Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

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.

• Оптический метод (измерение непрозрач­ности или потемнения отработавших газов) основан на определении ослабления светового потока при просвечивании отработавших газов (см рис «Дымомер оптического типа (абсобционный метод)» );
• При использовании фильтрационного метода (измерение отраженного света) определенное количество отработавших газов пропускается через фильтрующий элемент. Степень почернения фильтра характеризует содержание сажи в отрабо­тавших газах (см. рис. «Дымометр (фильтрационный метод)» ).

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:

• Измерение при полностью открытой дрос­сельной заслонке, например, на стенде с беговыми барабанами или ином стенде под нагрузкой, создаваемой тормозами автомобиля:
• Измерение при неограниченном ускоре­нии, при резком открытии дроссельной за­слонки и нагруженном двигателе (рис. «График изменения дымности выхлопа при резком открытии дроссельной заслонки» ).

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.

Во время свободного ускорения часть от­работавших газов, выходящих из выхлоп­ной трубы, проходит через пробоотборный зонд (см. рис. «Дымомер оптического типа (абсобционный метод)» ) и пробоотборный шланг и поступает в камеру (без вспомогательного вакуума). Поскольку давление и температура контролируются, на результаты измерений не оказывают влияния колебания давления отработавших газов.

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.

Во время испытаний под нагрузкой обе­спечивается непрерывный процесс изме­рений дымности с индикацией получаемых данных. Результаты испытаний при свобод­ном ускорении могут быть сохранены в виде кривой изменений дымности в цифровом виде. Дымометр автоматически определяет максимальное значение и производит расчет среднего значения дымности для нескольких периодов подачи газа (см. рис. «График изменения дымности выхлопа при резком открытии дроссельной заслонки» ).

Дымомер (фильтрационный метод)

В соответствии с этим методом измерений определенный объем отработавших газов прокачивается через бумажный фильтр (см. рис. «Дымометр (фильтрационный метод)» ). Степень зачернения бумаги выра­жается в виде показателя содержания сажи (от нуля до десяти).

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.

ГОСТ 21393-75 Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений. Требования безопасности

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

НОРМЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Нормы и методы измерений.
Требования безопасности

Automobiles with diesel engines. Smoke emission,
Norms and methods of measurements.
Safety requirements

Дата введения 01.01.77

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 К_доп, 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 К_доп 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 К_доп, 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

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.