Отработавших газов автомобилей)

6.1 Цель работы: изучить условия проведения проверки технического состояния систем питания с определением концентрации отработавших газов и методики расчета выбросов загрязняющих веществ на посту контроля токсичности отработавших газов автомобилей.

6.2 Теоретическая часть

Диагностирование систем питания двигателей автомобилей производится, в основном, по параметрам расхода топлива и содержания токсичных веществ в отработавших газах [10].

При ТО и диагностировании автомобильных двигателей наибольшее распространение получили переносные газоанализаторы (для бензиновых двигателей), определяющие содержание СО в отработавших газах и дымомера (для дизельных двигателей), определяющие дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами от бензиновых двигателей проводятся по ГОСТу Р 52033-2003.

6.2.1 Газоанализаторы

Газоанализатор — это прибор, предназначенный для определения качественного и количественного состава газовой смеси. В зависимости от реализованного принципа действия газоанализаторы бывают: термохимические, термокондуктометрические, электрохимические, магнитные, оптические. Применяются газоанализаторы в промышленности, медицине, науке, на сервисных станциях, «зеленых» постах. Большинство автоматических газоанализаторов, применяемых в промышленности, являются одноканальными приборами, измеряющими один компонент. В отличие от них автомобильный газоанализатор должен фиксировать концентрацию, как правило, четырех компонентов выхлопа: CO, CH, CO₂ и О₂.

Большая часть автомобильных газоанализаторов как отечественного, так и импортного производства, причисляемая ко второй группе, работает по принципу поглощения отработавшими газами инфракрасного излучения. Данный метод обеспечивает достаточную точность измерения при сравнительно невысокой стоимости газоанализатора, что немаловажно в условиях серийного производства приборов. Суть метода в следующем: молекулы каждого газа представляют собой колебательную систему, способную поглощать инфракрасное излучение в строго определенном диапазоне волн (для каждого газа индивидуально). Для «вырезания» нужной области спектра излучения применяются узкополосные интерференционные оптические фильтры, а для измерения степени поглощения газом излучения служит специальный детектор (приемник). В современных импортных газоанализаторах, а также приборах отечественного производства имеются, как правило, три спектральных канала, два из которых фиксируют концентрацию СО и СН, а третий является сравнительным (учитывает изменения в системе). Главными же отличительными признаками современного газоанализатора следует считать наличие в нем микропроцессора, управляющего его работой, а также совершенной системы отбора и подготовки проб. Основной функцией микропроцессора является обеспечение надежной работы прибора в различных условиях его эксплуатации. Не стоит забывать и о возможности выведения на печать результатов замера с помощью встроенного в газоанализатор принтера.

Под хорошим газоанализатором для диагностики современных двигателей подразумевается, как минимум, четырехкомпонентный прибор с функцией расчета состава смеси. Тем, кто занимается организацией государственных или альтернативных пунктов инструментального контроля, адресуются наиболее совершенные и дорогие модели. Они представляют собой стойку, в которой смонтирован высококачественный многокомпонентный газоанализатор, процессор для компьютерной обработки измерений, включающей экспертную оценку работоспособности систем двигателя, монитор и принтер. Надежность и ресурс таких приборов позволяют в течение десятка лет ежедневно работать в непрерывном режиме. Содержание СО и СН в отработавших газах автомобиля не должно быть выше значений, приведенных в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Предельно-допустимые содержание отработавших газов автомобиля

Частота вращения, мин	ПДК СО, об.%	ПДК СН, млн-1
nmin	3,5
nповыш	2,0

6.2.2 Дымомер

Уровень дымности и методы ее измерения устанавливается в России − ГОСТ Р 52160:2003.

Для измерения и контроля уровня дымности отработавших газов двигателя используют дымомеры. Основным параметром дымности считается коэффициент поглощения света, который используется в расчетах вместе с показателем коэффициента ослабления света. При этом значение коэффициента поглощения света не может превышать допустимого предела, установленного для конкретного автомобиля. Измерение дымности происходит в дымовой камере дымомера, куда дым попадает по пробоотборной трубке. Определенные значения дымности выводятся на электронный экран. Дымомеры обладают такой характеристикой как эффективная база, которая определяется как эффективная длина траектории лучей света, проходящих через измеряемый отработавший газ, заполнивший дымовую камеру. Важной характеристикой дымомера также является время его срабатывания, которое устанавливается на уровнях 0,9 – 1,1 с. Кроме того, немалое значение придается температуре газа в камере во время проведения измерений.

Основным нормируемым параметром дымности ОГ является натуральный показатель ослабления светового потока K, вычисляемый по формуле (6.1).

(6.1)

где L – эффективная база дымомера оптического типа, м.

N – коэффициент ослабления светового потока, %.

Вспомогательным нормируемым параметром дымности является измеряемый коэффициент ослабления светового потока по формуле (6.2).

(6.2)

где Ф – световой поток, достигший приемника света после просвечивания столба ОГ, лм;

Ф₀ - световой поток, достигший приемника света после просвечивания чистого воздуха, лм.

Предельно-допустимые нормы дымности отработавших газов приведена в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Предельно-допустимые нормы дымности отработавших газов дизельных двигателей

Модель автомобиля	Дымность для режимов
ускорение свободное	максимальная частота
КамАЗ, БелАЗ, КрАЗ и др.	2,5 м-1 (40%)	0,38 м-1 (15%)
КамАЗ, БелАЗ, КрАЗ и другие с надувом	3,0 м-1 (50%)	0,38 м-1 (15%)

6.2.3 Расчет выбросов загрязняющих веществ на посту контроля токсичности отработавших газов автомобилей

Для автомобилей с бензиновыми двигателями валовый выброс СО, СН, NO_x, SO₂ и Pb при контроле токсичности отработавших газов определяется по формуле (т/год):

где n_k – количество проверок данного типа автомобилей в год;

m_пpir – удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля к-й группы для теплого периода года, г/мин (приложение 13-19);

m_xxik – удельный выброс i-го вещества при работе на холостом ходу двигателя автомобиля к-й группы, г/мин (приложение 13-19);

t_пр - время прогрева автомобиля на посту контроля (принимается равным 1,5 мин);

t_ис1 - среднее время работы двигателя на малых оборотах холостого хода при прогреве (принимается равным 3 мин);

А - коэффициент, учитывающий увеличение удельного выброса i-го вещества k-й группы при работе двигателя автомобиля на повышенных оборотах холостого хода (принимается равным 1,8);

t_ис2 - среднее время работы двигателя на повышенных оборотах холостого хода (принимается равным 1,5 мин).

Максимально разовый выброс i-го вещества определяется по формуле (г/с)

где N’_k – наибольшее количество автомобилей, проверяемое в течение часа на посту.

Расчет G₁ производится для автомобилей, имеющих наибольшие удельные выбросы по i-му компоненту.

Расчет выбросов соединений свинца производится только при использовании этилированного бензина.

Для автомобилей с дизельным двигателями валовой выброс загрязняющих веществ (СО, СН, NO_x, С, SO₂) при контроле дымности отработавших газов определяется по формуле (т/год):

где n_k – количество проверок в год автомобилей k-й группы;

m_npik – удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля k-й группы для теплого периода года, г/мин;

m_испik – удельный выброс i-го вещества при проведении испытаний на двух режимах измерения дымности автомобиля k-й группы, г/мин;

t_пр - время прогрева автомобиля на посту контроля, t_пр = 3 мин;

t_исп - время испытаний, t_исп = 4 мин.

Удельный выброс i-го вещества при проведении испытаний m_испik определяется по формуле (г/мин):

где k_i – коэффициент, учитывающий увеличение удельного выброса i-го вещества при проведении контроля дымности (таблица 6.3).

Таблица 6.3 – Значения коэффициента увеличения удельных выбросов при проведении контроля дымности отработавших газов

Загрязняющее вещество	CO	CH	NOx	C	SO2
ki	3,0	5,0	2,5		1,5

Максимально разовый выброс i-uj вещества определяется по формуле (г/с):

где N’_k – наибольшее количество автомобилей, проверяемое в течение часа на посту.

Расчет G_i производится для автомобилей, имеющих наибольшие удельные выбросы по i-му компоненту.

При одновременном контроле на нескольких постах автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями валовые выбросы одноименных веществ суммируются. Так же производится расчет и максимально разовых выбросов.

В случае контроля на одном посту автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями в качестве максимально разовых выбросов G_i принимаются значения для автомобилей, имеющих наибольшие выбросы по i-му компоненту.

6.3 Порядок выполнения работы и составления отчета

6.3.1. Изучить самостоятельно условия проведения проверки технического состояния систем питания с определением концентрации отработавших газов и кратко описать в отчете;

6.3.2. Изучить методику и провести расчет выбросов загрязняющих веществ на посту контроля токсичности отработавших газов автомобилей. При расчете взять автомобиль, который использовался в практической работе № 1.

6.3.3. По полученным значениям сделать выводы.

6.4 Контрольные вопросы

6.4.1. Какими приборами измеряется отработавшие газы бензиновых и дизельных двигателей, и в чем их отличие?

6.4.2. Каково предельно допустимое содержание СО и СН в отработавших газах?

6.4.3. Какие узлы и системы автомобиля влияют на уровень СО и СН?

6.4.4. Для чего необходимо проводить контроль дымности отработавших газов автомобиля; какова роль контроля в проблемах экологической безопасности?

6.4.5. Назовите основные и вспомогательные нормируемые параметры дымности.

6.4.6. Назовите предельно-допустимые нормы дымности отработавших газов.