CC BY
16Инженерное дело. Техника в целом
УДК 620.1.05
ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ
CONDUCTING EXHAUST GAS RESEARCH WITH THE USE OF MODERN GAS ANALYSIS К.М.Потетня, Ассистент факультета ТТМС кафедры ТТМ Уральского Государственного Аграрного Университета
А.А.Садов, Ассистент факультета ТТМС кафедры ТТМ Уральского Государственного Аграрного Университета
(620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42)
Рецензент: П.Н.Шорохов, старший преподаватель ФГБОУ ВО Уральский ГАУ (620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42)
Аннотация
Интенсивное развитие автотранспорта привлекает внимание экологов за контролем, количеством и качеством выхлопных газов в окружающую среду двигателями внутреннего сгорания.
Ключевые слова: выхлопные газы, каталитический нейтрализатор, газоанализатор, токсичность.
Annotation
Intensive development of vehicles attracts the attention of ecologists for the control, quantity and quality of exhaust gases to the environment by internal combustion engines.
Keywords: exhaust gases, catalytic converter, gas analyzer, toxicity.
В нынешнем современном мире большое внимание стало уделяться экологи и экологическому классу техники, а в особенности качеству отработавших выхлопных газов.
Проведение исследования выхлопных газов необходимо для диагностирования неисправностей двигателей и предотвращения чрезмерного загрязнения окружающей среды
Для проведения исследования выхлопных газов используется специальный прибор называемый «Газоанализатором» он производит анализ газа, данный процесс представляет собой установление количественного и качественного состава выхлопных газовых смесй которые получаются путём сгорания нефтепродуктов в двигателе во время его работы.
Газоанализаторы существуют в различных видах и исполнениях с различным функционалом. В большинстве случаев в сознание тех кто хоть что то слышал о газоанализаторе он ассоциируется с прибором который определяет токсичность выхлопных газов. Газоанализатор был создан решать обширный круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем,хотя основной его функцией продолжает является определение токсичности. Во множестве автосервисов газоанализатор применяется как базовый диагностический элемент контроля состояния двигателя.
В результате процесса работы двигателей внутреннего сгорания на выходе мы получаем различные продукты, вредные и не очень. Вредные продукты такие как оксид углерода СО, углеводород СН, и различные оксиды азота NОх. Компоненты из не вредных веществ это кислород О2, углекислый газ СО2, и пары воды Н2О.
Отклонение от нормы в работе двигателя приводит к тому, что снижаться его эффективность из-за чего происходит увеличение концентрации вредных веществ в отработавших газах. Как вывод состав отработавших газов это обобщённый параметр,с помощью которого возможно сделать выводы о состоянии двигателя.
Таким образом становиться понятно зачем нам применять газоанализатор.
С точки зрения истории, газоанализаторы применялись ещё за долго до принятия в США в конце шестидесятых годов первого закона о контроле отработавших газов.
Первые газоанализаторы могли проверять из целого ряда параметров только один СО они были однокомпонентными.
С развитием двигателей внутреннего сгорания появилась потребность в более совершенных и технологичных газоанализаторах с возможностью измерения уже не по одной компоненте, а по двум, трём, четырём и пяти компонентам необходимым для диагностирования современного высоко технологичного двигателя.
Компоненты появлялись в порядке необходимости измерения и совершенства двигателей. С возможностью определения СО отработавших газов возникла необходимость в определении СН не сгоревших частиц углеводородов входящих в состав топлива. Когда на технике стал широко применяться нейтрализатор отработавших газов это вызвало необходимость ещё в одном канале измерения СО2 что позволило судить о полноте сгорания топлива. В современных четырёх компонентных газоанализаторах появился канал определения О2,а в пяти компонентных появилась возможность определять содержание оксидов азота NOx.
Современные газоанализаторы позволяют лучше понять процессы проходящие в двигателе, а также узнать расчётным путём исходный состав топливной смеси даже на двигателях с каталитическим нейтрализатором.
Современные приборы изготавливаться как стационарными, так и мобильными с питанием от бортовой сити техники в 12 вольт или комбинированным. Таким образомимеется возможность снимать показания с двигателя на ходу, во время работы техники в полевых условиях для получения реальных результатов работы, а не стендовых показателей на неподвижно стоящей технике.
Небольшие габариты современных газоанализаторов позволяют временно установить газоанализатор в кабине техники и во время работы своевременно получать расшифровку данных состава выхлопных газов, что позволяет на различных режимах работы техники получить более обширную и глубокую информацию.
Широкое применение получили приборы «Инфракар-м» различных модификаций и «Гиам-29м» различных модификаций.
Основные принципы работы газоанализатора. Газоанализатор является тонким физическим прибором качество которого определяется надёжностью и точностью измерений а не формой самого прибора. Одним из главных компонентов прибора является спектрометрический блок конструктивно и технологически это устройство на столько сложно и специфично что его производством занимается небольшое число компаний среди них до 80% выпускает американская фирма «Sensors и Andros» сама компания не производит газоанализаторы, а занимается только продажей качественных комплектующих для них. Помимо американской компании можно выделить ещё несколько компаний занимающихся выпуском комплектующих к газоанализаторам, такие как японская «Horiba», немецкая «Beckmann», и другие малые фирмы.
Разделение труда на тех кто производит комплектующие, и собирает из них газоанализаторы дало очень положительный эффект качества приборов, те же компании которые пробовали совмещать несли убытки из-за низкой точности измерения приборов, нестабильности в работе, и низкой надёжности.
Приборы произведённые в России являются интернациональными по причине наличия в них комплектующих произведённых в различных странах мира, комплектующие в них могут быть как очень известных и качественных брендов так и мало известных с целью удешевления готового устройства.
Важно не только точно и качественно провести измерения, но и качественно отфильтровать поступающие в прибор с заборного зонда выхлопные газы удалив из них влагу и механические частицы. Фильтр прибора должен быть многоступенчатым, что повышает его надёжность, кроме
фильтров должен быть эффективный забор отработавших газов с низкой задержкой не более десяти секунд на это влияет эффективность работы газозаборного насоса.
Стоит ещё раз подчеркнуть тот факт что в современное время для эффективной работы газоанализатор должен обладать как минимум четырёхкомпонентным с функцией расчёта состава смеси.
Изменение состава отработавших газов в зависимости от неисправности двигателей
Результаты измерения состава выхлопных газов и качества смеси у карбюраторного автомобиля (п = 750 об/мин)
Таблица 1 Измеряемые параметры
Неисправность Параметр
СО, % СН, ppm СО2, % О2, %
Рекомендуемые значения 0,5 - 1,5 50 -400 13 - 14,5 0,2 - 2,5 0,9 - 1,1
Исходная регулировка 0,76 406 14,0 1,43 1,02
Раннее зажигание 2,59 1339 11,1 3,48 1,02
Позднее зажигание 0,9 316 13,8 1,51 1,02
Не работает свеча зажигания 0,33 2541 8,7 8,49 1,38
Подсос воздуха во впускной коллектор 0,23 793 11,1 5,25 1,25
Из данной таблицы с измерениями можно сделать вывод что во всех представленных неисправностях происходит повышение выбросов углеводородов (кроме случаев с позднем зажиганием).
Наибольшее влияние на состав отработавших газов оказывают неработающие свечи зажигания,вследствие не сгоревшего топлива происходит сильное увеличение выбросов углеводородов СН более чем в 6 раз.
При этом выбросы СО уменьшаются (топливо не сгорает и нет выбросавСО).
Аналогичное действие оказывает не герметичность клапанов в следствии не правильной настройки, износа или прогара.
Зависимость угла опережения зажигания от его положения. На более позднем углу зажигания при небольшом росте СО происходит снижение количество углеводородов СН вызвано это более плавной работой двигателя, условия для сгорания топлива лучше.
Раннее зажигание приводит к обратной картине появляться перебои в работе двигателя приводящие к значительному росту СО и СН вызвано это неэффективным сгоранием топлива, видно это по низкому содержанию СО2 и большому количеству О2 не вступившего в реакцию горения.
Особое внимание привлекает величинах которая имеет такое же значение, которое было изначально.Однако в данном случае показания газоанализатора стоит отбросить и не полагаться на них. Качество смеси в приборе рассчитывается по составу выхлопных газов, а если двигатель функционирует с перебоями в работе то расчёт будет некорректным. Также справедливо выше сказанное и для случая неработающего цилиндра, расчётное значение X может сильно отличаться от того что есть на самом деле (обычно в большую сторону). В случае подсоса воздуха во впуск топливная смесь сильно обедняется, и отрегулировать карбюратор становится затруднительно и
иногда даже невозможно. При этом несмотря на падение СО выбросы СН растут и убрать их регулировкой уже не выходит.
Рисунок 1 Результат работы трехкомпонентного нейтрализатора.
Из рисунка видно, что в трёхкомпонентном нейтрализаторе одновременное уменьшение вредных выбросов возможно только при ^близкому к единице. Схожий эффект возможен при большом расходе масла из-за износа деталей ЦПГ, количество углеводородов возрастает, а СО практически не изменяется. Различия наблюдаются в количествах СО2 и О2 из этой разницы возможно установить истинную причину неисправности.
В заключении возможно сделать вывод, использование двухкомпонентного газоанализатора на двигателях с каталитическим нейтрализатором не имеет смысла по причине малоэффективности и мало информативности результатов из-за того что катализатор уменьшает именно измеряемые параметры. Использование трёхкомпонентного газоанализатора даёт неполный анализ процесса проходящего в двигателе. С использованием четырёх и пятикомпонентных газоанализаторов возможно получить полную картину процесса проходящего в двигателе, провести диагностику и своевременно не доводя до критических неисправностей провести ремонт.
Литература
1. Хватов В. Ф. Методы и средства контроля и диагностики вредных веществ в отработавших газах автотранспорта : автореф. дис. ...к.т.н. : 05.01.11 / В.Ф.Хватов ; С.-Петербург. северозападный заочный политехнический институт ., 1994. - 26 с.
2. Береснев А.Л., Береснев М.А. Практикум по лабораторным работам «Диагностика ДВС с по -мощью газоанализатора». - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - 44 с.
3. Приборы газового анализа выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gasdetecto.ru/podderzhka/stati/pribory-
gazovogo-analiza-vyhlopnyh-gazov-dvigatelej-vnutrennego-sgoraniya/ - Заглавие с экрана. - (Дата обращения: 23.04.2018).
4. Л.А. Новопашин Совершенствование методов диагностики сельскохозяйственной техники. Л.А. Новопашин, Л.В. Денежко, Ю.В. Панков, К.М. Потетня, А.А. Садов Аграрное образование и наука - 2018 (2) 2018. - 5 с.
