ГОСТ 17.2.2.01-84
Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Охрана природы. Атмосфера

ДИЗЕЛИ АВТОМОБИЛЬНЫЕ. ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Нормы и методы измерений

Nature protection. Atmosphere. Automobile diesels.
Exhaust smoke opacity. Rates and methods of measurement

Срок действия с 01.07.85
до 01.07.90*
____________________
* Ограничение срока действия снято по протоколу
Межгосударственного Совета по стандартизации,
метрологии и сертификации.
(ИУС N 2, 1993 год). —
Примечание.

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26 марта 1984 г. N 976

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 1987 г.

Настоящий стандарт распространяется на автомобильные дизели и устанавливает предельно допустимые нормы дымности отработавших газов и методы измерений дымности при стендовых испытаниях дизелей.

Стандарт не распространяется на дизели, находящиеся в эксплуатации.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в справочном приложении 1.

1. НОРМЫ

1.2. Дымность отработавших газов автомобильных дизелей до 01.01.88 не должна превышать предельно допустимые нормы, указанные в табл.1.

Режим скоростной характеристики

Режим разгона для дизелей:

1. Промежуточные значения определяют интерполированием.

2. Дымность на режиме свободного ускорения не должна превышать предельно допустимую норму дымности, установленную для конкретного типа дизеля на установившемся режиме. Для двигателей с системой газотурбинного наддува дымность на режиме свободного ускорения не должна превышать предельные нормы, установленные в табл.2 для частоты вращения, при которой дымность достигает максимального значения, измеренного при испытаниях на установившемся режиме, более чем на 10% в единицах измерения шкалы прибора.

3. При наличии в измерительном приборе шкалы, выраженной в показателях коэффициента поглощения , перевод значений дымности в значения коэффициента поглощения производят согласно графику черт.1.

Черт.1

— для четырехтактных дизелей;

— для двухтактных дизелей,

где — рабочий объем цилиндров дизеля, дм ;

2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Общие положения

2.1.1. Дымность отработавших газов измеряют у дизелей, прошедших предварительные, приемочные и периодические испытания.

2.1.2. Дымность отработавших газов измеряют на режимах внешней скоростной характеристики от максимальной частоты вращения до большей из двух: 0,45 или 16,7 с , при этом дымность измеряют не менее чем шесть раз через равные интервалы частот вращения, включая режим максимального крутящего момента, и свободного ускорения.

2.1.3. Для дизелей, имеющих отключаемый наддув или перепускной клапан, дымность отработавших газов должна измеряться при включенном и выключенном агрегате наддува и перепускном клапане в объеме, указанном в п.2.1.2. В качестве оценочного показателя принимают большее из двух измеренных значений.

2.2. Условия измерений

Допускается применять топлива, указанные в технических условиях на дизели. При необходимости контрольную проверку проводят на топливе марки Л.

2.2.3. Конструкцией выпускной системы стенда и трубопроводами пробоотборной системы должны обеспечиваться отсутствие утечек газов и подсос воздуха, приводящие к изменению дымности отработавших газов.

2.2.4. Зонд газоотборника должен представлять собой трубку с открытым концом, расположенным в центре по оси выпускной трубы и обращенным навстречу потоку отработавших газов. У V-образных дизелей отбор проб проводят из общего выпускного трубопровода, а при невозможности объединения трубопроводов — из одного ряда цилиндров.

2.2.5. Зонд газоотборника должен располагаться в прямолинейном участке выпускной трубы испытательного стенда постоянного диаметра на расстоянии не менее 6 от входного сечения и не менее 3 от выходного сечения этой трубы (или от оси регулирующей заслонки). Схема измерения дымности отработавших — по черт.2.

Черт.2. Схема измерения дымности отработавших газов

Схема измерения дымности отработавших газов

1 — выхлопной трубопровод дизеля; 2 — выхлопная труба испытательного стенда;
3 — газоотборник дымомера; 4 — ресивер; 5 — измерительный прибор; 6 — регулирующая заслонка.

2.2.6. Отношение площади поперечного сечения зонда газоотборника к площади проходного сечения выпускной трубы испытательного стенда должно составлять не менее 0,05.

2.2.7. Соединительные патрубки между газоотборником и прибором измерения дымности должны быть герметичными, длиной не более 3,5 м, устанавливаться с подъемом в сторону прибора и не должны иметь отложений сажи на внутренних поверхностях.

2.2.8. Измерения дымности проводят при коэффициенте от 0,98 до 1,02, учитывающем влияние атмосферных условий. Значение коэффициента вычисляют по формуле

где — барометрическое давление во время проведения измерений, кПа;

2.2.11. Для уменьшения колебаний давления в потоке отработавших газов допускается устанавливать ресивер в пробоотборной магистрали объемом не менее рабочего объема цилиндров двигателя.

2.2.12. Температура газа в измерительной камере прибора должна быть не ниже 343 К (70 °С) и не выше максимально допустимой, указанной изготовителем прибора.

Допускается для обеспечения указанных температур устанавливать в подводящей магистрали перед прибором теплообменник.

2.3. Проведение измерений

2.3.2 Измерение дымности при установившемся режиме работы дизеля

2.3.2.1. Дымность отработавших газов автомобильных дизелей определяют на режимах внешней скоростной характеристики в соответствии с п.2.1.2.

2.3.2.2. Дымность на каждом режиме измеряют три раза, при этом разность результатов измерений не должна превышать 4% в единицах измерения шкалы прибора. Промежуток между последовательными измерениями не должен превышать 1 мин. За результат измерения принимают среднее арифметическое значение трех измерений.

2.3.3. Измерение дымности на режиме свободного ускорения

2.3.3.1. Дымность на режиме свободного ускорения измеряют, по возможности, сразу после измерений при установившемся режиме работы двигателя.

2.3.3.2. При измерении дымности на режиме свободного ускорения двигатель отсоединяют от тормоза испытательного стенда. При работе дизеля с минимальной частотой вращения холостого хода быстрым, но плавным перемещением до упора ручного привода рычага управления устанавливают максимальную подачу топливного насоса. Такое положение должно сохраняться до включения регулятора и достижения максимальных оборотов двигателя, ограничиваемых регулятором. При этом по шкале измерительного прибора фиксируют максимальное значение дымности. После этого подачу топлива уменьшают до установления исходной минимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.

2.3.3.3. После возвращения стрелки прибора в исходное положение режим свободного ускорения повторяют. Дымность на режиме свободного ускорения измеряют восемь раз. За результат измерения принимают среднее арифметическое четырех последних измерений, допустимая разность результатов которых не должна превышать 4% в единицах измерения шкалы прибора.

2.3.3.4. Общая продолжительность проведения восьми измерений не должна превышать 2,5 мин.

2.3.3.5. Перед началом и после окончания восьми измерений проверяют нулевое положение стрелки измерительного прибора. Если после окончания восьми измерений отклонение стрелки от нулевого положения превысит 1% в единицах измерения шкалы прибора, измерения повторяют.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Результаты измерений дымности отработавших газов должны быть занесены в протокол испытаний и обработаны в соответствии с рекомендуемым приложением 3.

2.4.2. По результатам предварительных испытаний составляют отчет с заключением.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ТЕРМИНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТАНДАРТЕ, И ИХ ПОЯСНЕНИЯ

1. Дымность отработавших газов

2. Предельно допустимые нормы дымности отработавших газов

Значение дымности отработавших газов, при превышении которого автомобильный дизель не должен выпускаться предприятием-изготовителем

3. Максимальная рабочая частота вращения коленчатого вала

4. Частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальному крутящему моменту

5. Фотометрическая база дымомера

Длина пути прохождения светового потока через измеряемую среду

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное). ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИБОРУ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

2. Прибор должен быть оборудован устройством для измерения температуры и давления газов в его рабочей камере и перепускным клапаном для отвода отработавших газов между измерениями.

3. Попадание на фотоэлемент прибора света от посторонних источников в результате внутреннего отражения или рассеивания не должно влиять на результаты измерения более чем на 1% в единицах измерения шкалы прибора.

4. Шкала прибора должна быть линейной с диапазоном измерения 0-100%.

5. Точность измерения прибора — не менее 2% от максимального значения шкалы прибора.

6. Шкала прибора должна обеспечивать возможность считывания значения дымности с точностью не менее 1% в единицах измерения шкалы прибора.

7. Промежуточная проверка прибора должна проводиться при включенной лампе установкой перед фотоэлементом светофильтра из нейтрального стекла, при этом показания прибора не должны отличаться от характеристики фильтра более чем на 2% в единицах измерения шкалы прибора.

Требования к дизельному топливу

Когда дизельный двигатель выходит из строя задолго до выработки своего ресурса, хозяин недоумевает: и обслуживал вроде бы грамотно, масло, фильтры менял, а поди ж . не повезло, наверное. В какой-то степени, да, не повезло. С топливом, например.

Условия смесеобразования и воспламенения топлива в дизелях отличаются от таковых в бензиновых двигателях. Преимуществом первых является возможность осуществления высокой степени сжатия (до 22 в быстроходных дизелях), вследствие чего удельный расход топлива в них на 25–30 % ниже, чем в карбюраторных двигателях. В то же время дизели отличаются большей сложностью в изготовлении, большими габаритами. По экономичности и надежности работы дизели успешно конкурируют с бензиновыми двигателями.

Качество топлива и масла, безусловно, сильно влияет на надежность и ресурс любого двигателя. Это аксиома. У дизеля же зависимость эта выражена наиболее жестко: ведь высокие давления определяют и высокие нагрузки. Чтобы противостоять им, детали нужно смазывать качественным маслом, иначе. А если топливо не то? Тут можно ждать чего угодно, в том числе — и резкого возрастания давления в цилиндре. И тогда даже хорошее масло не защитит детали от износов и повреждений. Значит, к топливу для дизеля требования не менее высоки, чем к маслу.

А какое нужно все-таки дизелю топливо, чтобы уберечь его от ускоренных износов и поломок? Ответ на этот вопрос — в понимании закономерностей рабочего процесса дизельного двигателя.

Как сгорает топливо в дизеле

Процесс сгорания топлива в цилиндре дизельного двигателя наиболее наглядно характеризуется индикаторной диаграммой, показывающей зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала. Вид индикаторной диаграммы зависит от многих факторов, определяемых конструкцией двигателя (тип камеры сгорания, давление впрыска), режима работы (частота вращения, температура, угол опережения впрыска), сорта топлива и его фракционного состава.

Индикаторная диаграмма дизеля показывает не только зависимость давления и температуры от угла поворота коленвала, но и фазы горения топлива;

• 1,2 — период задержки воспламенения;
• 2,3 — фаза быстрого горения;
• 3,4 — фаза медленного горения;
• 4 и далее — догорание на линии расширения.
• θ — угол опережения впрыска.

Как видно из диаграммы, процесс сгорания состоит из четырех периодов: задержки самовоспламенения (участок 1-2); быстрого горения (2-3) замедленного горения (3-4) и догорания на линии расширения (4 и далее). С момента начала впрыска (точка 1) все физические и химические процессы в камере сгорания ускоряются, возрастают температура и скорость химических реакций и, в конечном счете, происходит самовоспламенение смеси топлива с кислородом воздуха. После точки 2 начинается интенсивный процесс горения и резко повышается давление в цилиндре.

Период быстрого горения заканчивается уже после прохода поршнем ВМТ. За это время выделяется основная часть тепловой энергии — 60-70%, Во второй фазе подача топлива продолжается, поэтому весь цикловой заряд топлива сгореть не успевает. После окончания подачи цикловой порции топлива начинается следующий этап — период медленного горения. Его продолжительность невелика — около 5-10° поворота коленвала. В этой фазе выделяется 20-25% тепловой энергии. Необходимо, чтобы к концу этого периода топливо полностью сгорело. Его догорание на линии расширения при движении поршня от ВМТ крайне нежелательно: оно вызовет повышенную дымность выхлопа (сизый или серо-сизый дым) и резкое возрастание содержания токсичных веществ в выхлопных газах.

Что требуется от дизельного топлива

Процессы смесеобразования и сгорания топлива в дизелях происходят за очень короткий промежуток времени (примерно 20-25° поворота коленвала). У современных дизелей ситуация усугубляется тем, что чем более высокооборотен двигатель, тем меньше время протекания процесса. В таких условиях дизельное топливо для обеспечения надежной работы двигателя должно отвечать многим требованиям, важнейшими из которых являются:

• хороший распыл топлива и оптимальное смесеобразование;
• полное сгорание топлива с малой задержкой самовоспламенения и минимальным образованием сажистых и токсичных веществ (оксида азота NOx, оксидов серы SO2, SОз, сероводорода H2S, бенз-а-пирена С20Н12) и др.;
• хорошая прокачиваемость топлива для обеспечения надежной и бесперебойной работы топливной аппаратуры;
• низкое нагарообразование в камере сгорания;
• отсутствие коррозии топливопроводов и деталей топливной аппаратуры;
• достаточная стабильность свойств при длительном хранении.

Чтобы удовлетворить этим требованиям, дизельное топливо должно обладать определенными свойствами. Остановимся на них подробнее.

Основные эксплуатационные показатели дизельного топлива:

• цетановое число, определяющее высокие мощностные и экономические показатели работы двигателя;
• фракционный состав, определяющий полноту сгорания, дымность и токсичность отработавших газов двигателя;
• вязкость и плотность, обеспечивающие нормальную подачу топлива, распыливание в камере сгорания и работоспособность системы фильтрования;
• низкотемпературные свойства, определяющие функционирование системы питания при отрицательных температурах окружающей среды и условия хранения топлива;
• степень чистоты, характеризующая надежность работы фильтров грубой и тонкой очистки и цилиндро-поршневой группы двигателя;
• температура вспышки, определяющая условия безопасности применения топлива в дизелях;
• наличие сернистых соединений, непредельных углеводородов и металлов, характеризующее нагарообразование, коррозию и износ.

Цетановое число и жесткость работы

Протекание процесса сгорания в цилиндре дизеля сильно зависит от химического состава и физических свойств топлива. К примеру, чем меньше период задержки самовоспламенения, тем благоприятнее процесс сгорания, устойчивее и мягче работа дизеля. Уменьшение периода задержки самовоспламенения зависит от быстроты окисления углеводородов во время так называемых предпламенных реакций, предшествующих фазе быстрого горения.

Если предпламенные реакции идут медленно, то период задержки самовоспламенения увеличивается, а его очаги возникают с опозданием.

Топливо поступает в цилиндр, накапливается и затем происходит воспламенение сразу значительного его количества. Резко возрастает давление в цилиндре. Двигатель при этом начинает работать жестко, мощность падает.

Жесткость работы дизеля, вообще говоря, зависит от темпа нарастания давления в цилиндре. Например, при темпе в 3-4 кг/см2 на 1° поворота коленвала двигатель работает мягко. При 6-8 кг/см2 — жестко, более 10 кг/см2 — очень жестко. Чрезмерно жесткая работа означает и чрезмерные нагрузки, опасные для кривошипно-шатунного механизма и поршневой группы.

Способность дизельного топлива к самовоспламенению и возможному возникновению жесткой работы оценивается цетановым числом ( Ц.ч.). Это условная величина, определяемая на специальной установке. Эталонным топливом служит смесь цетана и a-метилнафталина, причем Ц.ч. равно 100 для чистого цетана, а нулю оно соответствует, когда в горении участвует только а-метилнафталин. Для реального топлива Ц.ч, равно объемному содержанию цетана в эталонной смеси с равной воспламеняемостью.

При снижении цетанового числа ухудшаются показатели рабочего цикла дизеля, заметно возрастают жесткость работы и износ деталей. Если значение опускается ниже 40 единиц, запуск двигателя проблематичен даже в теплое время из-за повышения температуры самовоспламенения топлива. Нормальный же пуск и мягкая работа дизеля обеспечиваются на дизельном топливе с цетановым числом не ниже 45 единиц.

Вязкость и низкотемпературные свойства дизтоплива

Топливо для высокооборотных дизелей имеет нормируемое значение кинематической вязкости при 20°С — от 1,5 до 6,0 мм2/с (сСт). При снижении вязкости топлива неизбежно уменьшается цикловая подача за счет перетечек и потерь в плунжерной паре. Одновременно появляется гюдтекание через распылители форсунок, а это повышает нагарообразование и дымность выхлопа. Кроме того, маловязкое топливо резко увеличивает износ ТНВД, ведь его прецизионные детали тогда хуже смазываются.

Чрезмерная вязкость топлива — тоже не подарок. Она приводит к ухудшению смесеобразования и сгорания — из-за затруднения распыла и дробления капель топлива. Одновременно ухудшается и его прокачиваемость через фильтры. Вязкость дизтоплива, как известно, понижается с нагревом и, наоборот, увеличивается при низких температурах. Чем выше значение вязкости при 20°С, тем сильнее изменения, происходящие с топливом при понижении температуры. Летние сорта топлива уже при минус 3-5°С загустевают и перестают нормально прокачиваться через топливный фильтр.Это обычно соответствует так называемой температуре помутнения, то есть начала кристаллизации парафинов, содержащихся в топливе. При температуре примерно -10°С такое топливо застывает. И тогда попытки запуска двигателя с загустевшей летней соляркой без отогрева автомобиля практически всегда заканчиваются повреждением ТНВД. В такой ситуации не спасут и никакие средства для облегчения запуска дизелей, ведь подача топлива в двигатель нарушена. Более того, для некоторых моделей дизелей применение подобных средств опасно — известны случаи поломки поршней из-за быстрого воспламенения и сгорания веществ, содержащихся в этих средствах. И только зимнее дизтопливо, у которого меньше вязкость и скорость ее возрастания при снижении температуры, может обеспечить надежную работу двигателя в холодное время года. Добавление же в дизтопливо керосина или бензина не решает проблемы в целом, т.к. при этом другие свойства топлива существенно ухудшаются.

Зависимость вязкости дизельного топлива от температуры.

• 1 — летнее;
• 2 — зимнее;
• 3 — арктическое.

Поэтому наиболее правильно применять так называемые депрессорные присадки, особенно в межсезонный период, когда велика вероятность отсутствия на заправке зимнего топлива. У нас же, к сожалению, нередки случаи, когда, несмотря на уверения работников АЗС, что сорт топлива зимний, в баки все равно попадает летнее или, в лучшем случае, смесь летнего и зимнего топлива. Особенно это характерно для первых нескольких недель после начала холодов. Поэтому будьте осторожны, чтобы не заполучить себе ненужных проблем.

Сера, вода и механические примеси

Основную массу топлива получают из сернистых нефтей, т.к. запасы малосернистых весьма ограничены. При переработке нефти основное количество сернистых соединений перегоняется с фракциями, идущими на получение дизельного топлива. Дальнейшее снижение количества серы в топливе производится сложными и дорогими способами, в основном, гидроочисткой, поэтому получение малосернистого топлива затруднено, а часто и не очень выгодно для производителя. В то же время повышенное содержание серы заметно увеличивает износ двигателя и топливной аппаратуры из-за сернистой коррозии, коррозионного износа и быстрого окисления масла. Так, по статистике, при увеличении содержания серы с 0,2 до 0,5% (а 0,5% — это предельный уровень по ГОСТ 305-82), износ двигателя возрастает примерно на 25%.

Для справки: содержание серы в зарубежном дизтопливе обычно составляет 0,05-0,1%, т.е. раз в десять меньше, чем в отечественном.

Современные высокофорсированные дизели в большей мере подвержены сернистой коррозии, чем двигатели старых конструкций. При работе современного дизеля на топливе, содержащем повышенное количество серы, образуется заметно больше твердого и плотного нагара. Поэтому в моторном масле для современных дизелей приходится увеличивать содержание моющих и диспергирующих присадок. А быстрое окисление масла при работе на высокосернистых топливах требует его более частой замены. Из-за чего срок смены масла для России рекомендуется сокращать вдвое по сравнению с европейскими инструкциями (!)

Справедливости ради надо отметить, что и у нас выпускается качественное экспортное топливо по ТУ 38.401-58-110-94 с содержанием серы 0,1%. Вопрос только в том, где им можно заправиться?

Но, пожалуй, самый страшный враг дизеля — это вода. Попадая в топливо, вода способна быстро вывести из строя любой топливный насос. По ГОСТу, естественно, вода в топливе не допускается. Однако она все-таки присутствует практически всегда: как из-за повышенной гигроскопичности дизельного топлива, так и в свободном состоянии из-за нарушения условий транспортировки и хранения.

То же самое касается и механических примесей. Загрязнение топлива происходит на всех этапах транспортировки от завода-изготовителя до потребителя. Поэтому заправка даже дорогим импортным дизтопливом не всегда гарантирует его чистоту. Все зависит от способа доставки и чистоты емкостей. Но, так или иначе, а водичка с грязью будет пострашнее серы.

Как с этим бороться? Да в общем-то несложно. Надо почаще мыть топливный бак и сливать отстой из фильтра, если, конечно, это предусмотрено конструкцией. Такой способ — гораздо более эффективная профилактика неисправностей двигателя, чем применение всевозможных присадок, особенно не прошедших никаких испытаний. А таких, к сожалению, в продаже немало.

Но представим, что все проблемы с дизельным топливом тем или иным путем удалось победить.Однако этого будет недостаточно для надежной работы дизеля, если забыть о масле.

Ассортимент, качество и состав дизельных топлив

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110–94) — вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2%. Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качествапо требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305–82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10°С.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками. С 1981 г. вырабатывают зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889–81. Получают его на базе летнего дизельного топлива с t п = = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Источник Источник Источник Источник http://engenegr.ru/gost-17-2-2-01-84
Источник http://kovsh.com/library/diesel_fuel_system/diesel_fuel/diesel_oil/dizelnye_topliva