Filtracja i pomiar przepływu powietrza w silnikach spalinowych
- Szczegóły
W stacjach kontroli pojazdów, warsztatach naprawy samochodów oraz podczas badań drogowych do określania stopnia zadymienia spalin (poziomu emisji sadzy) w celach kontrolnych lub diagnostycznych stosuje się dymomierze.
Rodzaje przyrządów do pomiaru zadymienia spalin
Ze względu na zasadę działania dymomierze dzieli się na: filtracyjne (metoda pośrednia) i absorpcyjne (metoda bezpośrednia).
Obecnie w stacjach kontroli pojazdów powszechnie stosuje się dymomierze absorpcyjne, które ze względu na konstrukcję mogą być pełnoprzepływowe lub o częściowym poborze spalin.
Ta druga wersja występuje najczęściej.
W stacjach kontroli pojazdów do pomiaru stopnia zadymienia spalin metodą swobodnego przyspieszania silnika wykorzystuje się dymomierze sterowane mikroprocesorem, które umożliwiają automatyzację procesu pomiarowego.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Optyczne dymomierze filtracyjne
Działanie dymomierza filtracyjnego polega na zassaniu pompą określonej porcji spalin z rury wydechowej i przepuszczeniu jej przez papier (bibułę) filtracyjną.
Stopień zaciemnienia papieru jest oceniany za pomocą optycznego układu pomiarowego i stanowi miernik zawartości sadzy w spalinach.
Dymomierze filtracyjne nadają się tylko do pomiarów zadymienia spalin w ustalonych warunkach pracy silnika i praktycznie są obecnie coraz rzadziej stosowane.
Z uwagi na różny sposób pobierania próbki spalin dymomierze filtracyjne można podzielić na dymomierze z pompą tłokową i dymomierze z pompą przeponową.
Dymomierzy filtracyjnych z pompą tłokową nie można używać do pomiaru zadymienia spalin metodą swobodnego przyspieszania silnika ze względu na trudności w pobraniu reprezentatywnej próbki i wynikającą stąd zbyt małą dokładność pomiaru (niemożliwe ustalenie optymalnej chwili włączenia pompy, za długi czas pobierania próbki).
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Do tego celu można jednak zastosować dymomierze filtracyjne z pompą przeponową sterowane mikroprocesorem.
Optyczne dymomierze absorpcyjne
Do pomiaru stopnia zadymienia spalin metodą swobodnego przyspieszania mogą być stosowane dymomierze absorpcyjne (opacimetry), które mierzą przezroczystość spalin (stopień osłabienia strumienia światła przechodzącego przez spaliny).
Ten rodzaj analizatorów spalin może występować w dwóch wersjach: pełnoprzepływowej (do komory pomiarowej wpływa cały strumień spalin) lub próbkującej (do komory pomiarowej pobiera się część spalin).
W dymomierzach pełnoprzepływowych pomiar odbywa się bezpośrednio na końcu rury wydechowej pojazdu w swobodnie wypływającym całym strumieniu spalin.
Dymomierze absorpcyjne pełnoprzepływowe mogą mieć konstrukcję zamkniętą, niedopuszczającą światła z otoczenia do przestrzeni pomiarowej, lub otwartą.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Źródło światła i fotoelement znajdują się w płaszczyźnie poprzecznej do kierunku przepływu gazów spalinowych.
Układ optyczny przyrządu skupia wiązkę promieniowania wysyłaną przez nadajnik (lampa halogenowa) i przesyła wewnątrz komory pomiarowej, przez którą przepływają spaliny, do lustra.
Odbite promieniowanie wraca do odbiornika (element światłoczuły), który mierzy stopień absorpcji światła przez spaliny.
Skala dymomierza ma zakres od 0% do 100%, nazywany niekiedy jednostkami Hartridge’a (HRT).
Zastosowanie odbicia promieni światła umożliwiło uzyskanie długości odcinka pomiarowego równego 400 mm przy szerokości komory pomiarowej 200 mm.
Szczeliny na krańcach komory umożliwiają przepływ powietrza, co zapobiega osadzaniu się zanieczyszczeń na elementach optycznych.
Przy różnych średnicach rur wydechowych samochodów grubość warstwy spalin między elementami układu pomiarowego jest zmienna, co wpływa na uzyskany wynik pomiaru.
Jest to wada dymomierzy pełnoprzepływowych.
W związku z tym jest konieczne mierzenie średnicy rury wydechowej i uwzględnianie współczynników korygujących.
W dymomierzach o częściowym przepływie spalin pobiera się część spalin z rury wylotowej silnika przez sondę o określonym przekroju.
Pobrana próbka spalin jest badana w wydzielonej komorze pomiarowej.
Na jej końcach znajdują się nadajnik strumienia świetlnego (źródło światła) i odbiornik strumienia świetlnego (fotoelement).
Przepływające w rurze pomiarowej spaliny zawierające cząstki sadzy absorbują światło, co powoduje zmianę prądu płynącego w fotoelemencie.
Na dokładność pomiaru mają wpływ temperatura i ciśnienie spalin, które należy utrzymywać w określonych granicach.
Każda komora pomiarowa charakteryzuje się określoną długością (L) drogi przebywanej przez strumień świetlny.
Najczęściej długość drogi strumienia świetlnego wynosi 430 mm.
Temperatura spalin w komorze pomiarowej dymomierza jest mierzona podczas pracy i powinna wynosić 80-120°C.
Optymalną temperaturę komory pomiarowej ustalono na 100°C i to względem niej są przeliczane wyniki pomiaru zadymienia spalin otrzymane przy innych temperaturach.
Do uzyskania i utrzymania wymaganej temperatury komory pomiarowej służą grzałki.
To zapobiega wytrącaniu się kondensatu pary wodnej.
Czyszczenie szkieł układu optycznego dymomierza umożliwia pompa, która może w sposób automatyczny tłoczyć powietrze.
Pomiar zadymienia spalin powinien być zawsze poprzedzony kontrolą zerowania dymomierza.
W czasie zerowania w komorze pomiarowej musi znajdować się czyste powietrze.
W starszych odmianach dymomierzy zerowanie przeprowadza się pokrętłem potencjometru umieszczonym na płycie czołowej urządzenia.
W pierwszym z dwóch położeń zaworu kalibracji pompa zasysa czyste powietrze do komory pomiarowej (oczyszczanie szkieł układu optycznego).
W położeniu drugim do komory wpływają spaliny, które podlegają ocenie.
Komora pomiarowa jest podgrzewana.
W nowszych dymomierzach, sterowanych mikroprocesorem, zerowanie odbywa się automatycznie przed każdym pomiarem.
Najczęściej stosuje się dwa rodzaje sond poboru spalin:
- o średnicy 10 mm dla rur wydechowych o średnicach do 70 mm,
- o średnicy 27 mm dla rur wydechowych o średnicach powyżej 70 mm.
W zależności od producenta dymomierza sondy poboru spalin mogą się różnić średnicą.
Sondy należy dobierać zgodnie z wytycznymi podanymi przez producenta dymomierza lub samochodu.
Przewód łączący sondę z dymomierzem powinien być oryginalny, o wymaganej długości.
Należy go ułożyć bez zagięć, które mogłyby ograniczyć przekrój wewnętrzny i ułatwić osadzanie się sadzy.
Większość dymomierzy absorpcyjnych o częściowym przepływie spalin wyposażona jest w dwie skale: liniową, wycechowaną w jednostkach stopnia pochłaniania światła A (%), lub logarytmiczną, wycechowaną w jednostkach współczynnika pochłaniania światła K (m-1).
Jeżeli podejmuje się decyzję o zakupie dymomierza do stacji kontroli pojazdów, to należy wybrać dymomierz absorpcyjny o częściowym przepływie spalin, który umożliwia pomiar współczynnika pochłaniania światła.
Korzystne jest, aby zarówno analizator spalin stosowany do silników o zapłonie iskrowym, jak i dymomierz do silników o zapłonie samoczynnym były produktami tej samej firmy.
tags: #filtracja #i #pomiar #przepływu #powietrza #w
