Захаров Е.А., Шумский С.Н. Экологические проблемы автомобильного транспорта

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 6.4

Нормы выброса

Год

введения

Стан-

дарт

Евро-

па

Россия

Тип

ДВС

СО,

г/км

,г

/км

г/км

Частицы,

г/исп

Испарения,

г/исп

Бензиновый 2,3 0,5 – 2

Евро-2 1996 2006

Дизель 1,0 0,7 0,08 –

Бензиновый

и газовый

2,2 0,2 0,15 – 2

Евро-3 2000 2008

Дизель 0,64 0,06 0,5 0,05 –

Бензиновый

и газовый

1,0 0,1 0,08 – 2

Евро-4 2005 2010

Дизель 0,5 0,05 0,25 0,025 –

6.3. Нормирование дымности ОГ дизелей в

эксплуатационных условиях

Контроль дымности при эксплуатации автомобилей с дизельными

ДВС проводится в соответствии с ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные

средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дым-

ность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке техниче-

ского состояния».

Этот стандарт устанавливает нормы и методы

измерения дымности в

режиме свободного ускорения для автомобилей категорий М

, М

, N

. Нормируемым показателем дымности является коэффициент по-

глощения света k, м

-1

– величина, обратная толщине слоя ОГ, проходя ко-

торый поток излучения от источника света дымомера ослабляется в e раз.

Дымность ОГ должна измеряться приборами, отвечающим требовани-

ям ГОСТ Р 41.24-2003.

Измерение дымности в режиме свободного ускорения проводят сле-

дующим образом. При работе двигателя в режиме холостого хода на n

мин

равномерно перемещают педаль подачи топлива за 0,5…1,0 с до упора.

Держат педаль в этом положении 2…3 с, после чего ее отпускают и через

8…10 с приступают к выполнению следующего цикла. Циклы свободного

ускорения повторяют не менее шести раз.

На последних четырех циклах свободного ускорения фиксируют

максимальное показание дымомера.

Измеренные значения

k считают достоверными, если четыре после-

довательных значения не образуют убывающей зависимости и располага-

ются в зоне шириной 0,25 м

-1

После этого определяют среднее арифметическое значение четырех

последних измерений k, которое принимается за результат измерения.

Дымность обкатанных автомобилей в режиме свободного ускорения

не должна превышать предельно-допустимых значений k, указанных пред-

приятием- изготовителем. Для необкатанных – не должна превышать более

чем на 0,5 м

-1

указанных предельных значений k. Отметим, что значения k

имеются в знаке официального утверждения, нанесенного на двига-

тель/автомобиль в соответствие с приложением 3 ГОСТ Р 41.24 (Правила

ЕЭК ООН № 24).

Для автомобилей, не имеющих знак официального утверждения,

дымность не должна превышать в режиме свободного ускорения следую-

щих значений: 2,5 м

-1

– для двигателей без наддува; 3,0 м

-1

– для двигате-

лей с наддувом.

Указанные нормативы приведены для эффективной базы дымомера,

равной 0,43 м.

7. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

Определение состава отработавших газов ДВС имеет важное практи-

ческое значение в природоохранной деятельности. Кроме того, химиче-

ский анализ состава ОГ широко используется при диагностике техническо-

го состояния ДВС.

В настоящее время наиболее часто используются следующие методы

анализа:

- оптический, основанный на селективном поглощении газами

энергии излучения;

- пламенно-ионизационный, основанный на ионизации водород-

ного пламени при сгорании в нем углеводородов;

- хемилюминесцентный, используемый для определения кон-

центрации

оксидов азота.

Наибольшее распространение получили оптико-акустические газо-

анализаторы благодаря малому времени анализа (20…30 с), высокой точ-

ности и небольшими габаритами. Их используют для определения концен-

траций СО, СО

, СН

и некоторых других газов.

В таких газоанализаторах используется различие спектров поглоще-

ния отдельных компонентов смеси. Иными словами, каждый газ поглоща-

ет падающую на него энергию лишь в определенной области длин волн и

не поглощает (или поглощает в гораздо меньшей степени) энергию других

длин волн (рис. 7.1).

0123456789

100

, мкм

С Н

СН

С Н

СО

С Н

СН

СО

Рис. 7.1. Спектры поглощения некоторых

газов в инфракрасной области

Чаще всего используется инфракрасная (ИК) область, т.к. различие

спектров поглощения в этом случае наиболее ярко выражено.

Принцип действия оптико-акустического газоанализатора следующий.

Если газ, обладающий спектром поглощения в ИК-области, поместить в

замкнутую камеру-лучеприемник 3 (рис. 7.2) и направить на него источник

ИК-излучения 1, прерываемый обтюратором 2, то

газ за счет поглощения

энергии будет периодически нагреваться и охлаждаться, что вызовет соот-

ветствующие колебания его давления (газ «звучит»). Эти колебания могут

быть восприняты чувствительным элементом 4.

∆

Т,

∆

τ, с

Рис. 7.2. Селективный оптико-акустический лучеприемник:

а – схема; б – изменение температуры и давления во времени

Такой лучеприемник является избирательным (селективным), так как

процесс поглощения энергии происходит только при определенных длинах

волн излучения, соответствующих спектру поглощения газа, которым за-

полнен лучеприемник.

Если между обтюратором и лучеприемником будет установлена про-

зрачная (рабочая) камера, заполненная газовой смесью, содержащей тот же

газ, которым заполнен лучеприемник (анализируемый компонент), то до

лучеприемника дойдет ослабленный поток излучения и амплитуда колеба-

ний давления в нем уменьшится на величину, зависящую от концентрации

этого компонента.

Наличие в анализируемой газовой смеси других (неизмеряемых) ком-

понентов, спектры поглощения которых частично перекрывают спектр по-

глощения измеряемого компонента, приводит к появлению погрешности в

показаниях прибора. Для уменьшения этой погрешности длина волны из-

лучателя подбирается таким образом, чтобы для нее отношение коэффици-

ентов поглощения неизмеряемых и измеряемого

компонентов было мини-

мальным.

С этой же целью в оптическом канале газоанализатора устанавлива-

ются специальные фильтровые камеры, заполняемые смесью из неизме-

ряемых компонентов (рис. 7.3). В этих камерах происходит поглощение

той части потока излучения,

спектр которой соответствует

спектру неизмеряемых компо-

нентов (светлые стрелки на

рис. 7.3).

Для повышения точности

применяется двухканальная

(дифференциальная)

схема

(рис. 6.3).

Два источника ИК–

излучения создают два одина-

ковых потока, одновременно

прерываемые обтюратором 1.

В левом канале поток, пройдя

фильтровую 2 и сравнительную

3 камеры, поступает в левую

камеру 4 лучеприемника. В правом канале поток излучения, пройдя

фильтровую 8 и рабочую 7 камеры, поступает в правую камеру 6 лучепри-

емника. Сравнительная камера заполняется газом неизменной концентра

Газ

Рис. 7.3 . Схема двухканального

оптико-акустического газоанализатора

ции, поэтому амплитуда колебаний давления в левой камере постоянна, в

правой же она зависит от степени поглощения потока в рабочей камере, т.

е. от концентрации измеряемого компонента в анализируемой смеси. Левая

и правая камеры лучеприемника соединены с конденсаторным микрофо-

ном 5 (или иным чувствительным элементом), сигнал которого зависит

от

разности давлений в камерах. Далее сигнал усиливается усилителем 9 и

поступает на измерительный прибор 10, шкала которого отградуирована в

единицах концентрации.

Пламенно-ионизационный метод используется для определения кон-

центрации суммарных углеводородов C

в продуктах сгорания углево-

дородных топлив. В нем используется эффект изменения электрической

проводимости водородного пламени при добавлении в него углеводородов

(рис. 7.4).

воздух

водород

проба газов

Рис. 7.4. Схема пламенно-ионизационного метода:

1 – горелка; 2 – электрод-коллектор; 3 – источник питания; 4 – резистор; 5 –

усилитель; 6 – измерительное устройство

Пламя химически чистого водорода практически неэлектропроводно.

При наличии углеводородов у пламени появляется проводимость, пропор-

циональная количеству введенных атомов углерода С. Таким образом,

структура молекул углеводородов не влияет на измеряемый эффект, как

это наблюдается в оптических анализаторах, с помощью которых опреде-

ляется концентрация одного конкретного углеводорода.

Для измерения концентрации оксидов азота на практике широко при-

меняется хемилюминесцентный метод, основанный на химической люми-

несценции окиси азота NO с озоном O

Содержащаяся в пробе газа окись азота поступает в реакционную ка-

меру 1 (рис. 7.5), где вступает в реакцию с вводимым озоном, вследствие

чего получается двуокись азота NO

NO + O

→

+ O

O + NO

Рис. 7.5. Схема хемилюминесцентного газоанализатора:

1 – реакционная камера; 2 – оптический фильтр; 3 – фотоумножитель;

4 – усилитель; 5 – регистрирующее устройство;

6 – генератор озона; 7 – конвертор

При этом частично молекулы NO

(5…10 % от их общего количества)

выходят в возбужденном состоянии, из которого самопроизвольно преоб-

разуются в нормальное, отдавая избыток энергии в виде излучения с дли-

ной волны 600…2400 нм:

→

+ h

где h = 6,62⋅10

–34

Дж⋅с – постоянная Планка;

– частота, Гц.

Для исключения из анализа газов, способных к химической люминес-

ценции с озоном (СО и др.), излучение предварительно пропускают через

специальный оптический фильтр 2. Затем посредством высокочувстви-

тельного фотоумноумножителя 3 излучение преобразуется в фототок, ве-

личина которого пропорциональна концентрации оксидов азота. Получен-

ный фототок усиливается в усилителе 4 и поступает на регистрирующее

устройство 5.

Озон получают во встроенном генераторе 6, воздействуя тлеющим

разрядом на кислород или воздух.

При наличии в пробе двуокиси азота она предварительно преобразу-

ется в окись азота путем нагрева до 600 °С в конверторе 7.

Газоанализаторы, использующие данный метод, обладают широким

диапазоном измерений (от 1 до 10000 млн

–1

), а также высокой

чувствительностью.

Для оценки дымности дизельных ДВС в настоящее время используют

два метода:

- метод фильтрации (часто называемый методом Bosch – по назва-

нию фирмы, впервые реализовавшей его);

- метод просвечивания (метод Hartridge – по названию фирмы, пер-

вой выпустившей прибор, работающий по данному принципу).

Метод фильтрации основан на пропускании фиксированного объема

ОГ (обычно от 0,3 до 1,0 л) через бумажный фильтр с последующим опре-

делением степени его почернения путем сравнения фильтра с тоновой

шкалой или по величине интенсивности отраженного пучка света, направ-

ленного на его поверхность (рис. 8.1). Степень черноты фильтра будет

пропорциональна дымности ОГ.

В качестве фильтра приме-

няют фильтровальную бумагу

определенной плотности и порис-

тости в виде сменных фильтров-

шайб или рулонной ленты.

Шкала дымомера, исполь-

зующего метод фильтрации, раз-

бивается на 10 единиц (единиц

Bosch). При этом «0» соответст-

вует чистому фильтру, а «10» –

полному поглощению света его

поверхностью.

Рис. 8.1. Схема дымомера,

использующего метод фильтрации:

1 – дроссельное отверстие; 2 – фильтр;

3 – насос; 4 – анализирующий прибор

Учитывая, что бумажные фильтры задерживают не более 60% сажи,

истинное значение ее концентрации в ОГ приборами данного типа не

определяется.

Метод просвечивания базируется на регистрации изменения оптиче-

ской плотности потока ОГ при его просвечивании.

Функциональная схема прибора, работающего по методу просвечива-

ния, приведена

на рис. 8.2.

Отработавшие газы автомобиля, содержащие непрозрачные сажевые

частицы, поступают непрерывно через пробозаборное устройство в изме-

рительный канал 2 и далее выбрасываются в атмосферу. Световой поток

лампы накаливания 1 освещает через столб ОГ фотоэлемент 3, фототок ко-

торого зависит от оптической плотности газа. Чем больше концентрация

сажи в ОГ, тем интенсивнее будет ослабляться

световой поток, и меньший

фототок будет вырабатывать фотоэлемент.

Рис. 8.2 Схема дымомера, работающего по методу просвечивания:

1 – источник света; 2 – измерительная камера; 3 – фотоэлемент;

4 - регистрирующее устройство

Важнейшей характеристикой дымомеров данного типа является эффек-

тивная длина оптического пути лучей через газ (эффективная база дымо-

мера). Стандартной считается длина 0,43 м.

Существенное значение имеет также термостатирование пробы. Тем-

пература потока должна быть не выше 120 °С, чтобы предотвратить поте-

рю чувствительности фотоэлемента, и не ниже 70 °С во избежание конден-

сации водяного

пара.

В дымомерах данного типа дымность измеряется в процентах непро-

зрачности светового пучка от 0 до 100 % (шкала Hartridge), или в значени-

ях коэффициента ослабления светового потока (k, м

-1

Результаты определения дымности ОГ, полученные при помощи раз-

ных методов, напрямую несопоставимы, поскольку их характеристики

значительно отличаются друг от друга, а шкалы не соответствуют одна

другой.

Соотношение между сажесодержанием и единицами измерения дымно-

сти ОГ приведены в таблице 8.1.