Испытания на токсичность отработавших газов на стенде с беговыми барабанами

Испытания на токсичность отработавших газов на стенде с беговыми барабанами

 

Испытания двигателей на токсичность на стендах с беговыми барабанами выполня­ются как часть испытаний на соответствие техническим условиям для общей сертифи­кации, а также на стадии разработки двига­телей или иных компонентов. Они отлича­ются от испытаний, проводимых в процессе общего или частичного контроля качества с использованием, например, промышленной измерительной аппаратуры. Испытания на токсичность двигателей большегрузных гру­зовых автомобилей выполняются на стендах для испытаний двигателей.

 

 

Испытания на токсичность на стендах с бе­говыми барабанами выполняются на автомо­билях. Используемые методы имеют целью в максимальной степени приблизить условия испытаний к реальным условиям дорожного движения. Измерения на стендах с беговыми барабанами дают следующие преимущества:

  • Повторяемость результатов, благодаря не­изменным окружающим условиям;
  • Хорошая сравниваемость результатов бла­годаря тому, что предписанный цикл испы­таний может быть выполнен независимо от интенсивности дорожного движения;
  • Возможность использования стационар­ной измерительной аппаратуры.

 

 

Выполнение испытаний

 

Общая настройка

 

Автомобиль устанавливается на стенд с бего­выми барабанами, ведущими колесами на 6арабан (рис. «Измерение состава отработавших газов на стенде с беговыми барабанами» ). Это означает, что силы, воздействующие на автомобиль, т.е. моменты инерции, сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление должны моделироваться таким образом, чтобы количество выбросов, произ­водимых во время испытаний на стенде, было сравнимо с количеством, производимым во время дорожных испытаний. Для этого на старых стендах использовались асинхронные электродвигатели, двигатели постоянного тока или даже электродинамические замедлители, генерирующие зависимые от скорости нагрузки, воздействующие на ролики. На более современных машинах для воспроизведения этой инерции применяются электрические маховики. На более старых испытательных стендах для моделирова­ние массы автомобиля используются маховики различных размеров, присоединяемые к роли­кам при помощи быстродействующих соеди­нительных муфт. Охлаждение обеспечивается вентилятором, располагаемым на небольшом расстоянии от автомобиля.

 

Измерение состава отработавших газов на стенде с беговыми барабанами

 

Выхлопная труба автомобиля герметично соединяется с системой сбора отработавших га­зов — система разбавления газов описана ниже. Здесь собирается часть отработавших газов. По окончании испытаний выполняется анализ отработавших газов на предмет содержания токсичных веществ (углеводородов, оксидов азота и оксида углерода), а также диоксида углерода (для определения расхода топлива).

После ввода в действие норм контроля токсичности отработавших газов предельное содержание твердых частиц было первоначально установлено только для автомобилей с дизельными двигателями. В течение нескольких последних лет законодатели начали распространять эти ограничения также на автомобили с бензиновыми двигателями.

Для определения содержания твердых частиц используется так называемый «смесительный канал», в котором создается высокая внутренняя турбулентность потока (число Рейнольдса > 40 000). Для вычисления количества выбросов в виде твердых частиц в зависимости от нагрузки также используются фильтры.

Кроме того, в исследовательских целях часть отработавших газов может непрерывно собираться в соответствующих точках системы выпуска отработавших газов автомобиля или смесительного канала для анализа концентраций различных токсичных веществ.

Цикл испытаний повторяется водителем на автомобиле. Требуемая и фактическая скорости движения отображаются на мониторе.

В некоторых случаях, с целью улучшения по­вторяемости результатов вместо водителя используется автоматическая система управ­ления движением.

 

 

Наладка стенда для испытаний автомобилей с дизельными двигателями

 

Для определения количества выбросов, про­изводимых автомобилями с дизельными двигателями, необходимо выполнить опреде­ленную переналадку испытательного стенда и в определенной степени изменить технологию измерений. Вся система отбора проб, вклю­чая измеритель концентрации углеводородов, должна быть нагрета до 190 °С. Это необхо­димо для того, чтобы предотвратить конденса­цию углеводородов, которые имеют высокую точку кипения, или испарить углеводороды, которые уже сконденсировались на компонен­тах системы выпуска отработавших газов.

Система разбавления отработавших газов

 

Наиболее распространенным методом сбора отработавших газов является процедура раз­бавления CVS (отбор проб при постоянном объеме). Впервые он был применен в США в 1972 году для легковых и малотоннажных грузовых автомобилей. С тех пор метод не­сколько раз модифицировался. Метод CVS используется также в некоторых других стра­нах, например, в Японии. С 1982 года этот метод применяется также в Европе. Таким об­разом, на сегодняшний день этот метод сбора отработавших газов признан во всем мире.

Цели

 

При использовании метода CVS анализ со­става отработавших газов выполняется только после окончания испытаний. При этом должны быть выполнены следующие требования:

  • Необходимо предотвратить конденсацию водяных паров, в противном случае будет иметь место потеря оксидов азота;
  • Необходимо предотвратить возникновение в собранных отработавших газах вторич­ных реакций.

 

Принцип метода CVS

 

Метод CVS заключается в следующем. Отра­ботавшие газы от испытуемого автомобиля смешиваются в смесителе Mix-T или в смеси­тельном канале с наружным воздухом в со­отношении от 1:5 до 1.10 и откачиваются при помощи специальной системы насосов таким образом, что общий объемный расход отрабо­ тавших газов и воздуха остается постоянным. Следовательно, расход добавочного воздуха зависит от моментального объемного расхода отработавших газов. Из потока разбавленных ОГ в один или более мешков непрерывно от­бираются репрезентативные пробы. Во время наполнения мешков объемный расход газа постоянен. Следовательно, концентрация ток­сичных веществ в мешке для сбора проб по окончании заполнения идентична среднему значению концентрации токсичных веществ в разбавленных отработавших газах во время процесса наполнения мешков.

Во время наполнения мешков отработав­шими газами также отбирается проба воз­духа, предназначенного для разбавления, для определения концентрации в нем токсичных веществ.

Отбор проб отработавших газов в мешки производится в соответствии с фазами ис­пытательного цикла (например, фаза ht ис­пытательного цикла FTP 75).

Массы токсичных веществ, произведенных во время испытаний, вычисляется, исходя из общего объема разбавленных отработавших газов и концентраций токсичных веществ в собранных отработавших газах и воздухе раз­бавления.

 

 

Системы разбавления газов

 

Для получения постоянного объемного рас­хода разбавленных отработавших газов су­ществуют два альтернативных метода:

  • Метод PDP (объемный насос): использу­ется роторно-поршневой вентилятор (воз­духодувка Рутса);
  • Метод CFV (критический расход Вентури): в критическом состоянии используются трубка Вентури и стандартная воздухо­дувка.

 

Усовершенствования метода CVS

 

 Разбавление отработавших газов вызывает снижение концентраций в них токсичных веществ, зависящее от степени разбавления. Концентрации некоторых токсичных веществ (в особенности углеводородных соедине­ний) в разбавленных отработавших газах в некоторых фазах испытаний сравнимы с концентрациями в воздухе разбавления (или ниже), поскольку за последние годы содер­жание токсичных веществ в выбросах было значительно снижено в связи с введением в действие все более строгих норм. Это пред­ставляет собой проблему с точки зрения тех­нологии измерений, поскольку разность двух значений имеет большое значение для опре­деления количества выбросов. Еще одной проблемой является точность измерительной аппаратуры.

Решить указанные проблемы могут помочь следующие меры:

  • Снижение степени разбавления; при этом требуется принять меры к предотвраще­нию образования конденсата, например, нагрева тех или иных секций системы раз­бавления отработавших газов, или осуше­ния и нагрева воздуха разбавления (на ав­томобилях с бензиновыми двигателями);
  • Снижение и стабилизация концентраций токсичных веществ в воздухе разбавле­ния, например, при помощи фильтров на основе активированного угля;
  • Оптимизация измерительной аппаратуры (включая системы разбавления), напри­мер, путем правильного выбора или пред­варительного кондиционирования матери­алов, надлежащей настройки системы или использования современной электронной контрольно-измерительной аппаратуры;
  • Оптимизация процессов, например, по­средством специальных процедур про­дувки.

 

 

Система разбавления газов Bag Mini Diluter

 

В качестве альтернативы для технологии CVS в США была раработана система разбавле­ния отработавших газов нового типа под на­званием Bag Mini Diluter (BMD). Здесь часть потока отработавших газов разбавляется с постоянным соотношением сухим, нагретым и не содержащим токсичных веществ «нулевым газом», например, очищенным воздухом. Во время испытаний часть потока этих разбавлен­ных отработавших газов собирается в мешки для отбора проб. По окончании испытаний вы­полняется анализ собранных проб.

В ходе этой процедуры разбавление от­работавших газов производится не содержа­щим токсичных веществ «нулевым газом» Использование для разбавления очищенного от токсичных веществ газа имеет целью из­бежать необходимости в учете концентраций токсичных веществ в воздухе разбавления. Однако, по сравнению с методом CVS это требует более сложной процедуры, напри­мер, одними из требования являются опреде­ление объемного расхода (неразбавленных) отработавших газов и пропорциональный отбор проб.

В следующей статье я расскажу о приборах для измерения концентрации токсичных веществ в отработавших газах.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *