Испытание автомобилей на топливную экономичность и токсичность отработавших газов на стендах с беговыми барабанами

Уравнение расхода топлива для порожнего автомобиля за­пишем в виде

где G₃—вес порожнего автомобиля, приходящийся на задние колеса, Н; f_b —коэффициент сопротивления качению колеса на беговых барабанах; Р_b, — усилие, затрачиваемое на преодоление трения в механизмах стенда, Н; Р_т— усилие, поглощаемое тормо­зом стенда, Н.

Характер изменения расхода топлива в зависимости от скорости автомобиля на стенде с беговыми барабанами и на дороге различен. На дороге при скоростях более 45 км/ч резко увеличивается расход топлива, что объясняется возрастающим (по закону параболы) влиянием сопротивления воздуха.

Коэффициент сопротивления качению f_b и усилие Р_b зависят от конструкции стенда (барабанов, подшипников, редуктора). Поскольку автомобиль неподвижен, в последнем уравнении слагае­мое, учитывающее сопротивление воздуха, отсутствует. Чтобы физические процессы расхода топлива на дороге и на стенде были подобны, необходимо выдержать следующее условие:

Отсюда тормозное усилие на стенде Р_т = G_aψ + 0,077kFV²_a — G3f_b — P_b. Так как определенным условиям эксплуатации соответствуют конкретные значения G_aψ, 0,077kFV²_a, следовательно на стенде можно имитировать режим движения автомобиля и расход топлива. При испытании автомобиля на стенде определенной конструкции слагаемое G₃f_b + Р_b — постоянная величина. Обозначим его Р_с.

Для t_K = 1 уравнения расхода топлива (первое — в литрах на 100 км, второе — в килограммах на час) представим так:

Техническое состояние двигателя и его топливную экономич­ность можно оценить с помощью метода [9], суть которого со­стоит в следующем. Устанавливаются контрольные нормы рас­хода топлива при определенных скоростях вращения колес ав­томобиля и усилиях (крутящих моментах в ньютонометрах) на ведущих колесах. Рекомендуется для всех автомобилей скорость принимать равной 40 км/ч, а крутящие моменты на ведущих колесах в 1—2,5 раза большими, чем максимальный-крутящий момент двигателя (М_max — для легковых автомоби­лей, 2М_maх — для грузовых, 2,5М_max — для автобусов).

Расход топлива (в литрах на 100 км) в этом случае полу­чим из уравнения

где б — число, показывающее увеличение крутящего момента (соответственно равное 1; 2; 2,5).

Например, для ЗИЛ-130 при скорости 40 км/ч, M_max ≈ 400 H·м и η_i ≈ 0,33 контрольная норма

Расчетные нормы требуют затем дальнейших уточнений при массовых испытаниях автомобилей на топливную экономич­ность с учетом конструкции динамометрических стендов. Перед замерами расхода топлива двигатель необходимо прогреть до нормальной температуры, а давление воздуха в шинах довести до нормы. Если расход топлива окажется больше контрольной нормы, следует провести поэлементное диагностирование от­дельных систем, механизмов и устранить выявленные неисправ­ности.

Очень важно уметь правильно сочетать индивидуальный контроль автомобилей на топливную экономичность с индиви­дуальной регулировкой основных систем двигателя. Это позво­лит в среднем на 8—10% снизить расход топлива.

К основным задачам технической диагностики автомобилей относится их испытание на токсичность отработавших газов. Актуальность этой задачи непрерывно возрастает.

Вредность отработавших газов нельзя оценивать по содер­жанию одного токсичного компонента. Необходимо учитывать общее количество выделяемых компонентов, их вредность и режим работы двигателя (развиваемую мощность). В карбюраторных двигателях при работе на богатых смесях (холостой ход, малые нагрузки) основными токсичными компонентами являются окись углерода и углеводороды, на бедных смесях — окислы азота. В дизельных двигателях основные токсичные компоненты при разных оборотах и нагрузках — сажа и окислы азота.

На автотранспортных предприятиях производится упрощен­ная оценка токсичности по содержанию окиси углерода в отра­ботавших газах на режимах холостого хода с помощью спе­циальных портативных газоанализаторов. С 1 января 1978 г. действует стандарт «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензино­выми двигателями. Нормы и метод определения» (ГОСТ 17.2.2.03—77). Нормируется содержание окиси углерода в отра­ботавших газах бензиновых двигателей в режиме холостого хода при минимальной частоте вращения коленчатого вала и повышенной, равной 0,6 номинальной. Последний режим при­меняется на автотранспортных предприятиях и на станциях технического обслуживания столиц союзных республик, городов-курортов, городов с населением 300 тыс. чел. и более. Для авто­мобилей, изготовленных до 01.07.78., объемная доля СО в отра­ботавших газах составляет 2%, с 01.07.78. по 01.07.80. — 1,5% после 01.01.80.— 1 %. Содержание СО для оборотов холостого хода соответствует 3,5, 2 и 1,5%. Погрешность переносного при­бора не должна превышать более ±5%, стационарного — 2,5% верхнего предела шкалы.

Фактическое содержание СО находится умножением изме­ренного количества содержания СО на поправочный коэффи­циент К, учитывающий атмосферное давление и температуру воздуха. При высоком давлении (1010 —1030 гПа) и низкой тем­пературе (5 — 10°С) K = 1,13, в условиях низкого давления (920—930 гПа) и высокой температуры (35 — 40 °С) K = 0,62. Значения коэффициентов приведены в таблице ГОСТа. На пред­приятиях автомобильной промышленности и авторемонтных заводах для оценки токсичности отработавших газов автомо­били испытывают на специальных динамометрических стендах по ездовому циклу, моделирующему усредненные режимы рабо­ты в городских условиях. Замеряется суммарное содержание окиси углерода, углеводородов и окиси азота.

Для автопредприятий, эксплуатирующих автомобили, этот вид испытаний является рекомендательным. На тех автопред­приятиях, где внедрены современные контрольно-диагностиче­ские станции, оборудованные динамометрическими стендами с нагрузочными устройствами, также должны применяться мето­ды оценки токсичности по ездовому циклу. Испытание состоит из четырех ездовых циклов, непрерывно повторяющихся один за другим. На рис. 119 показан режим испытания автомобиля в течение 195 с. Общая продолжительность испытания — 13 мин. Скорость изменяется в пределах 0 — 50 км/ч. Время испытания по отдельным режимам распределяется таким образом: холостой ход — 31%, разгон — 18,5, переключение передач — 4,1; движение с постоянной скоростью — 29,2; замедление — 12,7; замедление с выключенным сцеплением — 4,5%. Расстояние, проходимое за время испытания, 4,05 км. Допуск на скорость

Рис. 119. Ездовой цикл (195 с) для оценки выделения вредных веществ с отработавшими газами: К—выключение сцепления, Кь Кг — выключение сцепления при включенных 1-й и 2-й передачах:

1 − 1−я, 2−я, 3−я передача; Н — сцепление включено, рычаг перемены передач в нейтральном положении

± 1 км/ч, на время ± 0,5 с. Аналогичные ездовые циклы разра­ботаны в США, Европе (цикл ЕЭК ООН), Японии.

Предельно допустимые нормы выделения вредных веществ зависят от массы автомобиля и его технического состояния. В дальнейшем планируется постепенное ужесточение норм допустимого выброса вредных веществ. Это позволит, несмотря на планируемый рост парка автомобилей в стране, снизить сум­марный выброс вредных веществ. Для автомобилей с полной массой 1700—1930 кг (например, «Волга-24») предельно допу­стимая норма выделения вредных веществ за испытательный цикл следующая: окись углерода — 112 г, углеводороды — 11,2, окись азота — 15 г. В перспективе эти нормы снизятся в сред­нем на 35 %.

При анализе общей загазованности атмосферы необходимо также учитывать выбросы, производимые мотоциклами. Выброс углеводородов средним мотоциклом с двухтактным двигателем превышает количество выбросов легкового автомобиля в не­сколько раз.

Для оценки токсичности отработавших газов на содержа­ние окиси углерода на автопредприятиях следует применять портативные газоанализаторы ГАИ-1 смоленского ПО «Аналит-прибор», «Элкон» (ВНР), «Инфралит» (ГДР), «Палтест» (ПНР). Концентрация окиси углерода и углеводородов по ездо­вому циклу определяется недисперсными инфракрасными газо­анализаторами, а окислов азота — хемилюминесцентными газо­анализаторами.

Газоанализатор типа СО-тестер состоит из измерительной камеры К_и (рис. 120), через которую проходят отработавшие газы, и сравнительной камеры К_с, наполненной чистым возду­хом. Перед заполнением камеры равновесный мостик прибора

Рис. 120. Индикатор для анализа отработавших газов: а — схема, б — шкала

балансирует с помощью реостата R₅. Платиновые резисторы R₂, R₁ включены в мостиковую схему. При сгорании окиси углерода в камере К_и повышается температура и изменяется сопротив­ление платиновой нити. Вследствие нарушения равновесия моста стрелка миллиамперметра отклоняется, показывая состав рабо­чей смеси (А — бедная, Б — нормальная, В — богатая).

Для непрерывного определения концентрации окиси и дву­окиси углерода в газовых смесях можно использовать выпускае­мые нашей промышленностью оптикоакустические газоанализа­торы (рис. 121) типа ОА2109 с пределами измерения 0 — 20%. Действие газоанализаторов основано на измерении поглощения газом инфракрасной радиации, степень которой зависит от кон­центрации определяемого компонента в анализируемой смеси.

Если исследуемый газ заключить в замкнутый объем и под­вергнуть воздействию потока инфракрасной радиации, за опре­деленный промежуток времени газ нагреется до некоторой тем­пературы, зависящей от условий теплоотдачи, повысится также и давление газа. Если с помощью обтюратора прерывать с не­которой частотой поток радиации, газ будет периодически нагре­ваться и охлаждаться, в результате чего возникнут колебания температуры и давления.

Колебания воспринимаются микрофоном и преобразуются в электрические сигналы, которые усиливаются и подаются на измерительный прибор. Показания прибора свидетельствуют о концентрации определяемого компонента.

Источником инфракрасной радиации служат два нихромовых излучателя 3 (рис. 121). Поток радиации, отражаясь от металлических вогнутых зеркал 2, поступает в оптические каналы. Одновременно оба потока прерываются обтюратором 4 с частотой 5 Гц.

В правом канале прерыви­стый поток радиации проходит фильтровую 5 и рабочую 8 ка" меры, и затем, отражаясь, по­ступает в правый лучеприемный цилиндр. В левом канале поток радиации проходит фильтровую 5 и компенсирую­щие 7 камеры и поступает в левый лучеприемный ци­линдр.

Рис. 121. Схема оптико−окустического газоанализатора

1 — самопишущий прибор; 2 — зеркало; 3— излучатель; 4 — обтюратор; 5 — фильт­ровая камера; 6 — реохорд; 7 —компенси­рующая камера; 8 — рабочая камера, 9 — реверсивный двигатель; 10—усилитель

В рабочей камере, через ко­торую непрерывно протекает анализируемый газ, происхо­дит частичное поглощение ра­диации. Фильтровые камеры уменьшают влияние измене­ний содержания неизмеряемых компонентов, присутствующих в газовой смеси. Эти камеры заполнены только неизмеряемыми компонентами. Поэтомучасть радиации, соответствующая полосам поглощения этих компонентов, поглощается. Радиация, соответствующая полосе поглощения измеряемого компонента, происходит без значи­тельного поглощения.

Лучеприемник заполнен смесью измеряемого газа с азотом. Разность потоков радиации в лучеприемнике зависит от кон­центрации измеряемого компонента в анализируемой смеси. Разность переменных давлений преобразуется конденсаторным микрофоном в переменное напряжение, которое усиливается усилителем 10 и подается на реверсивный двигатель 9.

Длина компенсирующей камеры 7 автоматически изменяется реверсивным двигателем так, что потоки радиации, прошедшие соответственно рабочую и компенсирующие камеры, поддержи­ваются равными. Сопротивление реохорда 6 однозначно связано с длиной компенсирующей камеры и регистрируется самопишу­щим прибором 1.

Среди импортных приборов, основанных на поглощении инфракрасной части спектра измерения, в автотранспортных предприятиях применяются однокомпонентный газоанализаторпроизводства ГДР (Инфралит Абгатест). Прибор позволяет непрерывно измерять содержание СО с достаточной точностью.

Дизельные двигатели обычно контролируют по дымностиот работавших газов. Особенно большое количество сажи выделя­ется при работе двигателей в режиме высоких нагрузок.

Оценивать содержание сажи в отработавших газах можно методом визуального сопоставления зачерненного сажей фильт­ра с эталонной тоновой шкалой, приготовленной засветкой светочувствительной бумаги в течение определенного времени.

Существуют специальные приборы, позволяющие оценить дымность отработавших газов. Принцип работы прибора фильт­ровального типа основан на оценке светоотражающей способно­сти предварительно задымленного образца. Прибор содержит газоотборник, отсасывающий бачок, индикатор степени дымности.

В дымомере К-408 использован принцип регистрации степени поглощения светового потока, проходящего через отработавшие газы. В состав дымомера входят осветитель, фотоприемник, уси­литель, индикатор.

Универсальный фотометрический дымомер УФНД-1П пред­ставляет собой комбинацию фильтровального и просвечиваю­щего приборов. Он пригоден в стационарных и полевых условиях.

В соответствии с ГОСТ 19025—73 «Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений» установлены следующие предельно допустимые нормы опти­ческой плотности отработавших газов по методу просвечивания: на режимах внешней скоростной характеристики — 45%, на режиме разгона для двигателя без наддува — 40%, с надду­вом — 50 %.

Дата добавления: 2015-11-16