СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

УДК. 621.4/536.5

ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ И ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

THE CHOICE OF METHODS AND MEANS OF MEASURING TOXICITY AND OPACITY OF EXHAUST GASES OF PISTON ENGINES

П.В. Литвинов

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), Россия, г. Омск

нагрузок возвратно-поступательно движущихся масс и для улучшения теплоотвода от стенок и

днища поршни делают тонкостенными.

В связи с ужесточением экологических требований, материалам поршня уделяется особое внимание, поскольку они оказывают прямое воздействие на процесс сгорания топлива и, соответственно, на вредные выбросы. В настоящий момент содержание вредных выбросов в отработавших газах (ОГ) регламентируют следующие стандарты – Евро-4, Евро-5 и Евро-6. Стандарты Евро-5 и Евро-6 устанавливают норму выбросов не только для углеводородов,

окислов азота, оксида углерода, но и углекислого газа. Введение новых стандартов ожидается в 2020 и 2025 годах. Вопрос о выбросах вредных веществ возникает уже на стадии проектирования двигателя. Поэтому материал поршня в настоящий момент выбирается с учётом влияния его температурного поля на сгорание топлива [1].

За последние годы идет интенсивный процесс совершенствования управления производством на всех уровнях. Особенностью этого процесса является более широкое использование для управления современных математических методов. Имеющиеся технические средства позволяют создавать автоматизированные системы управления (АСУ) различными объектами. Наибольшее распространение получили системы нижнего уровня –

управление установкой, агрегатом, процессом стендовых испытаний. Применяемые в различных стендах системы отличаются как по составу технических средств, так и по математическому обеспечению. При проведении экспериментальных исследований важным является метрологическое обеспечение.

При этом следует отметить, что испытание двигателей с учётом влияния материала поршня легче проводить в стационарных условиях, т.е. на стенде, поэтому в данной работе будет рассмотрен именно этот вариант.

Также следует отметить, что во избежание непреднамеренных поломок стенда и определения нужных параметров оксидации данные испытания проходят в два этапа: имитация с использованием образцов поршня и испытание на стенде с использованием обработанных поршней.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Основные понятия и определения

Метрологическое обеспечение испытаний – это становление и применение научных и

организационных основ, технических средств, метрологических правил и норм, необходимых для получения достоверной измерительной информации о значениях показателей качества и безопасности продукции и услуг, а также о значениях характеристик воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях, других условий испытаний.

Использование стендов намного повышает эффективность производства и качества контроля выпускаемых изделий. При этом следует отметить:

1.Отсутствие визуальных измерений и ручного управления повышает степень объективности испытаний, возрастает достоверность данных, т.к. увеличивается количество измерений контролируемых параметров, что приводит к снижению неопределенности результата измерения;

2.Оптимизируется процесс отладки, в несколько раз уменьшается время на подготовку оборудования и обработку результатов испытаний;

3.Оптимизация испытаний осуществляется на основе информационных моделей современных математических методов характеристик изделий;

4.Трудоемкость испытаний уменьшается на 20-30%, энергетические затраты снижаются до

30%.

Конкретные функции, которые выполняет АСУ, зависят от характера и сложности выполняемого процесса, а также от технической сложности.

К ним можно отнести:

1. Контроль и идентификацию процесса испытания;

2. Стабилизация и регулирование;

3. Логико-программное оформление;

4. Расчет технико-экономических показателей процесса испытаний;

5. Анализ и предотвращение аварийных ситуаций.

По результатам измерений параметров испытаний принимаются весьма ответственные

1.Надзор за применением законодательно установленной системы единиц физических величин;

2.Обеспечение единства и точности измерений путем передачи размеров единиц физических величин от эталонов к образцовым средствам измерений и от образцовых к рабочим;

3.Разработку и надзор за функционированием государственных и ведомственных поверочных схем;

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

ИЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

4.Разработку методов измерений наивысшей точности и создание на этой основе эталонов (образцовых средств измерений);

5.Надзор за состоянием средств измерений в министерствах и ведомствах.

Испытания – техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких

характеристик данной продукций, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой [2].

Испытательный стенд и аппаратура

Испытательный стенд должен иметь оборудование для измерения показателей работы двигателя с необходимой точностью в соответствии с ГОСТ 14846-81 на испытания двигателей.

Например, крутящий момент и расход топлива необходимо измерять с точностью ±1%, частоту вращения коленчатого вала с точностью ±0,5%, температуры охлаждающей жидкости и масла с точностью ±2 °С [3].

Стенд для типовых испытаний двигателя состоит из следующих основных компонентов

(рис. 1):

-силовая установка с соответствующим типом двигателя;

-нагрузочное устройство (балансирная машина) с индикатором нагрузки;

-штатные контрольно-измерительные приборы данного двигателя;

-тахометр;

-секундомер;

-весы лабораторные.

393

Рисунок 1 – Общий вид стенда для испытаний двигателей:

1 – пульт управления двигателем; 2 – двигатель внутреннего сгорания; 3 – соединительная муфта; 4 – защитный кожух соединительной муфты;

5 – нагрузочное устройство (балансирная машина); 6 – опоры балансирной машины; 7 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и ротора балансирной машины;

8 – контрольно-измерительные приборы двигателя; 9 – ручка управления подачей топлива; 10 – плечо нагрузочного устройства; 11 – индикатор нагрузки; 12, 13 – фундаментные плиты соответственно лабораторного корпуса и стенда; 14 – рама стенда;

15 – кронштейны крепления двигателя к раме стенда

Для снятия характеристик дизельного двигателя используются стенды с двигателями Д-240 и Д-21А1. Для исследования бензинового двигателя используют стенды с двигателями ЗМЗ-53, ЗМЗ-406 или ВАЗ-21214.

В качестве нагрузочного устройства применяется индуктивный тормоз – асинхронный

двигатель с фазным ротором. Нагрузка на коленчатом валу двигателя задается тормозным моментом нагрузочного устройства. Тормозной момент зависит от величины тока в обмотке статора и изменяется с помощью реостата. Нагрузочное устройство стенда закреплено

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

балансирно, т.е. корпус электродвигателя (статор) может качаться на подшипниках, закрепленных в опорных стойках.

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Таблица 1– Модели газоанализаторов

Широкое распространение для дискретного анализа получают газохроматографические методы, требующие, однако, для обслуживания приборов специалиста. Для этой цели выпускается хроматограф «Газохром-3101» с термохимическим детектором. Из зарубежных

приборов применяют газоанализаторы, работающие по методу недисперсной инфракрасной спектроскопии Мекса (Меха) моделей 201 и 321 фирмы Хориба (Horiba), моделей RI-730, RI-762 фирмы Рикен (Riken), моделей EIR-63A и EIR-64 фирмы Янагимото (Janagimoto), Япония.

Окислы азота. Сущность дискретных химических методов заключается в поглощении нейтральным или слабощелочным раствором NаОH или КJ предварительно доокисленных окислов азота до NО2 и N2О4 с образованием в нем ионов NО2' и NО3'. Затем раствор обрабатывают специальными реактивами Грисса-Илосвая или Зальцмана, дающими окраску с пропорциональной содержанию иона NO2' интенсивностью. Раствор колориметрируют (измеряют степень изменения окраски) на фотоколориметре ФЭК-М. Содержание иона N O2'

определяют по калибровочной кривой прибора. Автоматические газоанаизаторы, работающие по физическому методу, основанному на высокой поглощающей способности NО в инфракрасной, а NO2 – в ультрафиолетовой областях спектра, либо на регистрации люминесцентного излучения, возникающего при реагировании NО с О3 в сильно разреженной

атмосфере, выпускаются пока только зарубежными фирмами. Наиболее известные приборы:

Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных: материалы Международной научно- практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 8-9 февраля 2017 г.