Оборудование для контроля токсичности отработавших газов автомобилей. Нормативы, методика замера.

Автомобильный газоанализатор — устройство для контроля токсичности выхлопных газов всех видов транспортных средств, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.

Методы измерения:

— Выпускная система автомобиля должна быть исправна (определяется внешним осмотром)

— Пред измерением двигатель должен быть прогрет не ниже рабочей температуры охлаждающей жидкости (или моторного масла для двигателей воздушного охлаждения), указанной в руководстве по эксплуатации автомобиля.

— Средства измерения (газоанализаторы, тахометры) должны соответствовать требованиям настоящего стандарта

— Средства измерения должны быть проверены в соответствии с ГОСТ 8.513-84

Последовательность измерений:

1) установить рычаг переключения передач (избиратель скорости для автомобилей с автоматической коробкой передач) в нейтральное положение;

2) затормозить автомобиль стояночным тормозом;

3)заглушить двигатель (при его работе);

4) открыть капот двигателя;

5) подключить тахометр;

6) установить пробоотборный зонд газоанализатора в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от среза (при косом срезе выпускной трубы глубина отсчитывается от короткой кромки среза);

7) полностью открыть воздушную заслонку карбюратора;

8) запустить двигатель;

9) увеличить частоту вращения вала двигателя до n_ном и проработать на этом режиме не менее 15 с;

10) установить минимальную частоту вращения вала двигателя и, не ранее чем через 20 с, измерить содержание окиси углерода и углеводородов;

11) установить повышенную частоту вращения вала двигателя, равную n_ном не ранее чем через 30 с, измерить содержание окиси углерода и углеводородов

Оборудование для контроля дымности отработавших газов автомобилей. Нормативы, методика, замеры.

Стендовые дымомеры:

Дымомеры служат для измерения и контроля дымности отработавших газов автомобилей и других транспортных средств. Стендовые дымомеры МЕТА-01МП 0.43 и МЕТА-01МП 0.43 Т — это удобные и надежные приборы высокой точности, оснащенные многофункциональным пультом управления, буквенно-цифровым дисплеем для отображения результатов, переносным оптическим блоком с автономным аккумулятором. Встроенные часы реального времени позволяют отображать в протоколах измерения текущую дату и время. Внутренняя память способна сохранять до 40 результатов одиночных измерений дымности с возможностью вывода их на печатное устройство.

МЕТА-01МП 0.43 рекомендован для измерения дымности тракторов и подобных транспортных средств.

МЕТА-01МП 0.43 Т оптимально подходит для работы с дизельными двигателями тепловозов, морских и речных судов, а также сельскохозяйственных машин. Эта модель отличается возможностью фиксации условий измерения (атмосферного давления и температуры воздуха) и может хранить результаты измерения дымности в пяти режимах работы дизеля.

Портативные дымомеры:

Портативные дымомеры позволяют измерять и контролировать дымность с безопасного расстояния благодаря наличию датчика с телескопической рукояткой. Портативные дымомеры МЕТА — безопасные и удобные приборы, обеспечивающие высокую точность результатов. Автоматическое измерение дымности проводится в соответствии с методиками ГОСТ Р 52160-2003, ГОСТ 21393/ОСТ 10.0060, ГОСТ 17.2.2.02.

1. НОРМЫ:

1.1. Нормируемым параметром дымности является оптическая плотность отработавших газов. Определение оптической плотности — по ГОСТ 17.2.2.01-84.

1.2. Дымность автомобилей не должна превышать норм, указанных в таблице.

(Измененная редакция, Изм. № 1). 1.3. (Исключен, Изм. № 1).

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 проведением измерений двигатель должен быть прогрет до температуры охлаждающей жидкости или моторного масла (для двигателей с воздушным охлаждением), при которой разрешается начинать движение автомобиля.

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.

2.1.1 — 2.1.3 (Измененная редакция, Изм. № 1)

2.1.4. (Исключен, Изм. № 1).

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 проверен.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.3. Проведение измерений

2.3.1. Прибор следует подключить к выпускной системе автомобиля и нажатием педали подачи топлива установить максимальную частоту вращения вала дизеля. Продолжительность работы на данном режиме должна обеспечивать температуру отработавших газов, входящих в прибор, соответствующую требованиям инструкции по эксплуатации прибора. После этого отпустить педаль.

2.3.2. Измерение на режиме свободного ускорения следует производить при 10-кратном повторении цикла частоты вращения вала дизеля от минимальной до максимальной быстрым, но плавным нажатием педали подачи топлива до упора с интервалом не более 15 секунд. Замер показателей следует производить при последних четырех циклах по максимальному отклонению стрелки прибора.

За результат измерения дымности принимают среднее арифметическое значение по четырем циклам. Измерения считают точными, если разность в показаниях дымности последних четырех циклов не превышает 6 единиц измерения по шкале прибора.

2.3.3. Измерение в режиме максимальной частоты вращения следует проводить при стабилизации показаний прибора (размах колебаний стрелки прибора не должен превышать 6 единиц измерения по шкале прибора) не позднее чем через 60 с после измерений по п.2.3.2.

За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение от крайних значений диапазона допустимых колебаний.

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

2.3.2-2.3.4. (Измененная редакция, Изм. № 1).

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).

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 12.1.005-76.

3.2. Уровень шума в зоне проведения измерений — по ГОСТ 12.1.003-83.

3.3. Уровень вибрации в зоне проведения измерений — по ГОСТ 12.1.012-78.

3.4. При проведении измерений должны быть приняты необходимые меры, исключающие самопроизвольное движение автомобиля. Разд. 3 (Введен дополнительно, Изм. № 1).

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Приборы для измерения концентрации токсичных веществ в отработавших газах

Для проверки концентрации токсичности веществ в отработавших газах применяют многокомпонентные газоанализаторы, а для проверки дымности – дымомеры. Вот о том, какие используются приборы для измерения концентрации токсичных веществ в отработавших газах, мы и поговорим в этой статье.

Для автомобилей с бензиновыми двигате­лями, количество газообразных токсичных веществ в пробах вычисляется исходя из кон­центрации токсичных веществ в пробах отра­ботавших газов и воздуха разбавления. Стан­дартная процедура для этой цели (см. табл. «Методики испытаний» ) определена нормами контроля токсичности отработавших газов.

В основном, для измерения концентраций газообразных токсичных веществ в отрабо­тавших газах автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями используется одни и те же измерительные приборы. Однако в отношении измерения концентрации углеводо­родов (НС) имеют место некоторые различия. Анализу подвергается не содержимое мешков для сбора проб, а часть непрерывного потока разбавленных отработавших газов. Затем к по­лученному значению прибавляется концентра­ция, измеренная в ходе дорожных испытаний. Причина такого подхода заключается в том, что углеводороды (имеющие высокую темпера­туру кипения) конденсируются в (не нагретом) мешке для сбора проб отработавших газов.

В исследовательских целях на многих ис­пытательных стендах установлены системы непрерывного измерения концентраций токсичных веществ в системе выпуска от­работавших газов автомобиля или в системе разбавления отработавших газов. Это необ­ходимо для получения данных о тех или иных подлежащих контролю компонентах, а также компонентах, на которые требования норм не распространяются. Для этого требуется ис­пользовать методы испытаний, не указанные в табл. «Методики испытаний» , например:

• Парамагнитный метод (для измерения кон­центрации O₂);
• Детектор Cutter FID: комбинация пламенно­ионизационного детектора и поглотителя неметановых углеводородов (для измере­ния концентрации СН₄);
• Массовая спектроскопия (многокомпо­нентный анализатор);
• FTIR-спектроскопия (инфракрасная спек­троскопия с преобразованием Фурье, многокомпонентный анализатор);
• Инфракрасная лазерная спектроскопия (многокомпонентный анализатор).

Ниже приведены описания некоторых изме­рительных приборов.

NDIR-анализатор

NDIR-анализатор (недисперсионный инфра­красный анализатор) использует свойство некоторых газов поглощать инфракрасное из­лучение в узком диапазоне длин волн. Погло­щенное излучение преобразуется в энергию колебаний или вращения молекул поглощаю­щего вещества. В свою очередь эту энергию можно измерить, как тепловую энергию. Вы­шеописанное явление относится к веществам, молекулы которого состоят из атомов как ми­нимум двух различных элементов, например, СО, СO₂, С₆Н₁₄ или SO₂.

Существует несколько вариантов NDIR- анализаторов; основными компонентами яв­ляются источник инфракрасного излучения (рис. «Измерительная камера анализатор NDIR» ), поглощающая ячейка (кювета), че­рез которую проходит газ, эталонная ячейка, обычно расположенная параллельно по­глощающей ячейке (заполненная инертным газом, например, N₂), вращающийся преры­ватель и детектор. Детектор состоит из двух камер, соединенных мембраной и содержа­щих образцы анализируемых газов. Излуче­ние из эталонной ячейки поглощается в одной камере детектора, а из кюветы — в другой.

Интенсивность излучения из кюветы может быть снижена за счет поглощения испытуе­мым газом. Разность энергий излучения вы­зывает возникновение потока, который может быть измерен датчиком потока или датчиком давления. Вращающийся прерыватель преры­вает инфракрасное излучение, что вызывает изменение направления потока и, следова­тельно, модуляцию сигнала датчика.

NDIR-анализаторы очень чувствительны к присутствию в анализируемом газе влаги, по­скольку молекулы Н₂O поглощают инфракрас­ное излучение в широком диапазоне длин волн. По этой причине NDIR-анализаторы располага­ются после системы обработки газа (например, газоохладителя), служащей для осушения от­работавших газов, если выполняются измере­ния неразбавленных отработавших газов.

Хемилюминесцентный детектор (CLD)

В реакционной камере испытуемый газ смеши­вается с озоном, производимым из кислорода посредством электрического разряда (рис. «Конструкция хемилюминесцентного детектора (CLD)» ). В этой среде оксид азота, содержащийся в ис­пытуемом газе, окисляется до диоксида азота. Некоторые из вновь образовавшихся молекул находятся в возбужденном состоянии. Когда эти молекулы возвращаются в исходное со­стояние, происходит высвобождение энергии в виде света (хемилюминесценция). Величина излученной световой энергии измеряется де­тектором (например, фотоумножителем). При определенных условиях величина этой энергии пропорциональна концентрации оксида азота (NO) в испытуемом газе.

Поскольку стандарт устанавливает общее предельное содержание оксидов азота в отрабо­тавших газах, требуется определять количество молекул NO и NO₂. Однако, т.к. принцип действия хемилюминесцентного детектора ограничивает область его применения измерением только концентрации NO, испытуемый газ пропускается через преобразователь, в котором диоксид азота восстанавливается до оксида азота.

Пламенно-ионизационный детектор (FID)

Испытуемый газ сжигается в пламени водо­рода (см. рис. «Конструкция пламенно-ионизационного детектора (FID)» ), в результате чего образуются углеродные радикалы, некоторые из которых временно ионизируются. Ионизированные радикалы разряжаются на электроде коллек­тора. Величина возникающего при этом элек­трического тока пропорциональна количеству атомов углерода в испытуемом газе.

Детекторы GC FID и Cutter FID

Существуют два основных метода измерения концентрации метана в испытуемом газе Оба метода включают использование комби­нации сепаратора метана (СН₄) и пламене-­ионизационного детектора. Для сепарирова­ния метана используется хроматографическая колонка (GC FID), или нагреваемый каталитиче­ский нейтрализатор, окисляющий отличные от метана углеводороды.

В отличие от детектора cutter FID, детектор GC FID может определять концентрацию СН₄ только в прерывистом режиме (типичные ин­тервалы между измерениями составляют от 30 до 45 секунд).

Парамагнитный детектор (PMD)

Существуют различные конструкции пара­магнитных детекторов (в зависимости от из­готовителя). Принцип действия этих детекто­ров заключается в том, что в неоднородных магнитных полях вещества с парамагнитными свойствами (такого как кислород) воздей­ствуют на молекулы. Возникающие при этом силы вызывают движение молекул. Это дви­жение регистрируется специальным детекто­ром и его интенсивность пропорциональна концентрации молекул в испытуемом газе.

Измерение содержания твердых частиц

Кроме измерения концентрации газообразных токсичных веществ, измеряется содержание в отработавших газах твердых частиц, поскольку они также являются загрязняющими агентами, содержание которых ограничивается нормами. В настоящее время законодательство предпи­сывает использование для измерения содержа­ния твердых частиц гравиметрического метода.

Гравиметрический метод (с использованием фильтра твердых частиц)

Часть разбавленных отработавших газов от­бирается из канала разбавления во время дорожных испытаний и пропускается через фильтры твердых частиц. Количество твер­дых частиц в отработавших газах (нагрузка фильтров) вычисляется, как разность весов фильтров твердых частиц до испытания и по­сле него. Затем содержание твердых частиц, произведенных во время испытания, вычис­ляется, исходя из нагрузки фильтров, общего объема разбавленных отработавших газов и частичного объема отработавших газов, про­шедших через фильтры твердых частиц.

Гравиметрический метод имеет следую­щие недостатки:

• Относительно высокий предел детектиро­вания, который можно только в ограничен­ной степени снизить, при помощи сложных измерительных приборов, а также путем оптимизации геометрии канала;
• Невозможность непрерывного измерения содержания твердых частиц;
• Необходимость в сложном кондициониро­вании фильтров твердых частиц с целью сведения к минимуму влияния окружаю­щей среды;
• Невозможность определения химического состава и размеров твердых частиц.

Подсчет количества твердых частиц

В связи с вышеуказанными недостатками гравиметрического метода и с целью сниже­ния предельных значений, некоторые законо­датели в будущем также ограничат не только массу, но и количество твердых частиц.

В качестве устройства для подсчета ко­личества твердых частиц в соответствии со стандартом был заявлен «Конденсационный счетчик твердых частиц» (СРС). В этом счет­чике небольшая часть потока разбавленных отработавших газов (аэрозоль) смешивается с насыщенными парами бутанола. Конден­сация паров бутанола на твердых частицах вызывает значительное увеличение размера частиц, что дает возможность подсчитать их количество в рассеянном свете.

Количество твердых частиц в разбавлен­ных отработавших газах определяется непре­рывно. Интегрирование измеренных значе­ний позволяет получить количество твердых частиц, произведенных во время испытаний.

Определение распределения твердых частиц по размеру

В настоящее время возрастает интерес к рас­пределению твердых частиц, содержащихся в отработавших газах по размеру. Примерами устройств, позволяющих получать такие дан­ные, являются:

• Сканирующий мобильный определитель размеров частиц (SMPS);
• Электрический импактор низкого давле­ния (ELPI);
• Дифференциальный мобильный спектро­метр (DMS).

Испытания грузовых автомобилей

Измерения количества выбросов дизельных двигателей большегрузных грузовых авто­мобилей массой свыше 8500 фунтов, тре­буемые в США, начиная с 1986 модельного года, и в Европе, с вступлением силу норм Евро-4 для автомобилей массой свыше 3,5 т производится на динамических испытатель­ных стендах с использованием метода CVS (отбор проб при постоянном объеме). Од­нако, в связи с большими размерами дви­гателей, для обеспечения такой же степени разбавления отработавших газов, как для легковых и малотоннажных грузовых автомо­билей, требуется значительно более высокая производительность вентиляторов. Двойное разбавление (через вторичный канал), одо­бренное законодателем, помогает в некото­рой степени решить эту проблему.

Требуемый объемный расход разбав­ленных отработавших газов в критических условиях может быть обеспечен при помощи воздуходувки Рутса или трубки Вентури. Дру­гой возможностью является определение содержания твердых частиц в частичном по­токе разбавленных отработавших газов (при условии измерения концентраций остальных токсичных веществ в необработанных отра­ботавших газах).

Также ожидается, что с введением следую­щих, более строгих норм (например, Евро-6), для большегрузных грузовых автомобилей будут также установлены предельно допу­стимые значения количества твердых частиц.