CC BY
43Инженерное дело. Техника в целом
УДК 620.1.05
СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ДЫМНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ METHODS FOR MONITORING THE SMOKE OF DIESEL ENGINES
К.М.Потетня, Ассистент факультета ТТМС кафедры ТТМ Уральского Государственного Аграрного Университета
А.А.Садов, Ассистент факультета ТТМС кафедры ТТМ Уральского Государственного Аграрного Университета
П.Н. Шорохов, старший преподаватель факультета ТТМС кафедры ТТМ Уральского
Государственного Аграрного Университета
(620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42)
Рецензент: Л.А. Новопашин к.т.н., доцент Уральского Государственного Аграрного Университета (620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. К. Либкнехта, д. 42)
Аннотация
Интенсивное развитие автотранспорта с дизельной силовой установкой и контрой за количеством и качеством выхлопных газов в окружающую среду.
Ключевые слова: дымность, выхлопные газы, дизельное топливо, дымомер.
Annotation
Intensive development of vehicles with diesel power plant and control over the quantity and quality of exhaust gases to the environment.
Key words: smokiness, exhaust gases, diesel fuel, opacimeter.
В наши дни уделяется пристальное внимание экологии окружающей нас среды. Пристальное внимание со стороны экологов удостаиваются отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания работающие на различных видах топлив таких как керосин, бензин, дизельное топливо и т.д.
Развитие технологий касается как всех сфер быта человека так и развитие двигателей внутреннего сгорания в настоящие время широкое распространение получили дизельные двигатели различных форм, объёмов, и применяемые в различных сферах работы человека. Дизельные двигатели отечественного и зарубежного машиностроения применяются в настоящие время не только на грузовых автомобилях большой и средней грузоподъёмности , и на автобусах но и широкое распространение получили на легковых автомобилях и малолитражных грузовиках.
Стремительный рост количества техники с дизельным двигателей ведёт к увеличению количества загрязнения от них. Как следствие важной задачей по охране окружающей среды является контроль дымности продуктов сгорания дизельного двигателя. Для диагностирования технического состояния техники и контроль выбросов диагностическое оборудование для дизельных двигателей ещё не получило широкого распространения. Связанно это с тем что техника с дизелем имеет высокую мощность двигателей, сложное устройство, и интенсивные нагрузки проходящие в цилиндрах дизельного двигателя, по этому средства диагностики таких двигателей требуют больших затрат на их создание.
Следующим обстоятельством тормозящим широкомасштабное внедрение диагностического оборудования является особенности в работе самого дизельного двигателя такие как большие коэффициенты избытка воздуха, из-за чего колличественное содержание оксида углерода в выхлопных газах невелико и составляет десятые доли процента. В следствии этого нет нужды в строгом контроле окиси углерода в выхлопных газах, но установлено что основным токсичным компонентом в них является сажа.
Вред для живого сажи состоит в том, что из веществ адсорбированных на поверхности её частиц находиться остро токсичное вещество бензапирен.
Наличие высокого содержания сажи вместе с окисью углерода и окислами азота, несгоревшими углеводородами придаёт отработавшим газам токсичные свойства и характер дымления.
Во время работы дизельного двигателя в окружающую среду происходит выброс в среднем 20 килограмм сажи на одну тонну сгоревшего дизельного топлива. В зависимости от условий работы двигателя на сажу уходит от 30%до 90% токсического действия из-за наличия в ней бензапирена.
В современных городах с высокой плотностью населения концентрация бензапирена составляет 0,7-6,8 грамм на 100 метров кубически воздуха, а лишь один дизельный двигатель выпускает в окружающую среду свыше 60 грамм в минуту бензапирена который сохраняет свои свойства ещё в течении двух суток отравляя всё живое , и только потом разлагается.
Из озвученных данных можно сделать вывод, что борьба с дымлением дизельных двигателей и контроль величины дымления являются насущной необходимостью.
Основное влияние на дымность дизельных двигателей делиться на две группы связанные с системой питания и не связанные с ней. Из не связанных факторов влияющих на дымность двигателей можно выделить состояние цилиндропоршневой группы, уменьшение степени сжатия и коэффициента наполнения из-за износа деталей, а также увеличение проникающего количества масла в цилиндр двигателей и его сгорание в них.
В таких условиях нормальное протекание процесса сгорания нарушается, дымност возрастает.
В первую группу факторов связанных с системой питания характеризует влияние угла опережения впрыска топлива, давление начала впрыска топлива форсункой и величины цикловой подачи оказывают влияние на характер работы двигателя ,а как следствие на его дымление.
Изменение угла опережения впрыска оказывает влияние на момент начало подачи топлива в цилиндры двигателя и на состав смеси. изменение угла опережения впрыска в сторону запаздывания или опережения от оптимального положения приводит к увеличению дымления двигателя. На диаграмме видно что изменение угла на 4—6°влечёт к возрастанию дымления на 25—30%. Такое изменение угла опережения впрыска наблюдается примерно у 50% двигателей находящихся в эксплуатации.
т? 75\
1 % Я
I
^ 35
I.
л г
3
!$ Ш В 22 ЩА &рысяй гптмайа, гт
ШЬ 1ш ' та,
Лаяяенм Цпрысна ттишВ^ят.
В В Я ТУ нвщзкй тшкля,
1 — от угла опережения впрыска топлива при полной мощности, 2 — от давления начала впрыска топлива при полной мощности, 3 — от нагрузки
Рисунок 1 влияние изменение угла опережения
На момент начала впрыска топлива форсункой влияет степень затяжки её пружины что изменяет момент распыла топлива и момент его воспламенения. Со снижением усилия затяжки пружины форсунок, а следовательно и изменением давления начала впрыска что приводит к ухудшению качества распыливания топлива и ведёт к возрастанию дымления двигателя примерно на 20%.
В зависимости от изменения дымности от нагрузки двигателя на нормально функционирующем технически исправном двигателе дымление возрастает в 4-5 раз при увеличении нагрузки от 25 до 100%.
Для уменьшения процентного содержания сажи в выхлопных газах требуется применение топлив более высокого качества с увеличенным цытановым числом что способствует более быстрому воспламенению и улучшению его сгорания во время работы двигателя. Данные действия ведут к снижению количества сажи в отработавших газах и уменьшению дымности.
Альтернативный путь уменьшения дымности это применение к топливу антидымных присадок на основе бария. Внесение 1% присадок снижает колличество сажи на 70-80%. Снижение дымности может также быть достигнуто дожиганием выхлопных газов в нейтрализаторах.
Из анализа выхлопных газов дизельных двигателей на графике видно что количество наиболее токсичных компонентов и сажи обратно пропорционально коэффициенту избытка воздуха.
Рисунок 2 Зависимость концентрации сажи и окиси углерода в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха.
Однако затруднение вызывает использование коэффициента избытка воздуха в качестве показателя при диагностике и оценке токсичности в следствии сложности его замера. Поэтому на практике определение токсичности выхлопных газов меряют содержание сажи в абсолютных величинах (грамм на кубический метр) или в относительных светопоглощающей способности.
Существует прямая связь между дымностью отработавших газов и их содержанием в них, она позволяет использовать содержание сажи для измерения способом определения светопоглащающей способности.
Зависимость между дымностью и содержанием сажи в отработавших газах Данный способ применяется для диагностики систем питания дизельных двигателей
Так же существует способ измерения содержания сажи основанный на отфильтровывании частиц сажи из выхлопных газов. Но данный способ даёт менее надёжный результаты. Он позволяет только приблизительно определить дымность выхлопных газов сравнением цвета фильтра, на котором остались частицы сажи, с эталоном имеющим шкалу
Рисунок 3 Зависимость между дымностью и содержанием сажи в отработавших газах В заключении возможно сделать вывод, использование дымомера на двигателях которые работают с воспламенением от сжатия необходимо и целесообразно для диагностики исправности работы двигатлей, контроля экологичности и защиты окружающей среды. Для точного снятия параметров необходимо пользоваться современными приборами контроля дымности устроенными на принципе работы как степень ослабления светового потока вследствие поглощения и рассеивания света отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера
Измерения проводятся на неподвижно стоящем автомобиле с исправной системой выпуска отработавших газов и после подготовки дымомера к работе. Принцип работы дымомера основан на измерении величины поглощения светового потока и температуры анализируемого газа в мерном объеме и преобразовании аналитических сигналов к единицам коэффициента поглощения В дальнейщем после измерения на основе полученных данных принимается решение о дальнейшей эксплуатации двигателя.
Литература
1. Единообразные предписания, касающиеся: I. Сертификации двигателей с воспламенением от сжатия в отношении дымности; II. Сертификации автотранспортных средств в отношении установки на них двигателей с воспламенением от сжатия, сертифицированных по типу конструкции; III. Сертификации автотранспортных средств с двигателем с воспламенением от сжатия в отношении дымности; IV. Измерения мощности двигателей. ГОСТ Р 41.24-2003 (Правила ЕЭК ООН № 24). ИПК Издательство стандартов, 2004. — 36 с.
2. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для высшей школы. — Москва: Академический проспект, 2004. — 400 с.
3. Ерохов В. И., Бондаренко Е. В. Влияние дорожных факторов на выброс вредных веществ и расход топлива автотранспортными средствами // Вестник ОГУ. 2005. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-dorozhnyh-faktorov-na-vybros-vrednyh-veschestv-i-rashod-topliva-avtotransportnymi-sredstvami (дата обращения: 24.04.2018).
4. Крашенинников Семен Валерьевич Современные подходы к диагностированию дизельных двигателей внутреннего сгорания // Вестник НГПУ. 2013. №2 (12). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-podhody-k-diagnostirovaniyu-dizelnyh-dvigateley-vnutrennego-sgoraniya (дата обращения: 24.04.2018).
5. Контроль токсичности отработавших газов дизельного двигателя [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://stroy-technics.ru/article/kontrol-toksichnosti-otrabotavshikh-gazov-dizelnogo-dvigatelya/ - Заглавие с экрана. - (Дата обращения: 23.04.2018).
6. 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.
