Для автомобилей с бензиновыми двигателями вновь изготавливаемыми и находящимися в эксплуатации в Беларуси, действует ГОСТ 17.2.2.03-87 „Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности с изменением №1«. Стандарт не распространяется на автомобили, полная масса которых менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч, на автомобили с двухтактными и роторными двигателями.
При испытании на токсичность отработавших газов двигатель прогревается до рабочей температуры, воздушная заслонка полностью открывается. В выхлопную трубу на глубину не менее 300 мм от среза вставляется зонд. Устанавливается повышенная частота вращения коленчатого вала двигателя. После работы на этом режиме не менее 15 с частота вращения снижается до минимальной пхх мин и не ранее чем через 20 с измеряется содержание оксида углерода и углеводородов. Затем устанавливается повышенная частота вращения коленчатого вала двигателя nхх пов и не ранее чем через 30 с повторно измеряется содержание оксида углерода и углеводородов. Проверку на повышенной частоте вращения коленчатого вала проводят только на автомобилях, имеющих карбюратор. Минимальная и максимальная частоты устанавливаются в технических условиях и инструкции по эксплуатации автомобилей. Если эти значения не установлены, при проверке принимают nхх мин = (800±50) мин-1, nхх пов = (3000±100) мин-1.
При наличии в автомобиле раздельных выпускных систем измерение производят отдельно для каждой из них. Показателем токсичности служат максимальные концентрации оксида углерода. Содержание оксида углерода в % и углеводородов в млн-1 в отработавших газах по ГОСТ 17.2.2.03-87 для России с изменением №1 не должно превышать норм, приведенных в табл.
Содержание углеводородов указываются в млн-1 по принятому международному обозначению, при этом 1 % углеводородов соответствует 10 000 млн-1. Такое обозначение принято в связи с тем, что при считывании показаний приборов трудно оценивать малые значения процентного содержания углеводородов, например 0,1 или 0,01, в тоже время 100 или 1000 млн-1 более наглядно показывает динамику изменения показаний приборов.
В Республике Беларусь при проверке содержания токсичных веществ в отработавших газах следует пользоваться данными таблицы.
Табл. Предельно допустимое содержание токсичных компонентов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями (Беларусь)
вращения коленчатого вала
Предельно допустимое содержание оксида углерода, объемная доля, %
Предельно допустимое содержание углеводородов, объемная доля, млн -1 , для двигателей с числом цилиндров
Содержание токсичных веществ в отработавших газах двигателей зависит в первую очередь от состояния и регулировки приборов системы питания, а также от общего технического состояния автомобиля и режимов работы двигателя. Нагрузка двигателя также оказывает существенное влияние на токсичность отработавших газов.
Оптимальным режимом работы двигателя следует считать такой, когда коэффициент избытка воздуха приближается к а =1,2. При этом достигается снижение токсичности и уменьшение расхода топлива. Для практического обеспечения этого режима необходимы специальные конструктивные мероприятия, которые внедряются на автомобильных двигателях.
Графики зависимостей показывают, что наибольший выброс окиси углерода происходит в режиме холостого хода двигателя. Поскольку этот режим составляет довольно большой процент работы двигателя, особенно в городе, оказалось целесообразным ввести ограничения токсичности именно для режима холостого хода, учитывая также простоту проверки токсичности в этом режиме.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
С целью нормирования токсичности в нашей стране действует ГОСТ 17.2.2.03 — 77 «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и метод определения». Согласно этому ГОСТу, допускается содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей при работе на холостом ходу и при отборе пробы внутри выпускного трубопровода на расстоянии не менее 300 мм от его среза — не более 2,0% по объему при малой частоте вращения коленчатого вала; не более 1,5% по объему при большой частоте вращения (0,6 п от частоты вращения, соответствующей номинальной мощности двигателя) для автомобилей, изготовленных с 01.07. 1978 г. до 01.01. 1980 г. После этого срока нормы ужесточаются соответственно до 1,5 и 1,0%.
Рис. 49. Зависимость концентраций токсичности веществ от состава горючей смеси
Для контроля токсичности отработавших газов карбюраторных двигателей разработаны и применяются различные методы. Они позволяют определять величину концентраций окиси углерода, окислов азота и несгоревших углеродов в отработавших газах. Концентрацию окиси углерода, которая содержится в отработавших газах в значительных количествах, можно определять относительно простыми методами. Из них следует особо выделить следующие: каталитическое дожигание окиси углерода на раскаленной платиновой спирали; поглощение компонентами отработавших газов недисперсного инфракрасного излучения, имеющего определенную длину волны; химический метод, использующий реакцию ве-щества-индикатора с окисью углерода.
Состав отработавших газов определяют с помощью приборов, называемых газоанализаторами. Они бывают стационарные и портативные (переносные). Стационарные газоанализаторы применяют в основном для лабораторных исследований.
Токсичность отработавших газов в условиях эксплуатации автомобилей проверяют переносными отечественными газоанализаторами типа ОА-2Ю9, К-456 и импортными типа Элкон S-105 (ВНР), Абгаз-Инфралит (ГДР), AS R-70 (ПНР) и др.
Хорошими качествами обладают газоанализаторы непрерывного контроля отработавших газов типа К-456 и Элкон S-105.
Принцип работы прибора К-456 заключается в определении концентрации СО по количеству тепла, которое выделяется при дожигании пробы газа на раскаленной каталитически активной платиновой спирали. В качестве измерительной системы газоанализатора К-456 (рис. 50) используется электрический мост, в плечи которого включены измерительная платиновая нить R, термо-компенсациоиная эталонная платиновая нить RK, два постоянных резистора R1 и R2, а в диагональ — измерительный прибор И. На ноль стрелку прибора устанавливают перемещением движка потенциометра Rn. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи Б. Для надежности подвода отработавших газоз к платиновой нити используется мембранный насос.
Рис. 50. Схема измерительной части газоанализатора с каталитическим дожиганием отработавших газов
При поступлении отработавших газов к раскаленной платиновой нити происходит их догорание и выделяется дополнительная теплота. В результате повышается температура нити и увеличивается ее сопротивление, что ведет к разбалансу моста. Степень разбаланса регистрируется измерительным прибором — микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах содержания СО.
Прибор Элкон S-105 показан на рис. 51. На лицевой панели прибора расположены стрелочный прибор, легкосъемные фильтры для пробы газов и воздуха, ручки управления и кабель электрического питания от автономной аккумуляторной батареи.
Рис. 51. Газоанализатор Элкон S-105:
1 — стрелочный прибор, 2 — воздушный фильтр, 3 — ручка потенциометра зануления прибора, 4— переключатель напряжения питания 6—12 В, 5 — предохранитель, 6 — трубка для подвода газов от выпускной трубы глушителя, 7 — зонд, 8 — газовый фильтр, 9 — аккумуляторная батарея
Порядок работы с прибором следующий: подключают прибор к источнику питания; соединяют трубку подвода газов с зондом прибора, не соединяя ее конец с выпускной трубой глушителя автомобиля; устанавливают на ноль стрелку прибора ручкой потенциометра; вставляют трубку пробоотборника в выпускную трубу глушителя и закрепляют ее зажимом, пускают двигатель и замеряют концентрацию СО в интервале 30 с (не менее) в выбранном режиме.
Газоанализатор Абгаз-Инфралит (ГДР) работает на принципе поглощения различными газовыми компонентами инфракрасных лучей с определенной длиной волны. Например, окись углерода СО поглощает инфракрасные лучи (ИК-лучи) длиной волны 4,7 мкм. В данном случае степень поглощения лучей соответствует концентрации СО.
Принцип работы газоанализатора Абгаз-Инфралит (рис. 52) следующий. Два излучателя 6 инфракрасных лучей через параболические линзы и обтюратор создают пучок, направляемый в рабочую камеру и камеру сравнения, которая заполнена воздухом, не поглощающим ИК-лучи.
В рабочей камере газ проходит под действием мембранного насоса и поглощает из общего спектра ИК-лучи длиной 4,7 мкм. При этом в лучеприемник поступают два потока лучей разной интенсивности. Чувствительная мембрана приемника, разделяющая его камеры, испытывает разность давлений лучей и прогибается в сторону меньшего давления. Перемещение мембраны воспринимается усилителем и далее передается в стрелочный (индикаторный) и записывающий приборы.
Поскольку индикаторный анализатор очень чувствителен к изменению температуры, в конструкции его предусмотрены отделитель конденсата, газовый фильтр, электрический холодильник для стабилизации температуры.
Газоанализаторы, работающие на принципе поглощения ИК-лучей отработавшими газами, отличаются малой погрешностью (0,5% при анализе окиси углерода), высоким быстродействием, компактностью и удобством в работе.
Токсичность отработавших газов проверяют в двух режимах холостого хода двигателя и при резком открытии дроссельных заслонок карбюратора. Такая последовательность контроля токсичности позволяет оценить работу системы холостого хода, главного дозирующего устройства и ускорительного насоса карбюратора. При необходимости вместе с проверкой выполняют регулировки или устраняют неисправности карбюратора, позволяющие установить предельный уровень токсичности отработавших газов.
Указанные работы проводят на прогретом до нормальной температуры двигателе.
Регулировку системы холостого хода выполняют в следующем порядке: – винтом количества смеси карбюратора устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала, рекомендованную заводом-изготовителем двигателя (контроль ведут по тахометру); – винтом качества смеси добиваются повышенной частоты вращения на данном режиме и замеряют содержание СО в отработавших газах, которое должно составлять около 1,5% (для автомобилей, изготовленных после 1.1.80 г.); – снижают содержание СО до величины, несколько меньшей 1,5%, завертывая в несколько приемов винт качества и доводя частоту вращения коленчатого вала до нормы винтом количества смеси.
Рис. 52. Схема газоанализатора Абгаз-Инфралит:
1 — газоотборный зонд. 2 — отделитель конденсата. 3 — фильтр, 4 — мембранный насос, 5 — рабочая камера, 6 — излучатель ИК-лучей, 7 — обтюратор с электродвигателем, 8 — камера сравнения, Я — лучеприемник, 10 — усилитель, 11 — стрелочный прибор, 12 — регистрирующий прибор
Если не удается добиться указанной регулировки, то это свидетельствует об износе винта качества смеси, засорения воздушных каналов или жиклеров холостого хода, повышении уровня топлива в поплавковой камере, засорении воздушного фильтра карбюратора.
Выявленные неисправности устраняют и проводят повторную регулировку.
Если содержание СО в этом режиме очень мало, то это свидетельствует о пониженном уровне топлива в поплавковой камере, засорении главного жиклера главного дозирующего устройства или подсосе постороннего воздуха в карбюратор.
Слишком высокое содержание СО будет характеризовать переобогащение смеси вследствие засорения воздушного компенсационного жиклера, повышения уровня топлива в поплавковой камере, засорения воздушного фильтра или негерметичности (подтекании) клапана экономайзера.
Проверку токсичности при работе ускорительного насоса проводят в следующем порядке: – снижают частоту вращения коленчатого вала до 600— 700 об/мин и замеряют содержание СО в этом режиме; – резко нажимают 2—3 раза на педаль управления дроссельной заслонкой, наблюдая за отклонением стрелки газоанализатора.
Если ускорительный насос исправен, то содержание СО должно скачкообразно повышаться до 1%. Меньшее увеличение концентрации СО свидетельствует о потере производительности ускорительного насоса вследствие неточной регулировки его привода или износа деталей.
Токсичность отработавших газов двигателя
Виды токсичных веществ в отработавших газах
В современном мире автомобиль давно уже перестал быть диковинкой, и превратился из предмета роскоши в один из самых необходимых и обыденных атрибутов нашего бытия. Возможность мобильно перемещаться в окружающем мире и пространстве подняло человеческое общество на качественно новую ступень и в личностном и в коллективном развитии. Как это ни забавно звучит, но без автомобиля, а точнее будет сказать – без автомобильного транспорта, мы теперь не можем сделать и шагу.
Но интенсивное использование этого чуда техники в массовом масштабе имеет и многие негативные стороны – автомобиль является источником опасности на дорогах, источником шума и других не всегда приятных эффектов для наших органов чувств.
Однако одной из самых неприятных сторон является загрязнение окружающей среды выделениями, сопровождающими работу автомобильного двигателя и автомобиля в целом. И если с утечками нефтепродуктов (масел, различных жидкостей и топлива) из прохудившихся систем можно бороться достаточно просто, то с выбросами в атмосферу продуктов сгорания автомобильного топлива справиться очень и очень сложно.
Давно уже не тайна, что бурный рост парка автомобилей в современном мире привел к тому, что в местах их массового скопления (например, в крупных городах) они стали одной из основных причин загрязнения окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. Дышать становится все труднее, а кроме того, выбросы интенсивно содействуют парниковому эффекту со всеми вытекающими последствиями.
В связи с этим в ряде стран мира были разработаны специальные законы и нормативные документы, ограничивающие содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей. Определены нормы токсичности, а также разработаны методы контроля содержания вредных веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
К основным токсичным веществам, содержащимся в отработавших газах ДВС, относятся оксид углерода (СО), несгоревшие частицы топлива или углеводороды (CmHn), сажа (С) и оксиды азота (NOx). Условия, при которых происходит образование токсичных веществ в ДВС, различны. Так, образование первой группы (СО, CmHn и С) связано с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в процессе смесеобразования, так и во время непосредственно сгорания топлива и выполнении двигателем рабочего хода.
Пожалуй, наименее токсичными из перечисленных вредных веществ являются механические частицы, выбрасываемые из трубы глушителя в виде сажи. Конечно, сажа способна нанести вред здоровью человека, откладываясь в дыхательных путях и легких, но с точки зрения токсичности вред, наносимый чадящей выхлопной трубой дизеля меньше, чем едва заметный сизый дымок из трубы бензинового двигателя. Да и бороться с сажей проще, чем с химически активными продуктами неполного окисления топливных компонентов.
Вторая группа веществ – окислы и оксиды азота (NOx) носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому средства борьбы с токсичностью отработавших газов для этих двух групп веществ различны.
Причины образования токсичных веществ в отработавших газах
Основными причинами образования токсичных веществ в ДВС являются несовершенство процессов подготовки горючей смеси перед подачей в цилиндры и в цилиндрах, что приводит к неполному сгоранию топлива в двигателе, а также загрязнение топлива различными примесями и добавками.
В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива в двигателе в результате этого процесса должны образовываться углекислый газ и пары воды, которые не относятся к токсичным веществам.
Но получить идеальный процесс сгорания топлива на различных режимах работы двигателя или иметь идеально чистое топливо в реальной практике эксплуатации автомобилей практически невозможно. Поэтому неприятные выбросы в атмосферу всегда сопровождают работу двигателя внутреннего сгорания.
Количество токсичных веществ в отработавших газах дизелей и двигателей с искровым зажиганием из-за разного характера процессов смесеобразования и сгорания топлива имеет существенные различия. В отработавших газах дизелей в больших количествах содержатся сажа и оксиды азота, а двигателей с искровым зажиганием – оксид углерода и углеводороды. Поэтому средства борьбы с токсичностью у этих типов двигателей отличаются.
Нормативные документы по токсичным веществам в отработавших газах
В России нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах дизелей и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52160-2003.
Нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей с искровым зажиганием и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».
Определение токсичности отработавших газов двигателя осуществляется на специальных диагностических стендах или с помощью портативных газоанализаторов (ГАИ-1 и аналогичных).
Принцип действия газоанализатора ГАИ-1 основан на оптико-абсорбционном методе, т. е. на измерении поглощения энергии излучения инфракрасного диапазона анализируемым компонентом газа (оксидом углерода или углеводородами), в результате которого он нагревается до некоторой температуры, зависящей от его концентрации в отработавших газах.
Температурные колебания с помощью датчика формируют электрический сигнал, который преобразуется в показание прибора, показывающего содержание вредных веществ в газовой смеси.
