2.5. Определение токсичности и дымности отработавших газов

Определение токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) осуществляется с помощью специальных газоанализаторов. Для определения содержания оксида углерода СО и углекислого газе CО₂ при стендовых испытаниях двигателей в лаборатории МАДИ применяются оптико-акустические газоанализаторы ГИАМ-5 Смоленского завода, а для несгоревших углеводородов С_nН_m - газоанализаторы ГЛ-1121, основанные на поглощении инфракрасного излучения исследуемым газом. Известно, что только многоатомные газы, смеющие хотя бы два разнородных атома в молекуле (CO₂, H₂O, СО, C_nH_m и др.), обладают наибольшей способностью поглощать лучистую энергию, причем в строго определенных для каждого газа интервалах длин волн. Это позволяет определять содержание отдельных компонентов в сложных газовых смесях (ОГ двигателя) независимо от концентрации других компонентов.

Механизм действия оптико-акустических анализаторов основан на использовании явления разогрева газа при поглощении радиации и охлаждения его, когда действие лучей прекращается, Исследуемый газ поступает в сосуд-лучеприемник и через светофильтр, пропускающий инфракрасное излучение, с помощью обтюратора периодически облучается от источника инфракрасного излучения. В результате нагрева одновременно с изменением температуры газа на величину Δt соответственно изменяется и давление его на величину Δр, которое воспринимается чувствительней мембраной конденсаторного микрофона. Колебания мембраны преобразуются в постоянный ток, величина которого характеризует поглощение данным компонентом инфракрасной радиации и служит мерой его концентрации, фиксируемой в процентах регистрирующим прибором.

Определение концентрации в ОГ оксидов азота производится в основном приборами, основанными на хемилюминесценции. При сгорании топлива в двигателе образуется оксид азота NO, который затем в условиях более низких температур в значительной части переходит в NO₂. Таким образом, оксиды азота NO_X содержат смесь NO и NO₂ Для определения концентрации NO хемилюминесцентным методом пробу ОГ предварительно обрабатывают озоном О₃. В результате получаются возбужденные частицы NO₂, которые при переходе в стабильное состояние излучают фотоны света. При этом интенсивность излучения пропорциональна концентрации NO в пробе газа. Интенсивность излучения измеряется с помощью фотоумножителя, причем прибор показывает непосредственно концентрацию NO. Для определения в ОГ суммарной концентрации NO_X полученная ранее NO₂ (при анализе на NO) превращается в специальном конвертере прибора в NO, содержание которого определяется хемилюминесцентным методом, как было показано выше. Иногда для анализа ОГ на содержание оксидов азота используют инфракрасные и ультрафиолетовые спектрометры, принцип действия которых аналогичен принципу действия газоанализаторов на несгоревшего углеводорода.

Определение дымности ОГ осуществляется с помощью специальных дымомеров. Наибольшее распространение получили дымомеры, работающие по методу просвечивания ОГ с поглощением светового потока, и дымомеры с фильтрацией ОГ. Дымомеры с просвечиванием, использование которых для замера дымности ОГ дизелей регламентировано стандартом, оценивают относительную задымленность по оптической плотности слоя газа определенной толщины (0,4 -0,5 м). В дымомерах этого типа часть ОГ или все газы пропускаются через измерительный цилиндр прибора. По торцам цилиндра расположены осветитель и фотоэлемент, ток которого регистрируется соответствующим измерителем и служит показателем дымности. В дымомерах с фильтрацией дымность определяется по степени потемнения фильтровальной бумаги, через которую пропущен определенный объем ОГ. Степень потемнения фильтра определяют фотометрированием; при этом нулевая отметка шкалы прибора соответствует чистому фильтру, а предельная - полному поглощению света фильтром, т.е. 100% дымности.