З відпрацьованими газами автомобіля

 

Для визначення вмісту СО широко поширені прилади, що визначають кількість теплоти від згоряння СО на каталітично активній платиновій спіралі. До об’єму газу, який відбирається для аналізу, у певному співвідношенні подають чисте атмосферне повітря. Відпрацьовані гази спалюють, нагріваючи платинову нитку. Підвищення їхньої температури в цей час за певних умов пропорційно змісту СО у відпрацьованих газах. До таких приладів відносяться індикатор моделі И-СО, прилад «Елкон S-100» і деякі інші газоаналізатори, вбудовані в мотор-тестери. Точність виміру цих приладів недостатня для кваліфікованих досліджень токсичності відпрацьованих газів. Їх можна використовувати лише при регулюванні системи живлення.

Іншу групу приладів називають альфаметрами. До них відносять газоаналізатори, принцип роботи яких пов’язаний зі зміною теплопровідності відпрацьованих газів (СО₂ і Н₂). У приладах цього типу частина газу пропускають через нагрітий платиновий дріт. Одночасно із цим через інший нагрітий платиновий дріт пропускають повітря. Зіставлення температур охолодження обох дротів дозволяє оцінити вміст СО у відпрацьованих газах. Точність розглянутих приладів теж невисока, хоча й достатня для регулювання системи живлення двигуна.

Прилади працюють у такий спосіб. На сумішах у відпрацьованих газах двигуна міститься багато Н₂, який має великий коефіцієнт теплопровідності. У платинової нитки водень інтенсивно віднімає тепло, викликаючи підвищення її опірності й збільшення сили струму у вимірювальній системі. Альфаметри можуть застосовуватися для непрямої оцінки вмісту СО у відпрацьованих газах. Це найпростіший клас вимірювальної техніки. Основні з них – альфаметри АSТ-70 і АSТ-76 (РП), деякі прилади, вбудовані в мотор-тестери.

Нині широко поширені більш точні газоаналізатори, що працюють за принципом інфрачервоного випромінювання. Дія таких газоаналізаторів заснована на принципі вибірного поглинання інфрачервоних променів у певних областях довжин хвиль (інфрачервоне випромінювання являє собою частину електромагнітного спектра в діапазоні довжин хвиль 2…8 мкм). У закордонній літературі такий принцип позначають буквами ND/R. СО поглинає інфрачервоні промені з довжиною хвилі 4,7 мкм, а СО₂ – 4,3 мкм. На цьому принципі працюють стаціонарні газоаналізатори моделі ОА-2109 для аналізу СО і моделі ОА-2209 для аналізу СО₂. Переносний прилад ДАІ-1 дозволяє контролювати вміст СО у відпрацьованих газах у дорожніх умовах.

В ПАТ широко застосовується газоаналізатор «Елкон S-105» (рис. 8.11) для виміру вмісту СО у відпрацьованих газах двигунів.

Принцип його роботи заснований на дисперсній інфрачервоній адсорбції. Це прилад безперервної дії. Діапазон виміру становить 0...8 %, похибка – менша 5 %. Прилад налаштовано на діапазон адсорбції СО довжиною хвилі 4,66 мкм.

 

 

Рис. 8.11. Газоаналізатор «Елкон S-105»:

1 – стрілочний прилад; 2 – повітряний фільтр; 3 – ручка потенціометра

занулювання приладу; 4 – перемикач напруги живлення 6/12 В;

5 – запобіжник; 6 – трубка підведення газів від випускної труби глушителя; 7 – зонд; 8 – газовий фільтр; 9 – акумуляторна батарея

 

Принцип роботи газоаналізатора «Абгаз-Інфраліт» (рис. 8.12) наступний. Два джерела 6 інфрачервоного випромінювання через параболічні лінзи та обтюратор 7 формують пучок променів, які спрямовують в робочу камеру 5 і камеру порівняння 8, яка заповнена повітрям, що не поглинає інфрачервоне випромінювання. У робочій камері газ проходить під дією мембранного насоса 4, поглинаючи інфрачервоне випромінювання з довжинами хвиль 4,7 мкм.

У приймач випромінювання 9 надходять два потоки різної інтенсивності. Чутлива мембрана приймача, що розділяє його камери, зазнає різницю тисків двох потоків випромінювань, прогинається убік меншого тиску. Переміщення мембрани сприймається датчиком з підсилювачем і далі передається в стрілочний (індикаторний) або записуючий прилади.

Токсичність відпрацьованих газів перевіряють у двох режимах: холостого ходу двигуна та при різкому відкритті дросельних заслінок карбюратора.

У наукових дослідженнях для підвищення точності визначення концентрації СО застосовують метод-вимір – флуоресцентним недисперсним інфрачервоним випромінюванням. Більш високу точність вмісту СО дозволяє визначити метод спільного виміру СО і СО₂ у відпрацьованих газах. На цьому методі заснована робота приладу ДАІ-2 і газоаналізатора «Інфраліт-211», які призначені для безперервного кількісного аналізу СО і СО₂ у відпрацьованих газах автомобілів в умовах ПАТ.

 

 

Рис. 8.12. Газоаналізатор «Абгаз-Інфраліт»:

1 – газо-добірний зонд, 2 – віддільник конденсату, 3 – фільтр;
4 – мембранний насос; 5 – робоча камера; 6 – джерело інфрачервоного
випромінювання; 7 – обтюратор з електродвигуном; 8 – камера згоряння;
9 – приймач випромінювання; 10 – підсилювач; 11, 12 – відповідно
стрілочний і реєструючий прилади

 

У відпрацьованих газах міститься також багато різних вуглеводнів СН, контроль вмісту яких здійснюють за допомогою недисперсних інфрачервоних випромінювань. Кількість СН перераховують на легкий вуглеводень – n-гексан. Це надійний та простий спосіб з достатньою точністю для практичних цілей.

До приладів, в яких змонтовані пристрої для визначення СО і СН можна віднести японські газоаналізатори «Рикэн» Р1-503А, UREX-201 і ін. Газоаналізатор «Рикэн» Р1-503А має дві шкали. Шкала СО нижнього діапазону відповідає 0...2 % вмісту СО у відпрацьованих газах, а високого – 0...10 %. Вуглеводні оцінюють за трьома шкалами: низький діапазон 0...500 млн^–1, середній 0...2000 і високий 0...5000 млн^–1. Газоаналізатор UREX-201 з джерелами інфрачервоного випромінювання має стрілочну індикацію з великогабаритною шкалою. Діапазон виміру СН – 0...800 ррм (низький діапазон) і 0...2000 ррм (високий діапазон); СО – 0...5 % (низький діапазон) і 0...10 % (високий діапазон).

У наукових цілях або при кваліфікаційних випробуваннях застосовуються точний і інформативний полум’яно-іонізаційний метод F/D оцінки токсичності відпрацьованих газів. F/D застосовують в основному для визначення сумарної кількості СН у відпрацьованих газах. Ця апаратура не чутлива до вмісту в них СО₂ і парів Н₂О, що й забезпечує більш високу точність вимірювання.

Слід пам’ятати, що визначення загального вмісту СН у відпрацьованих газах– одне зі складних завдань через наявність СН із високою молекулярною вагою, тобто з високою точкою кипіння. Тому проба газу, що аналізується, повинна перебувати у вимірювальній системі при підвищеній температурі, щоб запобігти конденсації СН на внутрішніх стінках трубопроводів. Однак інтенсивність підігріву не повинна змінювати виду й складу СН.

Щоб зпівставити вміст СН у відпрацьованих газах, обмірюваними різними методами ND/R або F/D, необхідно вводити поправочні коефіцієнти. Результати виміру вмісту СН по методу F/D в 1,8... 2,2 рази більше, ніж по методу ND/R у перерахуванні на n-гексан. Крім цього, метод F/D як робоче тіло вимагає наявності каліброваної суміші водню з азотом, що викликає певні організаційні труднощі.

Крім розглянутих шкідливих речовин у відпрацьованих газах автомобільних двигунів визначають і інші з’єднання. Найбільш розповсюдженими серед них є оксиди азоту NO і NO₂. Співвідношення зазначених компонентів залежить від коефіцієнта надлишку повітря та часу, що минув з моменту збору відпрацьованих газів до початку аналізу, а також наявності інших компонентів, що містяться в відпрацьованих газах.

Дотепер найбільш перспективним методом визначення змісту NO_x є збудження хімлюмінесценції в інфрачервоній області за допомогою реакції окислювання NO_x, з наступним визначенням її інтенсивності. Сутність методу полягає в тому, що реакція окислювання NO_x протікає в атмосфері озону з виділенням променистої енергії світлового спектра. Кількість виділеної енергії пропорційно вмісту NO_x в аналізованій пробі газу. У сучасних приладах час аналізу близько однієї секунди, а їхня похибка – близько 1 % всієї шкали.

Токсичність вихлопних газів двигунів можна визначити також за допомогою портативного газовідділювача ГХСО-5. Дія газовідділювача заснована на лінійно-кольоровому принципі. Газова проба просмоктується аспіратором ручної дії через індикаторну трубку, заповнену спеціальним твердим пористим матеріалом, який під дією оксиду вуглецю змінює своє забарвлення. Концентрацію оксиду вуглецю (в об’ємних відсотках) визначають відразу за довжиною пофарбованого шару завдяки нанесеній на індикаторну трубку шкали.