CC BY
13
УДК 615.9:621.43.0681-011+614.72
К ВОПРОСУ ОБ АНАЛИЗЕ СОСТАВА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Н. Н. Гитлин, Г. Ф. Буданов, О. И. Демочка, М. А. Забежинский
Центральный научно-исследовательский институт топливной аппаратуры и Институт онкологии АМН СССР, Ленинград
Для разработки методики оперативного контроля нужно выбрать такое вещество, содержание которого в отработанных газах было бы показателем, характеризующим выделение по возможности большего количества вредных веществ. По нашему мнению, им может быть один из наиболее токсических компонентов отработанных газов — окись углерода. Она является продуктом неполного сгорания топлива и, следовательно, показателем полноты его сгорания. Поэтому по выделению окиси углерода можно косвенно судить о выбросе с отработанными газами других продуктов неполного сгорания (сажи, смолы, канцерогенных и неканцерогенных углеводородов, альдегидов), представляющих собой большую часть вредных веществ.
Это подтверждается рядом литературных данных. Так, В. А. Гоф-меклером и соавторами при анализе отработанных газов двигателя ГАЗ-51 показано, что если на одном и том же режиме содержание окиси углерода увеличивается, то при этом возрастает и количество выделяющегося канцерогенного углеводорода —3,4-бензпирена, иными словами, имеет место положительная корреляция.
В результате работ на двигателях ГАЗ-51 и МЗМА-407 мы установили, что ухудшение процесса сгорания, происходящее при обогащении топливной смеси (уменьшении в ней количества кислорода), приводит к увеличению не только содержания окиси углерода, но и выделения с отработанными газами сажи, смолы и 3,4-бензпирена (см. таблицу)
Обогащение смеси происходит при недостаточной регулировке топливной аппаратуры двигателей, в особенности карбюраторов, что вызывает также повышенные расходы топлива. Например, если расход топлива на двигателе ГАЗ-51 возрастает с 1,19 до 2,23 кг/час (режим 500 об/мин, холостой ход), то содержание окиси углерода увеличивается с 2,2 до 12% по объему. Одновременно значительно возрастает количество 3,4-бензпирена — с 0,5 до 104 мкг на 500 мл топлива (Н. Н. Гитлин), а также смолы и сажи. Таким образом, установив концентрацию окиси углерода в отработанных газах, можно получить представление не только о содержании других вредных веществ, но и о качестве технического обслуживания автомашин, состоянии двигателя и расходе топлива.
Метод определения окиси углерода менее сложен, чем анализ содержания вредных веществ в отработанных газах. Следовательно, изучение концентрации окиси углерода в продуктах выпуска отвечает основным требованиям, предъявляемым к методике оперативного контроля отработанных газов. Окись углерода служит показателем, характеризующим состав продуктов выпуска с гигиенической стороны, а также в техническом и экономическом аспектах.
1 Определение 3,4-безпирена (флюоресцентно-спектральным методом), смолы (весовым методом) и сажи (относительным электрофотометрическим методом) проведено в кабинете физических методов исследования Института онкологии АМН СССР под руководством канд. физико-математических наук П. П. Дикуна.
Влияние регулировки карбюратора на выделение различных вредных веществ с отработанными газами (двигатель МЗМА-407 автомобиля „Москвич-407",
холостой ход)
Число оборотов в минуту Окись рода угле-(в %) Вещества Расход топлива (в кг/час)
смола (в мг/500 мл топлива) сажа (в усл. ед/250«л топлива) 3,4-бензпирен (в мкг/500 мл топлива)
опр обр опр обр опр обр опр обр опр обр
500 1,4 >10 50 220 0,2 12,0 15,8 476,0 0,62 1,60
750 0,15 >10 65 750 0,5 12,5 8,1 1 152,0 0,81 1,73
1 000 3,0 >10 80 1 200 0,5 15,0 3,2 5 720,0 1,07 1,79
1 500 2,45 9,8 150 900 1,5 13,5 12,1 1 390,0 1,64 2,05
2 000 1,8 10 300 820 10,0 13,5 105,0 1 240,0 2,03 2,40
2 500 12,0 >10 430 950 15,0 15,0 491,0 2 828,0 2,50 2.59
Обозначения: опр — оптимальная регулировка; обр — обогащенная регулировка.
Эти соображения легли в основу разработки разными странами нормативов предельного содержания окиси углерода в выхлопных газах. Эти нормативы вырабатывались на основе данных анализов состава отработанных газов у большого количества исправных двигателей с оптимальной регулировкой топливной аппаратуры. В США допускают содержание окиси углерода, не превышающее 1,5% при работе двигателя по специально заданному режиму, в ФРГ—5% при работе двигателя на холостом ходу (Sache). В СССР в качестве норматива предельного содержания окиси углерода принята концентрация его 2%.
Принятие таких пока еще предварительных нормативов создает реальные условия для оперативного контроля за выделением вредных веществ с отработанными газами и принятия мер к их уменьшению.
В СССР и за рубежом имеется значительное количество методик и приборов для определения концентраций окиси углерода. Следует учитывать, однако, что показания приборов для оперативного контроля отработанных газов должны быть точными (с тем чтобы потребность не превышала 5% верхнего предела измерений) в большом диапазоне встречающихся на практике концентраций окиси углерода (О4-10%), а также стабильными в различных условиях эксплуатации. Кроме того, приборы должны производить измерения в течение сравнительно короткого времени (за несколько минут), иметь устройства, позволяющие периодически контролировать правильность показаний, быть по возможности автоматическими; разумеется, что обслуживание этих приборов должно быть несложным.
До последнего времени в лабораторных условиях для анализа отработанных газов на содержание окиси углерода использовали химические, линейно-колориметрические, термохимические, хроматографи-ческие и другие приборы. Все они малопригодны для массового контроля автотранспорта. Дело в том, что процесс определения при пользовании ими трудоемок и довольно продолжителен (20—30 мин), а в ряде случаев точность анализа невысока.
При изыскании средств оперативного контроля состава отработанных газов автомобильного двигателя в Центральном научно-исследовательском институте топливной аппаратуры был применен стационарный автоматический оптико-акустический газоанализатор ОА2Ю9 Смоленского завода средств автоматики Оптико-акустический метод анализа, лежащий в основе подобных приборов, заключается в изме-
1 Теплоэнергетические и химико-технологические приборы и регуляторы. Маш-гиз, 1959.
рении степени поглощения газом инфракрасной радиации и преобразовании энергии акустических колебаний в электрическое напряжение, измеряемое с помощью потенциометра. Несмотря на сравнительную новизну этого метода, он получил широкое распространение. Отличительной его особенностью является избирательность, большая чувствительность и точность измерений. Например, чувствительность оптико-акустического газоанализатора ОА2Ю9 равна 1 отн. %. что составляет примерно 0,1 % при использовании прибора со шкалой 0-н10% окиси углерода. Погрешность при этом не превышает 2,5% верхнего предела шкалы. Автоматизация процессов анализа и возможность использования контрольных смесей, поставляемых вместе с прибором для проверки правильности его показаний, значительно упрощают и уточняют анализы.
В связи с тем что серийные оптико-акустические газоанализаторы типа ОА2Ю9 предназначены главным образом для контроля медленно протекающих процессов в химической, металлургической и газовой промышленности, показания их запаздывают на 10—15 мин., что зависит в основном от времени продувки вспомогательных устройств газоанализатора анализируемым газом. Чтобы приспособить газоанализатор типа ОА для быстрого анализа отработанных газов, в схему прибора был включен более мощный насос ПР-3, с помощью которого происходит ускоренная продувка фильтров, а также был обеспечен сброс части отфильтрованного газа в атмосферу после вспомогательных устройств. Все это позволило сократить время анализа до 1 мин., что вполне приемлемо для выполнения поставленной задачи. Работа прибора по измененной схеме требует, естественно, более частой смены наполнителей в фильтрах-поглотителях, что, однако, не служит препятствием более широкому использованию приборов.
Опыт трехлетней эксплуатации приборов ОА2Ю9, приспособленных для испытания двигателей, показывает, что они вполне пригодны для оперативного и точного определения количества окиси углерода в продуктах выпуска автомобильных двигателей. Целесообразно оснастить такими приборами все автохозяйства (с количеством автомобилей не менее 50-*-70), станции технического обслуживания автомобилей, районные отделы государственной автомобильной инспекции и крупные санэпидстанции. Это даст возможность проверять состояние двигателей после технического обслуживания и профилактических осмотров, а также производить контроль машин, работа которых сопровождается интенсивным выделением дыма. В случае широкого применения таких приборов в автотранспорте они могут быть значительно упрощены и удешевлены, так как отпадет необходимость в наличии сложного самопишущего приспособления и ряда других агрегатов. В крупных населенных пунктах, где будет использоваться большое количество приборов, следует предусмотреть централизованное периодическое обслуживание их обученным персоналом. Внедрение приборов оперативного контроля состава выхлопных газов поможет сократить содержание вредных веществ в атмосфере городов, а также повысить экономичность работы и долговечность двигателей.
ЛИТЕРАТУРА
Гитлин H. Н., Лисовский С. Н., Д е м о ч к а О. И. и др. Труды Центрального научно-исслед. и конструкторского ин-та топливной аппаратуры автотракторных стационарных двигателей. М., 1963, в. 17, с. 11. — Гофмеклер В. А., Мани-та М. Д., Манусаджанц Ж. Г. и др. Гиг. и сан., 1963, № 8, с. 3. — Sache J., Kraftfahrtzeugtechnik, 1965, N 5, S. 168.
Поступила 11/11 1966 г.
