Діагностування двигуна за вмістом шкідливих речовин у відпрацьованих газах

Для того щоб визначити паливну еко­номічність автотранспортних засобів, вра­ховують: контрольну витрату палива; ви­трату палива в магістральному циклі на дорозі, в міському циклі на дорозі і на стенді; паливну характеристику усталено­го руху; паливно-швидкісну характеристи­ку на магістрально-горбистій дорозі. Ав­томобіль для випробувань має відповіда­ти вимогам технічної документації на ньо­го, що затверджена в установленому по­рядку.

В умовах експлуатації автомобілів ви­трату палива визначають за допомогою приладів АФ-3, ЕЮФ-80/М (Угорщина) (рис. 2.5) та ін.

Рис. 2.5 Прилад для вимірювання витрат па­лива ЕЮФ-80/М МOGURT

Основною частиною приладу ЕЮФ-80/М є вимірювач протікання, що вмонтований між баком для палива і двигуном. Цей ви­мірювач безперервно вимірює витрату па­лива. Він забезпечений п’ятизначним електромеханічним лічильником, що сигналі­зує про кількість рідини, яка пройшла че­рез нього.

До основної частини можна приєднати аналізатор (електронний витратомір), сиг­налізатор дороги та електромеханічний лі­чильник. Давач якості дороги можна при­єднати до спідометра автомобіля (у цьо­му разі електромеханічного лічильника не­має).

Якість робочого процесу системи жив­лення перевіряють під час стендових ви­пробувань за аналізом складу відпрацьо­ваних газів, використовуючи для цього газоаналітичну апаратуру. Крім сприян­ня охороні навколишнього середовища, застосування такої апаратури у техноло­гічному процесі ТО і ремонту автомобілів дає змогу зменшити витрату палива і до­сягти оптимальної потужності двигуна.

Вміст СО визначають за допомогою дуже поширених приладів, які реєструють кількість теплоти від його згоряння на ка­талітично активній платиновій спіралі. До об’єму газу, взятого для аналізу, в певно­му співвідношенні подають чисте атмо­сферне повітря. Відпрацьовані гази спалю­ють, нагріваючи платинову нитку. Підви­щення їхньої температури в цей час за пев­них умов пропорційне вмісту СО у від­працьованих газах. До таких приладів на­лежать індикатор моделі И-СО, прилад «Елкон-Б-ЮО» (Угорщина) та деякі інші газоаналізатори, вмонтовані у мотор-тестери. Точність вимірювання цих приладів недостатня для кваліфікованих досліджень токсичності відпрацьованих газів. їх мож­на використовувати тільки під час регу­лювання системи живлення.

Іншу групу приладів називають альфа-мерами. До них належать газоаналізато­ри, принцип роботи яких пов’язаний зі змі­ною теплопровідності відпрацьованих газів (С0₂ і Н₂). У приладах цього типу части­ну газу пропускають над нагрітим плати­новим дротом. Водночас із цим над дру­гим нагрітим платиновим дротом пропус­кають повітря. Порівняння температур охолодження обох дротів дає уявлення про вміст СО у відпрацьованих газах. Точність розглянутих приладів також невисока, од­нак достатня для регулювання системи живлення двигуна.

Прилади працюють так. У разі викори­стання багатих сумішей для двигуна у його відпрацьованих газах міститься багато Н₂, який має великий коефіцієнт теплопровід­ності. Від платинової нитки водень інтен­сивно забирає теплоту, спричинюючи під­вищення її опірності і збільшення сили струму у вимірювальній системі. Альфа-мери — це найпростіший клас вимірю­вальної техніки. їх можна застосовувати для непрямого оцінювання вмісту СО у відпрацьованих газах. Основні з них — альфа-мери AST-70, AST-76 (РП) та деякі прилади, що вмонтовані у мотор-тестери.

Нині дуже поширені газоаналізатори з більш високою точністю, що працюють за принципом інфрачервоного випромінювання. Дія таких газоаналізаторів ґрунтується на принципі вибіркового поглинання інфра­червоного випромінення на певних ділян­ках довжин хвиль (інфрачервоне випро­мінення — це частина електромагнітного спектра в діапазоні довжин хвиль 2...8 мкм). За кордоном у технічній літературі такий принцип позначають літерами ND/1R. Оксид карбону поглинає інфрачервоне випромінення з довжиною хвилі 4,7 мкм, а С0₂ — 4,3 мкм. За цим принципом пра­цюють стаціонарні газоаналізатори мо­делі ОА-2109 для аналізу СО і моделі ОА- 2209 для аналізу С0₂. Переносний прилад ГАИ-1 дає змогу контролювати вміст СО у відпрацьованих газах у дорожніх умо­вах.

Рис. 2.8 Газоаналізатор фірми МАНА

Рис. 2.6 Газоаналізатори

фірми Bosch

Рис. 2.7 Газоаналізатор фірми ISC-Оliver

Останнім часом широко застосовують багатокомпонентні і двокомпонентні газо­аналізатори безперервної дії фірм Bosch (рис. 2.6), ISC-Oliver (рис. 2.8), МАНА (рис. 2.9) та ін. За точністю, надійністю роботи й габаритними розмірами вони відповідають сучасним міжнародним ви­могам.

В умовах ВАТ АТП токсичність відпра­цьованих газів перевіряють також пере­носним приладом «А бгаз-Інфраліт» (рис. 2.10), який працює за принципом поглинан­ня різними газовими компонентами інфра­червоного випромінення з певною довжиною хвилі. Принцип роботи газоаналізатора та­кий. Два джерела б інфрачервоного ви­промінення через параболічні лінзи і об­тюратор 7 створюють пучок, спрямова­ний у робочу камеру 5 і камеру порівнян­ня 8, заповнену повітрям, яке не поглинає інфрачервоного випромінення. У робочій камері газ рухається під дією мембранного насоса 4 і поглинає із загального спектра інфрачервоне випромінення з довжиною хвилі 4,7 мкм. У приймач випромінення 9 надходять два потоки різної інтенсивності. Чутлива мембрана приймача, яка розділяє його камери, сприймає різницю тисків двох потоків випромінень, прогинаючись у бік меншого тиску.

Рис. 2.10 Схема газоаналізатора «Абгаз-Інфраліт»:

1 — газовідбірний зонд; 2 — віддільник конденсату; З — фільтр; 4 — мембранний насос; 5 — робоча каме­ра; 6 — джерело інфрачервоного випромінення; 7 — обтюратор з електродвигуном; 8 — камера по­рівняння; 9 — приймач випромінювання; 10 — підси­лювач; 11,12 — відповідно стрілковий і реєструваль- ний приладинень, прогинаючись у бік меншого тиску. Переміщення мем­брани сприймається підсилювачем і далі передається у стрілковий (індикаторний) і записувальний прилади.

Токсичність відпрацьованих газів пере­віряють у двох режимах: холостого ходу двигуна і з різким відкриванням дросель­них заслінок карбюратора.

У наукових дослідженнях, щоб підви­щити точність визначення концентрації СО, застосовують ще один метод вимірю­вання — флюоресцентним недисперсним інфрачервоним випроміненням. Ще більшу точність визначення вмісту СО дає метод спільного вимірювання СО і С0₂ у відпра­цьованих газах. На цьому методі грунту­ється робота приладу ГАИ-2 і газоаналіза­тора «Інфраліт-211», які призначені для безперервного кількісного аналізу вмісту СО і С0₂ у відпрацьованих газах авто­мобілів в умовах ВАТ АТП.

Вміст вуглеводнів (С„Н_т) у відпрацьо­ваних газах контролюють за допомогою недисперсних інфрачервоних випромі­нень. Кількість С„Н_т переводять на лег­кий вуглеводень — «-гексан. Це найпро­стіший спосіб. Він надійний у роботі і має достатній ступінь точності для практично­го застосування.

Є прилади, в одному з яких змонтовано пристрої для визначення вмісту СО і вугле­воднів. До таких приладів належать япон­ські газоаналізатори «Рікен» Р1-503 А, UREX-201 та ін.

Газоаналізатор «Рікен» Р1-503 А має дві шкали. Шкала СО нижнього діапазону відповідає 0...2 % вмісту СО у відпрацьова­них газах, а шкала високого діапазону — 0...10 %. Вуглеводні оцінюють за трьома шкалами: низький діапазон 0...500 млн^-1, се­редній —0...2000 і високий — 0...5000 млн^-1.

Робота газоаналізатора UREX-201 ґрун­тується на інфрачервоному випроміню­ванні. Прилад має стрілкову індикацію з великогабаритною шкалою. Діапазон ви­мірювання С„Н_т — 0... 800 млн^-1 (низький діапазон) і 0...2000 млн^-1 (високий діапа­зон), СО — 0...5 % (низький діапазон) і 0...10 % (високий діапазон).

З науковою метою і під час кваліфіка­ційних випробувань застосовують точний інформативний полуменево-йонізаційний метод (F/D) оцінювання токсичності від­працьованих газів, а саме сумарної кіль­кості С„Н_т у них. Ця апаратура не чутлива до вмісту в них С0₂ і пари Н₂0, що й за­безпечує вищий ступінь точності.

Слід пам’ятати, що визначення загально­го вмісту С„Н_т у відпрацьованих газах — одне зі складних завдань через наявність у них С„Н_т з високою відносною молеку­лярною масою, тобто з високою точкою кипіння. Тому проба газу, який аналізу­ють, у вимірювальній системі має бути при підвищеній температурі, щоб запобігти конденсації вуглеводнів на внутрішніх стінках трубопроводів. Проте інтенсив­ність підігрівання не повинна змінювати вид і склад вуглеводнів.

Щоб порівняти вміст С„Н_т у відпрацьо­ваних газах, виміряний методами, напри­клад, ND/R і F/D, треба вводити поправ- кові коефіцієнти. Результати вимірюван­ня вмісту С„Н_т за методом F/D у 1,8—2,2 раза більші, ніж за методом F/D у перера­хунку на «-гексан. Крім цього, метод F/D потребує як робочого тіла каліброваної суміші водню з азотом, що створює певні організаційні труднощі.

Крім розглянутих шкідливих речовин, у відпрацьованих газах автомобільних двигунів визначають ще й інші сполуки. Найпоширенішими серед них є оксиди ні­трогену NO і N0₂. Співвідношення цих компонентів залежить від коефіцієнта над­лишку повітря, часу, що минув з моменту збирання відпрацьованих газів до початку аналізу, та наявності інших компонентів, які є у відпрацьованих газах.

Останнім часом найпрогресивнішим ме­тодом визначення вмісту NO* є збудження хемолюмінесценції в інфрачервоній ділянці за допомогою окиснення N0* з наступним визначенням її інтенсивності. Суть методу полягає в тому, що реакція окиснення N0* відбувається в атмосфері озону з виділен­ням променистої енергії світлового спек­тра. Кількість виділеної енергії пропор­ційна вмісту N0* в аналізованій пробі га­зу. У сучасних приладах тривалість аналі­зу близько 1 с, а їхня точність — близько 1 % всієї шкали.

Токсичність відпрацьованих газів дви­гунів можна визначити також за допомогою портативного газовіддільника ГХСО-5. Його дія ґрунтується на лінійно-колористичному принципі. Аналізовану газову пробу просмоктує аспіратор ручної дії через ін­дикаторну трубку, заповнену спеціальним твердим пористим матеріалом, який під дією оксиду карбону змінює своє забарв­лення. Об’ємну частку оксиду карбону (у відсотках) визначають відразу за довжи­ною забарвленого шару на шкалі індика­торної трубки.

Екологічний пост ЕКП-1 призначений для швидкісного забору відпрацьованих газів автомобілів з подальшим вимірюван­ням концентрації оксиду карбону (СО) і вуглеводнів (С„Н_т) на відповідність стан­дарту і для великомасштабної індикації ре­зультатів вимірювань. Його можна ви­користати для оптимального регулювання карбюратора і контролю екологічних па­раметрів автомобілів під час випуску, екс­плуатації, технічного обслуговування та ремонту (рис. 2.11).

Рис. 2.11 Екологічний пост ЕКП-1

Складається ЕКП-1 з трьох функціо­нально незалежних блоків:

- пристрою прискорення і підготовки проби УПП-01;

- газоаналізатора 102-ФА-01М;

- інформаційного табло (ІТ).

Блок УПП-01 забезпечує прискорену подачу відпрацьованих газів на газоаналі­затор, здійснює попереднє очищення, су­шіння, фільтрацію газу. Газоаналізатор при цьому працює в більш сприятливих умо­вах експлуатації, знижується рівень за­бруднення, збільшується строк служби, підвищується надійність. Блок можна сти­кувати з газоаналізаторами типу Infralit, Bosch, Bekman, ГИ AM, 121-ФА-01, 123- ФА-01, 102-ФА-01М, ISC-Oliver К9000 та ін. Особливо ефективна робота УПП-01 із зарубіжними газоаналізаторами, що не розраховані на високий рівень забруднен­ня відпрацьованих газів, пов’язаних з якіс­тю палива і паливо-мастильних матеріа­лів, а також із спрацьовуванням двигуна. Блок УПП-01 здійснює первинне, най­більш «брудне» очищення відпрацьовано­го газу і тим самим запобігає забрудненню газоаналізаторів.

У газоаналізаторі 102-ФА-01М вдоско­налено теплові режими роботи, застосо­вано сучасні електронні комплектувальні, що поліпшують експлуатаційні характерис­тики.

Інформаційне табло здійснює велико­масштабне цифрове дублювання показань газоаналізатора типу 102-ФА-01М з авто­матичним корегуванням нуля (нульового сигналу) в процесі вимірювання. Резуль­тати вимірювання концентрацій CO, С„Н_т, частоти обертання колінчастого вала дви­гуна відображаються на трирозрядних цифрових індикаторах, що забезпечують зчитування інформації на відстані до 40 м. Передбачено колірну сигналізацію відпо­відних граничних концентрацій CO, С„Н_т:

багато (вище від норми) — червоний колір;

норма — зелений колір;

мало (нижче від норми) — жовтий ко­лір.

Показання частоти обертання колінча­стого вала двигуна дублюються з колір­ною сигналізацією:

мінімальні оберти — жовтий колір; підвищені оберти — червоний колір. Інформаційне табло підвищує продук­тивність праці, поліпшує інформативність і наочність вимірюваного сигналу.

Діагностування системи живлення ди­зельних двигунів за допомогою аналізу відпрацьованих газів дуже спрощується тим, що кількість найважливіших компо­нентів і сажі (димність), яка є у відпрацьо­ваних газах, майже пропорційна коефіці­єнту надлишку повітря. Тому на практиці, щоб отримати надійні результати, замість проведення газового аналізу досить ви­значити димність відпрацьованих газів або вміст сажі.

Димність відпрацьованих газів К_яоп ав­томобільних дизелів не повинна перевищу­вати гранично допустимих норм залежно від умовної витрати відпрацьованих газів під час випробування на усталених режимах:

Примітки: 1. Проміжні значення визначають інтерполюванням.

2. Димність на режимі вільного прискорення не повинна перевищувати гранично допустиму нор­му, що встановлена для дизеля конкретного типу на цьому режимі. Для двигунів із системою газо­турбінного наддування димність на режимі вільно­го прискорення не повинна перевищувати граничні норми, що встановлені в таблиці для частоти обер­тання, при якій димність досягає максимального значення (це значення виміряне під час випробу­вань на установленому режимі), більш ніж на 10 % в одиницях фізичних величин шкали приладу.

3. Коли у вимірювальному приладі є шкала, ви­ражена в показаннях коефіцієнта поглинання К_П, значення димності переводять у значення коефі­цієнта поглинання згідно з графіком (рис. 2.12).

Рис. 2.12 Переведення значень димності в значення коефіцієнта поглинання

Умовну витрату відпрацьованих газів (?_{в г}, дм³/с, обчислюють за формулами:

для чотиритактних дизелів

для двотактних дизелів

де — робочий об’єм циліндра дизеля, дм³; п — частота обертання колінчастого вала, с^_1, виміряна під час випробування.

Димність відпрацьованих газів вимірю­ють на режимах зовнішньої швидкісної ха­рактеристики від максимальної частоти обертання до більшої з двох: 0,45 n_mах або 16,7 с^-1; при цьому димність вимірюють не менш ніж шість разів через однакові інтервали частот обертання, включаючи режим максимального крутного моменту і вільного прискорення.

Для дизелів з наддуванням, яке відклю­чається, або з перепускним клапаном дим­ність відпрацьованих газів вимірюють при ввімкнутих і вимкнутих агрегатах наддування і перепускному клапані. Як оцінний показник беруть більше з двох виміряних значень.

Різниця результатів вимірювань не по­винна перевищувати 4 % в одиницях фізич­них величин шкали приладу. Проміжок між послідовними вимірюваннями не по­винен перевищувати 1 хв. Результатом ви­мірювання є середнє арифметичне значен­ня трьох вимірювань.

На рис. 2.13 зображено димомір ISC-Оliver D-60.

Рис. 2.13 Димомір ISC-Оliver D-60.

Вміст сажі у відпрацьованих газах мож­на визначити відфільтровуванням части­нок сажі, які утворюють видимий дим. Для цього зондом беруть потрібну кількість га­зу й пропускають його крізь паперовий фільтр. Сажа утворює на фільтрі сіру або чорну пляму, яку оцінюють за шкалою чорноти. Колір еталона збігається з кольо­ром плями сажі, що утворилася при філь­труванні продуктів згоряння, які містять максимально допустиму кількість сажі.

Щоб визначити вміст сажі у відпрацьо­ваних газах, треба помістити паперовий фільтр під шкалу і порівняти кольори крізь отвори в еталоні. Відбирають проби від­працьованих газів протягом 1 с при повній подачі палива і максимальній кількості обертів.

При загальному діагностуванні систе­ми живлення карбюраторних двигунів слід мати на увазі, що склад відпрацьованих газів залежить не тільки від якості паль­ної суміші, а й від роботоздатності системи запалювання. Тому остаточно дійти ви­сновку про справність системи живлення можна тільки після діагностування систе­ми запалювання.

Дата добавления: 2014-01-04