CC BY
43
УДК 629.436.068
Ускоренные испытания
при оценке экологической надежности
карбюраторных двигателей
В. Н. Быстров, к.т.н., e-mail: [email protected]
В. А. Титов, доцент каф. «Бытовая техника», e-mail: [email protected]
Е. И. Деркач, аспирант, e-mail: [email protected]
ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Рассмотрены способы повышения экологической надежности двигателей на основе научно обоснованных, методологических принципов организации высококачественного технического сервиса автомобилей; представлен метод проведения ускоренных испытаний на динамометрическом стенде в условиях автосервисных предприятий.
The authors analyze ways to improve the environmental reliability of engine based on methodological organizational principles for high-quality technical auto service. The research introduces a new method for accelerated testing on a dynamometer desk in auto service business setting.
Ключевые слова: динамометрические испытания, выбросы токсичных и канцерогенных веществ, испытательный цикл, четырехкомпонентный газоанализатор.
Keywords: dynamometer testing, emissions of toxic and carcinogenic substances, test cycle, four-component gas analyzer.
В результате развития автомобилизации в России возросло число автомобилей различных марок, в том числе с карбюраторными двигателями. В эксплуатации находятся автомобили со сроком службы более 10 лет, которые интенсивно загрязняют атмосферу выхлопными газами, что отрицательно влияет на окружающую среду и здоровье человека.
Основными причинами повышения выбросов токсичных и канцерогенных веществ в атмосферу являются низкое качество подготовки топливной смеси, износ цилиндропоршневой группы (ЦПГ), отсутствие или отказ трехкомпонентных катализаторов для нейтрализации выхлопных газов. Снизить токсичные выбросы таких веществ в атмосферу с отработавшими газами можно следующими способами:
• обеспечением гомогенизации топливной смеси;
• созданием условий для качественного горения в цилиндре карбюраторного двигателя;
• снижением износа цилиндро-поршневой
группы с использованием избирательного переноса при трении;
• нейтрализацией токсичных веществ при выходе отработавших газов в атмосферу. Проверка эффективности этих способов может
быть осуществлена на основе анализа результатов комплексных испытаний. Методы испытаний для транспортных средств, оснащенных двигателями с принудительным зажиганием для заводов-изгото-вителей, установлены ГОСТ Р 41.83-2004 [1].
Урбанизация влечет за собой усложнение маршрутов движения автомобильного транспорта в городах, в том числе при въездах и выездах с автомагистралей, в потоках автомобилей при многочисленных остановках у светофоров, а также на узких городских улицах с припаркованными автомобилями. Это приводит к цикличному, импульсному движению автомобиля в укороченных режимах, т.е. движению с ускорением и последующим за ним торможением, с частым повторением этого цикла. При таком характере движения выбросы токсичных и канцерогенных веществ, а именно углеводородов (СН) и оксидов углерода (СО), резко возрастают. В ГОСТ Р 52033-2003 для проверки экологических параметров автомобилей при эксплуатации эти факторы не учитываются [2].
Для повышения экологической надежности двигателей необходимы научно обоснованные, методологические принципы организации высококачественного технического сервиса автомобилей, основанные на системном подходе, в соответствии с которым подготовка гомогенизированной топливной смеси, ее чистое сжигание, нейтрализация токсичных и канцерогенных компонентов выхлопных газов, состояние цилиндро-поршневой группы должны рассматриваться в комплексе. Для решения такой задачи необходимы инструментальные методы, обеспечивающие получение объективной информации.
В настоящей статье представлена методика, которая при проведении работ по повышению
Рис. 1. Цикл ускоренных испытаний на динамометрическом стенде: I - 1-я передача; II - 2-я передача; III - 3-я передача
экологической надежности автотранспортных средств в условиях автосервиса позволяет моделировать движение с ускорением и замедлением при максимально сокращенной длительности испытания. Для имитации дорожных условий, т.е. движения автомобиля с ускорением, торможением в «заторах» и «пробках», когда наблюдаются повышенные выбросы токсичных и канцерогенных веществ, разработан цикл ускоренных испытаний на динамометрическом стенде (рис. 1), что позволяет получить объективные данные.
Метод ускоренных динамометрических испытаний основан на ГОСТ Р 41.83-2004, которому соответствуют уровни скоростей при имитации (моделировании). Длительность каждого этапа (операции) испытаний зависит от времени выхода на установившийся режим и составляет ориентировочно 2 - 3 с. Число испытаний по циклу варьируется от пяти и более раз, до получения устойчивых и повторяемых результатов.
Ускоренные динамометрические испытания на стенде проводятся для определения выбросов вредных веществ при установке на двигатель автомобиля гомогенизатора, нейтрализатора и применения технологии безразборного восстановления на следующих режимах работы автомобиля (двигателя): страгивание с места и разгон до 10 км/ч; движение с постоянной скоростью 10 км/ч; переход на 2-ю передачу и разгон до 25 км/ ч; движение с постоянной скоростью 25 км/ч; переход на 3-ю передачу и разгон до 40 км/ч; движение с постоянной скоростью 40 км/ч; остановка (выбег, или выкат); страги-вание с места и разгон до 10 км/ч; движение с постоянной скоростью 10 км/ч; переход на 2-ю пере-
дачу и разгон до 25 км/ ч; движение с постоянной скоростью 25 км/ч; переход на 3-ю передачу и разгон до 50 км/ч; движение с постоянной скоростью 50 км/ч; остановка (выбег).
В соответствии с разработанным циклом ускоренных испытаний для определения экологической надежности карбюраторных двигателей на базе тормозного стенда Факом ЦЛС.700 разработан и изготовлен динамометрический стенд, оснащенный четырехкомпонентным газоанализатором «Инфракар-М». При испытаниях необходимое число точек замеров параметров с использованием газоанализатора «Инфракар-М» может быть получено за 15 с.
При испытаниях на динамометрическом стенде необходимо применять приборы, позволяющие получать действительные показания за короткий промежуток времени и соответствующее число измерений на каждом уровне скорости. Испытания по ГОСТ Р 52033-2003 допускают использование четырехкомпонентного газоанализатора, способного осуществить замеры токсичных веществ отработавших газов в выхлопной системе автомобиля при наличии трехкомпонентного нейтрализатора. Четырехканальные газоанализаторы по метрологическим характеристикам должны соответствовать приборам классов 0; I или II в соответствии с классификацией, приведенной в табл. 1, и пределами допускаемых абсолютной или относительной погрешностей измерения объемной доли компонентов (табл. 2) [2].
Четырехканальные газоанализаторы градуируются по многокомпонентным смесям, содержащим не менее трех компонентов по указанным
диапазонам объемных долей: СО - 0,3.. .5%; СО2 -4...16%; СН - 100.2000 ppm; О2 - 0,5.20,9%; газ-разбавитель - азот или воздух (для смесей, не содержащих кислород).
Таблица 1. Минимальные диапазоны измерений газоанализаторов
Класс прибора Диапазон измерений, объемная доля
СО,% СО2,% О2,% СН, ppm
0; I 0 - 5 0 - 16 0 - 21 0 - 2000
II 0 - 7 0 - 16 0 - 21 0 - 3000
Таблица 2. Пределы допускаемой погрешности газоанализаторов
Класс Погрешность Пределы допуска погрешности измерения
СО СО2 О2 СН
0 Абсолютная ±0,03 і0,5 і0,1 і10
Относительная, % і 3 і4 і3 і5
I Абсолютная ±0,06 і0,5 і0,1 і12
Относительная,% і 4 і4 і4 і5
II Абсолютная ±0,2 і1 і0,2 і20
Относительная, % і 6 і6 і6 і6
Четырехканальный газоанализатор должен иметь программное обеспечение, позволяющее рассчитывать коэффициент избытка воздуха Л по формуле
[СО]
2 =
[CO2
[O2
1 +
Hc
Г Hc
3,5 +
j([CO2 ] + [CO] + (( [CH]))
_3,5_________Ocv Y
[CO]
[CO2 ]
([CO2 ] + [CO])
материал (РТМ) для автосервисных предприятий. Использование этого метода позволило подтвердить эффективность применения технологии финишной безабразивной обработки зеркала цилиндров эластичным инструментом в ионогенных технологических средах для снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу.
Испытания проводились на автомобиле Ока с двигателем ВАЗ-1111 с двухкамерным карбюратором ДААЗ. Полученные при газоанализе данные по выбросам загрязняющих веществ переводились в табличные значения, на основе которых были построены графики по каждому из загрязняющих веществ (СО, СН).
Из данных, приведенных на рис. 2, видно, что при прогреве двигателя с отрегулированным карбюратором содержание СО и СН в отработавших газах значительно ниже требований, которые предъявляются правилами ЕЭК ООН к автомобилям экологического класса Евро-1 и соответствует экологическому классу Евро-0 (автомобили, не оснащенные системой нейтрализации выхлопных газов и выпущенные до 1986 г.).
где [CO2], [CO], [O2] - объемные доли диоксида, оксида углерода и кислорода соответственно, %; Hcv - отношение числа атомов водорода к числу атомов углерода в бензине (Hcv=1,7261 для бензина 92); Ocv - отношение числа атомов кислорода к числу атомов углерода в бензине (0cv=0,0176 для бензина 92); К1 - поправочный коэффициент для пересчета углеводородов, измеренных инфракрасным методом, на гексан (Ki = 6-10 -4, если сумма углеводородов выражена в объемных долях (млн-1) гексана); [CH] - объемная доля углеводородов в пересчете на гексан, ppm.
Время установления выходного сигнала (показаний) не должно превышать 30 с для каналов измерения СО, СО2 и СН и 60 с для канала измерения О2.
На метод ускоренных динамометрических испытаний разработан руководящий технический
(\
3000
40 80 120 160 200 240
Продолжительность работы, /, с
а) '
2500
2000
1500
1000
500
0
\
0 40 80 120 160 200 240
Продолжительность работы, /, с
___________________§1__________________________
Рис. 2. Изменение содержания СО (а) и СН (б) при прогреве двигателя с отрегулированным карбюратором
На рис. 3 приведены результаты испытаний с применением технологии финишной безабразивной обработки зеркала цилиндров эластичным инструментом в ионогенных технологических средах.
Из приведенных на рис. 3 результатов испытаний следует, что после применения технологии финишной безабразивной обработки зеркала цилиндров двигателя эластичным инструментом в
Рис. 3. Изменение содержания СО (а) и СН (б) в полуцикле динамометрических испытаний автомобиля ОКА (№» двигателя 234789623): кривая 1 - до нанесения фрикционного покрытия; кривая 2 - после нанесения фрикционного покрытия
ионогенных технологических средах автомобиль соответствует требованиям Евро-1 по экологическим показателям «содержание оксида углерода (СО) в выхлопных газах» и «содержание углеводорода (СтНп) в выхлопных газах».
Таким образом, результаты, полученные методом ускоренных испытаний, показали, что экологические
характеристики автомобиля со сроком эксплуатации более 5 лет соответствуют требованиям Евро-0. Повышение экологического класса автомобилей с карбюраторными двигателями в условиях автотранспортных предприятий и снижение их вредного воздействия на атмосферный воздух возможно при применении технологии финишной безабразивной обработки зеркала цилиндров эластичным инструментом в ионогенных технологических средах.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН № 83). Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей. Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the emission of pollutants according to engine fuel requirements.
2. ГОСТ Р 52033-2003 (Правила ЕЭК ООН № 83). Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния. Motor vehicles with petrol engines. Emission of the exhaust gas pollutants. Norms and methods of the control for estimation of technical condition.
3. Быстров В. Н., Деркач Е. И., Илюшин Р. В. Корректировка прогноза выбросов загрязняющих веществ карбюраторными двигателями внутреннего сгорания по результатам динамометрических испытаний // Автотранспортное предприятие: отраслевой научно-производственный журнал для работников автотранспорта. НПП Транснавигация. Минтранс России. 2009. С. 50 - 53.
4. Быстров В. Н., Деркач Е. И., Илюшин Р. В. Разработка метода проведения испытаний при оценке экологической надежности бензинового двигателя // Мат. Всерос. научн. конф. аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы туризма и сервиса». 16 апреля 2009 г. Москва. ФГОУВПО «РГУТиС». 2009. Ч. II. С. 7.
Поступила 12.03.2010 г.
&'%#*&*G'(*'&&#%%&#%%( )&
