Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор норм и требований к контролю токсичныхвыбросов судовых дизелей, способов их снижения, сущест вующих методов измерений и расчетов NOx. Задачи иссле дования 11
1.1. Общие сведения, обзор способов снижения вредных вы-бросов 11
1.2. Тенденции в развитии норм на токсичные выбросы в отра-ботавших газах 17
1.2.1. Нормы на токсичные выбросы отработавших газов судо-вых дизелей различных регионов, сравнение, анализ и тенденции в развитии 17
1.2.2. Технические требования к анализаторам, используемымдля определения компонентов газовых выбросов дизелей 24
1.3. Обоснование необходимости эпизодического контроля NOxв условиях эксплуатации и требования к контролю 27
1.4. Обзор методов определения выбросов NOx на судах 29
1.5. Анализ методов расчета выбросов NOx 31
Глава 2. Разработка метода оценки удельных выбросов NOxпри совместной работе дизеля и турбокомпрессора 39
2.1. Обзор методов совместной работы дизеля и турбокомпрес-сора 39
2.2. Метод расчета параметров дизеля с турбонаддувом д.т.н., проф. P.M. Васильева - Южина 41
2.2.1. Основные зависимости 41
2.2.2. Расчет совместной работы дизеля и турбокомпрессора 54
2.3. Расчет оксидов азота по методу д.т.н., проф. В.И. Толшина 59
2.4. Алгоритмы расчета 65
2.4.1. Алгоритм расчета совместной работы дизеля и турбоком-прессора 66
2.4.2. Алгоритм расчета выбросов NOx в цилиндре дизеля 67
2.7. Плок схема для автоматизированного расчета выбросовNOx при проведении упрощенных замеров на борту судна 67
Глава 3. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на удельные выбросы NOx судовых дизелей. Упрощенная методика оценки удельных выбросов NOx на борту судна 70
3.1. Влияние различных факторов на выбросы NOx судового 4хтакного дизеля без наддува. 70
3.1.1. Влияние параметров рабочего процесса в цилиндре на выбросы NOx70
3.1.2. Влияние изменения температуры и влажности воздуха на удельные выбросы NOx 4хтактного дизеля без наддува71
3.1.3. Влияние изменения влажности воздуха на концентрацию и удельные выбросы NOx (на примере дизеля 6418/22) 74
3.1.4. Влияние степени сжатия на концентрацию NOx в цилинд ре ДИЗеЛЯ При Ртах = COnSt- 75
3.1.5. Влияние угла опережения подачи топлива на выбросы оксидов азота76
3.2. Влияние изменения температуры окружающей среды (ма- шинного отделения) и КПД промежуточного охладителя воз духа на удельные выбросы NOx дизеля с турбонаддувом (на примере расчета двигателя 6ЧН 16/22,5) 78
3.2.1. Влияние изменения температуры окружающей среды 78
3.2.2. Влияние КПД охладителя на токсичные выбросы NOx 81
3.3. Оценка точности предложенного метода 83
3.4. Упрощенный метод определения удельных выбросов е'мохв условиях эксплуатации 85
3.4.1. Определение е"мох при стандартных условиях 85
3.4.2. Определение е\ох в условиях, отличных от стандартных 88
Глава 4. Задачи экспериментальных исследовании. Описа-ние экспериментальной установки, методики проведения эксперимента и обработка экспериментальных данных 92
4.1. Задачи экспериментальных исследований 92
4.2. Схема и описание экспериментального стенда 92
4.2.1. Схема экспериментального стенда 92
4.2.2. Судовой дизель 6418/22 93
4.2.3. Штатные измерительные приборы 94
4.2.4. Дополнительные измерительные приборы 94
4.2.5. Пъезодатчик регистрации давления в камере сгорания ДО-73. Датчик давления в топливопроводе Т6000 95
4.2.6. Датчик кислорода в отработавших газах дизеля 98
4.2.7. Датчик верхней мертвой точки 105
4.2.8. Приборы для замеров компонентов выбросов отработав-ших газов дизеля 106
4.3. Методика проведения испытаний и обработка полученныхрезультатов 108
4.3.1. Режимы работы двигателя 108
4.3.2. Переоборудование дизель - генератора ДГР 100/750 с двигателем 6418/22 для работы по винтовой характеристике 109
4.3,3. Методика обработки результатов измерений 111
4.4. Обработка результатов экспериментальных исследований 114
4.4.1. Результаты эксперимента на двигателе 6418/22 114
4.4.2. Результаты испытаний датчика кислорода ДК - 21 117
4.4,3. Изменение удельных выбросов NOx при изменении на-грузки двигателя 6418/22, температуры и влажности окружающей среды 117
4.4.4. Изменение удельных выбросов NOx при изменении на-грузки двигателя 6ЧН16/22,5 121
4.4.5. Натурные испытания 121
4.4.6. Оценка погрешности расчета выбросов NOx судового 4хтактного дизеля при упрощенных измерениях на борту судна 123
Выводы по главе 126
Заключение и выводы 128
Список литературы 130
Приложение 1
- Нормы на токсичные выбросы отработавших газов судо-вых дизелей различных регионов, сравнение, анализ и тенденции в развитии
- Алгоритм расчета совместной работы дизеля и турбоком-прессора
- Влияние изменения температуры окружающей среды (ма- шинного отделения) и КПД промежуточного охладителя воз духа на удельные выбросы NOx дизеля с турбонаддувом (на примере расчета двигателя 6ЧН 16/22,5)
- Схема и описание экспериментального стенда
Введение к работе
Наблюдаемое в настоящее время ухудшение экологии воздушной среды, приводящее к ухудшению здоровья населения, приводит к необходимости ужесточения норм на токсичные выбросы, прежде всего от транспортных средств, в которых определенное место занимают судовые энергоустановки. В отличие от автомобильных транспортных средств, где процедуры контроля в известной степени получили развитие, - процедуры контроля и нормативная база для этой цели на отечественном речном и морском флоте находятся только в состоянии разработок. В связи с этим разработка упрощенного метода контроля удельных выбросов будет важным инструментом по определению и оценке удельных выбросов оксидов азота в отработавших газов судовых дизелей в условиях эксплуатации. Настоящая работа посвящена вопросу упрощенного контроля оксидов азота на борту судов внутреннего и смешанного река-море плавания, которые оснащены судовыми 4хтактными дизелями. Учитывая количество существующих дизелей мощностью свыше 55 кВт, установленных на судах, использование газоанализаторов на каждом судне невозможно, а контроль удельных выбросов оксидов азота между тем должен осуществляться в процессе эксплуатации периодически, в том числе при замене и ремонте деталей топливной аппаратуры, турбонаддува, установки системы рециркуляции и т.п.
Задачей работы - было разработать альтернативный метод оценки удельных выбросов на борту судна в условиях эксплуатации без использования сложных (дорогостоящих) газоанализаторов.
Настоящая работа посвящена контролю главных и наиболее опасных выбросов - оксидам азота (NOx).
Нормы на токсичные выбросы отработавших газов судо-вых дизелей различных регионов, сравнение, анализ и тенденции в развитии
Анализ приведенных выше норм показывает, что в 4х вариантах норм, установленных США, ЕЕА, ИМО, RCIN имеются существенные различия. Так, например, наиболее жесткие нормы на выбросы NOx установлены 9,2 г/(кВт-ч) для двигателей при п 2000 мин 1 на судах внутреннего плавания Рейнской компанией. Они установлены в целом для дизелей с частотой вращения 500 мин 1 и более, что характерно для судов этого типа. Менее жесткие нормы NOx установлены ЕЕА и МАРПОЛ [97] соответственно.
В США принцип нормирования предлагается не в зависимости от частоты вращения, как в МАРПОЛ, а в зависимости от мощности двигателя (см. табл. 1.4). Нормы на NOx и НС объединены одним значением. Его величина установлена более жестко, чем в МАРПОЛ (HC+NOx=7,5 - 7,2 г/(кВт-ч), однако ввод в действие этих норм предлагается с 2006-2007 года. Нормы на микрочастицы также ужесточены и поставлены в зависимость от мощности двигателя 0,40- 0,20 г/(кВт-ч).
Технически более точным является учет зависимости NOx одновременно от п и рте, так как п и рте являются основными параметрами, характеризующими рабочий процесс, причем влияние п на образование NOx более существенно, чем влияние ртс. В связи с изложенным, нормирование токсичных выбросов только в зависимости от частоты вращения упрощает расчет, как это приведено в методиках ЕЕА, МАРПОЛ [97] и представляется технически более правильным, чем расчет зависимости NOx только от Ре.
Введение действия норм для форсированных двигателей с 2006-2009 года, как это предлагается в США, а не с 2003 года — представляется также оправданным в связи с техническими сложностями решения этого вопроса для дизелей 2-й и 3-й категорий (табл. 1.4).
В требованиях США по токсичным выбросам отдельно рассматриваются двигатели с рабочим объемом одного цилиндра 30 литров, которые находят широкое применение на флоте.
Отличительной чертой предложений США от требований МАРПОЛ является требование обязательств от фирм, выпускающих дизели, обеспечить выполнение норм на токсичные выбросы в процессе эксплуатации. В МАРПОЛ отсутствует указание на то, кто должен обеспечить выполнение норм: владелец судна или строитель судна. США в настоящее время сами производят около 1% судов, в которых они нуждаются, поэтому американское Агентство по охране окружающей среды требует, чтобы судостроители не только обеспечивали бы постройку судов с двигателями, соответствующими нормам по токсичности , но и обслуживали бы их во время эксплуатации. I
При нормировании и контроле вредных выбросов Европейское сообщество и ИМО концентрируют внимание на токсичном компоненте - NOx.
Как было изложено выше, судовые двигатели имеют низкие значения продуктов неполного сгорания, в тоже время оксиды азота у ряда судовых дизелей соответствуют предельным значениям или превышают их. Так, например, по замерам, проведенным в МГА водного транспорта, значения NOx для широко распространенных судовых дизелей типа 418/22 составляют 12-14 г/(кВт-ч), при норме «12 г/(кВт-ч), дизелей 415/18 - 10-11 г/(кВт-ч), при норме »10 г/(кВт-ч). Однако стандарты США и Рейнской Комиссии уточняют нормы не только по выбросам NOx, но и по выбросам СО, НС и РМ. Это, в частности, может быть объяснено повышенными требованиями к экологии воздушного бассейна. Например, в районе реки Рейн с относительно небольшой шириной, по берегам расположены зоны отдыха, при этом на реке наблюдается интенсивное движение судов.
Основными документами, регламентирующими контроль токсичных выбросов отработавших газов судовых дизелей на водном транспорте, являются ГОСТы. Экология воздушного бассейна в зоне рек России соответствует экологии реки Рейн, поэтому российский ГОСТ Р51249-99 кроме NOx, нормирует выбросы СО, НС, а ГОСТ Р51250-99 - дымность отработавших газов, т.е. величину РМ (твердых частиц). Ниже представлены нормы на токсичные выбросы в отработавших газах РФ (табл. 1.5).
Из табл. 1.5 видно, что нормы на вредные выбросы с отработавшими газами для дизельных двигателей после капитального ремонта более жесткие для NOx - на 5%, и менее требовательные по продуктам неполного сгорания топлива СО и НС - на 20% и 25% соответственно.
Нормирование предельно допустимых концентраций выбросов NOx в РФ регламентируется так же, как и по МЛРПОЛ. Для большинства судовых двигателей Европы и США нормы на выбросы в ОГ оксидов азота назначаются в зависимости от частоты вращения двигателя [97].
Для проверки на соответствие судовых дизельных двигателей по предельным выбросам NOx в приложении к МАРПОЛ рекомендуется применять испытательные циклы и весовые коэффициенты в соответствии с методиками . испытаний и методами расчетов, установленные в приложении «Технический Кодекс по контролю окислов азота их судовых дизелей» [97]. Так, например, для главных судовых дизелей согласно приложению к МАРПОЛ следует применять испытательный цикл Е2.
Как показывает статистика, требования к токсичным выбросам ужесточаются из года в год. В табл. 1.6 представлены стандарты (нормы) Европейского союза по эмиссии для дизелей внедорожных машин [8]. Как видно из табл. 1.6, нормы на токсичные выбросы NOx ужесточаются. В настоящее время существует порядок экологического надзора и контроля за выполнением на судах требований национальных и международных актов по предотвращению загрязнения окружающей среды, который должен осуществляться Российским Речным Регистром и Российским Морским Регистром Судоходства.
В ближайшее время в России будут введены более жесткие требования для дизелей. По данным ЦНИДИ в перспективе отечественные и зарубежные нормы ужесточатся до 3 раз, по сравнению с существующими в настоящее время. Для осуществления контроля за отработавшими газами используют газоанализаторы. Однако не все из них удовлетворяют требованиям, предъявляемым к точности измерений.
Алгоритм расчета совместной работы дизеля и турбоком-прессора
Ниже представлены алгоритм расчета совместной работы двигателя и турбокомпрессора и алгоритм расчета выбросов NOx. Автором выполнена программа на языке BASIC.
Ниже представлена блок схема, позволяющая определить концентрацию и/или удельный выброс оксидов азота 4хтактного судового дизеля, при проведении упрощенных замеров на борту судна. На данной схеме наглядно показана последовательность выполняемых расчетов. При использовании данной системы на двигателе совместно с системой «Аутроника» можно использовать данные, полученные с датчиков давления, установленных в цилиндре дизеля. Темными квадратами на схеме указаны параметры дизеля, которые оператор или инженер вводит самостоятельно. Датчик кислорода, используемый в блоке датчиков, автором подробно рассматривается в главе 4. при упрощенных измерениях на борту судна.
На основе использования математической модели расчета концентрации NOx, проф. В.И. Толшина по параметрам процесса в цилиндре дизеля, и усовершенствованного автором метода расчета параметров при совместной работе дизеля и турбокомпрессора проф. P.M. Васильева - Южина, автором разработан и предложен метод расчета удельных выбросов NOx при совместной работе дизеля с турбокомпрессором. Предложенный метод предназначен для оценки изменения удельных выбросов NOx при изменении параметров дизеля и режимных параметров при эксплуатации на судне. Определение удельных выбросов NOx, предложенным способом, позволяет оценить их изменение в относительно небольших пределах 10-15%, не прибегая к расчету рабочего процесса в цилиндре дизеля.
Ниже приведены результаты расчетного анализа влияния параметров рабочего процесса (Хр , Тс, а ,), на примере дизеля 6418/22 (sc = 13,5 , а ,10М=1,9) установленного на стенде, на концентрацию оксидов азота в локальной зоне и в отработавших газах.
Расчет выполнен по формуле (3.1) применительно к двигателю 6418/22, работающему на номинальном режиме с параметрами NOx = 850 ppm при величине Хртах = 0,3.
Если в расчетном цикле или по данным, снятым с диаграмм процесса сгорания, происходило изменение значения Хр , при а ,= cosnt, Тс = const, то концентрация NOx в объеме локальной зоны (а , =1) линейно зависит от Хртах-Аналогичная закономерность получена по экспериментальным данным и приведена в статье [75] (рис. 1.2, гл. 1).
При росте ос , растет концентрация 02 за локальной зоной и число эффективных столкновений Ог и N2. Характер изменения концентрации оксидов азота и удельных выбросов ясен из диаграмм, представленных на рис. 3.1.
По влиянию температуры окружающей среды Т0 на выбросы NOx был проведен эксперимент на двигателе 6418/22. В результате эксперимента был найден расход воздуха и коэффициент наполнения двигателя.
С уменьшением температуры окружающей среды на 6,8% с 293 до 279 К (при ро = const) для судового дизеля 6418/22 температура Тс понижается на 4%. Это можно объяснить тем, что при снижении Т0 происходило увеличение подогрева заряда воздуха о стенки цилиндра. По значению Тс и по предложенным в работе зависимостям (см. гл 2) определялась температура в локальной зоне Тл.з., Хртах и др. Ниже показана таблица с результатами расчета для двигателя 6418/22. С увеличением влагосодержания d (рис. 3.3) концентрация кислорода в свежем заряде воздуха уменьшается, коэффициент избытка воздуха падает. Уменьшение концентрации кислорода и увеличение паров воды ведет к увеличению теплоемкости в конце сжатия и в точке Ртах, причем в точке конца сжатия (рс) в большей степени, чем в точке ртах.
Также были проведены расчетные исследования по влиянию влажности окружающего воздуха на выбросы NOx на примере двигателя 6418/22. Ниже на рис. 3.3 показаны расчетные зависимости и экспериментальные точки удельных выбросов NOx при различной величине влагосодержания в воздухе в зависимо т І сти от температуры Т0. , и Экспериментальные точки 7 Стандартная точка Рис. 3.3. Расчетная зависимость удельных выбросов NOx двигателя 6418/22 от величины влагосодержания в воздухе при различной температуре Т0.
Увеличение влагосодержания приводит к уменьшению скорости образования оксидов азота, которая напрямую зависит от концентрации кислорода. Одновременно с увеличением величины d увеличивается теплоемкость рабочей смеси, в том числе в локальной зоне. В результате, применительно к рассматриваемому двигателю, с увеличением d на 48,6% величина NOx снижается на 1,2%.
Ниже приведены результаты расчетных исследований влияния увеличения степени сжатия в цилиндре при р, = const на концентрацию NOx в локальной зоне и в цилиндре двигателя. Результаты расчетов отражены на графиках рис. 3.4.
В расчете принято, что изменение Хртах пропорционально изменению Х-\. Расчет выполнен применительно к двигателю 6ЧН 16/22,5 (6L160PNS). Расчет показал, что при увеличении степени сжатия с 13,5 до 15,25, при pmaX = const = 6,5 МПа, происходит уменьшение ХртаХ, что приводит к снижению на 32,3% концентрации NOx в локальной зоне. Вследствие увеличения температуры конца сжатия (Тс =Таєс(П-,)), суммарного увеличения температуры в локальной зоне и концентрации кислорода за зоной сгорания происходит увеличение концентрации NOx в локальной зоне на 5,6%. Величина Тс увеличивается на 4,7 Определяем изменение хода поршня для нового угла опережения подачи топлива по формуле:
Влияние изменения температуры окружающей среды (ма- шинного отделения) и КПД промежуточного охладителя воз духа на удельные выбросы NOx дизеля с турбонаддувом (на примере расчета двигателя 6ЧН 16/22,5)
Температура окружающего воздуха Т0 оказывает существенное влияние на характер протекания процесса сгорания топлива. Понижение температуры воздуха приводит к уменьшению температуры воздушного заряда в цилиндре двигателя, температуры конца сжатия Тс и максимальной температуры сгора ния. Поэтому понижение температуры окружающего воздуха при р0 = const вызывает снижение токсичности и дымности отработавших газов дизелей. Причем темп их снижения с уменьшением То у дизелей без наддува больше, чем у дизелей с турбонаддувом. Так уменьшение Т0 с 303 до 243 К на номинальном режиме вызывает снижение эмиссии NOx с 16,5 до 8,5 г/(кВт-ч) дизеля 6ЧН13,5/11 и с 15,5 до 6,2 г/(кВт-ч) дизеля 4413/14 [39]. В настоящей работе в соответствии с методом [13] рассчитаны параметры совместной работы дизеля с турбокомпрессором (при отсутствии охладителя наддувочного воздуха) при Ре = const и n = const, при изменении температуры Т0 окружающей среды. Результаты расчета двигателя 6ЧН 16/22,5 на номинальном режиме при изменении Т0 с 295 К до 330 К, выполненные по методике, изложенной в гл. 2, показаны на рис. 3.7.
температуры Т0 на 11,8% приводит к снижению расхода воздуха дизелем 6ЧН 16/22,5 на 11,1%. Степень повышения давления перед турбиной т:т (которая примерно пропорциональна величине (GJ: g)) из-за снижения расхода отработавших газов через турбину падает на 1,5% при росте Tg на 14,9%. В результате степень повышения давления якв компрессоре падает на 1%, а Тп1 и Тс из-за роста Т0 возрастают на 11,7%, Тл.3. растет на 1,7%. Период задержки самовоспламенения tj из-за роста Тс снижается на на 3%, отношение Pmax/pc снижается на 1%, коэффициент избытка воздуха cc i снижается на 16,2%. Несмотря на снижение Хртах и Rc 2 за локальной зоной с ростом Тс и Тл.3. и снижением а , концентрация NOx и удельные выбросы возрастают на 23% и 10% соответственно.
Исследования показали, что увеличение температуры окружающей среды приводит к увеличению концентрации NOx, однако рост концентрации замедляется из-за одновременного снижения коэффициента избытка воздуха при І сгорании а ,. Массовый расход воздуха уменьшается на 11,1%, а удельные выбросы NOx растут на 10 %, при этом удельный выброс е мох (г/(кг топлива)) увеличился на 3%.
Таким образом, оценка удельных выбросов оксидов азота в (г/(кг топлива)) при изменении Т0 дает результат, отличный от оценки удельного выброса в г/(кВт-ч). В данном случае при увеличении температуры окружающий среды отсутствует корреляция между удельными выбросами емох (г/(кВтч)) и е шх (г/(кг топлива)), если первая растет более интенсивно, то вторая растет менее интенсивно. Для того, чтобы пользоваться зависимостью e,NOx=f(Xpmax), необходимо иметь зависимости, полученные на заводе изготовителе при различных значениях температуры окружающей среды. При соответствующих температуре окружающей среды Т0 и коэффициенте избытка воздуха а , в процессе испытаний, можно руководствоваться зависимостями, завода изготовителя. При этом отклонение от стандартных условий не должно превышать ±2% [97]. Для реальной оценки токсичности отработавших газов необходимо пользоваться величиной (г/(кВтч)), что соответствует ГОСТ Р51249-99.
По предложенной методике (см. гл. 2) выполнен расчетный анализ влия I ния КПД охладителя наддувочного воздуха на удельные выбросы оксидов азота дизеля с турбонаддувом.
Расчетные исследования выполнены применительно к дизелю 6ЧН 16/22,5. Параметры дизеля на номинальном режиме работы составляют: Ре„ = 140 кВт, п„ = 750 об/мин, NOx = 930 ppm. На рис. 3.8 представлены результаты расчетных исследований токсичности дизеля без промежуточного охлаждения и с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха (6ЧН 16/22,5) на номинальном режиме при изменении температуры в машинном отделении. При этом КПД охладителя менялся в пределах от 0 до 0,8.
Расчеты показывают, что без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха с увеличением температуры окружающей среды расход воздуха дизеля падает, это приводит к некоторому падению мощности турбины и падению давления наддува. Для дизелей с промежуточным охлаждением воздуха падение давления наддува с увеличением Та происходит в меньшей степени, чем дизелей без промежуточного охлаждения, так как расход газа через двигатель стабилизируется из-за работы турбокомпрессора и зависит от КПД охладителя. При этом индикаторный КПД двигателя изменяется в пределах от 0,47 до 0,45.
Повышение КПД охладителя, при изменении температуры окружающей среды, в меньшей степени влияет на образование NOx в цилиндре дизеля. Так, например, с увеличением КПД охладителя воздуха до 0,8 при увеличении температуры Т0 на 11,8% удельные выбросы eNOx увеличились всего на всего на 4,6%. Предложенная методика расчета совместной работы дизеля и турбокомпрессора дает вполне удовлетворительный результат при перерасчете полученных величин к стандартным усовиям. Согласно [35] удельный эффективный расход топлива, приведенный к стандартным условиям может быть определен по формуле::
Схема и описание экспериментального стенда
Для проведения экспериментальных исследований по влиянию параметров окружающей среды на токсичные выбросы NOx в отработавших газах дизеля, на кафедре СЭУ и Автоматики МГА водного транспорта был дооборудован ранее созданный исследовательский стенд на базе судового дизель-генератора ДГР 100/750 (ДД 202) с двигателем 6418/22, работающим по винтовой характеристике. Стенд дооборудован датчиком кислорода в целях исследования точности измерений и возможности использовать датчик при упро І - Номинальная мощность Ре„ , кВт 110 - Номинальная частота вращения п„, мин"1 750 - Удельный эффективный расход топлива Ье при Ре,„ г/(кВт-ч) 220 - Среднее эффективное давление ртс при Ре„, п,„ МПа .. 0,535 - Степень сжатия єс 13,5 - Пуск воздушный Стенд включает в себя комплексную систему исследования влияния внешних условий на токсичные выбросы NOx в отработавших газах, состоящую из: штатных и дополнительных измерительных датчиков и приборов; газоанализатора, дымомера и ЭВМ. При замерах рабочих параметров ДВС использованы следующие штатные приборы: - термометр для замера температуры воды на выходе из дизеля; - термометр для замера температуры воды на входе в дизель; - термометр для замера температуры масла на выходе из дизеля; - термометр для замера температуры масла на входе в дизель; - датчик давления масла на выходе из дизеля; - механический тахометр; - термопары для замера температуры ОГ на выходе из цилиндров; - термопара для замера температуры ОГ на выходе из выпускного коллектора. Для измерения рабочих параметров цикла использована дополнительная измерительная аппаратура: - электронные весы для измерения расхода; - датчик ДК - 21 измерения концентрации кислорода в отработавших газах. - 5-й компонентный газоанализатор G-750 инфракрасного избирательного поглощения. - Дымомер Avesta Shady. - стробоскоп. Датчик установлен на место индикаторного крана через переходник и его чувствительный элемент посредством разъема типа "BNC" через коаксиальный кабель соединен с зарядовым усилителем П-142. Датчик охлаждается проточной водопроводной водой. Ниже представлена фотография с изображением установленного на двигателе датчиком давления ДО-73. Рис. 4.3. Общее расположение датчиков давления в цилиндре и датчика давления в топливопроводе на двигателе: I - датчик давления ДО - 73; 2 - форсунка двигателя; 3 - датчик давления в топливопроводе Т6000.
Датчик типа Т6000 регистрации давления в топливопроводе высокого давления 1-ого цилиндра имеет следующие параметры: Диапазон измеряемых давлений, бар О - 6000 Средняя чувствительность, пКл / бар 2.1±0.3 Нелинейность статической характеристики не более ± 0.5% Собственная частота, кГц не менее 200 Сопротивление изоляции, Ом не менее 10 Диапазон рабочих температур, С - 60 до +120 Датчик посредством специального переходника с конической резьбой вмонтирован в место стыковки топливопровода высокого давления с форсункой 1-го цилиндра. Сигнал от датчика по коаксиальному кабелю подается на зарядовый усилитель П-142 и далее сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь ЭВМ для записи на жесткий диск. В усилителе П-142 (рис. 4.4) заряд от пъезодатчика давления (ДО-73, либо Т6000) преобразуется в напряжение, которое подается на АЦП и далее для регистрации сигнала на ПЭВМ. Параллельный выход сигнала по току подключен к шлейфовому осциллографу. Рис. 4.4. Усилитель заряда П 142 с расположенным на нем блоком питания датчика верхней мертвой точки. Перед проведением эксперимента вся измерительная аппаратура и датчики были протарированы. Для достоверной регистрации быстро изменяющихся процессов в двигателе применена комбинированная система регистрации сигналов от датчиков. Эта система размещена на плате адаптера ЛА-2. Она содержит три функциональных устройства: аналого-цифровой канал с 12-ю разрядным АЦП (время преобразования 2мкс), 16 - разрядный цифровой порт и схему обработки прерываний. Адаптер обеспечивает ввод и вывод 16 цифровых и ввод в компьютер 16 аналоговых сигналов, преобразованных в цифровую форму. Аналого-цифровой канал включает в себя входной мультиплексор, полный инструментальный усилитель, устройство выборки, хранения и АЦП. Частота опроса платы - до 300 кГц. Максимальная частота опроса АЦП - до 50000 на I канал, что позволяет обеспечить достаточную частоту опроса для записи рабочего процесса дизеля, равную 0,1 градуса поворота коленчатого вала. При проведении эксперимента использован однополюсный режим подключения датчиков к плате АЦП. Это объясняется близостью источников сигналов от ПЭВМ {не более Зм). Сигналы от датчиков через зарядовый усилитель
