 |
ГОСТ 17.2.2.01-84 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений
|
|
|
|
Введение
Экологическая безопасность достигается ограничением излучений и выделений от дорожно-транспортных средств, оказывающих отрицательное влияние на участников дорожного движения и окружающую среду. К указанным излучениям и выделениям относятся: шумы, производимые автотранспортным средством, радиопомехи, вызываемые системой электрооборудования автомобилей и выхлопные газы. Пункт 59а главы III Международной конвенции о дорожном движении предписывает, что механизмы и приспособления автомобиля по возможности не должны представлять опасности пожара или взрыва; они не должны также выделять в чрезмерном количестве вредные газы, плотный дым, издавать неприятный запах и производить шум.
Оценка вредности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями производится по их дымности. Дымность на соответствие нормам контролируют:
а) на предприятиях, которые эксплуатируют и обслуживают автомобили: во время технического обслуживания, после ремонта или регулирования агрегатов, систем и узлов, которые влияют на дымность, а также во время выборочной проверки автомобилей;
б) на предприятиях технического обслуживания и ремонта автомобилей: во время технического обслуживания, после ремонта или регулирования агрегатов, систем и узлов, которые влияют на дымность;
в) на предприятиях, изготавливающих автомобили и двигатели, во время испытания готовой продукции;
г) во время проверки автомобилей в дорожных условиях;
д) во время государственных техосмотров автомобилей;
е) во время оценки соответствия (сертификации) автомобилей, бывших в использовании;
ж) во время испытаний автомобилей и двигателей с целью официального утверждения (сертификации) и проверки соответствия производства.
|
|
|
Дымность отработавших газов - показатель, характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего отработавшие газы механизмов. Дымность является наиболее комплексным показателем, характеризующим токсичность отработавших газов механизма.
Первые приборы контроля дымности отработавших газов (ОГ), основанные на оптическом методе, появились в Германии в 1939 г. (дымомер Bokemueller).
Исследованиям контроля токсичности ОГ и разработке дымомеров посвящены работы специалистов компаний: Volvo, Percins – 1946 г., Вritish Petroleum, Hartridge – 1953 г. Метод «Hartridge» общепризнан и широко применяется в конструкциях серийно выпускаемых приборов, применяемых для контроля дымности отработавших газов транспортных средств в сфере эксплуатации. В то же время метод обладает известными недостатками — фотоэлемент прибора реагирует не только на содержащуюся в отработавших газах сажу, но и на пары воды и другие белесые составляющие отработавшего газа, формирующие его непрозрачность.
Среди отечественных ученых, занимавшихся вопросами контроля токсичности ОГ дизелей и разработкой средств измерения, в первую очередь следует отметить В.И. Смайлиса, В.А. Звонова, Г.Б. Розенблита, К.Н. Очередного и др.
В настоящее время для контроля дымности ОГ дизельных двигателей, находящихся в эксплуатации, применяются средства измерения, в которых реализованы два принципиальных метода измерения:
1. Метод фильтрования (метод Bosch), основанный на оценке степени почернения белой фильтровальной бумаги при прокачивании через нее фиксированного объема отработавших газов. Калибровка обеспечивается фотоколориметрическим способом с использованием стандартных фильтров (пластмассовые подложки с затемнением соответствующего уровня). Этот метод не нашел массового применения по ряду причин — во-первых, он более трудоемкий, во-вторых, его не применяют для измерения на режиме свободного ускорения, а именно этот режим является на сегодня единственно регламентированным для контроля автотранспортных средств в эксплуатации.
|
|
|
2. Оптический метод, основанный на оценке поглощения отработавшими газами света определенной длины волны (в видимом спектре). Этот метод измерения, называемый среди специалистов методом Hartridge, определен международными стандартами (Правила ЕЭК ООН № 24, ISO-3173/ ISO 7 11614) и в качестве эталонов при калибровке и поверке приборов предусматривает использование нейтральных светофильтров, аттестованных по коэффициенту светопропускания.
Общий порядок и периодичность контроля дымности отработавших газов механизмов (дизелей, горных механизмов, автомобилей и т.д.) регламентируются требованиями, предъявляемыми ГОСТами к работе данных механизмов.
Дымомеры строятся на принципе измерения интенсивности светового потока, прошедшего через задымленный участок измерительного тракта определенной длины. Соотношение интенсивности светового потока, попавшего в приемник (например, в фотоэлектрическую ячейку) к исходной интенсивности светового потока используется для оценки задымленности дымового тракта.
Длина задымленного измерительного тракта, в котором измеряется дымность выхлопа, зависит от конструкции дымомера. Она может определяться как диаметр выхлопной трубы (для дымомера, включаемого в разрыв выпускного тракта) или как оптическая длина пути на свободном воздухе (для дымомера, измеряющего оптическую плотность выхлопных газов непосредственно за трактом выпуска, а также для полнопоточных дымомеров, устанавливаемых в глушителе). Длина задымленного измерительного тракта может определяться также для прибора, осуществляющего отбор выхлопного газа из основного выхлопного тракта (неполнопоточный дымомер).
Не все приборы, используемые для измерения дымности, пригодны для измерения коэффициента поглощения светового потока, так как не для всех приборов точно определяется эффективная длина оптического пути. Кроме того, при использовании дымомера, измеряющего оптическую плотность выхлопных газов непосредственно за трактом выпуска, а также для полнопоточных дымомеров, устанавливаемых в глушителе, выхлопной газ, характеристики которого измеряются, протекает через неотражающий (не ограничивающий) его дымовой тракт.
|
|
|
Дымомеры могут использоваться для измерения дымности выхлопа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при соблюдении следующих условий:
- при работе двигателя в установившемся режиме (SS): двигатель должен работать при постоянном числе оборотов и при постоянной нагрузке (при стабилизированных условиях);
- при работе двигателя в переходном режиме (ТС): двигатель должен работать при изменяющемся числе оборотов и/или при изменяющейся нагрузке.
Пригодность каждого конкретного типа дымомера для измерений дымности выхлопа ДВС при его работе в переходном режиме определяется соотношением общего времени отклика дымомера и скорости изменения параметров выхлопа.
При измерениях исследуемый газ должен проходить через трубу с неотражающей внутренней поверхностью или эквивалентную оптическую систему.
Техническое состояние контролируемой машины (автомобиля, бульдозера, тепловоза) приводится в соответствие следующим требованиям:
- выпускная система машины обеспечивает отсутствие подсоса воздуха и утечек отработавших газов;
- температура охлаждающей жидкости не может быть ниже минимально допустимой, предусмотренной требованиями завода-изготовителя;
- на машине используются топливо и смазочные материалы, отвечающие требованиям соответствующих стандартов или технических условий и рекомендованные к использованию для данной модели дизеля;
- используемое топливо не содержит дополнительных противодымных присадок, не рекомендованных для данного двигателя.
Дымомеры бывают нескольких типов
1. Дымомеры с измерительной камерой
Измерительная зона ограничивается:
- с двух сторон устройствами, предназначенными для защиты источника света и приемника;
- стенками измерительной камеры, расположенными параллельно газовому потоку;
- двумя расположенными по касательной (под углом) к световому потоку, перпендикулярными направлению газового потока (если такой способ применим) воображаемыми плоскостями, одна из которых ограничивает передний фронт газового потока, другая - задний.
|
|
|
2. Дымомеры, устанавливаемые на конце выпускной системы
В данном случае под измерительной зоной понимают участок видимого контура выпускной системы, глубина которого равна расстоянию между двумя воображаемыми плоскостями. Одна из них, параллельных направлению светового потока, представляет передний фронт газового потока, другая - задний. Длину указанной системы трудно определить точно, так как она зависит от того, насколько близко световой поток проходит через шлейф выпускных газов от конца выпускной трубы. Ввиду трудности точного определения эффективной фотометрической длины преобразование результатов измерений по отношению к коэффициенту поглощения светового потока осуществляют только с определенными допущениями.
При проведении работ по определению дымности отработавших газов применяются прошедшие поверку дымомеры, которые должны соответствовать основным требованиям ГОСТов.
Конструкция пробоотборной системы дымомера обеспечивает отсутствие утечек газов и подсоса воздуха, влияющих на состав отработавших газов.
Подготовка, обслуживание и использование дымомера проводятся в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации дымомера.
Дымомер не должен быть чувствителен к:
- климатическим влияниям (IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2, IEC 60068-2-3);
- механическому воздействию (IEC 60068-2-31);
- электромагнитным наводкам (IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-3, IEC 61000-4-4);
- внешним источникам света.
Измерение дымности отработавших газов проводится на неподвижно стоящей машине (автомобиле, бульдозере, тепловозе) методами измерений, определенными требованиями ГОСТов к работе машин с дизельным приводом.
Перед испытаниями двигатель прогревается до рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в руководстве по эксплуатации машины.
Устройство для пуска холодного двигателя отключается.
Замеры производятся в режимах:
-свободного ускорения (разгон двигателя на холостом ходу от минимальной до максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя);
- максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.
Нормы дымности
Основным нормируемым параметром дымности является коэффициент поглощения света k, вспомогательным — коэффициент ослабления света N. При контроле дымности в эксплуатации могут использоваться дымомеры с линейной шкалой, отградуированной от 0 до 100 % ослабления света.
|
|
|
Дымность обкатанных автомобилей в режиме свободного ускорения не должна превышать значение коэффициента поглощения XL ( предельно допустимого значения дымности), указанное в сообщении об официальном утверждении или в знаке официального утверждения, нанесенное на двигатель/автомобиль, в соответствии с приложениями А, Б к ГОСТ Р 41.24 или приложением 2 Директивы 72/306/ЕЕС. Дымность необкатанных автомобилей не должна превышать более чем на 0,5 м-1 значение коэффициента поглощения XL.
Предельно допустимое значение дымности автомобилей, не имеющих знака официального утверждения, не должно превышать в режиме свободного ускорения следующих значений:
2,5 м-1—для двигателей без наддува;
3,0 м-1 — для двигателей с наддувом.
Перед испытаниями необходимо произвести подготовку машины:
- затормозить машину стояночным тормозом;
- установить рычаг переключения передач или избиратель скоростей в нейтральное положение, поднять кузов и убедиться в надежности его удержания;
- произвести осмотр выпускной системы на предмет обнаружения утечек выхлопных газов;
- установить пробоотборный зонд в выпускную трубу.
Также необходимо произвести подготовку дымомера:
- включить прибор, прогреть его в соответствии с требованиями инструкции к дымомеру;
- произвести калибровку прибора по контрольным светофильтрам;
- установить оптический блок на стойке прибора.
Для осуществления подготовки и прогрева прибора завести двигатель, установив максимальную частоту вращения коленчатого вала. Продолжительность прогрева - не менее 20 с. Отпустить педаль подачи топлива и установить минимальную частоту вращения коленчатого вала.
Для измерения дымности в режиме свободного ускорения необходимо:
- 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) установить максимальный расход топлива и поддерживать его до достижения максимальной частоты вращения и включения регулятора. Затем отпустить педаль до установления минимальной частоты вращения. Этот процесс повторить не менее шести раз;
- при каждом последующем свободном ускорении фиксировать максимальную дымность до получения устойчивых значений. Измеренные величины считаются устойчивыми, если четыре последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м 
и не образуют убывающей последовательности;
- за результат измерения следует принимать среднеарифметическое результатов четырех измерений.
Измерение дымности в режиме свободного ускорения проводят в следующей последовательности:
- при работе двигателя в режиме холостого хода на nmin равномерно перемещают педаль за 0,5 — 1,0 с до упора. Держат педаль в этом положении 2—3 с. Отпускают педаль и через 8—10 секунд приступают к выполнению следующего цикла;
- циклы свободного ускорения повторяют не менее шести раз;
- измеряют значения ХM на последних четырех циклах свободного ускорения по максимальному показанию дымомера;
- измеренные значения ХM считают достоверными, если четыре последовательных значения не образуют убывающей зависимости и располагаются в зоне шириной 0,25 м-1;
- определяют среднеарифметическое значение XM четырех последних измерений ХM, которое
принимается за результат измерения.
График изменения частоты вращения (n) и дымности (k) в процессе цикла свободного ускорения приведен в приложении Б.
Дымность автомобилей с раздельной выпускной системой измеряют в каждой выпускной трубе. За результат измерения принимают максимальное среднеарифметическое значение ХM, полученное в одной из выпускных труб.
Результаты измерений заносятся в Журнал учета контроля дымности дизеля.
При превышении норм дымности механизмы к дальнейшей эксплуатации не допускается до устранения причин, вызвавших повышенную дымность.
Агрегаты, узлы и детали машин, влияющие на дымность, конструируются, изготовляются и устанавливаются таким образом, чтобы дымность не превышала установленных норм в период всего срока эксплуатации при условии соблюдения правил эксплуатации, указанных в прилагаемых к машине инструкциях (руководствах).
Замеры показаний дымности дизеля проводятся либо в отдельном помещении, либо в зоне обслуживания при условии обеспечения хорошей вентиляции помещения.
Зонды и пробоотборные трубки
Должны использоваться только зонды и пробоотборные трубки, поставляемые производителем дымомера. Если необходимы несколько зондов, то обязательно требуются соответствующие зонды и трубки.
Зонды должны быть оборудованы устройствами для монтажа на выпускной трубе.
Рекомендуется устанавливать зонд на прямолинейном участке выпускной трубы длиной не менее шести ее диаметров до зонда и трех диаметров за ним (по направлению потока) не менее 300 мм. Если данные требования выполнить невозможно, то необходимо убедиться, что в прибор поступает репрезентативное количество газа.
Вход пробоотборника должен вводиться в выпускную трубу не менее чем на 50 мм. Зонд представляет собой патрубок с открытым торцом, обращенным навстречу потоку и расположенным на осевой линии выпускной трубы или вблизи нее.
Рис. 1 Схема установки дымомера оптического типа.
Например, дымомер "Мета-01 МП 0.1" выполнен в виде переносного прибора, состоящего из приборного блока, оптического датчика и пробозаборника.
Конструктивно приборный блок выполнен в пластмассовом корпусе из ударопрочного полистирола. На лицевой панели расположены буквенно-цифровой дисплей и органы управления: включатель питания ВКЛ, кнопка ВВОД, кнопка ОТМЕНА, кнопка ВЫБОР. На боковых панелях прибора расположены: разъем для подключения принтера, разъем для подключения зарядного устройства, разъем для подключения оптического датчика. Внутри приборного блока расположены плата управления и аккумуляторная батарея.
Оптический датчик снабжен телескопической рукояткой, раздвигающейся до размеров 1,5 м. и позволяющей выполнять измерения дымности с безопасного для оператора расстояния. Оптический датчик содержит соосно расположенные излучатель (миниатюрная лампа накаливания с цветовой температурой 2800…3250 К) и фотоприемник (фотодиод) по обе стороны от измерительной камеры, выполненной в виде перфорированного отверстиями патрубка, ограниченного диафрагмами с центральными отверстиями. В измерительной камере расположен термодатчик (термопара), который служит для измерения температуры отработавших газов. Линза формирует поток излучения лампы, а светофильтр обеспечивает спектральные свойства оптической пары, аналогичные кривой дневного зрения человеческого глаза, по требованиям ГОСТ Р 52160-2003 в диапазоне 430...680 нм с максимальным пропусканием на длине волны 560 нм. Диафрагмы, патрубки и дополнительные отверстия буферных камер образуют систему защиты оптических элементов от загрязнений компонентами отработавших газов, при этом обеспечивая стабильность эффективной фотометрической базы и однородность поглощающего слоя анализируемого газа.
Пробозаборник устанавливается на оптическом датчике и служит для доставки отработавших газов от выпускной системы дизеля до измерительного канала датчика. Пробозаборник состоит из рассекателя и изогнутого патрубка. На корпусе пробозаборника имеется направляющий выступ, который совмещается с пазом, расположенным на перфорированной трубке оптического датчика. Изогнутая трубка закрепляется в корпусе при помощи винта в необходимом положении.
Прибор позволяет проводить измерение дымности дизельных двигателей по ГОСТ Р 52160-2003 с регистрацией пикового (максимального) значения дымности в режиме свободного ускорения двигателя.
Принцип работы прибора основан на измерении величины поглощения светового потока и температуры анализируемого газа в мерном объеме и преобразовании аналитических сигналов к единицам коэффициента поглощения.
Световой поток лампы накаливания фокусируется линзой и пересекает полость измерительного канала, которая ограничена диафрагмами с центральными отверстиями. Отработавшие газы ОГ автомобиля, содержащие непрозрачные частицы, поступают через пробозаборное устройство в измерительный канал и вызывают ослабление светового потока, которое регистрируется фотоприемником. Светофильтр формирует необходимую спектральную характеристику оптической пары в соответствии с кривой чувствительности глаза. Сигналы датчика температуры ОГ, датчика давления и сигналы фотоприемника поступают на аналоговые входы микропроцессора, где выполняется обработка и преобразование сигналов в соответствии с программой, записанной в ПЗУ. Результаты измерений и сопроводительная информация отображается на буквенно-цифровом дисплее. Алгоритм функционирования прибора предусматривает измерение исходного светового потока и измерение светового потока, ослабленного слоем газа, заключенного в мерном объеме измерительного канала с концентрацией непрозрачных частиц, вычисление оптического пропускания, измерение температуры газа, вычисление коэффициента поглощения путем логарифмирования исходных сигналов с учетом коэффициента теплового расширения газа.
Заключение
В наш век автомобилизации изучение окружающей среды и вреда, приносимого транспортными средствами, имеющими двигатели внутреннего сгорания, очень важно минимализировать их отрицательное воздействие на участников дорожного движения и население в целом.
Автомобили, оснащенные дизелями, вносят существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна городов. Поэтому контроль дымности отработавших газов автомобилей — важная задача для защиты окружающей среды.
Список литературы
ГОСТ 17.2.2.01-84 Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений
Инструкция о порядке организации и ведения контроля за обеспечением безопасных уровней выбросов отработавших газов горных машин с дизельным приводом на открытых горных работах (Утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 26.11.01 N 53, введена в действие постановлением Госгортехнадзора России от 17.06.02 N 25 с 01.09.02)
3. А.Я. Ильтнер "Обоснование параметров измерителя содержания углерода в выхлопных газах автотранспорта методом иммитационного моделирования"
4. ГОСТ Р ИСО 11614-2011 Двигатели внутреннего сгорания поршневые с воспламенением от сжатия. Прибор для измерения дымности и определения коэффициента поглощения светового потока в отработавших газах
5. Болбас М.М. Транспорт и окружающая среда
ГОСТ Р 41.24—2003 (Правила ЕЭК ООН № 24) «Единообразные предписания, касающиеся: I. Сертификации двигателей с воспламенением от сжатия в отношении дымности; II. Сертификации автотранспортных средств в отношении установки на них двигателей с воспламенением от сжатия, сертифицированных по типу конструкции; III. Сертификации автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении дымности; IV. Измерения мощности двигателей»
7. ГОСТ Р 52160—2003 Национальный стандарт Российской Федерации Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния
|
|
|
