Устройство для отбора проб отработавших газов

Автор: В. Денисов, Н. Кислицин.

Источник: Горьковский политехнический институт / В. Денисов, Н. Кислицин – Сборник Автомобиль и окружающая среда.

Токсичность отработавших газов определяют общим и углубленным контролем автомобильных двигателей. Общий, оперативный контроль, например, при выпуске автомобиля на линию выполняют согласно ГОСТ 16533‑70 при помощи портативного быстродействующего прибора для определения содержания окиси углерода, зонд которого вводят в выпускную трубу неподвижного автомобиля.

Углубленный контроль позволяет определить содержание в отработавших газах СО, С_mН_n, NO_x и других токсичных веществ на автомобиле, установленном в лаборатории на стенде (с беговыми барабанами, нагрузочным устройством и инерционными массами) и работающем, например, 13 мин. по циклу, соответствующему типичному циклу движения данного автомобиля в современном городе. Все отработавшие газы собирают в эластичную камеру емкостью около 7 м³, берут из нее порцию газа и подвергают анализу, измеряют объем газов. Отсасывая газы из камеры насосом через расходомер, определяют массу токсичных веществ.

Проведение такого контроля требует сложных и дорогостоящих стендов, эластичных камер большого размера. Материал которых зачастую вступает во взаимодействие с отработавшими газами и изменяет их состав. Кроме этого, в лабораторных условиях сложно воспроизвести и оценить влияние на токсичность отработавших газов конкретных дорожных условий, температуры окружающего воздуха, влажности и других факторов. Отбор газов во время движения загруднен из-за необходимости размещения в автомобиле камеры емкостью около 7 м³.

Для упрощения углубленного контроля технического состояния двигателей авторами статьи разработано устройство, позволяющее выполнять отбор отработавших газов как в лабораторных условиях, так и во время движения автомобиля без использования стендов с беговыми барабанами. Устройство (см. рис. 1) содержит отборник проб 14, расходомер 13, распределитель 9, изготовленный из эластичного материала, шприц 7 с поршнем и штоком 7 для отбора газовой смеси. Полая игла шприца проходит через стенку во внутреннюю полость распределителя 9.

Рисунок 1 – Схема устройства для отбора проб отработавших газов

Распределитель соединен с отборником проб 14 посредством отборной трубки 16, снабженной охладителем и выходной трубкой 10. Устройство смонтировано на переносной панели 17.

Электромеханический привод выдвижения штока шприца представляет собой вал 1, состоящий из смежных секций различного диаметра, с которым фрикционно связана реечная тяга 2. Вал 1 соединен с редуктором 3 и двигателем 4, подключенным к отборнику проб через систему слежения.

Шток шприца шарнирно соединен с одним концом тяги 2, которая другим концом соединена с дополнительным электромагнитным приводом ее качания, содержащим электромагнит 21, установленный под тягой. С этим электромагнитом взаимодействует якорь 18. Реечную тягу 2 размещают между связанными с якорем 18 подпружиненным упором 19 и прижимным роликом 20.

Для определения токсичности отработавших газов на различных режимах работы двигателя на распределителе установлено несколько шприцев 7, каждый из которых снабжен индивидуальными реечными тягами 2. Те, в свою очередь, соединены с соответствующими электромагнитными приводами их качания и с общим электромеханическим приводом выдвижения.

На рисунке показано устройство с тремя реечными тягами, предназначенными для измерения токсичности газов при трех режимах работы дви¬гателя: разгон, торможение и во всем ездовом цикле.

Устройство работает следующим образом. Отборник проб 14 подсоединен к выхлопной трубе 15 автомобиля и отработавшие газы нагнетаются по трубке 16 в распределитель 9. Затем газы отсасываются по трубке 10 в другой конец отборника проб. Датчики расхода, температуры и давления газов через умножитель 8 и усилитель 6 подают команду о необходимой частоте вращения двигателя 4, который посредством редуктора 3 соединен с валом 1. Если электрическая цепь электромагнита 21 замкнута, то реечная тяга 2 выведена подпружиненным упором 19 из фрикционного зацепления с валом 1, и шток шприца остается неподвижным.

В начале отбора пробы газа размыкают цепь электромагнита 21 при помощи одной из тяг 2. При этом якорь 18 пружиной отталкивается от электромагнита и, поднимаясь вверх, поднимает прижимной ролик 20, который в свою очередь поднимает тягу 2 вверх до сцепления с валом 1. Благодаря силе трения тяга 2 взаимодействует с вращающимся валом 1, который перемещает ее и одновременно шток шприца. В шприц при этом набирается определенная порция газа.

Поскольку вал 1 через систему слежения связан с отборником проб 14, то частота его вращения и объем газа, поступающего в шприц, будут пропорциональны V_о. После того как проба газа взята, включают электромагнит 21. Якорь 18 и упор 19 опускаются, смещают тягу 2 вниз, отсоединяя ее тем самым от вала 1.

Объем газа V_о определяют по положению кромки поршня относительно масштабных меток, нанесенных на наружной поверхности стеклянного цилиндра шприца 7.

Исследователи выключают и включают цепи электромагнитов 21 и тем самым заполняют шприцы 7 отработавшими газами в зависимости от поставленных задач. Например, если необходимо определить токсичность на всем ездовом цикле, при разгонах и во время торможения заполнением трех шприцев (обозначенных соответственно А, В, С), то шприц А включают в работу в начале испытаний и выключают в их конце. Шприц В включают в работу в начале каждого разгона и выключают как только он закончится. Шприц С включают в работу и выключают соответственно в начале и конце каждого торможения. Если по условиям испытаний время заполнения некоторых шприцев относительно мало, то чтобы в них попало достаточное для анализа количество газа, устанавливают соответствующую сменную часть вала 1 с большим диаметром.

Описанное устройство позволяет применить для отбора газов емкость около 5 см³ (вместо емкости около 7 м³). Это упрощает проведение испытаний, повышает точность измерений благодаря исследованию проб отработавших газов взятых, непосредственно в дорожных условиях и применению камеры, изготовленной из стекла (это исключает возможное взаимодействие газа с материалом камеры). Новое устройство позволяет уменьшить затраты времени на испытание. Оно не требует применения дорогостоящих стендов с беговыми барабанами, экономит энергию и позволяет ускорить принятие действенных мер по регулировке двигателей и защите окружающей среды.