты вращения коленчатого вала (в пределах заводских характеристик) и глушат двигатель. Только после этого в дымомер устанавливают зонд для отбора отработавших газов из выпускной трубы, заново запускают двигатель и начинают измерение:
— с холостых оборотов равномерно перемещают педаль за 0.5–1 сек. до упора. Держат педаль в этом положении 2–3 сек. Отпускают педаль и через 8–10 сек. вновь повторяют то же самое, итого не менее шести раз;
— измеряют значения kсу (дымность в режиме свободного ускорения) на последних четырёх циклах свободного ускорения по максимальному показанию. Полученные значения kсу считают достоверными, если четыре последовательных значения не образуют убывающей зависимости и располагаются в зоне шириной 0.25 м -1 .
Результатом измерения k является среднее арифметическое значение четырёх последних измерений, это и есть искомое расчётное значение коэффициента поглощения света.
Дымность автомобилей с раздельной выпускной системой измеряют в каждой выпускной трубе. За результат измерения принимают максимальное значение среднего арифметического k, полученное в одной из выпускных труб.
Если измерения прошли без нарушений стандарта, смотрим результаты.
Согласно Техрегламенту ТС 018/2011 «О безопасности колёсных транспортных средств», дымность дизелей не должна превышать значений коэффициента поглощения света k, указанного в заводской документации на автомобиль. Если таковых сведений нет, то показатель k не должен превышать:
| Тип двигателя и экологический класс | Коэффициент k, м -1 |
| без наддува, от Евро-3 и ниже | 2.5 |
| с наддувом, от Евро-3 и ниже | 3.0 |
| Евро-4 и выше | 1.5 |
От редакции
Что вынудило нас раскатать тут целый ГОСТ? Увы, но простейший визит на один из постов на въезде в Алматы выявил нарушения в работе экологов: несоблюдение правил проведения замеров и отсутствие того же термометра — в минусовые температуры выхлоп дизеля не измеряют, а наши стражи экологии, невзирая на январские морозы, суют дымомеры всем подряд. Всё это напрямую влияет на показания, а значит, и штрафы могли и могут выписываться незаконно, а с 2013 по 2015 год их оформили порядка 100 тысяч. И это только официальные данные. Никто из редакции не утверждает, что все автомобилисты Алматы, а также приезжие, ездят на машинах, излучающих здоровье. Нет. Однако из-за нарушения методики и исправные машины признаются неисправными.
Отдельно мы подготовили компактную инструкцию, позволяющую не забыть об основных условиях и стандартах, при которых должны проверять выхлоп дизеля. Можно, конечно, возить с собой объёмные тексты ГОСТов, но мы постарались изложить всё кратко, основываясь на этих же стандартах.
Способ определения дымности отработавших газов дизельного двигателя
Изобретение относится к испытательно-измерительной технике и используется для определения дымности отработавших газов дизельных двигателей на режиме свободного ускорения. При работе двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода резко перемещают орган управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, после чего при частоте вращения коленчатого вала двигателя, отличающейся не более чем на 1% от ее номинального значения, фиксируют показание включенного в работу дымометра. При этом дымометр включают через 0,8 с после достижения указанным органом управления положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и выключают в момент достижения указанной номинальной частоты вращения, причем фиксируют минимальное показание дымометра. Технический результат заключается в точном и оперативном определении величины дымности отработавших газов, по которым можно достоверно оценить техническое состояние двигателя. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам измерения параметров технических систем и может быть использовано для определения дымности отработавших газов дизельных двигателей, например дизелей самоходных сельскохозяйственных машин и различных тракторов, в том числе сельскохозяйственных, промышленных, лесопромышленных и лесохозяйственных, а также дизелей различных грузовых и легковых автомобилей.
В настоящее время считается общепризнанным то, что показатель дымности отработавших газов дизельных двигателей является важным параметром для оценки технического состояния дизеля и исправности его работы. Кроме того, работа дизеля при повышенной дымности резко ухудшает экологическое состояние окружающей среды. В связи с этим важно иметь возможность простого и достаточно точного периодического измерения дымности отработавших газов дизелей.
Известен способ определения дымности отработавших газов дизельного двигателя на установившемся режиме его работы при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя путем фиксирования показаний включенного в работу дымомера (см. Межгосударственный стандарт: Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин. ГОСТ 17.2.2.02-98, Минск, 1998, с. 6-7).
В качестве показателя дымности используют как величину N (размерность%) - коэффициент ослабления светового потока по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой, равной 0,43 м, так и величину К (размерность м -1 ) - натуральный показатель ослабления светового потока по основной шкале дымомера (см. тот же ГОСТ, с.2).
Преимущества и целесообразность измерения дымности N (К) именно при номинальной частоте nном вращения коленвала объясняются следующим. Во-первых, как показали многочисленные исследования, в этом случае при прочих равных условиях происходит наиболее полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя, и величина дымности устанавливается на устойчивом минимальном уровне, поэтому повышается точность измерений. Кроме того, основное время эксплуатации дизелей происходит именно при номинальном режиме их работы, т. е. при номинальной частоте nном вращения коленвала, максимальной эффективной мощности P, максимальном часовом расходе G топлива, минимальном удельном расходе g топлива (расходе топлива на единицу мощности двигателя), номинальной цикловой подаче Q топлива, и, как уже отмечено выше, при минимальной дымности N (К), поэтому величина дымности, измеренная при nном, будет наиболее достоверно отражать техническое состояние дизеля. При других режимах работы двигателя показания дымности будут носить искаженный характер, и оценка технического состояния двигателя по параметру дымности будет неверна.
Так, например, максимальные концентрации дымности в отработавших газах дизелей характерны для режимов малых нагрузок и холостого хода, а также при максимальных нагрузках и на режимах повышенной частоты вращения коленвала.
При малых нагрузках в связи с ухудшением распыливания топлива в камере сгорания имеют место зоны бедных смесей; при этом низкая температура отрицательно сказывается на завершении реакции сгорания.
При максимальных нагрузках также снижается скорость протекания реакции окисления топлива из-за появления зон чрезмерно богатых смесей. В режимах высокой частоты вращения коленвала дизеля недостаточно времени для завершения реакции сгорания, что обуславливает повышение содержания дымности в отработавших газах дизеля (см. фиг. 1).
Однако проблема, связанная с применением вышеуказанного способа определения дымности, заключается в том, что номинальную частоту вращения коленвала дизеля на безрегуляторном режиме его работы можно достичь на время, достаточно длительное для осуществления измерений дымности, только при нагружении дизеля тормозным устройством. Это выполнимо в определенных стационарных условиях, например, при установке дизеля или машины с используемым на ней дизелем на соответствующем стенде. Для оперативных измерений дымности в эксплуатационных условиях этот способ неприменим.
Известен также способ определения дымности отработавших газов дизельного двигателя на режиме свободного ускорения, заключающийся в том, что при работе двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода резко перемещают орган управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, после чего по шкале включенного в работу дымомера фиксируют максимальное значение дымности (см. тот же ГОСТ, с. 7).
Преимущества второго известного способа заключаются в отсутствии необходимости использования дополнительных нагрузочных тормозных устройств, так как дизель при свободном ускорении (разгоне) на безрегуляторном режиме работы нагружается силами инерции собственных цилиндров. Однако это преимущество в значительной степени перечеркивается тем, что фиксируют именно максимальное значение дымности. Неоднократные исследования на ряде дизельных двигателей, таких как Д-50, Д-65, Д-37М, Д-37Е, Д-48, Д-240 и др., подтвердили тот факт, что максимальные значения дымности на режиме свободного ускорения наблюдаются на начальном этапе разгона дизеля, при отсутствии нормального протекания рабочих процессов в камере сгорания. В это время резко возрастает цикловая подача Q топлива, крутящий момент М двигателя достигает максимального значения, в цилиндрах двигателя не успевает стабилизироваться нормальный процесс смесеобразования топлива с воздухом, и происходит резкое увеличение содержания дыма в отработавших газах (см. фиг. 1). Таким образом, измеренный по второму известному способу параметр дымности не может служить для достоверной оценки действительного технического состояния дизеля.
Задача настоящего изобретения заключается в получении такого способа определения дымности отработавших газов дизеля, который обеспечил бы довольно точное и оперативное определение, в том числе в условиях эксплуатации, величины дымности отработавших газов дизельного двигателя, по которой можно было бы достоверно оценить его техническое состояние.
Указанная задача достигается тем, что в способе определения дымности отработавших газов дизельного двигателя на режиме свободного ускорения, заключающемся в том, что при работе двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода резко перемещают орган управления (ОУ) регулятором частоты вращения (РЧВ) коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, после чего фиксируют показание включенного в работу дымомера, это показание фиксируют при частоте вращения коленчатого вала двигателя, отличающейся не более чем на 1% от ее номинального значения.
С развитием процесса свободного ускорения (разгона) дизельного двигателя при достижении nном срабатывает всережимный РЧВ коленчатого вала двигателя, который начинает отключать подачу топлива, при этом величина дымности стабилизируется на минимальном уровне. На основе экспериментальных измерений было установлено, что при частоте вращения коленчатого вала двигателя, отличающейся не более чем на 1% от ее номинального значения, т. е. в диапазоне (0,99 - 1,01)nном, величина дымности гарантированно стабилизируется, и предложенное измерение дымности в указанном диапазоне позволяет повысить точность измерений на 30% по сравнению со вторым известным способом. При этом проведение измерений при n > 1,01 nном нецелесообразно и дает искаженный результат по определению дымности в дизельном двигателе, так как наступает режим высокой частоты вращения, при которой недостает времени для завершения реакции сгорания, что обуславливает повышенное содержание дымности в отработавших газах [см. фиг. 1, график N(K)].
Исследования, проведенные на вышеуказанных типах дизельных двигателей (а также на двигателях Д-240Л, Д-240Г и Д- 240ЛГ), в которых могут быть использованы топливные насосы высокого давления (ТНВД) серии УТН-5, показали, что для того, чтобы гарантированно исключить из области измерений дымности начальный этап свободного ускорения, достаточно включить в работу дымомер после истечения 0,8 секунд после достижения ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Поэтому применительно к существующим типам дизельных двигателей, эксплуатирующихся с существующими типами ТНВД, в заявленном способе дымомер включают через 0,8 секунд после достижения ОУ положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и выключают в момент достижения указанной номинальной частоты вращения, причем фиксируют минимальное показание дымомера.
В частном случае дымомер можно выключать в момент срабатывания указанного РЧВ на уменьшение подачи топлива, так как именно в данный момент достигается nном. Для этого, используя конструкцию существующих ТНВД, дымомер можно выключать в момент прерывания контакта основного рычага указанного РЧВ с головкой болта установки указанной номинальной частоты вращения.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематически показано изменение основных параметров дизельного двигателя (крутящего момента М, мощности P, дымности N (К), часового расхода G топлива, цикловой подачи Q топлива и удельного расхода g топлива) на режиме свободного ускорения от минимальной nxmin до максимальной nxmax частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; на фиг. 2 - схема подключения дымомера для реализации заявленного способа.
Типичная конструкция ТНВД дизельного двигателя с РЧВ содержит корпус 1 насоса с ввернутым в него металлическим болтом 2 установки номинальных оборотов nном, плунжерную пару 3, рейку 4, связанную через тягу 5 с промежуточным рычагом 6 РЧВ, который неподвижно соединен с основным рычагом 7 РЧВ, а также указанный ОУ в виде рычага 8, связанного через пружину 9 с верхним концом основного рычага 7. В нижней части ТНВД расположен вал 10 РЧВ со смонтированным на нем кронштейном 11, на котором шарнирно закреплены грузы 12. На валу 10 смонтирована также втулка 13 с возможностью ее осевого перемещения вдоль этого вала и воздействия на нижнюю часть промежуточного рычага 6. В рычаге 7 выполнено отверстие, через которое проходит стержень болта 2. Головка этого болта находится в постоянном контакте с рычагом 7 в процессе свободного ускорения (разгона) двигателя.
Для измерений дымности используют дымомер 14, работающий по методу просвечивания столба отработавших газов заданной длины.
Предложенный способ может быть реализован следующим образом.
Предварительно перед началом измерений в ТНВД монтируют винтовой контакт 15, подключаемый с помощью электропровода 16 к схеме задержки включения дымомера 14, которой снабжают последний. Указанная схема задержки должна обеспечивать включение в работу дымомера через 0,8 с после достижения указанным ОУ (рычагом 8) положения, соответствующего максимальной подаче топлива. Конкретное выполнение этой схемы понятно любому специалисту-электронщику. Контакт 15 устанавливают так, чтобы он находился в соприкосновении с рычагом 8 при нахождении последнего в положении максимальной подачи топлива. Кроме того, тело болта 2 соединяют с электропроводом 17, который подсоединяют к схеме выключения дымомера 14.
Для проведения измерений датчик 18 дымомера 14 устанавливают в выхлопной трубе 19 двигателя. Запускают двигатель и прогревают его. Устанавливают устойчивые минимальные обороты nxmin холостого хода. Резко перемещают рычаг 8 в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. При этом данный рычаг входит в соприкосновение с контактом 15, в результате чего запускается указанная схема задержки, которая включает дымомер через 0,8 с от момента достижения рычагом 8 положения максимальной подачи топлива, т. е. практически от момента начала свободного разгона двигателя.
В процессе свободного ускорения (разгона) двигателя увеличивается скорость вращения вала 10, и грузы 12 в результате возрастания центробежных сил, поворачиваясь вокруг осей своих шарнирных креплений, воздействуют на втулку 13, которая, перемещаясь вдоль вала 10, действует на промежуточный рычаг 6. Последний через тягу 5 отводит рейку 4, поворачивающую плунжер плунжерной пары 3 на уменьшение цикловой подачи топлива. Вместе с промежуточным рычагом 6 отводится в правую сторону и основной рычаг 7, при этом контакт головки болта 2 с рычагом 7 прерывается, и дымомер 14 выключается. Конструкция РЧВ, в том числе осевое расположение болта 2, отрегулированы таким образом, что прерывание контакта рычага 7 с головкой болта 2 происходит по достижении номинальной частоты nном вращения коленвала двигателя. В качестве определяемой величины дымности N (К) фиксируют минимальное показание, которое давал дымомер 14 во включенном в работу состоянии, т.е. в указанном диапазоне времени от момента, соответствующего истечению 0,8 с после достижения рычагом 8 положения максимальной подачи топлива, до момента достижения номинальной частоты nном.
1. Способ определения дымности отработавших газов дизельного двигателя на режиме свободного ускорения, заключающийся в том, что при работе двигателя на минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода резко перемещают орган управления регулятором частоты вращения коленчатого вала двигателя в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, после чего фиксируют показание включенного в работу дымомера, отличающийся тем, что показание дымомера фиксируют при частоте вращения коленчатого вала двигателя, отличающейся не более чем на 1% от ее номинального значения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дымомер включают через 0,8 с после достижения указанным органом управления положения, соответствующего максимальной подаче топлива, и выключают в момент достижения указанной номинальной частоты вращения, причем фиксируют минимальное показание дымомера.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дымомер выключают в момент срабатывания указанного регулятора на уменьшение подачи топлива 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дымомер выключают в момент прерывания контакта основного рычага указанного регулятора с головкой болта установки указанной номинальной частоты вращения.
Определение дымности выхлопа дизельных двигателей
Отдельные нормы, касающиеся проверки дымности выхлопа дизельных двигателей, вступили в силу задолго до ввода в действие норм, касающихся контроля содержания в отработавших газах газообразных токсичных веществ. Все существующие методы контроля дымности тесно связаны с используемым оборудованием. Вот о том, как происходит определение дымности выхлопа дизельных двигателей, мы и поговорим в этой статье.
Одной из мер дымности выхлопа (содержания сажи, твердых частиц) является дымовое число. В настоящее время для измерения этой величины в основном применяются два метода.
Определение дымности выхлопа дизельных двигателей проводится только при работе двигателя под нагрузкой, поскольку только в этом режиме двигатель производит значительное количество твердых частиц. Здесь наиболее распространены два разных метода проведения испытаний:
Так как результаты измерений дымности выхлопа варьируются в зависимости от метода проведения испытаний и нагрузки, сравнить их напрямую нельзя.
Дымомер оптического типа (абсорбционный метод)
Непрозрачность отработавших газов определяется степенью ослабления света, проходящего через отработавшие газы за счет абсорбции, дифракции и отражения света от твердых частиц, содержащихся в отработавших газах.
Для измерения полного потока на выхлопной трубе монтируются излучатель и фотодетектор. В устройствах с отбором части потока отработавшие газы проходят через пробоотборный зонд и через трубопроводы с нагревателями нагнетаются насосом в измерительную камеру. Основное преимущество такой системы заключается в более высокой чувствительности, благодаря использованию более длинной измерительной камеры.
Через отработавшие газы, находящиеся в испытательной камере, пропускаются световые лучи. Фотоэлементы регистрируют снижение интенсивности света после прохождения камеры; это снижение соответствует непрозрачности Т (в %) или коэффициенту абсорбции к. Точно определенная длина камеры и поддержание в чистоте оптического окна (при помощи воздушной завесы, т.е. поперечного воздушного потока) являются основными условиями обеспечения высокого уровня точности и повторяемости результатов измерений.
Дымомер (фильтрационный метод)
малых концентраций сажи, можно скомпенсировать при помощи непрерывно работающего насоса. Степень зачернения бумаги затем преобразуется в стандартный объем при стандартных условиях. Система также учитывает «мертвый объем» между пробоотборником и бумажным фильтром.
Для оптико-электронной оценки почернения фильтрующей бумаги применяется светоотражающий фотометр. Результат предоставляется в виде показателя содержания сажи или дымового числа фильтра (FSN). Для перевода дымового числа в концентрацию по массе в мг/м 3 может быть применена эмпирическая корреляция.
Анализаторы отработавших газов дизелей (дымомеры)
Принцип измерения дымности отработавших газов в дымомерах основывается на том, что отработавший (дымовой) газ дизельного двигателя обладает определенной степенью черноты и в зависимости от ее интенсивности пропускает меньше света, чем воздух. Это свойство используется в приборе для измерения дымности отработавших газов посредством абсорбционной фотометрии.
Общая схема дымомера показана на рис. 1.22. Отработавшие газы поступают в измерительную камеру, вытянутую в длину. С одной стороны камеры расположен источник, с другой стороны – приемник света (фотодиод).
Рис. 1.22. Схема дымомера
Источник представляет собой светоизлучающий диод, который испускает свет с длиной волны 675 нм. Длина световой волны адаптирована под абсорбционную характеристику дымового газа. На противоположной стороне камеры фотодиод принимает поступающий свет. В зависимости от черноты дыма изменяется степень прохождения света, падающего на фотоэлемент. Для защиты стекол дымомера от осадков отработавших газов и удаления их после работы в дымомерах предусматривают продувку с помощью воздуха, который подается через специальный клапан.
Подобный принцип используется в дымомерах 3.010, 3.011 фирмы «Бош», ДО-1, ИД-1 (Беларусь), MDO2-LON (MАХА), КИД-2, «ГАРО», «Инфракар-Д» (Россия), которые имеют широкое распространение на диагностических станциях, и в большинстве дымомеров других фирм.
В целях уменьшения длины измерительной части дымомеров отдельные производители применяют зеркала. Примером может служить дымомер OFP 1600S (рис. 1.23). Дымомер имеет измерительную камеру длиной 182 мм. Оптическая часть, состоящая из устройства для отклонения потока отработавших газов, линзы и зеркала, увеличивающих расстояние в котором проходит свет в 2 раза, позволяет получить длину оптического измерения 364 мм.
Рис. 1.23. Принцип действия дымомера OFP 1600S (Франция):
1, 4 – зеркала; 2 – вентиляторы; 3 – линза; 5 – приемник; 6 – излучатель; 7 – подогреваемый корпус
Устройство и принцип действия дымомера ДО-1.Дымомер ДО-1 (Беларусь) (рис. 1.24) состоит из двух блоков: оптического детектора 6 и измерителя дымности 1. Детектор и измеритель соединяются между собой с помощью кабеля 8. Измеритель дымности подключается к сети переменного тока (220 В, 50 Гц) или к сети постоянного тока (12 либо 24 В).
Рис. 1.24. Общий вид дымомера ДО-1 (Беларусь):
1 – измеритель дымности; 2 – ручка; 3 – узел приемника; 4 – кронштейн; 5 – узел излучателя; 6 – оптический детектор; 7 – оправа; 8 –соединительный кабель
Оптический детектор представляет собой патрубок, имеющий прямоугольное сечение в рабочей зоне. Патрубок выполнен в виде литого корпуса, с противоположных торцевых сторон которого на одной оптической оси расположены узел излучателя 5 и узел приемника 3 с их оптическими элементами.
Принцип работы дымомера основан на методе просвечивания отработавших газов дизельного двигателя. Дымность измеряется сравнительным методом по эталонному уровню дымности, который определяется коэффициентом пропускания светофильтра. В качестве источника света используется единичный индикатор 1 (рис. 1.25) с длиной волны (675±5) нм.
Рис. 1.25. Принципиальная оптическая схема дымомера ДО-1:
1 – единичный индикатор; 2 – конденсатор; 3 – защитное стекло; 4 – диафрагма; 5 – заслонка; 6 – светофильтр; 7 – линза; 8 – фотодиод
Свет от источника (индикатора) 1 формируется конденсором 2 в параллельный пучок, проходит через поток отработавших газов, попадает на линзу 7, которая собирает прошедший поток на фотоприемник 8. В качестве фотоприемника используется фотодиод. По ходу луча перед линзой 7 устанавливают контрольный светофильтр 6 с коэффициентом пропускания 0,74 ± 0,05, который служит для контроля работы дымомера. Для защиты оптических элементов детектора устанавливают защитные стекла 3.
Оптический детектор служит для преобразования светового потока, проходящего через отработавшие газы, в электрические сигналы, а также для аэродинамического формирования потока отработавших газов с целью обеспечения постоянства фотометрической базы и эффективной защиты оптики.
Измеритель дымности (рис. 1.26) предназначен для пересчета электрического сигнала и приведения показаний индикатора дымности к стандартной фотометрической базе, равной 0,43 м, а также индикации температуры отработавших газов при достижении ими величины свыше 70° С.
Значение непрозрачности снимается по линейной шкале 4 в процентах.
Рис. 1.26. Измеритель дымности:
а – вид спереди (4 – ручка коррекции 0; 3 – ручка коррекции 100; 2 – тумблер «Сеть»; 1 – индикатор дымности); б – виз сзади (1 – разъем для подключения к сети; 2 – разъем для подключения к оптическому детектору; 3 – предохранитель)
При подготовке дымомера к работе необходимо с помощью кабеля соединить между собой оптический детектор и измеритель дымности. Затем подключить измеритель дымности к источнику тока. С помощью тумблера «Сеть» измеритель дымности включается в работу и прогревается.
На индикаторе дымности стрелка должна установиться около значения 0. В случае несоответствия показаний их следует откорректировать с помощью ручки коррекции. Для проверки готовности дымомера к работе необходимо проверить также соответствие показаний при полном перекрывании светового потока. В этом случае индикатор дымности должен показать 100%. Для проверки правильности показаний необходимо ввести в оптическую зону специальную заслонку, расположенную в оправе 2 (рис. 1.27). Для этого надо потянуть за ручку оправы до появления цифры 2 и характерного щелчка. Индикатор дымности должен показать 100%.
Рис. 1.27. Детектор оптический узла приемника:
1 – крышка; 2 – оправа заслонки; 3 – ползун; 4 – кронштейн; 5 – оправа конденсора; 6, 9 – винты; 7 – стакан приемника; 8 – планка; 10 – винт стопорный; 11 – выступ ползуна; 12, 13 – винты; 14 – корпус детектора
В случае несоответствия показаний необходимо откорректировать их с помощью ручки коррекции 2 (см. рис. 1.26).
Далее следует провести калибровку дымомера, для чего в оптический канал детектора надо ввести контрольный светофильтр, установленный в оправе 2 (рис. 1.27). Для введения светофильтра в зону необходимо опустить оправу до характерного щелчка. Индикатор дымности должен показать дымность N отработавших газов в процентах с отклонениями ± 2% от верхнего значения диапазона измерения. Величина дымности должна соответствовать коэффициенту поглощения контрольного светофильтра, указанному в паспорте.
Затем надо вывести светофильтр из оптического канала в исходное положение.
Измерения следует выполнять после загорания индикатора «Работа», указывающего на то, что температура отработавших газов превысила 70 °С.
Зависимость между показаниями основной и вспомогательной шкал вычисляют по формуле
Для перевода показаний из К в N можно использовать зависимость, приведенную на рис. 1.28.
Рис. 1.28. Зависимость между показанием линейной шкалы N и натуральным показателем ослабления светового потока К
Дымомер состоит из измерительного блока и ручного пульта (терминала) управления с устройством печати данных. Он может не комплектоваться ручным пультом. В таком случае вся информация при проведении измерений выводится непосредственно на дисплей компьютера.
Общий вид дымомера MDO2-LON показан на рис. 1.29.
Рис. 1.29. Дымомер МDO2-LON (вид спереди):
1 – последовательный интерфейс RS232 для передачи данных (разъем для подключения компьютера); 2 – разъем для подсоединения датчиков частоты вращения коленчатого вала; 3 – разъем для подключения датчика температуры масла; 4 – плавкий предохранитель; 5 – оптическая индикация состояния прибора Вкл./Выкл.; 6 – разъем для подключения зонда; 7 – разъем для подключения соединительного кабеля базового прибора с ручным пультом; 8 – разъем для подключения кабеля электропитания от бортового напряжения сети автомобиля 12/24 В; 9 – выключатель питания; 10 – плавкий предохранитель; 11 – разъем для подключения кабеля электропитания напряжением 220 В
К передней части дымомера подсоединяются различные разъемы для подключения датчиков частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры масла, соединительных кабелей, зонда отбора проб отработавших газов. В нижней части дымомера имеются внутренние каналы для отвода воздуха и отверстия для установки калибровочного фильтра, наружные каналы для отвода воздуха и защитная диафрагма оптической части.
К дымомеру может присоединяться ручной пульт управления (рис. 1.30)
Рис. 1.30. Ручной пульт управления:
1 – разъем для подсоединения датчика температуры масла; 2 – разъем для подсоединения датчиков частоты вращения; 3 – встроенный принтер для распечатки документации с результатами измерения; 4 – клавиатура; 5 – разъем для подключения к базовому прибору
Панель управления ручного пульта представляет собой клавиатуру из пленочного материала и защищена от влияний окружающей среды. Кроме того, в ручной пульт встроен жидкокристаллический дисплей, который служит для индикации результатов измерения и выбора оператором различных программ.
Для регистрации температуры масла (температуры двигателя) к ручному пульту или измерительному блоку может быть подсоединен датчик температуры масла. Значение температуры масла считывается с дисплея по окончании цикла измерения и может быть указано в распечатке. Если температура масла двигателя определяется по указателю температуры на панели приборов, ввод температуры масла может осуществляться вручную.
Если при анализе отработавших газов используется датчик частоты вращения, то он должен быть закреплен в зависимости от типа и модификации на определенных участках двигателя или другого оборудования и подсоединен к соответствующему разъему.
В качестве стандартного датчика частоты вращения дизельного двигателя в дымомерах фирмы МАХА используется пьезодатчик. Такой датчик состоит из пьезоэлемента, который распознает пульсацию давления в трубопроводе высокого давления и преобразует ее в электрические сигналы.
Пьезодатчик необходимо устанавливать поблизости от топливного насоса высокого давления (ТНВД) или форсунки, поскольку именно здесь вибрации проявляются наиболее полно и пьезодатчик не контактирует с другими элементами конструкции. Устанавливать пьезодатчик следует только на прямых отрезках трубопровода, так как на изгибах может произойти его повреждение. Датчик не должен соприкасаться с соседними трубопроводами. Перед установкой следует измерить диаметр трубопровода для правильного выбора диаметра датчика (4,0; 4,5; 6,0; 6,35; 6,5; 7,0; 8,0 мм и т.д.).
Прежде чем установить датчик, следует тщательно очистить участок топливного трубопровода (около 5 см), на котором будет монтироваться датчик, от краски и грязи с помощью наждачной шкурки.
Установка пьезодатчика вблизи ТНВД или форсунки или клеммы для соединения с «массой» на очищенном топливном трубопроводе показана на рис. 1.31.
Рис. 1.31. Установка пьезодатчика и клеммы:
1 – клемма; 2 – трубопровод; 3 – винт; 4 – пьезодатчик
После установки необходимо затянуть зажим датчика вручную на 1/8 – 1/4 оборота винта до упора так, чтобы почувствовать сопротивление.
Кроме пьезодатчиков для измерения частоты вращения коленчатого вала могут применяться и другие датчики, например светового барьера, вибрации, тока зарядки, ротофон, специальные адаптеры для конкретных транспортных средств(см. их описание в п. 1.3.1).
При подготовке к работе необходимо подключить прибор к источнику напряжения питания. Для этого используется либо сетевой кабель на 220 В, либо дополнительный кабель для подсоединения к бортовой электрической сети транспортного средства напряжением 12/24 В. Вставить зонд для забора отработавших газов в разъем подключения зонда прибора и закрепить зонд на выхлопной трубе транспортного средства. Соединить ручной пульт и базовый прибор предусмотренным для этого соединительным кабелем или подключить прибор к компьютеру через разъем RS-232.
После проверки дымности отработавших газов данные контроля могут быть выведены на дисплей (рис. 1.32). Итоговый протокол может выводиться на печать и храниться в памяти компьютера в качестве базы данных диагностируемых автомобилей.
Рис. 1.32. Окончательные результаты контроля дымности отработавших газов
Читайте также: