Инструкция по проверке и регулировке бензиновых двигателей автомобилей на минимальную токсичность отработавших газов. Экологические испытания автомобильной электроники

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

НОРМЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГОСТ
21393-75

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Нормы и методы измерений.
Требования безопасности

Automobiles with diesel engines. Smoke emission,
Norms and methods of measurements.
Safety requirements

Настоящий стандарт распространяется на автотранспортные средства с дизелями (далее – автомобили), вновь изготовленные и находящиеся в эксплуатации.

Стандарт устанавливает нормы и методы измерения дымности отработавших газов автомобилей (далее – дымность) на режимах свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (далее – максимальная частота вращения).

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в приложении 1 .

1. НОРМЫ ДЫМНОСТИ

1.1. Основным нормируемым параметром дымности является натуральный показатель ослабления светового потока К , вспомогательным – коэффициент ослабления светового потока N . Пересчет значений К в N – вприложении 1 а.

1.2. Дымность автомобилей во время гарантийного пробега* (гарантийного срока службы), а также в течение всего срока эксплуатации непосредственно после выполнения услуг по техническому обслуживанию и ремонту не должна превышать значений, указанных в таблице.

Режим измерения дымности	Предельно допускаемый натуральный показатель ослабления светового потокаК доп, м -1 , не более	Предельно допускаемый коэффициент ослабления светового потока N д on , %, не более **
Свободное ускорение для автомобилей с дизелями:
без наддува
с наддувом
Максимальная частота вращения

** Нормы даны для L = 0,43 м (см. приложение 1 ).

* Для автомобилей, имеющих пробег менее 3000 км, предприятия-изготовители должны устанавливать технологические нормы дымности.

1.3. Дымность автомобилей, официально утвержденных в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24, проверяется только на режиме свободного ускорения и не должна превышать предельных значений, указанных предприятием-изготовителем в знаке или документе (сертификате, техническом паспорте) официального утверждения типа транспортного средства.

1.4. При контрольных проверках дымности автомобилей в условиях эксплуатации (на дороге) допускается превышение установленных таблицей п. 1.2 норм для режима свободного ускорения К доп не более, чем на 0,5 м -1 .

1.5. Контроль дымности автомобилей проводят на соответствие нормам по пп. 1.2 , 1.3 и 1.4 :

а) на предприятиях, эксплуатирующих автомобили:

при выборочных проверках автомобилей, выезжающих на линию по пп. 1.3.4 и 1.4 ;

после технического обслуживания и ремонта или регулировки агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение дымности по пп. 1.2 и 1.3 ;

б) на предприятиях, осуществляющих услуги и работы по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей по пп. 1.2 , 1.3 , после осуществления услуг и работ;

в) на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили по пп. 1.2 и 1.3 , при приемочных, периодических и контрольных испытаниях;

г) при сертификационных испытаниях по п. 1,3 ;

д) при государственных технических осмотрах автомобилей и выборочных проверках на дорогах:

автомобили во время их гарантийного пробега (срока службы) по п. 1.2 ;

автомобили, официально утвержденные в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24 в период всего срока эксплуатации по п. 1.3 ;

автомобили после гарантийного пробега срока службы по п. 1.4 .

1.6. Агрегаты, узлы и детали автомобиля, влияющие на дымность, должны быть сконструированы, изготовлены и установлены таким образом, чтобы дымность автомобиля не превышала установленных норм в период всего срока эксплуатации при условии соблюдения правил эксплуатации и обслуживания, указанных в прилагаемых к автомобилю инструкциях (руководствах).

Разд. 1.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Условия измерений

2.1.1. Выпускная система автомобиля не должна иметь неплотностей, вызывающих утечку отработавших газов и подсос воздуха.

2.1.2. Перед испытаниями двигатель должен быть прогрет не ниже рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в руководстве по эксплуатации автомобиля.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.1.3. На автомобилях с механической коробкой передач измерение проводят при нейтральном положении рычага переключения передач. На автомобилях с автоматической коробкой передач измерение проводят при установке избирателя скорости на нейтральное положение.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.4. Устройство для пуска холодного двигателя должно быть отключено.

2.2. Требования к измерительной аппаратуре и пробоотборной системе

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2.1. Дымность должна измеряться приборами, работающими на принципе просвечивания отработавших газов и отвечающими требованиям, изложенным в приложении 2 .

2.2.2. Подготовку, обслуживание и использование дымомера следует проводить в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации на дымомер. Дымомер должен быть поверен.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.2.3. Конструкция пробоотборной системы должна обеспечивать отсутствие утечек газов и подсоса воздуха, влияющих на состав отработавших газов. Рекомендуемые требования к пробоотборной системе изложены вприложении 4 .

(Введен дополнительно, Изм. № 2).

2.3. Проведение измерений

2.3.1 Испытания автомобилей на режиме свободного ускорения должны проводиться по следующей процедуре:

– 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) устанавливают максимальный расход топлива и его поддерживают до достижения максимальной частоты вращения и включения регулятора. Затем отпускают педаль до установления минимальной частоты вращения. Этот процесс повторяют не менее шести раз;

– при каждом последующем свободном ускорении фиксируют максимальную дымность до получения устойчивых значений. Измеренные величины считаются устойчивыми, если четыре последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м -1 и не образуют убывающей последовательности;

– за результат измерения принимают среднее арифметическое результатов четырех измерений.

2.3.2. Дымность на режиме максимальной частоты вращения проверяют не позднее, чем через 60 с после проверки на режиме свободного ускорения. Для этого необходимо нажать до упора педаль и зафиксировать ее в этом положении, установив максимальную частоту вращения. Дымность измеряют не ранее, чем через 10 с после впуска отработавших газов в прибор. Измерение считают достоверным, если значения дымности расположены в зоне шириной не более 6 % по шкале N. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям дымности.

2.3.3. Измерение дымности у автомобилей с раздельной выпускной системой следует проводить в каждой из выпускных труб отдельно. Оценку дымности проводят по максимальному значению.

2.3.1 – 2.3.4 (Измененная редакция, Изм. № 2).

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

2.3.6. Результаты измерений следует занести в карточку, указанную в приложении 3 .

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. Места, предназначенные для измерения содержания дымности, должны быть оборудованы принудительной или естественной вентиляцией, обеспечивающей санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений по ГОСТ 12.1.005 .

3.2. Уровень шума в зоне проведения измерений – по ГОСТ 12.1.003 .

3.3. Уровень вибрации в зоне проведения измерений – по ГОСТ 12.1.012 .

3.4. При проведении измерений должны быть приняты необходимые меры, исключающие самопроизвольное движение автомобиля.

Разд. 3. (Введен дополнительно, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

Пояснения терминов, применяемых в настоящем стандарте

Свободное ускорение – разгон двигателя от минимальной до максимальной частоты вращения на холостом ходу.

Максимальная частота вращения – частота вращения вала двигателя на холостом ходу при полностью нажатой педали подачи топлива, ограниченная регулятором.

Дымность отработавших газов – по ГОСТ 17.2.1.02.

Эффективная база дымомера L , м – толщина оптически однородного слоя эталонных газов, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же отработавших газов, заполняющих рабочую трубу дымомера в условиях измерения.

Натуральный показатель ослабления светового потока К, м -1 – величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя который поток излучения от источника света дымомера ослабляется в е раз. Отсчитывается по основной шкале индикатора дымомера.

Коэффициент ослабления светового потока N , % – степень ослабления светового потока вследствие поглощения и рассеивания света отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера. Отсчитывается по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м.

Предельно допустимый натуральный показатель ослабления светового потока К доп, м -1 – натуральный показатель ослабления светового потока отработавшими газами, при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытания.

Предельно допустимый коэффициент ослабления светового потока N доп , % – коэффициент ослабления светового потока отработавшими газами, измеренный по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м (или пересчитанный по формуле, приведенной в п. 3 приложения 2 ), при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытание.

Автомобиль, находящийся в эксплуатации, – автомобиль, полученный от предприятия-изготовителя и прошедший регистрацию в установленном порядке.

Необкатанный автомобиль – автомобиль, не прошедший обкатку в объеме, установленном предприятием-изготовителем, необходимую для реализации показателей, указанных в нормативных документах.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 a

Справочное

Пересчет значений К в N
(для N, приведенного к шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м)

К, м -1
N, %
К, м -1
N , %

Примечание. Курсивом выделены нормы дымности, указанные в таблице п. 1.2 . Значения К, не приведенные в таблице, пересчитывают в ТУ по формуле, указанной в п. 3 приложения 2 .

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

Основные требования к дымомеру

1. Прибор должен работать по методу просвечивания столба отработавших газов определенной длины. Величина L должна быть указана на приборе.
2. Прибор должен быть оборудован устройствами для измерения давления и температуры отработавших газов в его рабочей камере и перепускным клапаном для отвода отработавших газов между измерениями.
3. Прибор должен иметь две измерительные шкалы: основную – в абсолютных величинах поглощения света от 0 до ¥ (для приборов с цифровой индикацией верхний диапазон – не менее 10 м -1), вспомогательную – линейную с диапазоном измерения 0-100 %.

Зависимость между показаниями основной и вспомогательной шкалами вычисляют по формуле

где К – коэффициент поглощения света, м -1 ;

N – показание линейной шкалы дымомера с эффективной базой L, %;

L – эффективная база дымомера, м.

Шкала дымомера должна обеспечивать возможность считывать значения коэффициента поглощения К в диапазоне 0-2,115 м -1 с точностью до 0,025 м -1 и коэффициент ослабления N с точностью до 1 %.

1. Источник света – лампа накаливания либо другой источник с цветовой температурой в диапазоне 2800-3250 К (2527-2977 ° С).
2. Фотоприемник дымомера должен иметь спектральную характеристику, аналогичную кривой дневного зрения человеческого глаза (максимальный эффект срабатывания – в диапазоне волн длиной 550-570 нм, при этом только менее 4 % могут находиться при длинах волн ниже 430 нм и более 680 нм).
3. Попадание на фотоприемник света от посторонних источников в результате внутреннего отражения или рассеивания не должно влиять на результаты измерения более чем на 1 % по линейной шкале.
4. Электрическая цепь, в которую включен индикатор, должна обеспечивать линейную зависимость тока фотоприемника от силы света в диапазоне рабочих температур фотоприемника.
5. Основная приведенная погрешность прибора – не более 2 % максимального значения линейной шкалы прибора.
6. Промежуточная проверка прибора должна проводиться при включенном источнике света с помощью установки перед фотоприемником нейтрального светофильтра с коэффициентом поглощения 1,6-1,8 м -1 , при этом показания прибора не должны отличаться от коэффициента поглощения фильтра более, чем на 0,025 м -1 . Светофильтр должен входить в комплект прибора.
7. Время срабатывания электрической измерительной цепи, соответствующее времени, необходимому для того, чтобы показание индикатора изменилось от 0 до 90 % шкалы при установке экрана, полностью закрывающего фотоприемник, должно составлять 0,9-1,1 с.
8. 11. Время между моментом входа газа в измерительный прибор и моментом полного заполнения рабочей камеры должно быть не более 0,4 с.
9. Давление в рабочей камере не должно отличаться от давления окружающего воздуха более чем на 75 мм вод. ст.
10. Колебания давления измеряемого газа и продувочного воздуха не должны приводить к изменениям коэффициента поглощения более чем на 0,05 м -1 для измеряемого газа, соответствующего коэффициенту поглощения 1,7 м -1 . Пределы изменения давления газа и продувочного воздуха в дымовой камере должны указываться в инструкции по эксплуатации прибора.
11. В любой точке рабочей камеры температура отработавшего газа в момент измерения должна быть не ниже 70 ° С и не выше максимальной температуры, указанной в инструкции по эксплуатации прибора, причем показания в этом диапазоне температур не должны изменяться более чем на 0,1 м -1 , если рабочая камера заполнена отработавшим газом, коэффициент поглощения которого составляет 1,7 м -1 .
12. Допускается применять дымомеры, отличающиеся по техническим характеристикам, указанным в пп. 1-14 . При этом результаты сравнительных измерений дымности на режиме свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя не должны отличаться друг от друга более чем на 2 % по линейной шкале для всех типов автомобилей.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

КАРТОЧКА УЧЕТА ИЗМЕРЕНИЯ ДЫМНОСТИ

Наименование предприятия

Модель автомобиля

Государственный номер

Дата проверки

Причина измерения

Результаты измерения дымности

Подпись проверявшего

до регулировки

после регулировки

режим свободного ускорения

режим свободного ускорения

режим максимальной частоты вращения вала

среднее арифметическое

среднее арифметическое

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Требования к пробоотборной системе

1. 1. Зонд пробоотборника должен представлять собой трубку с открытым концом, обращенную навстречу потоку отработавших газов и расположенную, по возможности, в направлении оси выпускной трубы или удлинительного патрубка, где распределение отработавших газов является наиболее равномерным. Для этого входное отверстие зонда рекомендуется располагать в прямолинейном участке постоянного диаметра D на расстоянии не менее 6 D от входного и не менее 3 D от его выходного сечения. При отсутствии такой возможности зонд рекомендуется заглублять на расстояние не менее 3 D от конца выпускной трубы или удлинительного патрубка. При длине прямолинейного участка выпускной трубы менее 3 D рекомендуется зонд заглублять до половины прямолинейного участка. Отношение площади поперечного сечения зонда к площади поперечного сечения выпускной трубы должно быть не менее 0,05. Противодавление, измеренное на выходе из зонда, не должно превышать 75 мм вод. ст. При использовании удлинительного патрубка не допускается подсос воздуха в месте соединения.
2. Соединительные патрубки между пробоотборником и дымомером должны быть длиной (2,5 ± 0,5) м, устанавливаться, по возможности, с подъемом от места отбора пробы до дымомера, не иметь резких изгибов. Перед дымомером должен быть установлен перепускной клапан для предотвращения поступления в него отработавших газов в периоды между проведением измерений.

(Введено дополнительно, Изм. № 2).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 315 «Эксплуатация автомобильного транспорта».
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 18.12.75 № 3944.

Изменение № 2 принято Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 14 от 12.11.98).

Зарегистрировано Техническим секретариатом МГС № 3123.

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Беларуси
Грузия	Грузстандарт
Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизская Республика	Киргизстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Туркменистан	Главная государственная инспекция Туркменистана
Республика Узбекистан	Узгосстандарт

1. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
2. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ.

	Номер пункта
ГОСТ 12.1.003-83
ГОСТ 12.1.005-88
ГОСТ 12.1.012-90
ГОСТ 17.2.1.02-76	Приложение 1
ГОСТ Р 41.24-99

1. Ограничение срока действия снято Приказом Минприроды от 16.04.92 № 60.
2. ПЕРЕИЗДАНИЕ (ноябрь 1999 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в декабре 1985 г., ноябре 1998 г. (ИУС 3-86, 6-99).

Основными видами экологического воздействия автомобиля на окружающую среду являются:

• вредные выбросы ОГ из ДВС автомобилей (токсичность);
• акустические воздействия, например, вентиляционный и магнитный шумы при работе исполнительных механизмов ЭСАУ;
• вибрация элементов кузова и вибрация, возникающая при работе электроприводных механизмов;
• восстановление заряда В В Б.

ИСПЫТАНИЯ НА ТОКСИЧНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ С ЭЛЕКТРОННЫМИ СИСТЕМАМИ УПРАВЛЕНИЯ

Автоэлектроника играет основную роль в снижении токсичности ОГ. Токсичность ОГ определяется наличием окиси углерода (максимум наблюдается в режиме холостого хода), окиси азота (максимум наблюдается при самой высокой температуре сгорания) и углеводорода, возникающим при перебоях в воспламенении или при пропусках зажигания.

Наибольшее отрицательное влияние в плане токсичности оказывают системы зажигания бензиновых двигателей, особенно конструкция свечей зажигания и их расположение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда. Важными являются момент зажигания, угол опережения зажигания, так как при применении позднего зажигания в выпускной системе двигателя увеличивается температура газов, что позволяет уменьшить содержание окиси углерода, углеводородов и окиси азота. Но это приводит к увеличению расхода топлива. Разумное сочетание углов опережения зажигания и состава смеси, поступающей в цилиндр, достигается применением электронных систем управления и нейтрализаторов О Г. Особенно успешна каталитическая очистка при применении системы с обратной связью по датчику кислорода - 1-зонду.

Испытания на токсичность отработавших газов проводят по стандартным программам на стенде с беговыми барабанами по так называемым ездовым циклам. Во время этих циклов меняется режим работы двигателя, поэтому проводится отбор проб выхлопных газов и их газовый анализ. Существует несколько ездовых циклов: федеральный ездовой цикл США (ЕТР75), испытательный цикл ЕЭК/ЕС (ЕЭКИ. 15-04) и испытательный цикл Японии. Эти циклы различаются режимами, продолжительностью и максимальной скоростью автомобиля во время цикла.

Электронные системы управления двигателем испытывают в составе автомобиля. Причем с каждым годом эти системы все более совершенствуются, и поэтому возрастает количество функций регулирования, оптимизируются программы управления, увеличиваются диагностические функции.

В табл. 9.1 приведены технические характеристики и методы газового анализа ОГ автомобилей.

Таблица 9 .7

Основные технические характеристики газоанализаторов

Примечание. Используется обогреваемый (до 200°С) пробоотборник с гибкими шлангами длиной 6-10 м. Инструментальная погрешность - ±3%.

На рис. 9.1 представлена схема измерительной камеры инфракрасного газоанализатора. Инфракрасное излучение создается элементом, нить которого имеет температуру около 700°С.

Рис. 9.1.

7 - приемная камера с компенсационными объемами I/, и / 2 ; 2 - датчик потока; 3 - измеряющий элемент; 4 - вращающийся диск с щелью; 5 - инфракрасный

излучатель; М - электродвигатель привода диска

Инфракрасные лучи пропускаются через измеряющий элемент перед входом в приемную камеру. Окись углерода, содержащаяся в выхлопных газах, поглощает часть излучения, что сопровождается увеличением температуры газа, которое приводит к возникновению потока газа, перетекающего через датчик потока из зоны с объемом У 1 в компенсационную камеру с объемом У 2 . Вращающийся диск со щелью обеспечивает периодическое прерывание инфракрасного излучения, проходящего через два объема У 1 и У 2 . Датчик потока преобразует это перемещение диска со щелью 4 в переменный электрический сигнал. Когда испытуемый газ с измененным содержанием СО проходит через измеряющий элемент, он поглощает энергию инфракрасного излучения в количестве, пропорциональном содержанию СО. Отклонение от переменного основного сигнала соответствует показателю содержания СО в испытательном газе.

Для определения концентрации углеводородов используют пламенно-ионизационный метод, а 1ЧО Л. - хемилюминесцентный.

Сущность плазменно-ионизационного метода заключается в ионизации углеводородными атомами пламени водорода при температуре около 2000°С. Чувствительность этого метода пропорциональна количеству углеводородов. При непосредственном отборе пробоотборник нагревают во избежание адсорбции и конденсации углеводородов на его стенках при соприкосновении протекающего газа.

При анализе окислов азота (а в выхлопных газах присутствуют N0 и N03) их окисляют, проводят колориметрию и определяют интенсивность люминесценции N02, атомы которого при озонировании находятся в возбужденном состоянии. В качестве детектора применяется фотоэлектронный усилитель.

Газоанализаторы (рис. 9.2) позволяют объективно судить о полноте сгорания топлива. Любое отклонение от нормы в работе системы зажигания или других систем двигателя приводит к снижению его эффективности и, как следствие, к изменению концентрации вредных веществ в О Г.

Рис. 9.2. Структурная схема газоанализатора ОГ для ДВС:

Определено, что при каждом пятом перебое воспламенения (пропуске зажигания) на одной свече четырехцилиндрового двигателя количество углеводорода С^Н, увеличивается со 150 до 250- 400 ppm при частоте вращения коленчатого вала 1500 мин -1 ; при полностью неработающей свече оно вырастает до 1500-2000 ppm, а количество кислорода в ОГ увеличивается с 1 до 6-7%. Как правило, свечи начинают выходить из строя при холостом ходе. Поэтому при пропусках зажигания уменьшается доля СО и С0 2 , а доля 0 2 возрастает. Если при увеличении частоты вращения вала двигателя до 1500-1700 мин -1 характеристика восстанавливается полностью, то необходимо проверить свечи. При неработающей форсунке СН будет в норме, а количество кислорода в ОГ увеличится до 6-7%.

Таким образом, состав отработавших газов является обобщенным параметром, с помощью которого делается вывод об эффективности работы двигателя и его основных систем: механической, топливоподачи и зажигания. Правильно отрегулированные системы топливоподачи и зажигания при исправном двигателе дают минимальный выброс вредных веществ в атмосферу. Неоспоримое достоинство газоанализатора - его универсальность. Его с успехом можно применять при диагностике любых типов двигателей.

В настоящее время в связи с внедрением систем снижения токсичности и оборудованием автомобилей каталитическими нейтрализаторами двухкомпонентные газоанализаторы как диагностические приборы оказались малоэффективными. Они не дают достаточного количества объективной информации о работе двигателя, так как каталитические нейтрализаторы активно уменьшают именно концентрацию измеряемых ими продуктов сгорания - окиси углерода СО и углеводородов С /г Н,„. Современные четырехкомпонентные газоанализаторы измеряют концентрацию СО, С /г Н,„, С0 2 и 0 2 . Замеры содержания первых трех компонентов выполняются спектрометрическим методом. Концентрация кислорода определяется при помощи электрохимического датчика.

Преимущество приборов этого уровня заключается в том, что они позволяют расчетным путем определить исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Помимо этого, они дают несколько дополнительных параметров, совокупный анализ которых позволяет глубже понять характер процессов, происходящих в двигателе. Однако газоанализатор в большинстве случаев не позволяет локализовать неисправность, а лишь указывает на ее наличие.

Существенно расширить возможности применения газоанализатора можно, используя его в составе диагностических комплексов совместно с мотор-тестером.

Лучшим в своем классе является газоанализатор MGA1500 фирмы Sun. Газоанализаторы такого класса кроме измерения концентрации СО, С0 2 , 0 2 и С /г Н,„ в ОГ могут определять частоту вращения коленчатого вала двигателя, температуру масла в картере, суммарную токсичность ОГ и отображать результаты на дисплее в графическом виде, управлять режимом тестирования и вычислять коэффициент избытка воздуха по показаниям?-зонда для различных видов топлива (бензина, пропана, природного газа), осуществлять трехступенчатая очистку пробы газа. Диапазон измерения газоанализатором концентрации: СО - до 10%; С, ; Н /И - до 5000 ppm; С0 2 - до 25%; 0 2 - до 25%; диапазон рабочих температур - до -20°С; питание от сети - 220 В и от АКБ - 12 В.

Рис. 9.3.

1 - термопреобразователь; 2 - источник света; 3,5 - защитное стекло индикатора; 4 - фотоэлемент; б - измерительная камера; 7,8 - предварительные усилители; 9 - источник тока; 10 - источник питания прибора; 11 - микроЭВМ; 12 - жидкокристаллический индикатор; 13 - аналого-цифровой преобразователь; 14 - устройство коммутации; 15 - блок обработки измерительной информации

Дымомеры (рис. 9.3) предназначены для измерения дымности ОГ дизельных двигателей автомобилей. По показаниям дымомера можно определить состояние цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и частоту вращения вала дизеля, также можно распечатать результаты диагностирования на принтере, подключаемом к дымомеру.

• - ЭВМ; 2 - цифровые дисплеи; 3 - газоанализатор СпНт; 4 - пробоотборный насос; 5 - газоанализатор СО; 6 - газоанализатор N0*; 7 - вход для тариро- вочных газов

Состав выхлопных газов машин с карбюраторным двигателем обуславливается качеством поступающей в цилиндры двигателя топливо - воздушной смеси, которая характеризуется коэффициентом избытка воздуха. Коэффициент избытка воздуха  представляет собой отношение воздуха, участвующего в сгорании топлива, к теоретически необходимому его количеству.

Если в горючей смеси на 1 кг топлива приходится 15 кг воздуха, то смесь называют нормальной. В этом случае =1, смесь сгорает полностью с образованием двух компонентов: углекислого газа СО 2 и водяного пара Н 2 О.

Если в горючей смеси на 1 кг. топлива приходится свыше 15 кг, но не более 17 кг воздуха, то ее называют обедненной (=1,05…1,15), при содержании же воздуха свыше 17 кг - бедной (=1,2…1,25).

Горючую смесь, содержащую меньше 15 кг, но не менее 12 кг воздуха на 1 кг топлива, называют обогащенной (=0,8…0,95), а при содержании воздуха менее 12 кг - богатой (=0,4…0,7)

Оптимальное значение  находится в интервале 0,9 -1,1 наиболее экономичная работа двигателя достигается на обедненной смеси. При 0,9 или 1,1 образуются продукты неполного сгорания топлива: окись углерода СО и углеводороды СН.

ГОСТ 17.2.2.03 обязывает проводить проверку концентрации СО и СН в отработавших газах на двух режимах холостого хода: при минимальной и максимальной частоте вращения коленчатого вала. На практике регулируют подачу топлива в двигатель в этих пределах в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и режимов нагрузки двигателя.

4.7.2. Назначение и технические данные газоанализатора

102 Фа -01м.

Газоанализатор предназначен для контроля технического состояния карбюраторного двигателя: для отбора,транспортирования и подготовки отработавших газов двигателя с последующим измерением объемной доли окиси углерода СО и углеводородов СН в подготовленной газовой пробе и измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Табл.12.3. Технические данные газоанализатора

4.7.3. Устройство и работа газоанализатора

В основу принципа действия газоанализатора положен оптико-абсорбционный метод, основанный на измерении поглощения инфракрасной (ИК) энергии излучения анализируемым компонентом. Степень поглощения ИК-энергии излучения зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения. Это обуславливает возможность избирательного анализа газов.

Сущность метода заключается в следующем: если поочередно пропускать поток монохроматического ИК - излучения, полученный за счет прохождения им интерференционного фильтра, через кювету с анализируемой газовой смесью и без нее, то на приемнике излучения будет регистрироваться переменный сигнал, который несет информацию о количестве ИК-энергии, поглощенной анализируемым компонентом и, следовательно, о концентрации анализируемого компонента.

Для одновременного анализа двух компонентов (СО и СН) оптическая схема содержит два интерференционных фильтра.

На рис. 12.4 представлена блок - схема газоанализатора. Он состоит из двух излучателей 16, создающих два несущих информацию о концентрации потока энергии (потоки энергии попадают в кюветы 12 и 13, имеющие измерительный и сравнительный каналы); обтюратора 8, вращающегося от электродвигателя 11; интерференционных фильтров 9 и 10 определенной длины волны; фоконов 7 с приемниками ИК излучения 6, предварительного усилителя 5; блока вторичной обработки информации 4, сигнал с которого поступает на блок коррекции 3 и далее на плату индикации и управления 2; блока питания 14; датчиков положения обтюратора 15; датчика тахометра, сигнал с которого поступает на плату измерения тахометра 3.

В одном из положений обтюраторов поток ИК излучения от излучателей 16, пройдя измерительные каналы кювет, интерференционные фильтры 9 и10, фоконы 7, попадает на приемники ИК -излучения 6, где преобразуется в электрические сигналы, поступающие на предварительные усилители 5, а затем в блок вторичной обработки информации 4.

В другом положении обтюратора поток ИК излучения от излучателей проделывает тот же путь, только проходит сравнительные каналы кювет 12,13. Положение обтюратора 8 регистрируется датчиком положения 15.

Электрические сигналы с выхода приемников ИК излучения, представляющих собой пироэлектрические приемники, усиливаются в предварительных усилителях и преобразуются блоком вторичной обработки информации в сигналы, поступающие на блок коррекции 3, и в заключение на плату индикации и управления.

Рис.12.4. Блок-схема газоанализатора 102 ФА-01М

1-датчик тахометра; 2-плата индикации и управления; 3-блок коррекции СО, СН и плата измерения тахометра; 4-блок ВОИ; 5-предварительный усилитель; 6-приемник ИК излучения (2шт); 7-фокон (2шт); 8-обтюратор; 9-интерференционный фильтр канала СО; 10-интерференционный фильтр канала СН; 11-электодвигатель;12-кювета канала СО; 13-кювета канала СН; 14-блок питания; 15-датчик положения обтюратора; 16-излучатель (2 шт.)

Для исключения влияния дестабилизирующих факторов, изменяющих чувствительность газоанализатора, применено устройство стабилизации этого сигнала путем воздействия на коэффициент усиления измерительного тракта.

Особенности организации процессов горения топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) обусловливают образование вредных веществ, которые выбрасываются вместе с отработавшими газами (ОГ) в окружающую среду и оказывают вредное воздействие на атмосферу, почву, воду, растения, животных и людей.

В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива должны были бы образовываться только продукты полного сгорания топлива: диоксид углерода (СОД и вода (Н 2 0). Практически же вследствие физико-химических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав ОГ очень сложный и включает более 1000 токсичных соединений, большую часть из которых представляют различные углеводороды. Ввиду такого многообразия и сложности идентификации отдельных соединений к рассмотрению обычно принимаются компоненты или их группы, составляющие основную часть ОГ (табл. 3.1).

Вредных выбросов у бензиновых ДВС в расчете на единицу полезной работы больше, чем у дизелей, в 2...4 раза по массе и в 1,5...2 раза по эквивалентной токсичности. Как видно из табл. 3.1, состав ОГ рассматриваемых типов ДВС существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания - оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи. Различие в составе ОГ бензиновых и дизельных ДВС объясняется большим коэффициентом избытка воздуха и лучшим распыли-ванием топлива в дизельных ДВС.

Таблица 3.1

Ориентировочный состав отработавших газов карбюраторных

и дизельных двигателей

	Концентрация по объему, %
Компонент	Бензиновый двигатель	Дизельный двигатель	Примечание
			Нетоксичный
			Нетоксичный
Водяной пар			Нетоксичный
			Малотоксичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
вОд., мг/м 3			Токсичный
Соединения свинца, мг/м 3			Токсичный
С (сажа), г/м 3			Токсичный
Бенз(а)пирен, мкг/м 3			Токсичный

Однако дизельные ДВС характеризуются высокой дымностью ОГ. Значение дымности ОГ зависит от содержания в них различных веществ: паров воды, несгоревших частиц масла и топлива, твердых частиц. Белый дым соответствует холодному пуску и малым нагрузкам двигателя. Он содержит в основном углеводороды и водяные пары. Черный дым наблюдается при больших нагрузках двигателя и содержит твердые частицы, в основном сажу. Наличие сажи объясняется тем, что, несмотря на сравнительно большой избыток воздуха в камере сгорания дизеля, происходит местное переобогащение смеси в различных участках объема камеры. Это способствует образованию частиц сажи, которые в основном сгорают в цилиндре дизеля, однако около 1 % этих частиц выбрасывается в атмосферу.

В состав ОГ входят вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота), продукты неполного сгорания топлива (несгоревшие углеводороды, окись углерода, спирты, кетоны, кислоты, перекиси, сернистый ангидрид, частицы сажи, продукты конденсации и полимеризации), а также продукты сгорания смазочного масла, вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу, и твердые частицы, в частности из материала конструкции двигателя (Ее, N1, Си, Сп, Сг).

Сущность явления токсичности определяется количественной характеристикой взаимоотношений между химическими компонентами внешней среды и организмом человека. Токсичность веществ - это мера несовместимости веществ с жизнью организма. Опасность вещества - это вероятность возникновения и развития отравления в реальных условиях.

Сгорание топлива в цилиндрах ДВС сопровождается образованием большого количества различных токсичных веществ, которые состоят из продуктов неполного сгорания и термического разложения углеводородов топлива, оксидов азота, соединений серы и свинца.

Доказано, что продукты сгорания топлива накапливаются в воде, растениях, на сооружениях, в почве. В воздухе они могут превращаться в другие, более токсичные, чем исходные продукты. При высоком содержании в малоподвижной и влажной атмосфере N02, 0 3 и С„Н т возникает туман коричневого цвета, который получил название «смог». Смог является смесью жидких и газообразных компонентов, он раздражает глаза и слизистые оболочки, ухудшает видимость на дорогах.

Характеристика отдельных компонентов ОГ и их воздействие на организм человека описаны в табл. 3.2.

Установлено, что в кабинах автомобилей и тракторов концентрация вредных веществ может в несколько раз превышать предельно допустимые нормы и отрицательно сказываться на здоровье работающих. Загрязнения отрицательно сказываются на продуктивности животноводства, урожайности сельскохозяйственных культур, качестве продукции.

Оксиды азота. Если температура в цилиндре превышает 1500 К, то азот и кислород воздуха вступают в химическое взаимодействие по цепному механизму:

N2 + О N0 + О + 136 кДжДК моль).

Воздействие отдельных компонентов ОГ на человека

Компонент	Характеристика компонента	Воздействие на организм человека
Оксиды азота (NO a .)	N0(95...98% всего объема) - бесцветный газ, очень плохо растворяющийся в воде; N02 (2...5 % всего объема) - газ красновато-бурого цвета с характерным запахом (плотность по воздуху 1,58)	Взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотную кислоту, разрушающую легочную ткань и вызывающую хронические заболевания. Концентрация N0,. в воздухе, равная 0,0001... ...0,0003 %, воспринимается по запаху, 0,0013 % - раздражает слизистую оболочку носа и глаз, 0,004...0,008 % -приводити отеку легких. Вызывают необратимые изменения в сердечнососудистой и нервной системах, в соединении с углеводородами образуют токсичные нитроолефины. Воздействие NО т на организм человека ничем не нейтрализуется
Окись углерода (СО)	Бесцветный газ без запаха и вкуса, очень плохо растворим в воде, плотность по воздуху 0,97, горюч, с воздухом образует взрывчатые смеси, значительно активнее кислорода в соединении с гемоглобином крови (более чем в 200 раз)	Вытесняя кислород из крови, нарушает перенос кислорода от легких к тканям. При этом наступает кислородное голодание, удушье. Если концентрация СО мала, то появляются субъективные ощущения: голова становится «тяжелой», сильная боль во лбу, висках, в глазах - «туман», в висках - ощущение пульсации. В дальнейшем - головокружение, шум в ушах, чувство слабости, рвота, учащается пульс, равнодушие, сонливость и потеря сознания. Воздействие СО зависит от ее концентрации в воздухе: 0,01 % - хроническое отравление при длительном пребывании, 0,05 % - слабое отравление через 1 ч, 1 % - потеря сознания через несколько вдохов. Концентрация около 0,01 % характерна для работы водителей в помещениях с ограниченным воздухообменом

Проверка токсичности и дымности отработавших газов двигателей

Углеводороды	Ароматические углеводороды, обладают сильными отравляющими свойствами, воздействуют на процессы кроветворения, деятельность центральной нервной и мышечной системы	Наибольшую опасность представляют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), включая бенз(ос)пи-рен (БП, С 2 оН 12). Они не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей
Альдегиды (формальдегид, акролеин)	Органические соединения, содержащие альдегидную группу СНО. Как правило, это бесцветная жидкость или газ с резким неприятным запахом	Вредно действуют на нервную систему и органы дыхания человека. Сильное раздражение слизистых оболочек носа и глаз наступает при концентрации формальдегида 0,18 %. Акролеин более ядовит и уже при концентрации 0,002 % вызывает сильное раздражение слизистых оболочек
	Твердый продукт, содержащий в основном углерод, а также 1...3 % (по массе) водорода	Частицы сажи засоряют дыхательные пути, вызывают хронические заболевания носоглотки и легких. Относительно крупные частицы сажи (размером более 10 мкм) задерживаются в верхних дыхательных путях и легко выводятся из организма, мелкие (0,1..Л0,0 мкм) задерживаются в легких и вызывают аллергию дыхательных путей. Токсичные свойства сажи обусловлены присутствием на ней адсорбированных канцерогенных ПАУ

3.1. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Определяющей является верхняя реакция, скорость которой зависит от концентрации атомарного кислорода. При сгорании в цилиндрах ДВС образуется главным образом оксид азота N0.

В двигателе с искровым зажиганием окисление азота и образование N0 происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания, где в результате Махе-эффекта достигаются наивысшие температуры. Образование N0 сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода.

При сгорании в дизеле образование N0 определяется локальным составом смеси и температурой. Наибольшее количество N0 образуется в тех зонах заряда дизеля, которые сгорают первыми и имеют наибольшее время пребывания при температуре выше 2200 К.

Выход N0 зависит и от скорости охлаждения продуктов сгорания. Установлено, что при а > 1 (а - коэффициент избытка воздуха) в процессе расширения, когда температура газов в цилиндре уменьшается, концентрация оксида азота не снижается до равновесной, а остается на уровне максимальной, т.е. имеет место так называемая «закалка». При работе двигателя с искровым зажиганием при а

Оксид углерода. Оксид углерода образуется во время сгорания при недостатке кислорода, в ходе холоднопламенных реакций в дизелях или при диссоциации С0 2 (главным образом в двигателях с искровым зажиганием). При нормальной эксплуатации концентрация СО в дизелях невелика (не более 0,1...0,2 %).

В двигателях с искровым зажиганием основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО. Значительное количество СО образуется в режимах холостого хода и максимальной мощности, когда коэффициент избытка воздуха находится в пределах 0,5...0,9.

Углеводороды. Углеводороды состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Они появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в «защемленных» объемах, находящихся в вытеснителях и в зазоре между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

В дизелях углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где происходит пиролиз молекул топлива (распад молекул топлива под действием высоких температур при отсутствии химических реагентов). Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то углеводороды окажутся в составе ОГ. Углеводороды могут выбрасываться в атмосферу также вследствие пропусков воспламенения, негерме-тичности выпускного клапана или системы вентиляции картера, а также из-за испарения бензина в топливном баке и карбюраторе.

В ряде работ (например: Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и транспортных дизелей / А.Р. Кульчицкий. М.: Академический проект, 2004) утверждается, что значительная часть С„Н, П выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндра (абсорбция). На такте расширения парциальное давление паров топлива в заряде снижается практически до нуля и происходит их выделение из пленки (десорбция). Аналогичный эффект вызывается также нагаром на поверхности камеры сгорания.

Количество различных углеводородов, входящих в группу токсичных веществ, превышает 200. В тех концентрациях, в которых С„Н т содержится в воздухе даже в зонах с самым интенсивным движением автотранспорта, они не приносят значительного вреда здоровью человека, однако могут вызывать реакции, которые ведут к образованию соединений, вредных даже при незначительной их концентрации. Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с оксидами азота, образуя биологически активные вещества, которые вызывают появление смога и раздражающе действуют на органы дыхательных путей.

Особое значение имеют выбросы бензола, толуола, ПАУ и в первую очередь бенз(а)пирена. Эта группа высокотоксичных веществ образуется в результате пиролиза (разложения) легких и средних фракций топлива при температуре 600...700 К. Такие условия возникают во время рабочего хода в цилиндре вблизи его холодных поверхностей при наличии там несгоревших углеводородов. Количество ПАУ в ОГ тем больше, чем выше концентрация в топливе бензола.

Сажа. Сажа образуется при температуре выше 1500 К в результате объемного процесса термического разложения (пиролиза) топлива при сильном недостатке кислорода. Формально реакция пиролиза выражается уравнением

С„Н т пС + 1/2тН 2 .

Сажа начинает образовываться при а

В двигателях с искровым зажиганием концентрационные пределы воспламенения смеси не совпадают с указанными пределами начала образования сажи, поэтому содержание сажи в ОГ двигателей с искровым зажиганием незначительно.

В дизелях вследствие неоднородности состава смеси в цилиндрах преобладает так называемое диффузионное сгорание, при котором скорость горения в основном лимитируется не скоростью химических реакций, а скоростью смешения (диффузии) паров топлива в воздухе. В результате этого в цилиндре дизеля имеют место зоны с богатой, стехиометрической и бедной смесью. В зонах с богатой смесью при диффузионном догорании и малом доступе кислорода создаются благоприятные для пиролиза условия. Большая часть частиц сажи имеет размеры 0,4...5 мкм. Концентрация частиц сажи в ОГ зависит и от выгорания ее в процессе расширения, когда к частицам поступает кислород. Наличие сажи в ОГ обусловливает черный дым на выпуске.

Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также аэрозолей масла и несгоревшего топлива. Кроме того, в ОГ могут находиться продукты износа цилиндра. Все вещества, которые оседают на специальном фильтре при прохождении через него ОГ, получили общее название - «частицы».

До недавнего времени считалось, что бензиновые двигатели более токсичны, чем дизельные, однако применение неэтилированных бензинов и микропроцессорной техники, регулирующей подачу топлива, позволило значительно снизить выброс токсичных веществ и повысить их экономичность.

Для контроля содержания в ОГ вредных компонентов выпускаются анализаторы, основанные на оптических методах анализа. Принцип их действия заключается в избирательном поглощении компонентами ОГ лучистой радиации в инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой областях спектра. Концентрация компонента определяется пропорционально степени поглощения лучистой радиации.

Для определения содержания в ОГ оксидов азота, оксида углерода и углеводородов выпускаются газоанализаторы ГИАМ-27-02(04), ГАИ-1, ГЛ-1121, основанные на прямом поглощении инфракрасного (ИК) излучения пробой исследуемого газа. Трубка пробозаборника газоанализатора устанавливается в выхлопную трубу автомобиля с прогретым двигателем. Отработавшие газы просасываются через фильтры и поступают в рабочую кювету оптического блока.

Для непрерывного измерения концентрации СО, С0 2 , С„Н т, N0* в отработавших газах выпускаются газоаналитические системы АСГА-Т, ЕМЕИАС-2000.

Разработано несколько методов определения дымности ОГ, которые основаны на степени поглощения светового потока столбом газа заданной длины (СИДА-107 «Атлас», «Хартридж», «Вольво») либо фильтрации определенного объема ОГ с последующим определением степени отражения света поверхностью фильтра, покрытого сажей (ИД-1, «Бош», ЕМЕ11АС-2000).

Для определения содержания частиц ОГ при сертификационных испытаниях применяется так называемый разбавительный туннель.

Отработавшие газы из дизеля направляются в туннель, одна сторона которого через воздушный фильтр связана с атмосферой, а другая подсоединена к пробоотборнику постоянного объема. Отработавшие газы разбавляются теплым воздухом (20...30 °С) для того, чтобы избежать конденсации водяных паров, содержащихся в ОГ до отбора пробы. Отобранная проба при постоянном расходе прокачивается через специальный стандартный фильтр; температура на входе в него должна быть не выше 52 °С, чтобы смоделировать конденсацию. Фильтрующий элемент взвешивается с высокой точностью до и после отбора пробы. По разности показаний весов определяется содержание частиц в пробе. После учета соотношения расходов через туннель и фильтр определяется общий выброс частиц.

В настоящее время разработаны стандарты и правила, устанавливающие предельно допустимые нормы выброса СО, СН и N0*. Кроме того, для дизелей установлены нормы на допустимую дымность ОГ. В последнее время от нормирования дымности ОГ многие страны перешли к нормированию содержания в них частиц.

Нормы на допустимые токсичные выбросы с ОГ устанавливаются исходя из условий обеспечения санитарных норм на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере на улицах городов с интенсивным движением автомобилей. С ростом автомобильного парка вводятся все более жесткие нормы.

Нормирование токсичности ОГ является главным стимулом к созданию тракторов и автомобилей с требуемыми экологическими показателями.

Впервые нормирование токсичности ОГ и картерных газов было введено в 1959 г., в штате Калифорния (США). В 1968 г. на его основе утвержден Государственный (федеральный) стандарт. С 1970 г. Европейской экономической комиссией ООН рекомендованы единые для государств Европы Правила оценки токсичности ОГ и картерных газов (Правила № 15 и № 49). С 2000 г.

в странах Европейского экономического сообщества должны выполняться Правила № 83.03, № 49 и № 24. В нашей стране нормирование токсичности ОГ началось в 1970 г. (ГОСТ 16533-70).

В настоящее время существуют разные стандарты, разработанные для США, Европы и Японии, представляющих собой регионы с наиболее жестким нормированием выбросов. Эти стандарты постоянно совершенствуются, а нормы становятся все более жесткими. При этом сформировалась четкая тенденция приближения европейских стандартов к стандартам США, а наши стандарты уже сейчас во многом идентичны Правилам № 83.03 ЕЭК ООН, предусматривающим пять типов испытаний.

В табл. 3.3 приведены европейские нормы на выбросы токсичных веществ и дымности ОГ согласно Правилам ЕЭК ООН № 49 и ЕВС/ЕШ, ОСТ 37.001.234-81, а также (справочно) фактические выбросы автомобилей КамАЗ и МАЗ согласно приведенным замерам.

Таблица 3.3

Выброс загрязняющих веществ дизельными двигателями

ЕШЮ-З (с 2000 г.)
ЕШЮ-4 (с 2005 г.)
ЕШЮ-5 (с 2010 г.)
ОСТ 37.001.234-81
Фактические выбросы
КамАЗ, МАЗ

Снижение токсичности ОГ до допустимых пределов представляет собой сложную научно-техническую задачу, при решении которой большое значение имеет стоимость тех или иных мероприятий, а также необходимость обеспечения сохранения высоких экономических, энергетических и других показателей двигателей.

Исторически снижение токсичности ОГ осуществлялось в первую очередь путем совершенствования традиционных процессов смесеобразования и сгорания при одновременной оптимизации управления двигателем (регулировались состав смеси и угол опережения зажигания). Практика показала, что достичь при этом уровня токсичности ОГ, требуемого законодательством развитых стран, нельзя.

Поэтому широкое применение получил второй путь - нейтрализация ОГ (СО, С„Н т, N0*) в системе выпуска до выброса их в атмосферу.

Использование этих двух путей не позволяет устранить выбросы соединений свинца, 80 2 и ПАУ. Это вызывает необходимость использовать третий путь - ограничение содержания в топливе свинца, серы и ароматических углеводородов. Например, по действующим в нашей стране стандартам в этилированных бензинах Н-80 и АИ-92 содержание свинца не должно превышать 0,17 и 0,37 г/дм 3 соответственно, а в неэтилированном бензине свинец практически отсутствует (менее 0,013 г/дм 3). В дизтопливе допускается содержание серы по массе не более 0,20...0,05 %. Уменьшение содержания в бензинах ароматических углеводородов обеспечивает снижение выбросов бензола и ПАУ. Разрешенное содержание свинца, серы и ароматических углеводородов в топливах для ДВС постоянно уменьшается.

Четвертый путь снижения вредных выбросов с ОГ связан с улучшением топливной экономичности двигателей (снижением расхода углеводородного топлива) или с переходом на альтернативные виды топлива, в том числе не содержащие углерод (например, водород).

Перевод двигателей на питание сжатым природным газом дает заметный экологический эффект из-за значительного отличия элементного состава природного газа и бензина. Например, при испытаниях в среднем регистрируется выброс СО в 2 раза, С„Н т - на 15...40 %,Ж) Х - на 15 % меньше норм по ОСТ 37.001.054-86. Одновременно при работе на сжатом газе регистрируется меньший выброс С0 2 и отсутствие тяжелых углеводородов. Опыт показывает, что оптимизация состава смеси и угла опережения зажигания не дает возможности при работе на газе выполнить нормы ЕШЮ-2.

Для снижения токсичности ОГ используется большое количество различных мероприятий, включая применение специальных антитоксичных устройств и систем. Выбор той или иной стратегии зависит от уровня токсичности ОГ, который требуется обеспечить. Другими словами, все зависит от законодательных норм на допустимые выбросы токсичных веществ, которые необходимо выполнять.

• Продукты сгорания первых порций смеси, расположенных вблизи свечи зажигания, подвергаются адиабатному сжатию в результате повышения давления при сгорании остальной массы смеси. Вследствие этого в начальной зоне горения имеют место повышенные значения температуры по сравнению с их значениями в остальной массе заряда. Это различие температур в камере сгорания двигателя с искровым зажиганием называется Махе-эффектом.