Приборы для измерения состава отработавших газов применяют при дорожных замерах, чтобы иметь возможность контролировать соблюдение законодательно установленных предельных значений уровня эмиссии отработавших газов.
Исходя из этого, на станциях технического обслуживания наличие измерительных приборов отработавших газов является предпосылкой для оптимального регулирования смесеобразования. Они необходимы также как вспомогательное средство при поиске неисправности в двигателе.
Методы измерения
Отдельные составляющие отработавших газов должны измеряться избирательно и с большой точностью. В лабораториях для этого применяются дорогостоящие методы. На станциях технического обслуживания в конечном счете при проверке отработавших газов стали применять инфракрасный метод, основанный на том принципе, что инфракрасное излучение сильно поглощается определенными составными частями отработавших газов при характерной для них длине волны излучения.
В зависимости от исполнения, имеются однокомпонентные приборы (например, для замеров СО) или многокомпонентные (для СО/СН, СО/СО2, СО/СН/СО2 и т.д.).
Камера газоанализатора
Излучатель 5 (рис. «Измерительная камера инфракрасного процесса»), нагретый до 700оС, посылает инфракрасное излучение, которое просвечивает измерительную кювету 3 и входит в камеру 1.
Рис. Измерительная камера инфракрасного процесса. 1. Камера приемника с выравнивающими объемами V1 и V2 2. Датчик потока 3. Измерительная кювета 4. Вращающийся обтюратор 5. Инфракрасный излучатель
Измерение СО
При измерении СО герметичную камеру приемника заполняют газом с определенной концентрацией СО. Там поглощается часть специфического для СО излучения. Это поглощение вызывает повышение температуры газа, которое, в свою очередь, вызывает перетекание газа через датчик 2 потока из объема V1 в объем сравнения V2. Так как излучение ритмично прерывается вращающимся обтюратором 4, между обоими объемами V1 и V2 движется переменный поток. Датчик потока преобразует его в электрический сигнал переменного тока.
Измеряемый газ с изменяющейся концентрацией СО поглощает при протекании через измерительную кювету часть энергии излучения (в зависимости от концентрации СО), которая не доходит, таким образом, до камеры приемника. Вследствие этого сокращается перетекание газа в камеру приемника. Таким образом, изменение в амплитуде сигнала переменного тока является мерой содержания СО в измеряемом газе.
Газовая схема прибора измерения отработавших газов
Измеряемые отработавшие газы отбираются из системы выпуска автомобиля с помощью зонда 1 (рис. «Схема многокомпонентного газоанализатора»). Они забираются установленным в измерительном приборе мембранным насосом 7 и подаются через фильтр 2 грубой очистки в отделитель 3 конденсата. Здесь, прежде чем измеряемый газ очистится в следующем фильтре еще раз, отделяется конденсат водяных паров и грубые загрязнения. Второй мембранный насос 8 откачивает конденсат в емкость 16 для слива конденсата.
Рис. Схема многокомпонентного газоанализатора. 1. Зонд отбора проб отработавших газов 2. Фильтр грубой очистки 3. Отделитель конденсата 4. Вход воздуха 5. Фильтр с активированным углем 6. Электромагнитный клапан 7. Мембранный насос (газовый насос) 8. Мембранный насос (насос конденсата) 9. Датчик давления (внутреннее давление/плотность) 10. Газоанализатор GA1 (измерительные камеры СО2, СО) 11. Газоанализатор GA2 (измерительная камера СН) 12. Датчик атмосферного давления 13. Электрохимический сенсор О2 14. Электрохимический сенсор NО 15. Выход газа 16. Емкость для слива конденсата
Сначала измеряемый газ проходит через газоанализатор GA1 10. Здесь определяются концентрации СО2 и СО. Затем газ направляется в газоанализатор GA2 11, который измеряет концентрацию СН. Прежде чем газ покинет измерительный прибор через выход 15, он пройдет через электрохимические сенсоры 13 и 14, которые измеряют содержание кислорода (О2) и концентрацию оксида азота (NO).
Когда происходит автоматическая юстировка прибора на «ноль» (так называемая «продувка»), вход измерительной камеры переключается электромагнитным клапаном 6, который установлен перед насосом 7, с отработавших газов на воздух. Фильтр 5 с активированным углем на входе 4 для воздуха защищает измерительный прибор от проникновения углеводородов (СН), содержащихся в окружающем воздухе.
Датчик 9 давления служит для проверки плотности всего газового тракта. Другой датчик 12 давления регистрирует атмосферное давление, которое используется в расчетах.
Измерение дымности отработавших газов
Задолго до введения законодательства по контролю газообразных вредных веществ уже вступали в силу отдельные требования по контролю дымности дизельных двигателей. Сегодня они еще действуют в государствах с законодательным контролем дымности дизелей где тестовые методы не унифицированы. Все существующие тесты дымности объединены используемыми измерительными приборами. Мера дымности (выброс сажи, частиц) — это число почернения. Для измерения этих величин в основном используются два метода.
При оптическом методе мерой дымности отработавших газов служит ослабление светового потока, которым просвечиваются отработавшие газы (применяется при утверждении типа транспортного средства, а также при исследовании отработавших газов).
При методе фильтрации (измерение отражения света) определенное количество отработавших газов пропускают через плоский фильтр. Почернение фильтра затем служит мерой содержания сажи в отработавших газов (применяется только в области разработок). Измерение дымности дизеля рационально только при его работе под нагрузкой, так как лишь в этом рабочем диапазоне образуется существенное количество твердых частиц. Здесь также общеприняты два метода:
- Измерение на полной нагрузке, например, на испытательном стенде с беговыми барабанами или на аттестованном испытательном участке, с использованием торможения автомобиля;
- Измерения при свободном ускорении с определенным быстрым нажатием педали газа и нагрузкой от маховика раскручивающегося двигателя.
Результаты измерения дымности дизеля зависят как от метода измерения, так и от способа нагружения, и в общем виде не могут сравниваться непосредственно.
Оптический метод измерения дымности
Во время свободного ускорения часть отработавших газов из выпускного тракта автомобиля с помощью газоотборного зонда и шланга вводится в измерительную камеру (рис. «Дымомер (оптический метод)»).
Рис. Дымомер (оптический метод). 1. Зонд для отбора проб 2. Зеленый светодиод (источник света) 3. Вентилятор 4. Продувочный воздух для калибровки дымомера 5. Калибровочный клапан 6. Подогреватель 7. Приемник светового потока 8. Электронный блок для вычислений и индикации -» Путь движения отработавших газов
В этом процессе устраняется, в частности, влияние противодавления отработавших газов и его колебаний на результаты измерений, так как давление и температура регулируются (дымомер Хартриджа).
В измерительной камере свет проходит через отработавшие газы дизеля Ослабление света измеряется фотоэлектрически и отображается в процентах затемнения Т или как коэффициент k поглощения на показывающем приборе. Точно фиксированная длина камеры измерения и защита оптических окон от сажи (воздушными завесами, т. е. поперечной струей продувочного воздуха) — это предпосылка высокой точности и хорошей воспроизводимости результатов измерения.
При испытаниях под нагрузкой измерения и показания непрерывны. При свободном ускорении измерительная кривая может быть зафиксирована в цифровой форме. Дымомер автоматически оценивает максимальную величину и образует среднее значение из нескольких замеров.
 |
 |
|
| Рис. Измерение дымности (оптический метод). | Рис. Дымомер (метод фильтрации) 1. Фильтровальная бумага 2. Проход газа 3. Фотометр отражения 4. Механизм перемещения бумаги 5. Измерительный объем 6. Клапан включения продувочного воздуха 7. Насос |
Дымомер для дизельных двигателей
Дымомер для дизельных двигателей пропускает определенное количество отработавших газов (например, 0,1 или 1 л) из выпускного тракта дизеля через полоску фильтровальной бумаги. Предпосылкой точной воспроизводимости результатов является регистрация отобранных объемов для каждого измерения и пересчет на заданное значение. Учитываются влияние давления и температуры, а также мертвые объемы между отборным зондом и фильтровальной бумагой.
Оценка затемненной фильтрованной бумаги происходит оптоэлектрическим методом с помощью фотометра отражения. Показания в большинстве случаев даются в числах почернения по методике Bosch (SZ) или как массовая концентрация (мг/м3).
