автореферат диссертации по транспорту, 05.22.20, диссертация на тему:Совершенствование диагностирования токсичности отработавших газов транспортных средств в условиях эксплуатации

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБШЬНО-ДОРОЖШЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

РГ 6 од

11) СЕЙ 2301

Трифонов Андрій Олександрович

УДК 629.113.004

УДОСКОНАЛЕННЯ ДІАГНОСТУВАННЯ ТОКСИЧНОСТІ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ В УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Спеціальність 05.22.20 - Експлуатація і ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків 2000

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана на кафедрі експлуатації автомобільного транспорту Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор Говорущенко

Микала Якович завідуючий кафедрою експлуатації автомобільного транспорту Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Лебедев

Анатолій Тихонович завідуючий кафедрою тракторів і автомобілів Харківського державного технічного університету сільського господарства

Доктор технічних наук, професор Д’яченко Василь Григорович професор кафедри двигунів внутрішнього згоряння Харківського державного політехнічного університету

Провідна установа: Кафедра “Автомобілі” Східноукраїнського

державного університету Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ

Захист відбудеться «^?» 2000 р. о /4 годині на засіданні

спеціалізованої вченої Ради ВАК України Д.064.059.02 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університет}'.

Автореферат розісланий «/Л ісІїттґЗ 2000 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої Ради, к.т.н. Богомолов В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Автомобільний транспорт у даний час є одним із головних факторів забруднення повітряного басейну. Для зниження викидів в умовах експлуатації шляхом впливу на технічний стан ДТЗ необхідна ефективна система контролю і діагностування систем, шо впливають на токсичність, яка має масове охоплення. Обгрунтування теоретичних основ такого контролю є суттєвою науковою проблемою теорії експлуатації автомобільного транспорту.

Актуальність теми. Існуючий в Україні стандарт застарів, дотепер використовується режим холостого хода (XX) і об'ємні одиниці. Прогресивні методики (на основі перехідних їздових циклів) застосовуються лише на рівні виробника в одиничному масштабі. Розробка нових методів діагностування та контролю токсичності в експлуатації, розширення номенклатури контрольованих шкідливих речовин (ПІР) дозволить істотно знизити шкідливі викиди в атмосферне повітря України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалася в рамках досліджень з удосконалення методів і засобів діагностування, які проводяться на кафедрі експлуатації автомобільного транспорту і ПНДЛ по діагностуванню і прогнозуванню технічного стана автомобілів ХДАДТУ.

Мета і задачі дослідження. Теоретичне та експериментальне обгрунтування методу діагностування і контролю токсичності в експлуатації на роликових стендах з наведенням результатів у питомих масових одиницях.

Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі:

1 На основі аналізу токсичності ДВЗ, критеріїв шкідливості

компонентів відпрацьованих газів (ВГ), можливості інструментального контролю визначена номенклатура контрольованих речовин.

2 Розроблено математичну модель токсичності, новизна якої

складається у визначенні питомої масової токсичності за миттєвими значеннями об'ємних викидів і витрати палива на стаціонарному режимі.

3 3 урахуванням досвіду вживання міжнародних методик визначені стендові режими, що відповідають реальним умовам експлуатації.

4 Розооблско методику приведення нормативів ТОКСИЧНОСТІ

перехідних їздових циклів («Євро», ОСТ 37.001.054-86) до запропонованих стаціонарних режимів. Отримані значення норм.

5 Проведена експериментальна перевірка методики і технічної досяжності запропонованих норм.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено математичну модель визначення токсичності автомобіля на роликових стендах з наведенням результату в питомих масових одиницях, яка, на відміну від існуючих,

використовує миттєві значення об'ємного викиду ІІІР і витрати палива; розроблені та обгрунтовані стаціонарні навантажувально-швидкісні режими, шо відповідають умовам експлуатації; розроблена методика приведення норм викидів для перехідних їздових циклів до норм для запропонованих режимів і

отримані числові значення норм; запропонована методика загального діагностування систем каталітичної нейтралізації за формою і розміром навантажувальних характеристик токсичності.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Розроблена методика дозволяє підвищити інформативність результатів діагностування і контролю в порівнянні з застосовуваним у даний час контролем на режимі XX. Використаная навантажувальних режимів на роликових стендах дозволяє контролювати викиди оксидів азоту.

2. Апробація методики в ході роботи офіційно визнаної пересувної станції діагностики ПДС-Л (акредитація Держстандарту України від 25.12.1998 № 100-0217198) дозволяє запропонувати методику як основу для нового стандарту по контролю токсичності в умовах експлуатації.

3. Методика дозволяє здійснювати перевірку як функціональної працездатності систем нейтралізації в цілому, так і окислювальної і відновної секцій нейтралізатора без зняття з автомобіля.

Особистий внесок здобувана:

1. На основі енергетичної концепції, розробленої на КЕАТ ХДАДТУ, що зв'язує основні експлуатаційні параметри з витратою палива, отримана залежність питомого масового викиду від миттєвих значень об'ємного викиду, витрати палива та інших чинників.

2. Обгрунтовано навантажувально-швидкісні режими, розроблена методика приведення норм для перехідних циклів до норм для стаціонарних режимів, що забезпечує їх послідовну спадкоємність. Раніше норми для експлуатації за формою наведення (%, млн-'), режимом (XX) і номенклатурою ШР з ОСТ 37. 001. 054-86 та міжнародними нормами узгоджені не були.

3. Розроблено технологічну послідовність перевірки, отримана велика кількість характеристик токсичності різноманітних ДТЗ.

Апробація результатів дисертації: Дисертаційна робота обговорена і схвалена на розширеному засіданні кафедри експлуатації автомобільного транспорту ХДАДТУ. Результати досліджень доповідались на конференції «Проблеми захисту повітряного басейну від шкідливих викидів автотранспортних засобів» (м. Харків, ХДАДТУ, березень 1997); на науково практичній конференції «Системотехніка на автомобільному транспорті» (м. Харків, ХДАДТУ, листопад 1998),.

Публікації Матеріали дисертації опубліковані в 6 наукових статтях, серед яких 5 у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'ятьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота містить 128 сторінок основного тексту, 51 рисунок і 26 таблиць. Список використаних джерел містить 126 найменувань.

з

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовується тема дисертації, що спрямована на удосконалення методів діагностики та інструментального контролю ДТЗ.

В першому розділі на основі аналізу уявлень про механізм утворення шкідливих складових ВГ ДВЗ, впливу на них характеристик циклу виявлені основні токсичні складові. Незважаючи на значне число робіт, єдина теорія фізико-хімічних процесів у ДВЗ поки не створена.

Хімічні реакції і моделювання процесів згоряння освітлювалися в роботах Семенова H.H., Зельдовича Я.Б., Звонова В.А. та інших учених хіміків і теплотехніків. Спостерігається значна розбіжність у характері залежностей для основних видів ШР. З поліпшенням показників робочого циклу викиди NOx, відповідно до термічної теорії, зростають через підвищення температури згоряння, викиди СО та С„Нт знижуються. Оптимізація циклу за токсичністю зустрічається зі значними труднощами.

Компоненти ВГ поділяються на дві категорії: притаманні процесу згорання палив нафтового походження і внесені з паливами та експлуатаційними матеріалами. Так, три зазначені групи речовин (CO, CnHm, NOx) у тій або іншій мірі присутні при окислюванні нафтових палив повітрям, тоді як викид оксидів сірки або з'єднань свинцю прямо пов'язаний із технологією виробництва палива та його собівартістю.

Наведено аналіз критеріїв екологічної небезпеки ВГ, ДВЗ, ДТЗ, парку ДТЗ і т.д. ВГ розглядаються як сума складових, дія яких може взаємно посилюватися. У критерії включено параметри потужності, масові параметри, паливна економічність, пробіг ДТЗ, при цьому більшість авторів враховує неоднакову токсичність компонентів. Найбільш простим і інформативним параметром у роботі визнана приведена сумарна токсичність

Природа ШР визначає методи інструментального визначення. Виділені перспективні за точністю і швидкодією типи газоаналізаторів. Для речовин із малою концентрацією або адсорбованих твердими частками інструментальний контроль поки неможливий, а аналітичні (лабораторні) методи не забезпечують прийнятні для умов експлуатації трудомісткість, собівартість та охоплення.

Для формування номенклатури ШР прийняті три умови:

1. Залежність розміру викиду від параметрів циклу та експлуатаційних чинників, можливість його зміни шляхом впливу на технічний стан.

2. Частка компонента у викиді за критерієм приведеної токсичності.

3. Можливість інструментального контролю.

За цими умовами для контролю в експлуатації прийнятий оксид вуглецю СО, вуглеводні С„!І„, і оксиди азоту N0*. .

(1)

В другому розділі розглянуті сучасні погляди на токсичність силових агрегатів і ДТЗ в умовах експлуатації та обгрунтовуються основні напрямки і методика дослідження.

У роботах Говорущенка М.Я., Гутаревича Ю.Ф., Захарова Д.А., Каменева В.Ф., Канило П.М., Кутенева В.Ф., Савіча Є.Л., Тюфякова A.C., Філіппова А.З. і інших авторів розглядався вплив на токсичність експлуатаційних чинників і технічного стану ДВЗ, основні засоби зниження токсичності як шляхом оптимізації регулювань та режимів роботи, так і за допомогою технічних заходів, наприклад нейтралізації ВГ.

Ці питання аналізуються з метою вибору оптимальних режимів перевірки для запропонованої методики, що повинні максимально відповідати реальним режимам експлуатації. Установлено, що режим XX ДВЗ може лише частково характеризувати його токсичність. Пропонується використовувати навантажувально-швидкісні режими, які реалізуються на роликових стендах.

Розглянуто національний і світовий досвід у створенні методик перевірки і нормування токсичності ДТЗ. Визначається розбіг в інформативності, точності, розвитку інструментальної бази між методиками для цілей заводського тестування та офіційної сертифікації і методиками для умов експлуатації. Властиві першим значна складність і вартість устаткування, трудомісткість визначають одиничний характер перевірок.

Проаналізовано чинні в Україні ГОСТ 17.2.2.03-87, ОСТ 37.001.054-86, закордонні методики - перехідні їздові цикли FTP-75, SI-'TP (США), ЕСЕ міський і ECDC швидкісний цикли (Європейське Співтовариство), перехідний цикл FIGE (ФРН), стаціонарний 10/15-режимний цикл (Японія), стаціонарний 13-режимний цикл R49 (Європейське Співтовариство) та інші методики. Крім методик контролю розглянуті норми і їхні характеристики на прикладі федерального законодавства США і законів штату Каліфорнія. Норми «Євро» і ОСТ 37.001. 054-86, що використані як вихідні для нормування в умовах експлуатації, розглянуті в розділі 4.

Встановлено такі положення:

1. Найбільш олизькі до реальних ум о із перехідні їздові цикли, проте їх її с застосування обмежується цілями досліджень, заводського доведення і сертифікації.

2. Поряд із ними признається актуальність стаціонарних навантажувальних режимів для контролю легкових автомобілів, для потужних силових агрегатів вони використовуються повсюдно.

3. Швидкісні режими перевірок значно нижчі, ніж технічно досяжні для ДТЗ, що перевіряються. Швидкість лімітується транспортними умовами. Для міських циклів вона складає 20...40 км/год, для магістральних 60...90 км/год. За навантаженням найбільш поширені режими малої і середньої потужності.

Норми для умов експлуатації повинні ув'язуватися з відповідними нормами для виробників. З урахуванням погіршення технічного стану ДТЗ в експлуатації вони повинні знижуватися. Введення нових норм повинно бути диференційованим, оскільки на Україні експлуатується значний парк

Рис. 1. Структурна схема запропонованої методики діагностування та контролю токсичності ДТЗ

екологічно недосконалих моделей ДТЗ.

Була висунута основна робоча гіпотеза: Для контролю токсичності в умовах експлуатації перехідні їздові цикли можуть бути без значної втрати інформативності замінені стаціонарними навантажувально-швидкісними режимами, що максимально відповідають реальним. Вони повинні утворюватися на роликових стендах.

Визначено напрямки дослідження.

Вирішити задачу переходу до контролю миттєвих значень токсичності, що дозволить відмовитися від дорогої апаратури і перейти до газоаналізаторів, що випускаються масово. У теоретичному дослідженні варто розробити перехід від об'ємної до масової оцінки викиду з використанням показників, для яких можливий інструментальний контроль. Одержати математичну модель токсичності, що враховує вплив як конструктивних параметрів ДТЗ, так і експлуатаційних чинників.

Розробити та обгрунтувати навантажувально-швидкісні режими, що враховують особливості парку ДТЗ, що експлуатується в Україні та транспортні і дорожні умови, особливо в великих містах. їх варто апробувати в експериментальних дослідженнях.

Розробити методику приведення норм для їздових циклів до норм для стаціонарних режимів, визначити числові значення таких норм. Експериментально визначити технічну досяжність норм для справних ДТЗ і чутливість до зміни технічного стану.

Структурна схема методики наведена на рис. 1

У третьому розділі викладені розроблені теоретичні основи запропонованої методики. Особливістю контролю токсичності за допомогою їздових циклів є відбирання проб в еластичні резервуари. Позитивна сторона тут - точність вимірів, а хиба - неможливість аналізу конкретної фази (точки) циклу. Прямий вимір миттєвого значення об'ємного викиду не дає можливості визначити його масу.

На основі енергетичного підходу була запропонована робоча гіпотеза. Інтегральним показником замість сумарного об’єму газу пропонується прийняти витрату палива, як міру витрати енергії та джерело утворення ВГ. З урахуванням молярної маси, об’ємної частки ШР, складу суміші та виду палива виведена базова залежність

О- РпллЬ-а г

Рпов км ^

або О-шр ~ 0-0548 М

ШГ ' ^ ШР ' Р ПАЯ ' 0-' а ,

(3)

де Мшр- молярна маса ШР, Хшг- об'ємний вміст ШР,%, 0 - витрата палива, л/100 км, І-о - стехіометрична кількість повітря; а - коефіцієнт надлишку повітря; рпдл - густина палива, кг/м’, рпов - густина повітря, кг/м1

Перевагою при її застосуванні з метою контролю є те, що частина або усі її основні складові (у залежності від вимірювальної системи) є даними прямих вимірів.

При підстановці складових в аналітичній формі одержуємо розгорнуту математичну модель залежності викіду ШР від конструктивних і експлуатаційних чинників:

1000

' ШР

І'У

— ■МШР -0.01 • (ао + А1И1 + А2И? + А,А/,3)-0.01 ■

х • — (А -ік + В -¡І + С. -[с, -і// + 0.077 -кр -V* ± 0.1 • п

А' пов

X

V /л -4- А Д/ 4. £ Л/ ^ ^_

у*, + ¿V 1 І- І,, ІЧ , } ,

КМ

м _ {са • V • у. + 0.077 • кР ■ Уа] ± 0.1 • ¡3 • С„ • Уа)

1 З.б-Ю3-^-^ '

де

100%

(4)

(*)

О

О

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

п

і у

.Хон. = 7Е-06Х2 - О.ОООбх + 0,0242 К** = 7Е-05Х2 + О.ОООЗх * 0.0296і

\ і/

\ і 1С0 ПСН «N0) ' А

а\ * У

Хсо = - 1Е-05Х3 + 0.0013Х2 - 0.0382х + 0,455

И“ - ^ < ~ ПІ 1 & 1— * - * І 1

Г ' і

0,2

Пік и, і и

V®

о4

°,12 а

г

0,08 і О

0,04

0

10

20 ЗО N1, %

40

Рис.2 Характеристики токсичності ВАЗ-2106

Таблиця 1

Коефіцієнти поліноміальїшх характеристик токсичності

Викид компонента Хсо

Коефіцієнти А0 А1 А2 АЗ

ЗМЗ-4021/К-151 0.69 -0. 0742 0. 0025 -3-10-5

ВАЗ-2106/ДААЗ 2107-1107010-20 0. 455 -0. 038 0.0013 -1-10-5

ЛАЗ-?! ОХ/ЛАД-} 7108.1 І07010-7Й 1 08 -0. 112 0.004 -5! 0-5

Викид компонента Хсн

ЗМЗ-4021/ К-151 0.036 -0.0022 3.5 -10-5 -

В АЗ-2106/ДААЗ 2107-1107010-20 0. 024 -0. 0006 0.7 -10-5 -

ВАЗ-2108/ДААЗ 2108-1107010-78 0.044 -0. 0021 3.1 10-5 -

Викид компонента Хмох

ЗМЗ-4021/ К-151 0.066 0. 0013 8-10-5 -

ВАЗ-2106/ДААЗ 2107-1107010-20 0.03 0. 0003 7-10-5 -

ВАЗ-2108/ДААЗ 2108-1107010-78 0. 032 0. 0002 7-10-5 -

Проведено аналіз складових залежності. Особливо розглянуті параметри (Хщр, а), що через складність і недостатню вивченість подані як поліноміальні емпіричні залежності. Для елементів систем живлення, що використовують подібні конструктивні принципи, форми характеристик подібні, а абсолютні розміри можуть відрізнятися. Аргументом залежностей прийнятий безрозмірний параметр - відсоток використання потужності ДВЗ N1-

На основі експериментальних даних (див. розділ 5) визначені числові значення емпіричних коефіцієнтів характеристик токсичності (рис. 2, табл. 1). Залежності за (¡юрмою і розміром жорстко пов'язані з типом системи живлення (карбюратора).

Визначення потрібного навантаження на стенді грунтується на рівності сили (моменту) опору на дорозі та на стенді. Сила навантаження дорівнює:

Р„ = <?.</ + кРУІ - Св/ст н, (6)

де - інтегральній коефіцієнт опору кочення колеса на стенді, який враховує маловідомі фактори та визначається експериментально

Потрібна сила, що задається і фіксується вимірювальною системою стенда, є сумою опору навантажувальної гідромашини, гідравлічних і механічних втрат у стенді.

Далі на основі аналізу структури парку легкових автомобілів, що експлуатується в Україні, їх основних експлуатаційних показників, характеристик груп доріг отримані дані, що характеризують використання потужності в міських і магістральних умовах. На їхній базі запропоновані стендові стаціонарні навантажувально-швидкісні режими (табл. 2.)

Таблиця 2

Стендові навантажувальні режими при контролі токсичності

№ п/п Режим Швидкість V, км/год Навантаження N1, % N0^

1 Попередній контроль на режимі холостого ходу

2 Міський ЗО 10

3 Магістральний 60 30

Експлуатаційні норми токсичності повинні мати послідовну спадкоємність стосовно норм для виробника. Методики контролю мають принципову різницю, тому значення норм повинні бути уточнені шляхом приведення до стаціонарного режиму. На перехідних режимах об'ємна частка НІР і обсяг вихлопу вище, ніж на стаціонарних, тому норми для стаціонарних режимів повинні бути суворішими. У основі запропонованої методики приведення лежить принцип єдності об’єкта перевірки. Якщо ДТЗ при випробуваннях за їздовим циклом показало відповідність нормам, тобто Опт^Нщрц. тоді його конструктивні характеристики забезпечують їхнє виконання, а регулювання знаходяться в оптимальних межах. Якщо провести випробування цього або аналогічного об'єкта на стаціонарному циклі, то можна прийняти, що

НВВЦ ! НВВуст ~ О-ВВц ^ (2вВуст .

Вводиться коефіцієнт приведення, який дорівнює:

. \ г

ВИ І \Mvan )

¡Хвв(У,Мк)Л/{)-У0-рвв

(7)

(8)

де 1„ - відстань, яку ДТЗ проходить за цикл, км, 1 - час циклу, с; Хшр - миттсве значення об'ємної частки ШР при поточній швидкості і навантаженні, %; Уо - об’єм ВГ, приведений до нормальних умов,

в, м\ Ошр - викид ШР при усталеному режимі, г/км

Значення інтегралу тут може бути встановлено трьома способами: безпосереднім усередненням концентрації при перемішуванні проб в еластичній судині; графічним інтегруванням за даними к^нтрол^ мИіієвкл. значень токсичності; інтегруванням апроксимуючої функції.

Таблиця З

Норми викидів для контролю токсичності ДТЗ в умовах експлуатації на ооликових стендах на основі норм ОСТ 37. 001. 054-86

Параметри Компоненти |

СО С„Н„, ыох !

Норми викидів на У=30 км/год, N1=10% 2.5 0.25 2.5 ]

стенді, г/км У=60 км/год, Ы]=30% 1 0.10 5.0

Коефіцієнти Міський режим 5.67 18.9 2.03

приведення Магістральний режим 13.6 45.4 0.94 :

Використовуючи результати випробувань ГАЗ-ЗІ029 за їздовим циклом та дані власних експериментальних досліджень на стаціонарних режимах, отримані числові значення норм (табл. 3).

У четвертому розділі описана методика проведення експериментальних досліджень.

Аналіз характеристик вітчизняних і закордонних газоаналізаторів підтвердив гнучкість методики стосовно добору апаратури. При дотриманні зазначених метрологічних вимог вимірювальна система може комплектуватися різноманітними газоаналізаторами У дослідженнях для виміру концентрації СО і суми вуглеводнів використовувався газоаналізатор игех 3110 (Японія). Для виміру оксидів азоту - газоаналізатор 344 ХЛ 01 НВО “Аналітприлад”. При перевірці методики використовувалися також газоаналізатори моделей 121 ФА-01 та 123 ФА-ОІ, що показали задовільні результати.

Зроблено оцінку помилки прямих вимірів і розрахована похибка методики визначення токсичності.

З огляду на значну інертність виміру токсичності, у порівнянні з іншими фізичними величинами, що характеризується часом запізнювання (рис. 3.), розглянута незалежна похибка запізнювання Складові 1^, приведені в тексті дисертації. Для усунення даної похибки необхідно, щоб двигун проробив на сталому режимі час більший, ніж іМІ

Ізги

ісб і пп їа

¿■ус іио р/р . Ьвыл Ьпв іпол іан

^/1 —С. ґ / ґ / д\ хл.\' X >СХІ<хх X X V КІ X А 50< XX

Рис.З. Складові часу запізнювання і*,,, вихідного сигналу:

1 - виконавчі пристрої системи живлення (карбюратор/ система опряску), 2 - ДВЗ; 3 -джерело керуючого сигналу (волім і(або) мікропроцесор), 4 - система випуску, 5 -пробовідбірник; 6 - фільтр, 7 - газоаналізатор

Експериментально встановлено, що час запізнювання є функцією ряду зовнішніх чинників (температура охолодної рідини до пуску двигуна, частота обертання на обраному режимі та ін ) і параметрів вимірювальної системи (принцип здійснення газоаналііу і загальна швидкодія газоаналізатора, що

характеризується розміром То,ад, довжина пробовідбірника, його переріз і опір). На рис. 4 показана експериментальна залежність часу встановлення показань від температури охолодної рідини при пуску. Характер стабілізації СО і С„Нт різний. Показання вмісту оксиду вуглецю стабілізуються на 15.. 40% швидше.

За результатами досліджень вироблені практичні рекомендації шо до стабілізації показань токсичності. Для винятку похибки запізнювання стаціонарні режими повинні підтримуватися до початку вимірів не менше 60 с Значний час запізнювання сучасних газоаналізаторів є головною перешкодою для контролю миттєвих значень токсичності на перехідних режимах.

т , с

Рис 4. Запізнювання стабілізації вихідного сигналу при пуску

Далі описана методика зняття характеристик токсичності на режимі холостого ходу. Ні весь діапазон частот обертання характеризується однаковою стабільністю токсичності. На перехідних частотах спостерігається одночасна робота декількох систем карбюратора. Такі діапазони небажано використовувати через значну похибку. Були виявлені характерні точки, що визначають вид характеристики:

1. Мінімальна частота обертання п,-и.

2. Перехідний режим (1200... 1300 хв'1)

3. Початок роботи головної дозуючої системи ГДС (1500 ! 800 хв )

4 Робота первинної камери ГДС (2000. ..2500 хв )

5 Підвищена частота обертання 0.8п„ом.

Методика визначення характеристик токсичності на роликовому стенді може бути описана з використанням загальної схеми вимірювальної системи (рис 5 ).

На робочому місці (РМ) і (пульт керування ПДС-Л) задається навантаження і контролюється значення швидкості. Встановлено, що похибка штатних спідометрів ДТЗ в експлуатації стосовно вимірювальної системи станції досягала 15%, тому оператор на місці водія РМ2 тільки підтримує

постійне значення швидкості. На РМ 3 контролюються миттєві значення токсичності, а на РМ 4 витрата палива. У залежності від комплектації можливо використання витратоміра палива, масового або об'ємного методів.

! 2 І і

f -г 1Í1 ÍV- Рк

І 11 \ ГАМҐ^\ л

г \ГПІку \

.1 L

Vi і 1 \

ОліШОГ

А

гис. 5. Схема розташування устаткування і розміщення операторів при проведенні випробувань:

О - контрольовані параметри; □ - параметри, що задаються, 1 - газоаналітична апаратура, 2 - гідромашина; 3 - тягач ПДС; 4 - пульт керування ПДС, 5 - устаткування для контролю витрати палива; б - ущільнення газовідводу, 7 - роликовий стенд, 8 -досліджуваний ДТЗ

Найбільша стабільність досягається при знятті навантажувальних характеристик при постійній швидкості. Перший ряд значень утворюється при зростанні навантаження, другий при зменшенні, що усуваг гістерезисні ефекти. Для підтримки температурного режиму ДВЗ при тривалих випробуваннях необхідний обдув радіатора. Під час одиничної перевірки за пропонованою методикою перегріву не відбувається.

Технологічний процес проведення контролю оформлений у вигляді технологічної інструкції.

У п'ятому розділі наведені результати експериментальних досліджень і їхній аналіз.

Хоча режим XX і не дає повного уявлення про токсичність об'єкта, взагалі відмовлятися від його використання не треба У ході експериментів отримана велика кількість швидкісних регулювальних характеристик XX різноманітних ДТЗ. Форма і розмір таких характеристик для справного ДТЗ в основному визначається типом паливної апаратури (особливо карбюратора). На

підвищених частотах обертання (2000 хв'1 і більше) об'ємна частка продуктів неповного згоряння звичайно нижче, ніж на мінімальних частотах XX. У той же час відповідні норми ГОСТ 17.2.2.03-87, навпаки, суворіші для мінімальної частоти обертання.

На рис. 6. показані послідовно зняті характеристики ВАЗ-2106. Збагачення суміші в усьому частотному діапазоні через несправності систем карбюратора призвело до значного перевищення норм, причому регулювання викиду на мінімальних частотах до норми практично не впливає на інші

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

П, хв -1

Рис. 6. Характеристики токсичності XX ВАЗ-2106 до і після впливів

Після промивання карбюратора і калібрування жиклерів вдалося досягнути норми. Таким чином, контроль треба вести без відриву від обслуговування і ремонту систем живлення, інакше він не дасть екологічного ефекту.

Аналіз експериментальних навантажувальних характеристик токсичності, отриманих на роликовому стенді, дозволяє зробити висновок, що викиди продуктів неповного згоряння для справних ДТЗ під навантаженням дуже малі. ЇУЧЄ 'ПЛі’ТЯгї^л ^ І іссправн остям и головко! дозуючої системи

(ГДС) карбюратора. Викиди оксидів азоту - зростаюча функція, причому для навантажень біля 25. .30% від номінальної потужності для автомобілів без систем каталітичної нейтралізації вони досягають 2500. .3500 млн . Крім дотримання рекомендованого кута випередження запалювання для таких ДТЗ немає інших засобів впливу на цей параметр.

Експериментальні дослідження підтвердили технічну досяжність запропонованих норм для справних ДТЗ вітчизняного виробництва. Причому для ДТЗ нових моделей із незначним терміном експлуатації норми щодо СО і СПН,„ виконувалися з запасом, щодо КОч у ряді випадків викиди дорівнювали або декілька перевищували норму. Для групи ДТЗ із великими (150...250 тис.

км) пробігами, навпаки, викиди СО і С„НШ майже наблизилися до норм, а викиди NOx укладалися в них.

Технічний стан ДТЗ закордонного виробництва із системами каталітичної нейтралізації не може бути перевірено існуючою методикою. Викид NOx досягає великих значень під навантаженням, а робочий температурний режим каталізатора складає 700.. .900° С.

На прикладі дослідження автомобілів VW Jetta з термічною окислювальною системою і Opel Vectra із двосекційним біфункціональним нейтралізатором ВГ розглянуті можливості загальної діагностики таких систем згідно з запропонованою методикою. Розмір і характер викидів СО VW Jetta показав, що мало місце перезбагачення суміші, а окислювальна система цілком вийшла з ладу.

При дослідженні Ореі Vectra установлено, що окислювальна секція нейтралізатора справна, на XX і під навантаженням викиди СО і CnHm були в межах похибки газоаналізатора. Що стосується відновної секції, можна зробити висновок про її часткову працездатність. Викиди NOv (рис. 7) мали сідлоподібну форму, що пояснюється такими процесами.

N,, %

Рис. 7. Навантажувальні характеристики викиду NOx Opel Vectra

При збільшенні навантаження температура ВГ і ефективність каталітичного відновлення зростає. Також зростає об'ємна швидкість і частка NOx на вході в каталізатор. У результаті при деякому навантаженні спостерігається мінімум, а далі викид зростає, але значно менш інтенсивно, ніж без нейтралізатора. Кінцевий висновок про працездатність системи можна зробити при наявності заводських даних про гранично допустимий викид. Поелементне діагностування може бути виконано за допомогою засобів самодіагностики за кодами стандарту OBD-II.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Дисертаційна робота є частиною досліджень з діагностування технічного стану транспортних машин і виконана за енергетичним підходом. Він пов'язує експлуатаційні параметри ДТЗ із мірою енергії, що розсіюється -витратою палива та внутрішніми властивостями (конструктивними та ін.) у взаємодії з умовами експлуатації.

2. Найбільш ефективним показником токсичності в експлуатації є сумарна приведена токсичність ВГ, віднесена до пробігу (г/км).

3. Номенклатура речовин, які контролюються в експлуатації, визначається їх часткою у викидах і можливістю інструментального контролю.. Контроль речовин за аналітичними (лабораторними) методами для експлуатації недоцільний.

4. Контроль токсичності за допомогою їздових перехідних циклів інформативний, але складний та дорогий. Він може бути замінений стаціонарними навантажувальними режимами. Перевірка токсичності на режимі XX повинна стати низовим рівнем контролю.

5. Принципова новизна розробленої математичної моделі токсичності в залежності від основних чинників є перехід від збирання всіх ВГ за цикл до виміру миттєвого значення на сталому режимі.

6. Обмеженням для швидкості в місті є транспортні умови. Середні значення швидкості складають 25..35 км/год, при малих навантаженнях, що знайшло відбиття у запропонованих стендових навантажувальних режимах.

7. Розроблено методику приведення міжнародних норм викидів для їздових циклів до норм для контролю на стаціонарних режимах. Норми для стаціонарних режимів за розміром повинні бути суворішими, чим для перехідних режимів.

8. Розроблена методика дозволяє виконувати загальну діагностику систем нейтралізації ВГ. Методика та алгоритм визначення токсичності в питомих масових одиницях, навантажувально-швидкісні режими і норми викидів подані у формі проекту перспективного нормативного документа по контролю викидів шкідливих речовин.

о Викопкстаїшя методики гтпи птзоведенні випроОувзнь рпномзяїтник експлуатаційних матеріалів, присадок, проведених в акредитованих лабораторіях ХДАДТУ та при виконанні технічного огляду ДТЗ, показало іі високу практичну ефективність, вона офіційно визнана органами Держстандарту (акредитація Держстандарту України від 25.12.1998 № 1000217198).

Основні положення дисертаційної роботи викладені в таких основних :

1 Трифонов А.О. Новий метод контролю токсичності відпрацьованих газів // Вісник Харківського державного політехнічного університету. - 1998. -№16. -С. 102-106.

2. Браїльчук А.П., Мармут LA., Подгорний О.Д., Трифопов А.О. Деякі

результати випробувань ультразвукового випромінювача Гартмана у впускної системі ГАЗ-31029 // Вісник Харківського державного

політехнічного університету. - 1999. - №49. - С. 122-126. (особистий внесок 15%)

3. Трифонов А.О., Браїльчук А.П., Мармут I.A. Результати експериментальних

досліджень токсичності двигунів з іскровим запалюванням // Вісник Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету. - 1999. - №9. - С. 47-50. (особистий внесок 60%)

4. Браїльчук А.П., Трифонов А.О. Масові одиниці для контролю токсичності на

режимі холостого ходу // Вісник Харківського державного політехнічного університету. - 1999. - №58 Двигуни внутрішнього згоряння. - С. 183-187. (особистий внесок 50%)

та додаткових публікаціях:

5. Шило В.В., Трифонов А.О. Аналіз викидів шкідливих речовин

автомобільним транспортом по м. Харкову // Проблеми створення нових машин і технології. Збірник праць Кременчуцького державного політехнічного інституту 1997. - Вип. 2. Частина И. - С. 28-34. (особистий внесок 50%)

6. Трифонов А.О. Аналіз існуючої і пропозиції по впровадженню нової системи

контролю токсичності // Матеріали міжнародної конференції “Системотехніка на автомобільному транспорті”. - 1999. - С. 133-137.

УДК 629.113.004 Трифонов А.О. Удосконалення діагностування токсичності відпрацьованих газів засобів транспорту в умовах експлуатації. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.20 - Експлуатація і ремонт засобів транспорту. - Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет Міністерства освіти та науки, Харків, 2000.

Як результат досліджень розроблена методика діагностування та контролю токсичності ДТЗ на роликових стендах з отриманням результатів у питомих масових одиницях; вона дозволяє використовувати як аргумент для визначення викиду дані прямих вимірювань. Розроблено стендові навантажувально-швидкісні режими; запропонована методика приведення норм та визначені значення норм. Форму і розмір навантажувальних характеристик токсичності запропоновано використовувати для діагностування систем каталітичної нейтралізації. Визначено метрологічні показники методу і вимірювальної системи. Уточнено технічну досяжність запропонованих норм і технологію виконання контролю.

АНОТАЦІЯ

Кшочоы слова: Токсичнкть, шккЬтва речовина, питалаш масовий тосид, иавантажуваяып реэкшш, загоны ш дштостика, системы наапрашэацй.

SUMMARY

УДК 629.113,004 Trifonov A.A. Development of automobile exhausts gases toxicity diagnostic methods under operating condition. - Manuscript.

Thesis on searching of a scientific degree of the Candidate of technical science on a speciality 05.22.20 - Maintenance and repair of means of transport. - Kharkov State Automobile-Highway Technical University of Ukrainian Ministry of Education and Science, Kharkov, 2000.

The automobile toxicity monitoring methods on roller chassis dynamometer with obtaining results in specific mass units are developed in an outcome researches; the mathematical model allows to use as argument for the determination of an exhausts both data of direct measurements and analytical functions. The load and speed conditions for roller dynamometer are developed; the methods of bringing the norms for transitional cycles to norms for stationary conditions are offered; the numerical values of norms are defined. The form and magnitude of toxicity load performances is offered for using in diagnostics of catalytic neutralizing systems. The experimental researches have allowed testing of the offered technique. Metrological performances of a method and measuring system are defined. The engineering accessibility of offered norms and the process of monitoring technological realization are worked out

Key words: Toxicuv. harmful substance, specific mass emissions, transitional cycles, stationary toad conditions, general diagnostics, system of neutralizing.

АННОТАЦИЯ

УДК 629.113.004 Трифонов А.А. Совершенствование диагностирования токсичности отработавших газов транспортных средств в условиях эксплуатации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени к-онлидата технических наук по специальности 05 22.20 - Эксплуатация и ремонт средств транспорта. -Харьковский государственный автомобильно-дорожпый технический университет Министерства образования и науки, Харьков, 2000.

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана методика диагностирования и контроля токсичности ¡жтемобилей на роликовых стендах с представлением результатов в удельных массовых единицах.

Определена номенклатура проверяемых вредных веществ (ВВ), сформулированы условия их отбора для целей контроля в условиях эксплуатации. Это доля их выброса по критерию приведенной токсичности и возможность инструментального (приборного) измерения. Для контроля приняты оксиды углерода СО, углеводороды CnHlt, и оксиды азота NOx.

Математическая модель позволяет использовать в качестве аргумента для определения выброса как данные прямых измерений, так и аналитические зависимости. Удельный массовый выброс ВВ определяется на основе мгновенных значений объемного выброса и расхода топлива. Получены коэффициенты полиномиальных нагрузочных характеристик токсичности для ряда силовых агрегатов.

Анализ городских условий движения в мире и в Украине показал, что скорость лимитируется транспортными условиями, а силовой агрегат работает на режимах частичных нагрузок. Разработаны два стендовых нагрузочноскоростные режима, имитирующие реальные условия эксплуатации подвижного состава: городской (У=30 км/ч, Ы|=10%) и магистральный (У=60 км/ч, N,=30%).

Предложена методика приведения норм для переходных ездовых циклов к нормам для стационарных режимов; определены численные значения норм в удельных массовых единицах (г/км).

Экспериментальные исследования проводились для режима холостого хода и стационарных нагрузочно-скоростных режимов на стенде. Отдельно выделены исследования ДТС с каталитическим нейтрализатором. Определены метрологические показатели метода и измерительной системы. Даны рекомендации по подбору измерительного оборудования. Уточнена техническая достижимость предложенных норм и технология выполнения контроля, которая о’формлена в виде технологической последовательности. Показана возможность' использования предложенной методики для целей оценки эффективности технических мероприятий по снижению токсичности.

Анализ средств встроенной электронной самодиагностики стандарта ОВЭ-П показал, что возможен контроль состояние только тех элементов, где имеются датчики состояния или режимных параметров. Поэтому наиболее полно состояние каталитического элемента характеризуется величиной выбросов ВВ. Форму и величину нагрузочных характеристик токсичности предложено использовать для общей диагностики систем каталитической нейтрализации.

Апробирование предложенной методики проведено в ходе выполнения технических осмотров на базе станции диагностики ПДС-Л и исследований экологической эффективности различных эксплуатационных материалов в аккредитованной лаборатории ХГАДТУ.

Ключевые слова: Токсичность, вредное вещество, удельный массовый выброс, переходные - ездовые циклы, стационарные нагрузочные релпшы. общая диагностика, системы нейтрализации.