Контроль состава выхлопных газов автотранспорта

Обновлено: 06.07.2024

Стандарт распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства с бензиновыми двигателями категорий M1, M2, M3, N1, N2, N31), оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов. Стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя. Требования настоящего стандарта должны быть обеспечены конструкцией и качеством изготовления автомобилей при производстве и соблюдением правил их технической эксплуатации, установленных предприятиями-изготовителями. Стандарт не распространяется на автотранспортные средства, полная масса которых составляет менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч.

ГОСТ Р 52033-2003

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

А втомобили с бензиновыми двигателями

ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

Н ормы и методы контроля
при оценке технического состояния

ГОССТАНДАРТ РОССИИ
Москва

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 27 марта 2003 г. № 100-ст

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2007 г.

ГОСТ Р 52033-2003

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Автомобили с бензиновыми двигателями

ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

Нормы и методы контроля при оценке технического состояния

Motor vehicles with petrol engines. Emission of the exhaust gas pollutants.
Norms and methods of the control for estimation of technical condition

Дата введения 2004-01-01

Настоящий стандарт распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства с бензиновыми двигателями (далее - автомобили) категорий M₁, M₂, M₃, N₁, N₂, N₃ 1) , оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов.

1) Определение категорий приведено в соответствии с приложением 7 Сводной резолюции о конструкции транспортных средств (СР.3 документ TRANS/SC.l/WP.29/78/Amend.3).

Настоящий стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя.

Требования настоящего стандарта должны быть обеспечены конструкцией и качеством изготовления автомобилей при производстве и соблюдением правил их технической эксплуатации, установленных изготовителем.

Настоящий стандарт распространяется на транспортные средства, по своей технической характеристике попадающие под действие ГОСТ Р 41.83 и ГОСТ Р 51832 .

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН № 83) Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей

ГОСТ Р 51832-2001 Двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, работающие на бензине, и автотранспортные средства полной массой более 3,5 т, оснащенные этими двигателями. Выбросы вредных веществ. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.012-90 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования.

(Новая редакция, Изм. № 1 ).

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями и обозначение:

3.1 автомобили, находящиеся в эксплуатации: Автомобили, прошедшие регистрацию в установленном порядке.

3.2 рабочая температура охлаждающей жидкости или моторного масла: Температура охлаждающей жидкости или моторного масла, рекомендованная изготовителем для работающего двигателя.

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

3.3 коэффициент избытка воздуха, l : Безразмерная величина, представляющая собой отношение массы воздуха, поступившей в цилиндр двигателя, к массе воздуха, теоретически необходимой для полного сгорания поданного в цилиндр топлива, рассчитываемая по результатам анализа состава отработавших газов автомобилей.

3.4 система нейтрализации отработавших газов: Совокупность устройств, включающая в себя, как правило, каталитический нейтрализатор и функционально связанные с ним датчики и управляющие системы, обеспечивающая снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя в различных режимах.

3.5 экологический класс: Классификационный код, характеризующий транспортное средство в зависимости от уровня выбросов вредных загрязняющих веществ.

3.6 изготовитель: Лицо, осуществляющее изготовление транспортного средства (шасси).

3.5, 3.6 (Новая редакция, Изм. № 1 ).

3.8 встроенная (бортовая) система диагностирования двигателя: Совокупность входящих в конструкцию автомобиля устройств, обеспечивающих своевременное информирование водителя о неисправностях в системах управления двигателем и нейтрализации отработавших газов, а также накопление этой информации в процессе эксплуатации.

При отсутствии данных, установленных изготовителем автомобиля:

- значение n_мин не должно превышать:

1100 мин -1 - для автомобилей категорий M₁ и N₁,

900 мин -1 для автомобилей остальных категорий;

- значение n_пов устанавливают в пределах:

2500 - 3500 мин - 1 для автомобилей категорий М₁ и N₁, не оборудованных системами нейтрализации,

2000 - 3500 мин -1 для автомобилей категорий M₁ и N₁, оборудованных системами нейтрализации, и для автомобилей остальных категорий независимо от их комплектации

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

Категории и комплектация 1) транспортных средств (экологический класс) 2)

Обороты холостого хода

Объемная доля СО, %

Объемная доля СН, млн -1

С 01.01.1987 по 31.12.2006

M ₁ и N ₁ , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов 3) (экологические классы 2, 3, 4)

С 01.01.2007 по 31.12.2012

М₂, M ₃ , N ₂ и N ₃ , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов 3) (экологические классы 2, 3, 4)

С 01.01.2007 по 31.12.2012

M ₁ и N ₁ , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов 3) (экологические классы 4 и выше)

М₂, M ₃ , N ₂ и N ₃ , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов 3) (экологические классы 4 и выше)

1) В эксплуатационных документах автомобиля изготовитель указывает штатную комплектацию автомобиля оборудованием для снижения выбросов загрязняющих веществ (далее - вредные выбросы); предельно допустимое содержание оксида углерода, углеводородов и допустимый диапазон значений коэффициента избытка воздуха λ.

2) Экологическая классификация автомобилей в соответствии с приложением Г.

3) Дополнительные требования для автомобилей этой группы установлены в 4.3 и 6.4.3.

(Новая редакция, Изм. № 1 ).

4.3 Значение коэффициента избытка воздуха l в режиме холостого хода на п_пов у автомобилей, оборудованных системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных, установленных изготовителем. Если данные изготовителя отсутствуют или не указаны, значение коэффициента избытка воздуха l должно быть от 0,97 до 1,03.

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

4.4 Системы, агрегаты, узлы и детали автомобиля, влияющие на выброс загрязняющих веществ, должны быть сконструированы, изготовлены и установлены таким образом, чтобы эти выбросы не превышали установленных настоящим стандартом в период всего срока эксплуатации автомобиля при условии соблюдения правил эксплуатации и технического обслуживания, указанных в прилагаемой к автомобилю инструкции (руководстве).

Требования к техническому состоянию

Система выпуска отработавших газов

Комплектность (отсутствие элементов системы выпуска не допускается); герметичность (отсутствие механических пробоев и сквозной коррозии; при работе двигателя на холостом ходу в соединениях и элементах системы выпуска отработавших газов не должно быть утечек, а для автомобилей, оборудованных системой нейтрализации отработавших газов, не допускаются утечки в атмосферу минуя нейтрализатор)

Система нейтрализации отработавших газов и другое оборудование для снижения вредных выбросов

Комплектность (отсутствие или несоответствие эксплуатационным документам элементов системы нейтрализации, системы улавливания паров топлива, рециркуляции отработавших газов, экономайзера принудительного холостого хода и т.п. не допускается)

Система вентиляции картера

Комплектность; герметичность (рассоединение трубок в системе вентиляции картера двигателя, утечка картерных газов через различные неплотности в атмосферу не допускаются)

Встроенная система диагностирования двигателя

Функционирование диагностического индикатора соответствует исправной работе двигателя и его систем (диагностический индикатор при работе двигателя выключен)

Комплектность (отсутствие или несоответствие элементов системы питания эксплуатационным документам не допускается);

герметичность (подтекание бензина не допускается)

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

5.2 Проверку автомобилей на соответствие требованиям 4.2, 4.3 и 5.1 рекомендуется проводить в случаях, перечисленных в приложении А.

6.1 Общие требования

6.1.1 Атмосферные условия при проведении измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобиля должны находиться в следующих пределах:

- температура окружающего воздуха - от минус 7 °С до плюс 35 °С;

- атмосферное давление - не ниже 92,0 кПа (690 мм рт. ст.).

6.1.2 При измерениях следует применять газоанализаторы, тахометры и пр. (далее - приборы), соответствующие требованиям приложения Б и имеющие действующие свидетельства о поверке [1].

Температура окружающего воздуха, атмосферное давление, относительная влажность в месте расположения прибора и другие условия его использования должны соответствовать требованиям, указанным в инструкции по эксплуатации предприятия - изготовителя прибора.

6.1.1, 6.1.2 (Измененная редакция, Изм. № 1 ).

6.2 Подготовка к проведению измерений

6.2.1 Внешним осмотром проверяют наличие на автомобиле систем и устройств, обеспечивающих снижение вредных выбросов. В случае несоответствия фактической комплектации автомобиля установленной изготовителем измерения не проводят.

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

6.2.2 Перед измерением двигатель автомобиля прогревают до температуры не ниже рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля, но не ниже 60 °С.

6.2.3 После прогрева двигателя проводятся следующие операции:

- затормаживают автомобиль стояночным тормозом и заглушают двигатель;

- устанавливают противооткатные упоры под ведущие колеса транспортных средств;

- подключают датчики тахометра и измерителя температуры масла;

- вводят пробоотборный зонд газоанализатора в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от наиболее заглубленной точки среза трубы. При отсутствии возможности ввести пробоотборный зонд в выпускную трубу на указанную глубину допускается проводить измерения с использованием дополнительных насадок, обеспечивающих герметичность в местах соединения с выпускной трубой. При применении газоотвода, надеваемого на выпускную трубу автомобиля при проведении измерений или регулировке двигателя (например, в закрытом помещении), газоотвод должен иметь отверстие для введения пробоотборника газоанализатора;

- полностью открывают воздушную заслонку карбюратора (при наличии карбюратора).

(Новая редакция, Изм. № 1 ).

6.3 Проведение измерений на автомобилях, не оснащенных системами нейтрализации отработавших газов

6.3.1 Перед проведением измерений проверяют и устанавливают нулевые показания газоанализатора на шкалах измерения СО и СН.

6.3.2 Измерения проводят в следующем порядке:

- запускают двигатель, нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя до п_пов и работают в этом режиме не менее 15 с;

- отпускают педаль управления дроссельной заслонкой, устанавливая минимальную частоту вращения вата двигателя (в соответствии с 4.1), и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов;

- устанавливают повышенную частоту вращения вала двигателя п_пов и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов.

6.4 Проведение измерений на автомобилях, оснащенных системами нейтрализации отработавших газов

6.4.1 Перед проведением измерений проверяют и устанавливают нулевые показания газоанализатора на шкалах измерения СО, СН и СО₂. Содержание О₂ должно быть в пределах, установленных в инструкции (руководстве) по эксплуатации газоанализатора.

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

6.4.2 Измерения выполняют в следующем порядке:

- запускают двигатель, нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, увеличивают частоту вращения вала двигателя до п_пов, выдерживают этот режим в течение 2 - 3 мин (при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С - 4 - 5 мин) и после стабилизации показаний измеряют содержание СО, СН и фиксируют значение коэффициента избытка воздуха l ;

- устанавливают минимальную частоту вращения вала двигателя п_мин (в соответствии с 4.1) и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов. Приступать к измерению на п_мин следует не позднее чем через 30 с после проверки в режиме п_пов.

- при включении зажигания перед пуском двигателя диагностический индикатор должен быть включен или включаться на короткий промежуток времени; при отсутствии соответствующего сигнала диагностического индикатора после включения зажигания дальнейшую процедуру проверки прекращают;

- после пуска двигателя диагностический индикатор должен выключиться; в случае, если диагностический индикатор при работе двигателя остается во включенном состоянии, дальнейшую процедуру проверки прекращают.

1 При наличии раздельных выпускных систем у автомобиля измерение следует проводить в каждой из них. За результат измерения принимают максимальные значения содержания оксида углерода и углеводородов.

2 При проведении измерений или регулировке двигателя в закрытом помещении газоотвод, надеваемый на выпускную трубу автомобиля, должен иметь закрывающееся отверстие для введения пробоотборника газоанализатора.

3 Результаты измерений регистрируют в журнале (приложение В).

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

6.5 Проведение измерений на бензиновых двигателях гибридных автомобилей проводят в соответствии с 6.3 или 6.4 в сервисном режиме, предусмотренном изготовителем. При отсутствии сервисного режима проверка работоспособности двигателя и системы нейтрализации проводится по показаниям диагностического индикатора, расположенного на приборной панели в соответствии с 6.4.3.

7 Требования безопасности

7.1 В помещениях для проведения измерений должны соблюдаться следующие условия:

- санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений - по ГОСТ 12.1.005 ;

- уровень шума - по ГОСТ 12.1.003 ;

- уровень вибрации - по ГОСТ 12.1.012 .

7.2 При измерении уровня выбросов загрязняющих веществ в случае необходимости должны быть приняты дополнительные меры, исключающие возможность самопроизвольного перемещения автомобиля

6.5, раздел 7 (Введены дополнительно, Изм. № 1 ).

Проверки могут быть проведены:

- на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции;

- при сертификационных испытаниях;

- при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в установленном порядке специально уполномоченными органами;

- на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих автомобили, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение содержания нормируемых компонентов в отработавших газах;

- на предприятиях, осуществляющих капитальный ремонт автомобилей.

Б.1 Метрологические и технические характеристики газоанализаторов

Б.1.1 Для измерения содержания нормируемых компонентов в отработавших газах автомобилей применяют четырехканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания СО, СН, диоксида углерода (СО₂) и кислорода (О₂), для проведения измерений на автомобилях экологического класса 4 и выше, выпущенных после 01.01.2013, применяются четырехканальные газоанализаторы, соответствующие приборам класса 00; 0.

(Новая редакция, Изм. № 1 ).

Б.1.2 Применяют для измерения содержания:

- СО, СН и СО₂ в отработавших газах - газоанализаторы непрерывного действия, принцип действия которых основан на инфракрасной спектроскопии;

- О₂ - электрохимический сенсор.

Б.1.3 Четырехканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания СО, СН, СО₂ и О₂, должны соответствовать по метрологическим характеристикам приборам классов 00; 0 или I в соответствии с классификацией, изложенной в [2].

(Измененная редакция, Изм. № 1 ).

Б.1.4 Газоанализаторы должны быть укомплектованы пробоотборным зондом, который вставляют в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм и удерживают в фиксированном положении с помощью специального устройства. Конструкция пробоотборного зонда должна обеспечивать подачу пробы в газоанализатор без изменения ее состава.

Б.1.5 Минимальные диапазоны измерений газоанализаторов указаны в таблице Б.1.

Многие страны ограничивают вредные выбросы от автомобильных дизельных двигателей путем введения соответствующих норм. Соответствующие законы содержат, в частности, обусловленные методы проверок, методики измерений и предельные значения, которые используются в разных странах одинаково, тогда как небольшие отклонения обуславливаются экологическими, экономическими и климатическими особенностями.

Предельные значения, которые не должны превышаться, касаются следующих соединений, содержащихся в выхлопных газах:

углеводороды (НС или СН);
окись углерода (СО);
окислы азота (NOx);
мелкие частички;
сажа (видимые компоненты частичек).

Токсичные вещества в выхлопных газах состоят из следующего:

выбросы от сгорания в двигателе (газы, соединения серы, частички, пахучие вещества);
выбросы от вентиляции картера двигателя (газы, соединения
серы, пахучие вещества);
выбросы от испарений (из топливной системы).

Выбросы из картера дизельного двигателя очень незначительны, При такте сжатия сжимается только чистый воздух, а прорывающиеся в картер газы при рабочем ходе (такте расширения) составляют только примерно 1% от токсичных веществ, образуемых бензиновым двигателем. Тем не менее, замкнутые системы вентиляции картера также оговариваются законами, касающимися дизельных двигателей. В отличие от бензинового двигателя, проверка выбросов от испарений для дизельных двигателей не нужна, так как топливная система замкнута, и дизельное топливо не содержит легколетучих компонентов. Соединения серы в выхлопных газах являются результатом наличия серы в топливе. Они не должны быть видны как результат сгорания в дизельном двигателе. Проблема специфического дизельного запаха пока еще не решена; попытки выяснить основу происходящих в дизельном двигателе процессов и выбросов, которые вызывают запах, пока находятся лишь в начальной стадии. Не существует и общепризнанных методов измерений.

Большинство стран имеют, тем не менее, действующие нормы по ограничению выбросов твердых частиц или планируют ввести их. Постоянно возрастающие требования к предельным значениям токсичности выхлопных газов делают необходимыми постоянные исследования в области автомобильных двигателей, направленные на уменьшение вредных выбросов и улучшение измерительных методик для выхлопных газов.

Измерительные приборы

Принципы измерений, используемые во всем мире для предусмотренных проверок, являются следующими.

Анализ содержания углеводородов

Общее содержание углеводородов, содержащихся в выхлопных газах дизельного двигателя, определяется с помощью детектора — анализатора ионизации в пламени (FID). Принцип измерения FID основан на образовании ионов из углеводородов в пламени водорода.

Рис. Метод измерения прибора FID: 1. Дисплей (шкала на приборе); 2. Устройство для сжигания; 3. Выход; 4. Водород; 5. Воздух без НС; 6. Калибровочный газ; 7. Выхлопные газы.

Выхлопные газы содержат большое количество различных соединений углеводородов, которые содержатся по отдельности в несгоревших, расщепленных и частично окисленных соединениях в различных соотношениях в зависимости от типа топлива и режима работы двигателя. Измерение общего содержания углеводородов в выхлопных газах дизельного двигателя становится особенно проблематичным из-за того, что результаты зависят от метода подготовки образца для измерений. Изза меняющихся процессов конденсации и испарения углеводородов с высокой температурой кипения в выхлопных газах дизельного двигателя, которые находятся в магистрали для отбора в отличие от измерений для бензинового двигателя, необходимо полностью нагреть магистраль для отбора образца, идущей к детектору — анализатору FID и внутри FID к устройству для сжигания. Температура нагрева магистрали для отбора должна быть 190±10°С.

Анализ окиси и двуокиси углерода

Рис. Анализ окиси и двуокиси углерода: 1. Источник постоянного напряжения; 2. Усилитель; 3. Основная стабилизация; 4. Ячейка детектора; 5. Металлическая диафрагма; 6. Модулятор излучения; 7. Выхлопные газы; 8. Ячейка с образцом для измерения; 9. Базовая ячейка; 10. Фильтрующие ячейки; 11. Колесико с приводом от двигателя; 12. Источник света.

Оба газообразных соединения анализируются с помощью анализатора инфракрасного поглощения NDIR (инфракрасный бездисперсионный анализатор).

Он использует тот факт, что все многоатомные неэлементарные газы поглощают инфракрасное излучение в определенных областях спектра, особых для каждого газа. Отобранный для измерения газ проходит через измерительную ячейку, расположенную на пути измерительного луча. Газ, который не поглощает излучение определенной длины волны, находится в базовой ячейке на пути второго луча. Колесико прерывателя направляет излучение вначале к одной стороне, а затем к другой и в соответствующую ячейку детектора. Каждая из ячеек детектора заполнена анализируемой составляющей газа и отделена от другой металлической диафрагмой в форме пластины конденсатора. Подающее излучение поглощается только в определенной области спектра поглощения соответствующего газа, т.е. отдельно. Разница в количестве поглощенной энергии приводит к разнице в температуре и давлении между двумя ячейками детектора, которая преобразуется в напряжение, пропорциональное концентрации измеряемого соединения.

Анализ окислов азота

Принцип измерения использует явление хемилюминесценции (оптическое излучение, вызванное химической реакцией), которая происходит в области длин волн между 590 и 3000 нм после реакции между окисью азота (N0) и озоном (03).

Рис. Хемилюминесцентный детектор CLD: 1. Вакуумный насос; 2. Молекулярное сито; 3. Базовый контур; 4. Регулятор количества; 5. Фильтр; 6. Воздух; 7. Кислород; 8. Генератор озона; 9. Капиллярная трубка; 10. Камера для реакций; 11. Оптический фильтр; 12. Фотоэлектронный умножитель; 13. Усилитель; 14. Индикаторный прибор; 15. Выхлопные газы; 16. Преобразователь N02/N0.

Измерение выбросов твердых частиц

В соответствии с определением, выбросами твердых частиц считаются составляющие выхлопных газов, которые при температуре в 52°С осаждаются на стандартных стекловолоконных фильтрах с фтористо-углеродным покрытием. Измерения массы проводятся с использованием разных методов взвешивания (полых или заполненных фильтров) при постоянных уровнях влажности и температуры. Используются прецизионные весы.

Определение выбросов сажи

Методы фильтрации и поглощения обычно указываются в требованиях по контролю выхлопных газов как методы измерения содержания сажи в выхлопных газах дизельного двигателя. Существует взаимосвязь между результатами измерений обоих методов, если для измерений поглощения (прозрачности) выхлопные газы не содержат паров воды и топливного тумана. Оба метода измерения дают измеряемые величины, которые возрастают логарифмически с увеличением концентрации сажи. Повышенная точность измерений (10%) может быть достигнута с помощью оптических приборов.

В случае метода фильтрации используется почернение фильтровальной бумаги в качестве меры для количества сажи, осажденной на ней.

В некоторых странах (например, Швейцарии) фильтрующее устройство предписано для измерения выбросов дыма при свободном (без нагрузки) разгоне в качестве критерия для оперативного контроля. Для этой цели продолжительность движения плунжера насоса фильтра должна быть увеличена до 6 секунд, чтобы полный выброс дыма мог пройти через фильтровальную бумагу (2) в течение хода плунжера (3 — положение плунжера перед измерением, 5 — после измерения). Оценка производится с помощью фотоячейки (Ь) или с помощью специальной шкалы серости (9).

Дымомер (измеритель поглощения или прозрачности) (а) использует ослабление интенсивности луча света в качестве меры концентрации сажи. При измерении часть выхлопных газов (4) прокачивается насосом через заборное устройство и через шланг в измерительную камеру. Процесс, указанный выше предотвращает давление выхлопных газов и его флуктуации, отрицательно влияющие на результаты измерений.

Луч света (8 — источник света), проходящий через выхлопные газы, поступает в измерительную камеру. Уменьшение интенсивности света измеряется фотоэлектрическим способом (10 — приемник света) и отображается в % коэффициента прозрачности Т или как коэффициент поглощения к. Высокая точность к воспроизводимость измерений требуют, чтобы длина измерительной камеры была точно определена, а окошко измерительной камеры поддерживалось чистым от сажи с помощью методов термической очистки.

Рис. Измерение прозрачности для определения выбросов сажи: а) Дымомер; Ь) Измерение выхлопных газов; 1. Пробник для забора выхлопных газов; 2. Клапан переключения на поступление чистого воздуха; 3. Измерительная камера; 4. Измерительное расстояние; 5. Лампа; 6. Приемник; 7. Насос; 8. 1/мин; 9. Коэффициент поглощения к; 10. Время; 11. Коэффициент непрозрачности +.

Рис. Кривая предельных значений для дымности дизельного двигателя

К=(1/L)*ln(1-(N/100))
V — рабочий объем двигателя, л;
n — число оборотов двигателя, об/мин;
L — длина поглощения, м;
N — интервал линейной шкалы, 0-100;
1 — коэф. поглощения k*, 1/м;
2 — номинальный потк выхлопных газов, (V*n)/120 (л/с).

Оценка

Все измерения выхлопных газов содержат как статистические, так и систематические ошибки. Статистические ошибки могут быть уменьшены повторными измерениями. Систематические ошибки будут большими, если имеется аппаратура только для одной проверки. Эта составляющая ошибки может быть уменьшена только путем использования дополнительного измерительного оборудования (т.е. второго проверочного стенда). Только среднее значение результатов многих измерений может обеспечить удовлетворительную оценку параметров выхлопных газов.

Недавние разработки систем контроля были основаны также на применении дозиметрического контроля состава выхлопных газов для обеспечения прямой обратной связи по ходу работы двигателя. Кислородные датчики в выхлопных газах позволяют регулировать поступление воздуха в двигатель и, таким образом, с их помощью поддерживаются постоянные условия реакции в присутствии катализатора. В датчиках одного типа используется твердый электролит (например, смесь оксида циркония 2гОг с оксидом иттрия УгОз), который составляет часть электрохимического элемента. Потенциал элемента зависит от концентрации кислорода в электролите, которая при повышенных температурах зависит от содержания кислорода в выхлопных газах. Работа датчиков другого вида зависит от электропроводимости твердых полупроводников.[ . ]

Усиленными темпами ведутся работы по созданию приборов для контроля состава отработанных газов. Например, в США создана установка для анализа состава отработанных газов движущегося автомобиля. Установка размещается в непосредственной близости от трассы. Специальный излучатель посылает пучок, инфракрасных лучей на уровне выхлопной трубы. Лучи проходят через выхлопные газы и отражаются рефлекторам, направляющим их в анализатор. Принцип работы анализатора основан на различном поглощении инфракрасных лучей компонентами отработавших газов. Анализатор определяет сигналы каких дли г: волн ослаблены или полностью отсутствуют. Преимуществом установки является ее компактность.[ . ]

В условиях Южно-Сахалинска, где основными загрязнителями являются выхлопные газы автотранспорта и отходы ТЭЦ, специальных работ по воздействию их на отдельные объекты растительного мира не проводилось. В ходе работ по определению микроэлементарного состава ряда растений, в том числе и луговых и сорных трав, были проведены некоторые наблюдения за содержанием токсичных микроэлементов в надземной массе растений в черте города и за его пределами, а также на рекультивируемых отработанных картах золоотвала Южно-Сахалинской ТЭЦ. Химический состав зависит как от вида, так и от внешних условий существования, поэтому для определения свинца брались пробы следующих видов растений: ежи сборной (Dactylis glomerata L.), клевера ползучего (Trifolium repens L.), вейника Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin.), мятлика лугового (Роа pratensis L.), одуванчика аптечного (Taraxacum officinale Web.) - в черте города, на обочинах дорог и для контроля - в местах, удаленных от антропогенного воздействия.[ . ]

Широкое распространение получают приборы ГАИ-1, ГАИ-2, С ИДА-107, предназначенные для контроля состава выхлопных газов-автомобильных двигателей. Портативный газоанализатор ГАИ-1 служит для определения концентрации окиси углёрода, а автоматический инфракрасный газоанализатор ГАИ-2 — для одновременного измерения содержания СО и СОг в выхлопных газах автомобильных двигателей. Эти приборы применяются на станциях технического обслуживания, в крупных гаражах, на заводах, изготовляющих двигатели внутреннего сгорания [91].[ . ]

Новый двигатель работает на смеси газообразного водорода, воздуха и паров бензина. Такая смесь сгорает почти полностью, поэтому в выхлопных газах содержатся только водяные пары и другие не опасные для людей вещества. Бензиново-водородная смесь образуется в результате реакции бензина с воздухом и водяными парами в водородном генераторе. При этом водород выделяется из бензина и воды. Важнейшие узлы двигателя — распылитель топлива, заменивший обычный карбюратор, и оборудование для контроля состава воздушно-топливной смеси. Автомобили с новым двигателем будут заправляться топливом и водой (60—80 л бензина и 20 л воды).[ . ]

Следующий системный уровень — использование автомобилей — более важен. Существуют две основные стороны этого уровня: техническая и культурная. С технической стороны был достигнут большой прогресс в сокращении воздействий на окружающую среду. Например, цикл сокращений выбросов неметановых углеводородов (в основном молекул топлива, для которых сгорание было неполным в выхлопных газах) (рис. 24.1). В 1970 г. выбросы составили около 2 г/км. В 1975 г. введение катализаторов дожигания выхлопных газов сократило это значение в 4 раза. В 1980 г. были введены электронные сенсоры и системы контроля выбросов, и выбросы сократились еще вдвое. Всестороннее использование точной технологии в 1990-х годах — производство унифицированных камер сгорания, электронное управление впрыском, топливом и зажиганием, современные сенсоры выхлопных газов — еще больше сократило выбросы, так что автомобиль конца 1990-х годов имел уровень выбросов углеводородов приблизительно в 100 раз меньше, чем автомобили 1970-х.[ . ]

Принцип действия газоанализаторов, выпускаемых некоторыми фирмами (например, Drágerwerk, г. Любек; Auergesellschaft, Западный Берлин; Unico, США), основан на адсорбции твердыми поверхностями определенных загрязняющих воздух веществ при одновременном проведении цветной реакции. К настоящему времени компания Drágerwerk создала индикаторные трубки, рассчитанные на обнаружение 40 различных загрязняющих воздух веществ. Такие трубки предназначены в первую очередь для контроля качества воздуха в рабочей зоне на уровне значений МАК, а также для определения более низких концентраций в диапазоне значений MIK. Кроме того они могут применяться для проведения некоторых видов газового анализа, в частности для анализа состава отходящих газов (например, дымовых газов, выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания), для определения содержания Н20, H2S или СО в отходящих газах при перегонке нефти, синтез-газах или сжиженном газе, для обнаружения утечки газа в газопроводах, при анализе состава газообразных продуктов взрыва или горения, а также для анализа состава выдыхаемого воздуха (проверка на содержание алкоголя).[ . ]

Газовый анализ - это процесс установления качественного и количественного состава газовых смесей. Прибор для проведения газового анализа называется газоанализатором. Газоанализаторы бывают разными, и в сознании автомобилистов, прочно ассоциируются с определением токсичности выхлопных газов автомобиля.

Для этих целей газоанализаторы способны решать широкий диапазон задач по исследованию состояния двигателя и его систем. И, хотя контроль токсичности остается одной из основных функций газоанализатора, его диагностические способности настолько широки, что многие автосервисы используют газоанализаторы, как базовый инструмент диагностики.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, по сути, является преобразователем химической энергии топлива (бензина). Таким образом, он потребляя топливо и окислитель (кислород, из воздуха) в результате реакции горения (быстрого окисления) топлива, протекающей в камере сгорания,преобразует химическую энергию в механическую (вращение коленвала).

Однако, в результате горения образуются побочные химические продукты. Некоторые из них являются нейтральными по отношению к окружающей среде (кислород О 2 , углекислый газ СО₂, пары воды Н2О), а некоторые - вредными (оксид углерода СО, углеводороды CН, различные оксиды азота NО_Х).

Эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в первую очередь зависит от полноты сгорания топлива, которая, в свою очередь, зависит от многих факторов:

- от тщательности перемешивания топливной смеси (зависит от состояния форсунок, конструкции впускного коллектора и камеры сгорания);

- от эффективности предварительного сжатия топливного заряда (определяется состоянием ЦПГ и ГРМ);

- от эффективности воспламенения (зависит от исправности всех элементов системы зажигания).

Таким образом, становится понятно, чем обусловлено применение газоанализаторов для диагностики автомобилей.

Немножко истории

В конце 60-х годов в США был принят первый закон, который предусматривал контроль за токсичностью выхлопных газов автомобилей. Однако, газовый анализ применяли для исследования процессов в двигателях задолго до этого. Американцы были первопроходцами в борьбе за экологически чистый транспорт.

Первые газоанализаторы, которые применялись для регулировки двигателей, были однокомпонентными, то есть из целого ряда побочных продуктов сгорания топлива могли замерить только концентрацию СО.

Анализ СО позволял судить о соотношении пропорций в топливо-воздушной смеси, а значит, мог помочь в настройке карбюратора. Первые автомобильные газоанализаторы использовали эффект изменения электропроводности платиновой спирали в газовой среде оксида углерода.

К 70-м годам XX века, во времена, когда вредными выбросам автотранспорта, стало уделяться много внимания, благодаря достижениям науки и техники были созданы более современные, качественные двухкомпонентные газоанализаторы, которые дополнительно могли определять концентрацию еще одного вредоносного продукта сгорания - CН (не сгоревшие частицы углеводородов, входящие в состав топлива). Интересным является то, что содержание углеводорода (СH), а также оксида азота (NO_X) определяют в PPM - количестве частиц на миллион, а не в процентах, как все остальные газообразные компоненты. Кроме того, в те времена стал применяться другой, более точный метод определения концентрации, так называемое спектрометрирование выхлопных газов в инфракрасном диапазоне. В современных газоанализаторах до сих пор применяется данный принцип.

Дальнейшее совершенствование газоанализаторов происходило в результате постоянно ужесточавшегося контроля токсичности, а также повышения требований к прибору, как к диагностическому инструменту. Так, в результате модернизаций, появились трехкомпонентные газоанализаторы, которые позволяли дополнительно измерять концентрацию диоксида углерода СО₂. Это безопасный с точки зрения экологии газ без цвета и запаха - натуральный продукт сгорания углеводородов. Информация о концентрации СО₂ с точки зрения определения вредности выбросов в атмосферу не представляет ценности. Однако, такая информация полезна для диагноста, поскольку позволяет судить о полноте сгорания топлива даже в случае, если автомобиль оборудован нейтрализатором выхлопных газов.

Стоит отметить, что немалый импульс развитию приборов газового анализа дала повсеместная установка в выхлопной системе автомобилей каталитического нейтрализатора. Двухкомпонентные газоанализаторы, в изменившихся условиях оказались малоэффективными, поскольку не давали необходимого объема объективной информации о работе двигателя, ведь каталитические нейтрализаторы уменьшали концентрацию именно измеряемых ими параметров - СО и СН.

Современные четырехкомпонентные автомобильные газоанализаторы способны измерять концентрацию СО₂, СО, СН и О₂. При этом, замеры содержания первых трех компонентов выполняются при помощи спектрометрического метода, а концентрация кислорода определяется электрохимическим датчиком. В более сложных, пятикомпонентных приборах. реализована возможность определения содержания оксидов азота (NO_X).

Современные приборы позволяют расчетным путем определять исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Кроме того, совокупный анализ всех перечисленных параметров позволяет лучше понимать характер процессов, которые происходят в двигателе.

Современные приборы могут иметь стационарное и переносное исполнение, при этом встречаются модели с сетевым питанием, питанием от 12-вольтного автомобильного аккумулятора или комбинированным питанием. Таким образом, существует возможность выполнять замеры состава газов даже в движении автомобиля.

Удобство эксплуатации определяет, также, способ питания устройства. Например, комбинированное питание (сетевое и от 12-вольтового автомобильного аккумулятора) позволяет использовать газоанализатор в различных условиях. Например, при небольших габаритах газоанализатора появляется возможность измерять состав газов при движении автомобиля. Расшифровка записи изменения состава отработанных газов в различных режимах движения автомобиля дает абсолютно другую по качеству информацию для анализа и позволяет прояснить некоторые тонкости рабочих процессов двигателя, которые невозможно выяснить при стационарных испытаниях в боксе в без нагрузки.

Существуют, также, такие вспомогательные устройства, как: встроенный принтер, применяемый для распечатки результатов измерений, порт для подключения и совместной работы с ПК, дополнительные датчики, которые позволяют измерять частоту вращения двигателя и температуру масла.

Измерение СО₂, СО, СН проводится по оптико-абсорбционному принципу, а О₂ и NOх по электрохимическому. Благодаря встроенному насосу, имеют принудительный забор пробы.

Оба прибора имеют небольшие размер и вес, а также два источника питания от сети переменного тока 220В и бортовой сети в 12В, благодаря чему могут с легкостью применяться в полевых условиях.

Читайте также: