Разработана методика и проведены экспериментальные исследования по определению токсичных компонентов в отработавших газах дизеля в стендовых и эксплуатационных условиях. Получены зависимости токсичности и дымности отработавших газов при отключении цилиндров на различных режимах работы дизеля.
Двигатели внутреннего сгорания, в частности дизели, широко применяются в тракторах, автомобилях, сельскохозяйственной технике, стационарных установках и др.
Задача повышения экологической безопасности дизелей весьма актуальна, тем более что достигнутый уровень отечественных двигателей уступает аналогичным показателям лучших зарубежных аналогов США, Европы и Японии, особенно остро этот вопрос встает после вступления России в ВТО.
Проводимая в стране программа широкой дизелизации подвижного состава ставит более остро вопросы защиты атмосферы от загрязнения токсичными ингредиентами отработавших газов дизелей. В отработавших газах содержатся канцерогенные вещества, отрицательно влияющие на здоровье человека и окружающую среду, нарушающие рост растений, способствуя снижению урожаев, потерям в животноводстве.
Одним из известных путей решения этих задач является использование метода отключения цилиндров дизеля на режимах малых нагрузок и холостого хода.
На кафедре «Тракторы и автомобили» проведены исследования по влиянию отключения части цилиндров дизеля на его экономические и экологические показатели. В настоящей статье приведены результаты экспериментального исследования токсичности отработавших газов дизеля при отключении части работающих цилиндров в стендовых и эксплуатационных условиях.
Методика экспериментального исследования. Стендовые испытания двигателя проведены в лаборатории кафедры «Тракторы и автомобили» ЧГАА на стенде КИ-5543 в соответствии с ГОСТ 185090-88 [1]. Параметры работы двигателя определяли при трех вариантах испытаний:
Вариант 1) Испытания исходного двигателя - двигатель работал при всех включенных цилиндрах.
Вариант 2) Испытания с отключением только подачи топлива во 2 и 3 цилиндры двигателя.
Вариант 3) Испытания с отключением подачи топлива и привода клапанов 2, 3 цилиндров двигателя (клапаны были постоянно закрыты).
Стенд, на котором проводились исследования (рис. 1) состоит из электрической балансирной машины 2, соединенной с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания посредством карданного вала,
регулировочного реостата 1, весового механизма с циферблатом 3. Системой измерения расхода топлива 4 и регистрирующих приборов частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры охлаждающей жидкости, масла и давления масла. Стенд оборудован устройством для замера расхода
1 - реостат; 2 - балансирная машина; 3 - весовое устройство; 4 - весы; 5 - ДВС; 6 - мерное сопло; 7 - водяной манометр.
Измерение токсичных компонентов отработавших газов проводилось в соответствии с ГОСТ Р 51249-99 [3] газоанализатором «АВТОТЕСТ- 02.03п».
Данная модификация газоанализатора (рис. 2) предназначена для одновременного определения содержания оксида углерода (CO), углеводородов (СН), окислов азота (NOx) в отработавших газах дизельных двигателей автомобилей, тепловозов, морских и речных судов, а также стационарных установок и сельскохозяйственных машин.
Принцип действия прибора основан на измерении величины поглощения инфракрасного излучения источника молекулами углеводородов, диоксида углерода и оксида углерода в областях 3,4 и 4,7 мкм соответственно. Концентрация окислов азота определяется на основе электрохимической ячейки 3NF/F Nitric Oxide CITIcel.
В соответствии с целью, задачами экспериментальных исследований были выбраны методы замера, определены места установки датчиков, разработаны схемы измерений отдельных параметров, при этом замеряли следующие параметры и использовались следующие приборы и датчики, указанные в таблице 1.
Анализ полученных результатов исследования, показывает, что при отключении подачи топлива по сравнению с исходным двигателем дымность отработавших газов (рис. 5) на различных частотах вращения коленчатого вала уменьшается главным образом за счет увеличения коэффициента избытка воздуха. По варианту 3 величина дымности возрастает, что связано с отсутствием добавки воздуха в отработавшие газы из-за закрытия клапанов 2 и 3 цилиндров. У варианта 3 по сравнению с вариантом 1 показатели ослабления светового потока снижаются что, вызвано уменьшением расхода топлива, улучшением полноты его сгорания [7].
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
- Из имеющихся источников установлено, что содержание токсичных компонентов в отработавших газах зависит от множества факторов: степени сжатия, давления и температуры наддува, от качества топливоподающей аппаратуры, вида и качества топлива, а самое большое влияние оказывает (в 6 раз больше чем остальные) – коэффициент избытка воздуха.
- Максимальное снижение токсичности отработавших газов происходит на оборотах, близких к номинальным, при работе на режимах холостого хода и малых нагрузок.
ЛИТЕРАТУРА
- ГОСТ 18509-88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний», 1988. - 238 с.
- Суркин, В. И. Лабораторный практикум по испытанию ДВС : учеб. пособие // В. И. Суркин, А. Ф. Малышев, Б. В. Курчатов. - Челябинск: ЧГАА, 2010. - С.92 .
- ГОСТ Р 51249-99 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения», 1999. - 190 с.
- ГОСТ 17.2.2.02-98 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин», 1998. - 210 с.
- ГОСТ 23734-98 «Тракторы промышленные. Методы испытаний», 1998. - 305 с.
- Марков, В. А. Токсичность отработавших газов дизелей // В. А. Марков, Р. М. Баширов, И. И. Габитов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - С.376.
- Суркин, В. И. Определение дымности отработавших газов дизеля при отключении части его цилиндров / В. И. Суркин, А. А. Петелин, С. Ю. Федосеев // Известия самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - Выпуск № 3. - С. 50 - 55.