Капустин А.В. (сост.) Автомобили и двигатели: автомобильные двигатели. Часть 2 - файл n1.doc

Капустин А.В. (сост.) Автомобили и двигатели: автомобильные двигатели. Часть 2
скачать (153 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc153kb.19.11.2012 21:36скачать

n1.doc



Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ЯРОСЛАВА МУДРОГО
А.В.Капустин
АВТОМОБИЛИ И ДВИГАТЕЛИ: АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»
Часть 2

Великий Новгород 2007

Оглавление


Оглавление 2

Введение 3

Лабораторная работа №1 «Определение дымности отработавших газов дизелей на установившихся и переходных режимах.» 3

Задание 3

Теоретические положения 4

Контрольные вопросы. 10

Задание. 11

Таблица 1- Предельные значения дымности отработавших газов автомобилей с дизелями двигателями 13

Таблица 2 Карточка учета измерения дымности 14

Контрольные вопросы. 15

Лабораторная работа №3 «Определение выбросов газообразных вредных веществ с отработавшими газами поршневых двигателей при испытаниях на моторном стенде» 16

Задание. 16

Теоретические положения. 16

Методика проведения испытаний. 19

Контрольные вопросы. 20

Лабораторная работа № 4 «Определение показателей нейтрализатора отработавших газов поршневых двигателей при испытаниях на моторном стенде». 21

Задание. 21

Теоретические положения. 21

Методика проведения испытаний. 22

Контрольные вопросы. 24

Рекомендуемая литература 25



Введение



Настоящие методические указания содержат краткий теоретический материал для самостоятельной работы по изучаемым темам, а также рекомендации по выполнению лабораторных работ, практических занятий и составлению отчетов.

Устройство и работа лабораторного оборудования, правила техники безопасности при выполнении работ изложены в первой части методических указаний по лабораторным работам

Лабораторная работа №1 «Определение дымности отработавших газов дизелей на установившихся и переходных режимах.»



Цель работы. Освоение методик определения дымности отработавших газов (ОГ) дизелей согласно требованиям Российских и международных стандартов, а также во время исследовательских испытаний при работе двигателя на моторном стенде на установившихся и переходных режимах.

Задание


1. Изучить оборудование, применяемое для определения дымности отработавших газов дизелей при работе последних на установившихся и переходных режимах.

2. Изучить методики проведения испытаний по определению дымности отработавших газов дизелей согласно:

ГОСТ 17.2.2.01-2004 « Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерения»;

ГОСТ 17.2.2.02-2004 « Нормы и методы измерения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин»;

ГОСТ 24028-2000 « дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов»;

Правилам ЕЭК ООН №24-03 « Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения двигателей с воспламенением от сжатия и автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении выброса видимых загрязняющих веществ»;

ГОСТ Р17.2.2.07-2000 « Поршневые двигатели внутреннего сгорания для малогабаритных тракторов и средств малой механизации. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами и дымности отработавших газов».

3. Провести испытания дизеля с целью определения дымности его отработавших газов по методике одного из стандартов, а также для случая исследовательских испытаний.

Теоретические положения


1.Общие положения.

Дымность отработавших газов дизелей зависит от согласования количеств подаваемого топлива и воздуха в камеру сгорания. Уровень дымности ОГ обуславливается, в основном, содержанием в отработавших газах сажи – продукта неполного сгорания топлива – представляющей собой углерод. Образование сажи происходит в результате крекинга (разложения) углеводородных молекул под воздействием высокой температуры при отсутствии кислорода. В отличие от сухих частиц сажи, выбрасываемых в атмосферу с отходящими газами промышленных установок, частицы дизельной сажи маслянистые, покрыты продуктами неполного сгорания топлива и масла. Размер частиц сажи колеблется от долей до десятков микрон.

Оценка дымности ОГ проводится только для дизелей. При этом дымность ОГ измеряется для двух условий работы двигателя: 1). на установившихся режимах, т.е. режимах, характеризующихся постоянством значений частоты вращения коленчатого вала и крутящего момента двигателя в течение времени измерения, и 2). переходных режимах. Переходный режим – это режим работы двигателя, характеризующийся изменением в течении времени измерения частоты вращения коленчатого вала, или нагрузки, или обоих факторов одновременно. В том случае, если при изменении скоростного режима нагрузки на дизель отсутствует, то такой переходный режим называется режимом свободного ускорения.

2. Требования к средствам измерения

В приборах, предназначенных для измерения дымности отработавших газов, реализовано для различных принципа измерения – оптический и фильтрационный.

Оптический метод основан на измерении непрозрачности столба отработавших газов определенной длины (обычно – 0,43 м), т. е. на измерении величины интенсивности поглощения пучка света, проходящего через указанный столб отработавших газов, что фиксируется фотодатчиком. Фильтрационный метод основан на измерении степени почернения фильтра, через который пропускают определенный объем (обычно – от 0, 3 до 1,0 л) отработавших газов, что оценивается по величине интенсивности отраженного пучка света, направленного на поверхность фильтра. В обоих случаях производиться сравнение изменения величины электрического тока либо при прохождении пучка света через столб ОГ и через столб чистого воздуха той же длины, либо при отражении пучка света от поверхности чистого и загрязненного фильтров. Для проведения испытаний по определению дымности отработавших газов дизелей, работающих на установившихся режимах, возможно применение обоих типов приборов.

Дымность отработавших газов дизелей на переходных режимах определяется с помощью только приборов, работающих по оптическому методу (дымомеров), поскольку фильтрационный метод не позволяет отслеживать изменение дымности ОГ в течении некоторого промежутка времени, и поэтому невозможно зафиксировать максимальное значение дымности отработавших газов. В современных приборах обеспечивается автоматическая фиксация максимального значения дымности ОГ, а в некоторых – осуществляется запись изменения значения дымности отработавших газов в течении переходного режима.
Экспериментальная установка. Испытания по определению дымности отработавших газов дизелей проводятся при испытаниях последних на моторном стенде.
Методика проведения испытаний.

1. Общие положения. Методика испытаний по определению дымности отработавших газов предусматривает предварительный прогрев двигателя до рабочих значений температур охлаждающей жидкости (не менее 60°С) и смазочного масла (не менее 75°С) или деталей двигателей воздушного охлаждения в контрольной точке ( согласно ТУ на двигатель).

Испытания должны проводиться на топливе и масле согласно техническим условиям на двигатель или согласно требованиям нормативного документа и не содержать антидымных присадок.

Во время испытаний должны соблюдаться определенные требования к параметрам окружающей среды: барометрическому давлению, влажности, температуре, что оговаривается в соответствующих стандартах.

Перед проведением измерений дизель должен быть выведен на режим номинальной частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива. На этом режиме значения сопротивлений воздушного заряда на впуске в дизель и отработавших газов на выпуске из дизеля должны соответствовать максимально допустимым согласно техническим условиям на дизель, если иное не оговаривается методикой испытаний.

Дымность отработавших газов на установившемся режиме измеряется после предварительной работы дизеля на этом режиме не менее 4…5 минут. На каждом режиме измерение дымности ОГ производится неоднократно, но не менее 3 раз. При этом значения дымности отработавших газов не должны составлять убывающую или возрастающую последовательности. За результат измерения принимается среднее арифметическое значение всех проведенных измерений на данном режиме. Оценку дымности ОГ на переходном режиме рекомендуется проводить сразу же после испытаний на установившихся режимах.

Перед началом и после окончания измерений проверяют нулевое положение стрелки измерительного прибора. Если после окончания восьми измерений отклонение стрелки от нулевого положения превысит 1% в единицах измерения шкалы прибора, измерения повторяют.

2. Стандартизованные испытания. Дизель считается соответствующим требованиям стандарта при выполнении нормативных требований на каждом режиме. При этом норматив дамности определяется:

­ по ГОСТ 17.2.2.02-98 – из объемного расхода ОГ, приравниваемого к действительному ( измеренному) расходу воздушного заряда;

- для остальных стандартов – из условного расхода ОГ для каждого скоростного режима. Указанная величина условного расхода ОГ определяется по формуле:

Q о.г = (i Vh n) / ( 30?),

где: i – число цилиндров;

Vh – рабочий объем цилиндра, л;

n – частота вращения коленчатого вала, измеренная на соответствующем режиме, об / мин;

? – тактность двигателя (2 или 4).
Методики проведения испытаний по оценке дымности ОГ на установившихся режимах отличаются значениями скоростного и нагрузочного режимов:

а) по ГОСТ 17.2.2.01-84 дымность ОГ измеряют на режимах внешней (т. е. при полной подачи топлива) скоростной характеристики в диапазоне частот вращения коленчатого вала от номинальной вращения коленчатого вала до большей из двух: 0, 45 от номинальной или 1000 об/мин;

б) по ГОСТ 17.2.2.02-98 и ГОСТ Р17.2.2.07-2000:

- дымность ОГ измеряют на режиме внешней скоростной характеристики в диапазоне от номинальной частоты вращения коленчатого вала до соответствующей максимальному крутящему моменту;

в) по ГОСТ 24028-80:

- для дизелей-генераторов – по нагрузочной характеристике: при постоянной частоте вращения коленчатого вала при нагрузках, равных 0,00 / 0,25 / 0,50 / 0,75 / 1,00 от максимальной;

- для судовых дизелей – по винтовой характеристике: при частотах вращения коленчатого вала, равных 0,30 / 0,63 / 0,794 / 0,908 и 1,00 от номинальной;

- для остальных дизелей – устанавливаются конкретно для каждого типа дизеля;

г) по Правилам ЕЭК ООН №24-03 – на режиме внешней скоростной характеристики от номинальной частоты вращения коленчатого вала – либо до наибольшей из трех: 0,45 от номинальной, 1000 об/мин, минимального числа оборотов, допускаемого регулятором, либо до более низкой частоты вращения коленчатого вала (из трех упомянутых выше), устанавливаемой по усмотрения завода-изготовителя. Что касается испытаний дизелей на переходных режимах, то данные испытания проводятся согласно требованиям ГОСТ 17.2.2.01-84, и ГОСТ 17.2.2.02-98 и Правилами ЕЭК ООН № 24-03. Методики испытаний по этим стандартам практически идентичны, они регламентируют оценку дымности на режиме свободного ускорения без определенных требований к соответствию изменения скоростного и нагрузочных режимов. В ГОСТ 17.2.2.02-98 время переходного периода ограничено временем в 0,5 с.

Согласно ГОСТ 17.2.2.01-84 для безнаддувных дизелей дымность на режиме свободного ускорения не должна превышать предельно допустимую норму дымности, установленную для конкретного типа дизеля на установившемся режиме. Для двигателей с системой газотурбинного наддува дымность на режиме свободного ускорения не должна превышать предельные нормы, при которых она достигает максимального значения, измеренного при испытаниях на установившемся режиме, более чем 10% в единицах измерения шкалы прибора.

Согласно Правилам ЕЭК ООН № 24-03 для безнаддувных дизелей дымность на режиме свободного ускорения не должна превышать предельно допустимую норму дымности, установленную для конкретного типа дизеля на установившемся режиме. Для двигателей с системой газотурбинного наддува значение коэффициента поглощения, измеренное в режиме свободного ускорения, не должно превышать более чем на 0,5м? № предельного значения, предусмотренное для величины номинального светового потока, соответствующего максимальному коэффициенту поглощения, измеренному при испытаниях на установившемся режиме.

3. Исследовательские испытания. В отличие от стандартизованных испытаний измерение дымности ОГ производится на режимах работы дизеля, выбираемых по усмотрению исследователя. При этом требования к составу топлива и масла, значениям сопротивлений воздуха на впуске в дизель и отработавших газов на выпуске из дизеля, а также другим конструктивным, регулировочным и режимным факторам – также по усмотрению исследователя.

Но в случае сравнительных испытаний по какому-либо фактору условия различных испытаний должны быть идентичны.

Кроме испытаний на режиме свободного ускорения возможна оценка дымности ОГ на переходных режимах под нагрузкой как при постоянстве скоростного режима, так и на переменном скоростном режиме. В этом случае двигатель не отсоединяют от нагружающего устройства. Необходимое сочетание скоростного и нагрузочного режимов обеспечивается специальным устройством.

4. Порядок проведения испытаний.

1. Запустить двигатель.

2. На частичном скоростном ( 0,7…0,8 от номинального) и нагрузочном (0,3…0,4 от режима полной подачи топлива) режимах прогреть двигатель до температур охлаждающей жидкости и масла не менее 60 и 75°С соответственно.

3. Прогретый дизель вывести на режим номинальных оборотов коленчатого вала и полной подачи топлива. Установить значения сопротивлений на входе во впускной коллектор и на выходе из выпускного коллектора, равные максимальным согласно техническим условиям на дизель.

4. Зафиксировать значения крутящего момента и расхода топлива на вышеуказанном режиме, а также крутящего момента на режиме, соответствующем максимальному крутящего момента и расхода топлива на вышеуказанном режиме, соответствующем максимальному крутящему моменту. Для стандартизованных испытаний приведенные к стандартным атмосферным условиям значения указанных параметров должны соответствовать требованиям технических условий на двигатель. В противном случае испытания не могут считаться действительными.

5. Установить номинальный скоростной режим при полной подаче топлива. Через 5 минут провести измерение дымности отработавших газов, обратив внимание на показатели избыточного давления в измеритнльной камере (должно быть 30…70 мм вод. ст.) и температуры ОГ в измерительной камере (должно быть не менее 100°С). Данное измерение повторить не менее 3 раз, обратив внимание на то, чтобы его результаты не составляли убывающую или возрастающую последовательности.

6. Согласно методике применяемого стандарта последовательности установить требуемые режимы, повторив действия согласно п. 5 настоящего раздела.

7. По окончании испытаний на установившихся режимах приступить к испытаниям на переходном режиме. При измерении дымности на режиме свободного ускорения двигатель отсоединяют от тормоза испытательного стенда, но допускается испытания проводить без подобного отсоединения.

8. Установить режим минимальных оборотов холостого хода (величина которых оговаривает в технических условиях на двигатель). При работе дизеля на данном режиме быстрым, но плавным перемещением до упора ручного привода рычага управления установить максимальную подачу топливного насоса. Такое положение должно сохраняться до включения регулятора и достижения максимальных оборотов двигателя, ограничиваемых регулятором. При этом по шкале измерительного прибора зафиксировать максимальное значение дымности. После этого подачу топлива уменьшить до установления исходной минимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.

9. После возвращения стрелки прибора в исходное положение режим свободного ускорения повторяют. Дымность на режиме свободного ускорения измеряют восемь раз. За результат измерения принимают среднее арифметическое четырех последних измерений, допустимая разность результатов которых не должна превышать 4% в единицах измерения шкалы прибора. Общая продолжительность проведения восьми измерений не должна превышать 2, 5 минут.

10. Результаты измерений занести в протокол испытаний, а затем для результатов, полученных на установившихся режимах, построить график зависимости дымности ОГ от частоты вращения коленчатого вала. На этот же график нанести линию предельно допустимых значений дымности согласно соответствующему стандарту.

Контрольные вопросы.


  1. Какие бывают методы измерения дымности отработавших газов?

  2. В каких единицах измеряют дымность отработавших газов?

  3. В чем основное отличие стандартов по оценке дымности отработавших газов между собой?

  4. В чем причина образования сажи в ДВС?

  5. В чем отличие дизельной сажи от промышленной?

  6. Каков размер частиц дизельной сажи?

  7. Каковы требования к дизелю при проведении испытаний?

  8. Что такое переходный режим?

  9. Как реализуются режим свободного ускорения?

  10. Приборами какого типа можно пользоваться при оценке дымности отработавших газов на переходных режимах работы дизеля?

  11. От чего зависит дымность ОГ при работе дизелей на переходном режиме?

Лабораторная работа №2 «Определение дымности отработавших газов автомобилей с дизелями».
Цель работы. Освоение методики определения дымности отработавших газов автомобилей с дизелями по методике Российских стандартов.

Задание.


1. Изучить оборудование, применяемое для определения дымности отработавших газов автомобилей с дизелями.

2. Изучить методики проведения испытаний по определению дымности отработавших газов автомобилей с дизелями согласно ГОСТ 21393-75 «Автомобили с дизелями. Дымности отработавших газов. Нормы и методы измерения».

3. Провести испытания дизельного автомобиля с целью определения дымности его отработавших газов.
Теоретические положения.

1. Общие положения. Техническое состояние деталей, узлов и систем двигателей обуславливает состав ОГ. В то же время, состав отработавших газов является показателем технического состояния двигателя.

Для дизелей характерным показателем технического состояния и правильности регулировок систем топливо-подачи и газообмена является величина непрозрачности и цвет ОГ. Цвет отработавших газов-параметр качественный и в стандартах не регламентируется, однако учет данного фактора позволяет достаточно верно оценить техническое состояние как двигателя в целом, так и отдельных агрегатов.

Различают три цвета отработавших газов:

- черный цвет свидетельствуют о большой неполноте сгорания топлива, что может быть следствием недостатка воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, либо следствием избыточной подачи топлива в камеру сгорания двигателя;

- синий цвет свидетельствует о попадании в КС двигателя избыточного количества смазочного масла, что может быть следствием износа деталей цилиндропоршневой группы или же следствием залегания колец;

- белый цвет свидетельствует либо о низкой температуре процесса сгорания топлива, что обычно бывает в период прогрева двигателя, особенно в холодное время года, либо это является следствием изменения угла опережения впрыска топлива в сторону увеличения. На практике причин повышенной дымности ОГ бывает очень много, причем необходимо учитывать и режимы, на которых наблюдается превышение дымности ОГ допустимого уровня. Например, повышенная дымность ОГ на режиме свободного ускорения может быть следствием избыточного сопротивления воздушного фильтра, частичного закоксовывания сопловых отверстий распылителей, увеличения зазора между торцом клапана и бойком коромысла в клапанном механизме. Повышенная дымность на режиме максимальных оборотов холостого хода может быть следствием избыточной неравномерности цикловой подачи по цилиндрам, уменьшения давления начала впрыска топлива форсункой, попадания масла в камеру сгорания за счет износа деталей цилиндропоршневой группы, залегания колец, износа стержней впускных и выпускных клапанов, повышенного уровня масла в воздухоочистителе. Повышенная дымность ОГ одновременно на обоих указанных режимах может быть следствием уменьшения угла опережения угла впрыска топлива, несрабатывания автоматической муфты опережения впрыска топлива, повышенной номинальной частоты вращения коленчатого вала, уменьшения зазора в клапанном механизме, потери компрессии двигателя вследствии нагара на поршневых кольцах или негерметичности прокладки между блоком цилиндров и головкой блока и т. д.

2. Требования к средствам измерения.

Определение дымности отработавших газов автомобилей с дизелями проводиться с помощью приборов ( дымомеров), работающих по оптическому методу, основанному на измерении непрозрачности столба отработавших газов определенной длины (обычно 0,43 м), т.е. на измерении величины интенсивности поглощения пучка света, проходящего через указанный столб отработавших газов, что фиксируется фотодатчиком.

При измерении дымности ОГ газоотборный шланг прибора вставляется в выпускную трубу на глубину не менее 200 мм. Система выпуска ОГ не должна давать утечку газов через неплотности или подсасывать воздух.
Экспериментальная установка. Испытания по определению дымности ОГ дизельного автомобиля проводятся на автомобиле с использованием прибора для измереня дымности.

Автомобиль должен быть оборудован приборами контроля частоты вращения коленчатого вала (тахометр) и температуры охлаждающей жидкости (или температуры в контрольной точке для дизелей воздушного охлаждения).

Методика проведения испытаний.

1. Общие положения. Методика испытаний по определению дымности отработавших газов предусматривает предварительный пргрев двигателя до рабочих температур охлаждающей жидкости ( не менее 60°С) или деталей двигателей воздушного охлаждения в контрольной точке ( согласно ТУ на двигатель).

Измерение дымности ОГ проводят не реже, чем при выполнении технического обслуживания №2 после ремонта и регулировки узлов и систем автомобиля, влияющих на дымность отработавших газов, после заводской обкатки новых и капитально отремонтированных автомобилей, а также при годовых технических осмотрах и выборочной проверке технического состояния автомобилей на линии.

2. методика проведения испытаний. Оценка дымности ОГ автомобилей с дизелями проводится на двух режимах:

- режиме свободного ускорения;

- режиме максимальной частоты вращения коленчатого вала, допускаемой регулятором частоты вращения.

Дымность автомобилей не должна превышать норм, указанных в табл. 1.

Таблица 1- Предельные значения дымности отработавших газов автомобилей с дизелями двигателями


Режим измерения дымности

Дымность, %, не более

Свободное ускорения для автомобилей с дизелями:

без наддува

с наддувом

Максимальная частота вращения



40

50

15


2.1 Испытания на режиме свободного ускорения. Измерения на режиме свободного ускорения следует производить при 10-кратном повторении цикла частоты вращения коленчатого вала дизеля от минимальной ( n xxmin) до максимальной (n xxmax) быстрым, но плавным нажатием педали подачи топлива до упора с интервалом не более 15 с. Измерение показателей проводят при последних четырех циклах по максимальному отклонению стрелки прибора.

Результаты измерений следует занести в табл. 2.

Таблица 2 Карточка учета измерения дымности


Наименование предприятия ____________________________________________

Модель автомобиля ___________________________________________________

Государственный номер ______________________________________________


Дата

проверки


Причина

измерения


Результаты измерения дымности ОГ


Режим свободного ускорения


Режим

n xxmax


1


2


3


4


Ср. ариф.


01.03.03.


Проведение ТО2


32


28


34


30


31


8

15.06.03.

20.07.03.

01.08.03.


02.08.03.


Контрольная проверка службами экологического

контроля

Проверка на линии

Внеочередная проверка в связи с резким увеличением непрозрачности ОГ

Замена форсунок



47

55


75

33



45

60


78

35



44

58


82

32



48

62


77

34



46

59


78

33, 5



14

15


22

12


2.2. Испытания на режиме максимальной частоты вращения коленчатого вала. Измерение на режиме максимальной частоты вращения вала должно проводиться не позднее, чем через 60 с после испытаний на режиме свободного ускорения. Измерение проводят при полном нажатии на педаль подачи топлива при стабилизации показаний прибора, но не ранее чем через 30 с после впуска газа в прибор.

Колебания стрелки прибора не должны превышать ±3% от всей шкалы прибора. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям.

Результаты измерений следует занести в табл. 2.

3. Порядок проведения испытаний.

1. Запустить двигатель автомобиля.

2. В ходе пробега автомобиля обеспечить прогрев двигателя до температуры охлаждающей жидкости не менее 60°С.

3. Остановить автомобиль, не выключая двигатель. Рукоятку переключателя коробки передач поставить в нейтральное положение (двигатель должен устойчиво работать на минимальных оборотах холостого хода).

4. Зонд газоотборного шланга дымомера вставить в выхлопную трубу на глубину не менее 200 мм.

5. Быстрым, но не резким движением стопы ноги нажать на педаль акселератора до упора.

6. Зафиксировать данное положение педали акселератора до момента достижения двигателем максимальных оборотов холостого хода. Отпустить педаль.

7. После того как обороты двигателя установятся на уровне минимальных оборотов холостого хода, но не позднее чем через 10…15 с, снова нажать педаль акселератора до упора. Действия по пунктам 5, 6 и 7 данного раздела повторить 8 раз. При последних 4…5 попытках фиксировать значение дымности ОГ (первые попытки предназначены для удаления ранее накопившейся сажи в выхлопном коллекторе за счет динамического воздействия потока ОГ).

При измерении дымности отработавших газов обеспечить давление пробы газов в измерительной камере прибора не менее требуемого согласно инструкции на прибор. В случае пониженного давления выходное сечение выхлопной трубы автомобиля частично прикрыть заслонкой. В случае повышенного давления можно зонд газоотборного шланга выдвинуть из выхлопной трубы автомобиля до уровня, пока давление в камере прибора ни станет соответствовать требуемому значению.

Контрольные вопросы.


  1. На каких режимах производится оценка дымности ОГ автомобилей с дизелями?

  2. Каким типом прибора можно пользоваться для оценки дымности ОГ автомобилей с дизелями?

  3. В каких случаях производятся оценка дымности ОГ автомобилей с дизелями?

  4. Что характеризует цвет ОГ автомобилей с дизелями?

  5. Техническое состояние каких систем, агрегатов и узлов характеризует величина дымности ОГ автомобилей с дизелями?

  6. Можно ли проводить оценку дымности ОГ автомобилей с бензиновыми двигателями?

Лабораторная работа №3 «Определение выбросов газообразных вредных веществ с отработавшими газами поршневых двигателей при испытаниях на моторном стенде»



Цель работы. Освоение методики определения содержания газообразных вредных веществ в отработавших газах поршневых двигателей внутреннего сгорания при проведении испытаний на моторном стенде: по методикам Российских и международных стандартов; при исследовательских испытаниях.

Задание.


1. Изучить оборудование, применяемое для определения содержания газообразных вредных веществ в отработавших газов двигателей при работе последних на моторном стенде.

2. Изучить методики проведения испытаний по определению выбросов газообразных вредных веществ с ОГ двигателей согласно нормативной документации.

3. Провести испытания двигателя с целью определения содержания газообразных ВВ в отработавших газах.

Теоретические положения.


1. Общие положения. При горении топлива в камере сгорания двигателя образуются как продукты неполного сгорания – углеводороды ( общая формула С n Нm) и оксид углерода СО, так и продукты полного сгорания – диоксид углерода СО2 и пары воды Н2О.

Первые представляют собой не полностью окисленные исходные углеводороды топлива, а также продукты разложения высокомолекулярных углеводородов под воздействием высокой температуры и при недостатке кислорода. В отработавших газах двигателей насчитывают несколько сот различных видов углеводородов. Некоторый вклад в эмиссию углеводород вносит смазочное масло, попадающее в КС со стенок цилиндра двигателя. Оксид углерода является продуктом неполного окисления углерода топлива кислородом воздуха.

Кроме того, в отработавших газах двигателей присутствуют остаточный (неполностью использованный при горении) кислород воздуха, азот воздуха (не участвующий в горении), газообразные продукты окисления серы, а также оксиды азота, представляющие собой продукт окисления воздуха кислородом воздуха. Не более 5% от всех оксидов азота образуются за счет окисления азота, содержащегося в топливе, но это относится только к тяжелым видам топлива – мазутам, используемым в тихоходных двигателях. Оксид азота, попадая в атмосферу, начинает окисляться до диоксида азота NO2.

Кроме вышеупомянутых газообразных составляющих отработавших газов в них, согласно современной нормативно-технической документации на составе ОГ, выделяют класс дисперсных частиц РМ ( Particle Matter).

Частицы – это все субстанции, которые, находясь в смеси с ОГ с чистым воздухом при максимальной температуре 52°С, задерживаются фильтром из стекловолокна с тефлоновым покрытием, и не являются водой.

Существует два типа нормирования: по а) санитарно-гигиеническим показателям и б) техническим показателям.

Санитарно-гигиеническая норма – показатель, соблюдения которого гарантирует безопасность или оптимальные условия существования человека. Согласно ГОСТ 12.1.005-88, регламентирующему санитарно-гигиенические показатели, содержание различных веществ в воздухе не должно превышать определенного предела, т. е. оговариваются предельно допустимые концентрации (ПДК) этих веществ.

Технические показатели экологического уровня ДВС регламентируются различными нормативно-техническими документами: ОСТ, ГОСТ, Дерективами, Правилами. В этих документах оговаривается предельное значение удельного выброса с отработавшими газами ( т. е. содержание вредных веществ в ОГ, а не в их смеси с воздухом) того или иного компонента при условии проведения испытаний ДВС на определенных режимах на моторном стенде.

Строгого соответствия между санитарно-гигиеническими и техническими показателями не существует, хотя пропорциональная зависимость, конечно, есть. Первые назначаются исходя из требований обеспечения безвредности содержания в воздухе различных веществ, а вторые – исходя из технической возможности обеспечения содержания в отработавших газах двигателей вредных веществ на определенном уровне. Главная причина отсутствия строгой взаимосвязи с между указанными показателями заключается в различных методиках измерения содержания ВВ в обоих случаях.

Нормирование содержания ВВ в отработавших газах ДВС в настоящее время проводится по четырем показателям: оксидам азота NOx в пересчете на диоксид азота NO2, оксиду углерода СО, суммарным углеводородам в пересчете на условный состав топлива С1 Н1.85 и частицам РМ. В некоторых стандартах нормируют все углеводороды кроме метана – т. н. неметановые углеводороды NMCH.

В настоящей лабораторной работе рассматривается вопрос измерения содержания только газообразных ВВ.

2. Требования к средствам измерения. Измерение содержания газообразных веществ в ОГ двигателей проводится отбором части ОГ и химическим анализом указанной пробы в различных приборах – газоанализаторов. При этом газоанализатор может работать как в автоматическом режиме, так и только во время обслуживания его оператором.

Выбор метода химического анализа, реализованного в средствах измерения, зависит от вида вещества, концентрацию которого необходимо измерить. В том случае, если одно и то же вещество подвергается разным видам химического анализа, результаты могут различаться, причем разница может составлять до нескольких десятков и даже сотен процентов. Именно поэтому в стандартах строго регламентируется метод химического анализа. При сравнении результатов измерений одного и того же вещества в разных организациях допустимым считается расхождение не более ±5%.

В настоящее время наиболее широко распространены недисперсионный абсорбционный метод в инфракрасной части спектра для анализа оксида углерода, хемилюминесцентный метод для анализа оксидов азота и пламенно-ионизационный для анализа углеводородов.

Экспериментальная установка. Испытания по определению содержания газообразных вредных веществ в отработавших газах двигателей проводятся на моторном стенде.


Примечание:

1. В качестве единиц измерения концентрации вредных веществ в ОГ применяются проценты и млн-1 или ppm (parts per million, т. е. частей на миллион). Соотношение между этими единицами: 10000 ppm=1%. Единица измерения ppm применяется для малых концентраций компонентов ( для Nox и Cn Hm), а проценты – для больших концентраций компонентов ( для СО, СО2, О2), хотя возможно применение и кратных множителей для любой единицы измерения.

2. В качестве единиц измерения удельного выброса вредных веществ ( массовый выброс на единицу мощности двигателя) применяется г/ (кВт∙ч).

Методика проведения испытаний.


1. Общие положения. См. лабораторную работу №1 « Определение дымности отработавших газов дизелей на установившихся и переходных режимах».

2. Стандартизованные испытания. Нормативные документы различаются между собой по методикам проведения испытаний, методикам обработки экспериментальных данных, расчетным формулам ( в т. ч. – по значениям коэффициентов весомости режимов – параметра, имеющего физический смысл доли времени, которое приходится на работу дизеля на определенном режиме, относительно всего рабочего времени; сумма коэффициентов весомости в связи с этим всегда равна единице, т. е. 100% времени). Поэтому, даже если численное значение нормативов выбросов вредных веществ по различным стандартам может и совпадать, то это еще не говорит об одинаковой жесткости нормативов.

Методики проведения испытаний по различным стандартам отличаются по сочетаниям значений скоростного и нагрузочного режимов.

3. Исследовательские испытания. Требования по подготовке двигателя и оборудования, а также к процессу измерения содержания вредных веществ в отработавших газах и оформлению результатов аналогично вышеприведенным требованиям.

Исследовательские испытания отличаются от стандартизованных выбором

режимов испытаний по желанию исследователя. Но в случае сравнительных испытаний по какому-либо фактору условия различных испытаний должны быть идентичны.

4. Порядок проведения испытаний.

П. п. 1…4 – согласно лабораторной работе №1 « Определения дымности отработавших газов дизелей на установившихся и переходных режимах».

5. Согласно методике применяемого стандарта последовательно установить требуемые режимы, измеряя на каждом содержание вредных веществ в отработавших газах.

6. Результаты измерений занести в протокол испытаний, а при необходимости построить график. Последовательность обработки результатов измерений согласно методике применяемого стандарта.


Контрольные вопросы.


  1. Какие применяют методы химического анализа содержания оксидов азота, оксида углерода и суммарных углеводородов в отработавших газах двигателей?

  2. Каков принцип действия инфракрасного анализатора?

  3. Каков принцип действия хемилюминисцентного анализатора?

  4. Каков принцип действия пламенно-ионизационного анализатора?

  5. В каких единицах измеряют концентрацию вредных веществ в отработавших газах?

  6. В каких единицах измеряют удельные выбросы вредных веществ с отработавшими газами?

  7. В чем основное отличие стандартов по оценке удельных выбросов вредных веществ с отработавшими газами между собой?

  8. Каков характер влияния вредных веществ, образующихся в ходе процесса горения топлива в ДВС, на окружающую среду?

Лабораторная работа № 4 «Определение показателей нейтрализатора отработавших газов поршневых двигателей при испытаниях на моторном стенде».



Цель работы. Освоение методики определения характеристик нейтрализаторов отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания при проведении испытаний на моторном стенде.

Задание.


1. Изучить типы нейтрализаторов отработавших газов, применяемых для снижения содержания газообразных вредных веществ в отработавших газах двигателей.

2. Изучить методики проведения испытаний по определению характеристик нейтрализаторов.

3. Провести испытания двигателя с нейтрализатором.

Теоретические положения.


1. Общие положения. Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах двигателей возможно тремя различными путями:

а) использование топлив, содержащих пониженное количество вредных веществ (например, бензина без тетраэтилсвинца, т. е. неэтилированного бензина; дизельного топлива с малым содержанием серы – не более 0,05% вместо распространенных 0, 2…0, 5%);

б) организация рабочего процесса за счет оптимизации конструктивно-регулировочных параметров двигателя (использование автоматических муфт опережения впрыска топлива, подбор геометрии камеры сгорания, согласование характеристик двигателя и турбокомпрессора, применение охладителя наддувочного воздуха);

в) нейтрализация вредных веществ, содержащихся в ОГ двигателя, посредством окисления продуктов неполного сгорания ( окиси углерода, углеводородов), восстановления оксидов азота и фильтрации дисперсных частиц ( за счет применения нейтрализаторов и противосажевых фильтров).

Преимущество последнего способа заключается в том, что он не требует вмешательства в конструкцию ДВС. При этом никакого влияния на конструкцию и регулировки двигателя не происходит. Исключение составляет показатель сопротивления потоку отработавших газов, если указанное сопротивление потоку отработавших газов, если указанное сопротивление выходит за допустимые пределы для данного типа двигателя, то произойдет падение мощности, ухудшение экономичности, а также увеличение содержания продуктов неполного сгорания в ОГ ( до нейтрализатора).
Экспериментальная установка. Испытания по определению содержания газообразных вредных веществ в отработавших газах двигателей проводятся на моторном стенде.

Методика проведения испытаний.


1. Общие положения. Оценка функциональных качеств нейтрализаторов проводится по трем показателям:

селективности, т. е. направленности воздействия на те или иные компоненты (например, нейтрализатор воздействует только на СО или на СО и Сn Нm , но не влияет на NОx);

активности, т. е. по степени влияния на те или иные компоненты (например, концентрация СО снижается на 90%, а Сn Нm – на 70%);

стартовым качествам ( это относится только к каталитическим и термическим нейтрализаторам), т. е. по времени достижения максимальной активности с момента запуска двигателя, или по времени прогрева

активной части нейтрализатора.

Кроме того, предъявляются требования и к ресурсу нейтрализаторов. Согласно нормативным документам нейтрализаторы должны выполнять свои функции в течение пробега автомобиля, на котором они установлены, - не менее 80 000 км для легковых и 160 000 км – для грузовых.

Методика подготовки двигателя к испытаниям – согласно лабораторной работе №1 «Определение дымности отработавших газов дизелей на установившихся и переходных режимах».

2. Определение показателей активности и селективности нейтрализатора. Для определения активности и селективности нейтрализатора снимаются нагрузочные характеристики двигателя на номинальном режиме и скоростном режиме, соответствующем максимальному крутящему моменту, при нагрузке от холостого хода до полной подачи топлива.

3. Оценка стартовых качеств. При оценке стартовых качеств нейтрализатора отработавшие газы через нейтрализатор не пропускают до тех пор, пока температура масла в двигателе не обеспечит безопасность наброса нагрузки.

4. Порядок проведения испытаний.
1. Запустить дизель.

2. На частичном скоростном ( 0,7…0,8 от номинального) и нагрузочном (0,3…0,4 от режима полной подачи топлива) режимах прогреть двигатель до температур охлаждающей жидкости и масла не менее 60 и 75°С соответственно.

3. Прогретый дизель вывести на режим номинальных оборотов коленчатого вала и полной подачи топлива. Установить значения сопротивлений на входе во впускной коллектор и на выходе из выпускного коллектора, равные максимальным, согласно техническим условиям на дизель.

4. Зафиксировать значение крутящего момента и расхода топлива на вышеуказанном режиме, а также крутящего момента на режиме, соответствующем максимальному крутящему моменту. Для стандартизованных испытаний приведенные к стандартным атмосферным условиям значения указанных параметров должны соответствовать требованиям технических условий на двигатель. В противном случае испытания не могут считаться действительными.

5. Для оценки характеристик активности и селективности нейтрализатора установить режим работы дизеля ( частота вращения коленчатого вала и нагрузка) согласно методики испытаний. Через 4…5 мин., после установления температурного режима дизеля, провести измерение состава ОГ до нейтрализатора и после нейтрализатора. Указанные действия повторить для других режимов работы дизеля.

6. Для оценки стартовых качеств нейтрализатора ОГ вначале пропускают мимо нейтрализатора до тех пор, пока температура масла в двигателе не обеспечит безопасность наброса нагрузки в момент начала измерения.

7. Открыть элекромагнитный клапан посредством подачи на него напряжения, направив тем самым поток отработавших газов через нейтрализатор. Показания газоанализатора должны записываться на самописец или запоминающее устройство с фиксацией таких параметров, как концентрация вредных веществ и время измерения.

Контрольные вопросы.


  1. Какие бывают способы воздействия на экологические показатели ДВС?

  2. Каковы преимущества и недостатки применения нейтрализаторов отработавших газов в бензиновых двигателях и дизелях?

  3. Какие требования предъявляются к топливам при использовании на двигателе нейтрализаторов?

  4. Каков принцип действия каталитического нейтрализатора?

  5. Каков принцип действия термического нейтрализатора?

  6. Каков принцип действия жидкостного нейтрализатора?

  7. По каким параметрам оценивают эффективность действия нейтрализаторов?

  8. Что такое активность, селективность и стартовые качества нейтрализатора?

Рекомендуемая литература





  1. Кульчицкий А. Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пос. для высшей школы. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Академический Проект, 2004. – 400с. – ( «Gaudeamus»).

  2. Морозов К. А. Токсичность автомобильных двигателей. – М.: Легион-Автодата, 2000. – 80с.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации