ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ

Измерение выброса продуктов сгорания

Часть 10

Испытательные циклы и методы измерений дымности отработавших газов в условиях эксплуатации на переходных режимах

(ISO 8178-10:2002, ЮТ)

Издание официальное

Стандартинформ

2015

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Центральный научно-исследовательский дизельный институт» (ООО «ЦНИДИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом ТК 235 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые»

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 5 декабря 2014 г. №46)

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 июля 2015 г. № 892-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 8178-10-2014 введен вдействие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2016 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 8178-10:2002 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 10. Испытательные циклы и методы измерений дымности отработавших газов в условиях эксплуатации на переходных режимах» («Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 10: Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient conditions», IDT)

Международный стандарт разработан техническим комитетом ISO/TC 70 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые», подкомитетом SC 8 «Измерение выбросов вредных веществ с отработавшими газами» Международной организации по стандартизации (ISO).

Официальные экземпляры международного стандарта, на основе которого подготовлен настоящий межгосударственный стандарт, и международных стандартов, на которые даны ссылки, имеются в Федеральном информационном центре технических регламентов и стандартов.

В разделе «Нормативные ссылки» и тексте стандарта ссылки на международные стандарты актуализированы.

Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСТ ISO 8178-10-2014

7.2.3    Температура окружающего воздуха

Температура окружающего воздуха (по сухому термометру) необходима для внесения поправки на окружающие условия в значение дымности, а также для проверки соответствия двигателя стандарту, по которому он был сертифицирован согласно требованиям ISO 8178-9.

7.2.4    Давление сухого атмосферного воздуха

Давление окружающего воздуха необходимо для внесения поправки на окружающие условия в значение дымности, а также для проверки соответствия двигателя стандарту, по которому он был сертифицирован согласно требованиям ISO 8178-9. Давление сухого атмосферного воздуха обычно определяют путем вычитания рассчитанного давления паров воды из измеренного давления окружающего воздуха (барометрического давления). Давление паров обычно рассчитывают по результатам измерения точки росы или значений температуры по влажному и сухому термометрам.

7.3 Определение дымности

7.3.1    Общие положения

Определение дымности на переходных режимах следует производить с помощью дымомеров оптического типа. Для этого могут быть использованы дымомеры одного из следующих трех типов: проходные, выходные полнопоточные и выходные частичнопоточные. Требования кдымомерам указанных трех видов приведены в разделе 11, а также в разделах 6 и 7 ISO 11614. Поправка по температуре на переходных режимах официально не утверждена, поэтому такая поправка в отношении измерения дымности в настоящий стандарт не вошла.

7.3.2    Общие требования к оптическим дымомерам

При измерении дымности используют систему измерения и обработки данных, состоящую из трех основных компонентов. Эти компоненты могут быть выполнены в виде отдельных узлов либо объединены в единый узел. Такими компонентами являются:

-    полнопоточный или частичнопоточный дымомер, удовлетворяющий требованиям настоящего раздела. Подробные требования кдымомерам приведены в разделе 11 и в IS011614;

-    устройство обработки данных, способное выполнять функции, перечисленные в 10.2 и 10.3, а также в соответствующих приложениях А—С;

-    принтер и/или электронное средство хранения информации, способное записывать и воспроизводить параметры дымности, перечисленные в соответствующих приложениях А—С.

7.3.3    Нелинейность

Нелинейность определена как разность между величиной, измеренной с помощью оптического дымомера, и ее эталонным значением, полученным при калибровке. Нелинейность не должна превышать +2 % величины коэффициента ослабления светового потока.

7.3.4    Дрейф нуля

Дрейф нуля в течение 1 ч либо всего времени испытаний (сравнение с меньшим из указанных двух периодов) не должен превышать +0,5 % коэффициента ослабления светового потока или 2 % от полной шкалы прибора (сравнение с меньшей из указанных двух величин).

7.3.5    Шкала и диапазон измерения оптического дымомера

Шкала дымомера, градуированная в единицах коэффициента ослабления и/или показателя поглощения, должна охватывать диапазон измерения, достаточный для определения дымности с необходимой точностью. Цена деления не должна превышать 0,1 % от полного диапазона шкалы.

Фотометрическая база прибора должна быть достаточной для измерения дымности таким образом, чтобы влияние погрешностей калибровки, измерений и расчетов было сведено к минимуму.

7.3.6    Время отклика прибора

Физическое время отклика оптического дымомера не должно превышать 0,2 с, его электрическое время отклика — 0,05 с.

7.3.7    Требования к пробоотбору для частичнопоточных оптических дымомеров

Условия пробоотбора должны удовлетворять требованиям 11.3 ISO 8178-9.

7.3.8    Источник света

Источник света должен удовлетворять требованиям 11.2 и 11.3 ISO 8178-9.

7.3.9    Нейтрально-серые светофильтры

Коэффициент ослабления нейтрально-серых светофильтров, используемых для калибровки и проверки дымомеров, должен быть известен с точностью до ±1 %. Номинальную величину коэффициен-

7

та ослабления такого светофильтра должны проверять на реже одного раза в год с помощью эталона, состоящего на учете в соответствии с национальным или международным стандартами.

Примечание — Нейтрально-серые светофильтры являются прецизионными устройствами, требующими крайне аккуратного обращения при их использовании. Обращаться сними следует с большой осторожностью, не допуская появления царапин на светофильтре или его загрязнения.

7.4 Точность

Калибровку всех измерительных приборов должны проводить в соответствии с международными стандартами (или национальными стандартами, в случае отсутствия соответствующих международных стандартов), при этом точность измерительных приборов должна удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 3.

8 Калибровка оптического дымомера

8.1    Общие положения

Калибровку оптического дымомера должны проводить с периодичностью, достаточной для обеспечения точности согласно требованиям настоящего стандарта. При этом должен быть использован порядок калибровки, описанный в 8.2.

8.2    Порядок калибровки

8.2.1    Время прогрева

Время прогрева и стабилизации прибора должно соответствовать рекомендациям изготовителя. Если дымомер снабжен системой очистки воздуха для предотвращения накопления сажи на оптических поверхностях прибора, эта система должна быть включена и настроена в соответствии с рекомендациями изготовителя.

8.2.2    Проверка нелинейности

При работе дымомера в режиме измерения коэффициента ослабления светового потока и при отсутствии препятствий на пути луча света прибор настраивают таким образом, чтобы указатель в этом режиме находился на отметке (0,0 ± 0,5) %.

При работе оптического дымомера в режиме измерения коэффициента ослабления светового потока и при условии, что никакие лучи света на приемник не попадают, прибор настраивают таким образом, чтобы указатель в этом режиме находился на отметке (100,0 ± 0,5) %.

Нелинейность дымомера в режиме измерения коэффициента ослабления должны периодически контролировать в соответствии с рекомендациями изготовителя. Для этого в дымомер вставляют светофильтр нейтрально-серого цвета с коэффициентом ослабления от 30 % до 60 %, удовлетворяющий требованиям 7.3.9, после чего регистрируют показания прибора. Они не должны отличаться от номинального коэффициента ослабления светофильтра нейтрально-серого цвета более чем на +2 %. Если нелинейность превышает указанную величину, прибор перед дальнейшим использованием должен быть отрегулирован.

ГОСТ ISO 8178-10-2014

9 Порядок проведения испытаний

9.1    Установка измерительного оборудования

Оптический дымомер и пробоотборники, если их используют, должны быть устанавлены после глушителя или внешнего устройства газоочистки (при его наличии), в соответствии с инструкциями изготовителя прибора. Конструкция некоторых систем выпуска делает возможным проникновение воздуха в выпускную трубу и его смешивание с потоком отработавших газов. Измерение дымности должны производить до того, как это смешивание произошло, если результаты этого измерения необходимо сравнивать с результатами измерения по ISO 8178-9. Кроме того, с учетом конкретного применения должны соблюдать требования 10 ISO 11614. В случае использования полнопоточного выходного дымомера величина l_a будет зависеть от конструкции системы выпуска транспортного средства и от способа установки датчика в выпускной трубе. В 9.2 приведены способы определения l_a для различных типов выпускных труб, применяемых на практике. В некоторых машинах доступность системы выпуска ограничена, поэтому выполнить установку измерительной аппаратуры в точном соответствии с настоящим стандартом не всегда возможно. В таких случаях полученные результаты измерений не всегда сравнимы с результатами соответствующих измерений по ISO 8178-9.

Не следует проводить измерения при сильном ветре. Сильным считается ветер, способный повлиять на размеры, форму или местонахождение потока отработавших газов в зоне пробоотбора или в зоне измерения. Для устранения или ослабления влияния ветра можно поместить машину в укрытие, где она была бы защищена от ветра, либо использовать такие измерительные приборы, которые в силу своей конструкции предотвращают влияние ветра на параметры дымности взоне измерения или пробоотбора.

В зоне пробоотбора или в зоне измерения потока отработавших газов не должно быть видимых осадков (т. е. дождя, тумана или снега). На измеряемый потокотработавших газов или на светоприемник не должен попадать прямой солнечный свет. Существуют измерительные приборы, конструкция которых способна предотвращать указанные нежелательные эффекты.

9.2    Определение эффективной фотометрической базы L_A

9.2.1    Общие положения

Участки, проходимые световым потоком от источника к светоприемнику, где задымление отсутствует, при вычислении эффективной фотометрической базы не учитывают. Если луч от источника света дымомера расположен достаточно близко (ближе 0,07 м к выходу из выпускной трубы), то размер потока отработавших газов, проходящего через дымомер, почти не отличается от размера выпускной трубы на ее выходе, измеренного по направлению луча. Практически этот размер определяют путем непосредственного измерения выходного сечения выпускной трубы для того, чтобы обеспечить измерение дымности с погрешностью (по коэффициенту ослабления) в пределах±2%,необходимоопределить L_a с погрешностью не более ± 6,0 %. (Максимальная погрешность (по коэффициенту ослабления) наблюдается при величине коэффициента ослабления порядка 60 %, при других — больших или меньших — значениях коэффициента ослабления допускается более высокая погрешность L_A.) При минимальнодопустимой (0,038 м) величине стандартной эффективной фотометрической базы погрешность + 6 % составляет ± 0,002 м.

Обычно бывает достаточно трудно, особенно при испытаниях нескольких работающих двигателей на месте установки, непосредственно замерить выходные диаметры их выпускных труб. Поэтому, при отсутствии возражений со стороны изготовителя двигателя, можно рассмотреть вариант наращивания их общей выпускной трубы дополнительной секцией, длина которой составляет от трех до тридцати ее диаметров. Соединение выпускной трубы с дополнительной секцией должно быть газоплотным, во избежание разбавления отработавших газов воздухом.

Для большинства типичных конструкций выпускной трубы величина L_A с достаточной точностью может быть определена по наружным размерам выпускного тракта, замерить которые не составляет труда. Подобные случаи описаны в следующей части данного раздела, а также рассматрены принципы и процедуры, которыми следует руководствоваться при определении L_A

9.2.2    Внутренние и внешние размеры выпускной трубы

9.2.2.1 Общие положения

Выпускная труба машины в большинстве случаев представляет собой металлическую трубу, размеры которой определяют путем расчета. Номинальные размеры трубы определяются ее наружным диаметром OD, тогда как величина L_A зависит от ее внутреннего диаметра. Разность между наружным и внутренним диаметрами трубы равна удвоенной толщине ее стенок, которая, как правило, относительно мала.

Использование наружного диаметра трубы в качестве измеренной эффективной фотометрической базы дает возможность получить откорректированное значение дымности, которое чуть меньшее его истинного значения (разница составляет менее 1 % коэффициента поглощения). Столь незначительную погрешность в большинстве случаев считают приемлемой. Однако в тех случаях, когда требуется максимальная точность или когда выпускная труба имеет толстые стенки, их толщину должны учитывать.

9.2.2.2 Прямые выпускные трубы кольцевого сечения без скоса

Простейшая конструкция выпускной трубы подобного типа показана на рисунке 1.

Рисунок 1 — Прямая цилиндрическая выпускная труба кольцевого сечения без скоса

В этом случае направление луча от источника света дымомера должно быть перпендикулярно оси потока отработавших газов, при этом луч должен пересекать его на расстоянии не более 0,05 м от выходного сечения трубы. При соблюдении указанных условий значение l_a равно внутреннему диаметру трубы Ю, и в большинстве случаев может быть с достаточной точностью аппроксимировано ее наружным диаметром OD (9.2.2.1).

9.2.2.3 Прямые выпускные трубы кольцевого сечения со скосом

Выходное сечение выпускной трубы со скосом не перпендикулярно ее оси. В этом случае существует лишь единственный правильный вариант ориентации дымомера, а именно: ось светового луча должна пересекать ось дымного шлейфа под прямым углом, и при этом быть параллельной малой оси выходного сечения выпускной трубы, имеющего форму эллипса. Точка пересечения должна быть расположена на расстоянии не более 0,05 м от выходного сечения выпускной трубы (рисунок2). При соблюдении этих условий значение l_a равно внутреннему диаметру трубы Ю, и в большинстве случаев может быть с достаточной точностью аппроксимировано ее наружным диаметром OD (9.2.2.1).

ю

ГОСТ ISO 8178-10-2014

1 — полнопоточный дымомер

^а Указанное расстояние должно быть не более 5 см.

^b L_a_ внутренний диаметр выпускной трубы (L_A может быть приравнено к наружному диаметру выпускной трубы при толщине стенок менее 1,5 мм).

^с Луч света оказывается не перпендикулярен потоку отработавших газов. ^d Размер А обычно оказывается более 50 мм.

Рисунок 2 — Прямая цилиндрическая выпускная труба кольцевого сечения со скосом

9.2.2.4 Изогнутые выпускные трубы

Если ось выпускной трубы вблизи ее выходного сечения имеет изгиб, такая выпускная труба называется изогнутой, а форма ее выходного сечения отличается от кольцевой. Во избежание получения заниженных значенийдымности для выпускиыхтруб подобного типа дымомер должен быть расположен таким образом, чтобы ось светового луча пересекала ось потока отработавших газов (не обязательно совпадающую с осью трубы) под прямым углом и при этом была параллельна малой оси эллиптического выходного сечения выпускной трубы. Точка пересечения должна быть расположена на расстоянии не более 0,05 мот выходного сечения выпускной трубы (рисунокЗ). При соблюдении этих условий значение l_a равно внутреннему диаметру трубы Ю и в большинстве случаев может быть с достаточной точностью аппроксимировано ее наружным диаметром OD (9.2.2.1). Ориентация дымомера, при которой луч света

11

не параллелен малой оси эллиптического выходного сечения выпускной трубы, не исключается полностью, но в этом случае величина l_a должна быть определена путем прямого измерения.

Рисунок 3 — Изогнутая выпускная труба круглого сечения

9.2.2.5 Выпускная труба некруглого сечения

Если выпускная труба имеет некруглое сечение, то дымомер должен быть установлен таким образом, чтобы луч от источника был направлен перпендикулярно оси потока отработавших газов и пересекал эту ось на расстоянии не более 0,05 м от выходного сечения трубы. В этом случае величину l_a определяют прямым измерением. Если выпускная труба имеет овальное или эллиптическое сечение, то, для облегчения измерения L_A, рекомендуется устанавливать дымомер таким образом, чтобы луч света был ориентирован либо по большой, либо по малой оси сечения трубы (рисунок 4).

ГОСТ ISO 8178-10-2014

Ь) Нерекомендуемая ориентация дымомера

1 — полнопоточный дымомер

^а Указанное расстояние должно быть не более 5 см. ^b L_a — малая ось определяется прямым измерением. ^с L_a — большая ось определяется прямым измерением. ^d Случай, когда размер L_A трудно измерить.

Рисунок4 — Выпускная труба некруглого сечения

9.2.2.6 Дождевой колпак

Наличие действующего дождевого колпака исключает возможность использования полнопоточного выходного дымомера. В этом случае перед проведением измерений такой колпак должен быть либо снят, либо зафиксирован в полностью открытом положении. Если дождевой колпак не снимается, дымомер должен быть ориентирован таким образом, чтобы колпак не препятствовал выходу потока отработавших газов и чтобы он не мог блокировать луч света дымомера даже частично (рисунок 5).

13

1 — полнопоточный дымомер; 2 — дождевой колпак закреплен в полностью открытом положении, дымомер ориентирован таким образом, чтобы открытый колпак не оказался на пути светового луча

^а Указанное расстояние должно быть не более 5 см.

Рисунок 5 — Дождевой колпак

9.2.2.7 Выпуск, направленный вниз

Некоторые машины оборудованы горизонтальными выпускными системами, прикрепленными к нижней поверхности шасси. Такие системы обычно содержат изогнутую выпускную трубу, направляющую поток отработавших газов в сторону земли.

При этом испытатели должны быть чрезвычайно внимательными, особенно в случае использования полнопоточного выходного дымомера. Иногда часть потока отработавших газов, отражаясь от земли, может возвращаться на вход дымомера, что служит причиной ошибки (в большую сторону) при определении дымности. Этот эффект может усиливаться при попадании пыли в отраженный поток газов.

В большинстве случаев с этим ничего нельзя поделать, однако, если выход выпускной трубы направлен в сторону земли, испытателям рекомендуется следить за тем, чтобы не возникал отраженный поток газов. Если окажется, что рециркуляция влияет на показания дымомера, результаты испытания следует считать недостаточно надежными (завышенными), поэтому пользоваться ими нужно с осторожностью.

9.3    Проверка оптического дымомера

Перед проведением проверки по нулевому и максимальному значениям измеряемой величины необходимо выполнить прогрев и стабилизацию дымомера в соответствии с инструкциями изготовителя прибора. Если дымомер снабжен системой очистки воздуха для предотвращения накопления сажи на оптических поверхностях прибора, данная система должна быть включена и настроена в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Проверку по нулевому и максимальному значениям должны производить в режиме измерения коэффициента ослабления. После этого можно вычислить показатель ослабления с достаточной точностью, зная величины измеренного коэффициента ослабления и /__А (предоставляет изготовитель), далее прибор снова переводят в режим измерения показателя поглощения к для проведения испытаний.

Прибор следует отрегулировать таким образом, чтобы при отсутствии препятствий на пути луча света его показание находились на отметке (0,0 ± 0,5) % коэффициента ослабления. Далее прибор следует отрегулировать таким образом, чтобы при полном блокировании света от источника его указатель находился на отметке (100,0 + 0,5) % коэффициента ослабления.

9.4    Испытательный цикл

Двигатель должен проходить испытательный цикл в соответствии с инструкциями, приведенными в приложениях А—С, и с учетом положений, содержащихся в приложении D.

Перед проведением испытаний должно быть выполнено следующее:

а) Если машина оборудована ручной трансмиссией, рычаг переключения передач должен быть выставлен в нейтральное положение, а сцепление должно быть отпущено. Если машина оборудована

14

Если результаты измерений должны приводить в отчете в виде коэффициента ослабления, то с помощью формулы (9) коэффициент ослабления при фактическом значении эффективной фотометрической базы N_a пересчитывают в коэффициент ослабления при стандартном значении эффективной фотометрической базы Л/_А3.

Если результаты измерений должны регистрироваться в отчете в виде показателя поглощения, используют формулу (10).

Примечание — В случае совпадения стандартного и фактического значений эффективной фотометрической базы (т. е. когда Л/_А3 равно N_A) необходимость в выполнении второго этапа преобразования отпадает.

10.1.4 Величины, используемые в расчете эффективной фотометрической базы

Для расчета по формуле (10) используют фактическое (измеренное) значение эффективной фотометрической базы L_a. Для расчета по формуле (9) применяют значения L_A и стандартной эффективной фотометрической базы Z__AS.

В полнопоточных выходныхдымомерах величина /__л зависит от конструкции выпускной трубы в 9.2.

В частичнопоточных (пробоотборных) и полнопоточных проходных дымомерах величина L_A однозначно определе на параметрами измерительной камеры и конструкцией системы воздушной продувки. В случае применения таких дымомеров для определения L_A следует пользоваться данными, сообщаемыми их изготовителями.

Может оказаться необходимым определить L_A с погрешностью не более 0,002 м с тем, чтобы погрешность определения коэффициента ослабления с учетом поправок не превысила+ 2 % (см. 9.2).

Показан ия д ымомера (в виде коэффициента ослабления) зависят от эффективной фотометрической базы прибора. Поскольку предельно допустимые значения коэффициента ослабления могут задавать в относительных величинах (процентах), они должны быть отнесены к стандартной эффективной фотометрической базе (т. е. к диаметру трубы), для которой эти предельно допустимые значения задают. Для того чтобы можно было корректно сравнивать результаты измерений дымности, в отчетах они должны быть приведены в виде коэффициента ослабления, определяемого при стандартных значениях эффективной фотометрической базы Z__AS, приведенных в таблице 4. Однако измерения коэффициента ослабления могут производить и при нестандартных значениях эффективной фотометрической базы. Для того чтобы пользоваться данными, приведенными в таблице 4, измерять мощность двигателя не обязательно. Мощность обычно можно узнать либо из данных на заводском шильде, либо из руководства по эксплуатации и обслуживанию двигателя, либо из информации, используемой при сертификационных или типовых испытаниях двигателей. Если мощность двигателя определить не удается, то оценить его соответствие требованиям по дымности, задаваемым в виде предельно допустимого коэффициента ослабления, невозможно.

10.2 Алгоритм Бесселя

10.2.1 Общие положения

Алгоритм Бесселя используют для расчета усредненных величин дымности по результатам измерений ее мгновенных значений. Этот алгоритм может быть корректно использован для расчетов дымности, выраженный в виде показателя поглощения света. Однако если величина дымности составляет менее 40 %, данный алгоритм может быть применен также и к параметру дымности в виде коэффициента ослабления с пренебрежимо малой погрешностью. Функционально алгоритм Бесселя эмулирует фильтр нижних частот второго порядка. Его использование предполагает вычисление коэффициентов методом итерации (последовательных приближений). Эти коэффициенты зависят от времени отклика

ГОСТ ISO 8178-10-2014

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2015

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

III

ГОСТ ISO 8178-10-2014

системы дымомера и от частоты измерений. Поэтому, если время отклика системы дымомера и/или частота измерений по той или иной причине изменились, расчеты, приводимые в 10.2.2, следует повторить.

10.2.2 Расчет времени отклика фильтра и постоянных Бесселя

Требуемое время отклика фильтра функции Бесселя ^зависит от физического и электрического времени отклика системы оптического дымомера (согласно определению, приведенному в 3.7.3), а также требуемого общего времени отклика X, и может быть найдено согласно формуле (11)

f_F=_A/x²-(f2_+f2)_i    (11)

где t_p — физическое время отклика, с; f_e — электрическое время отклика, с.

Формула (11) может быть использована для приведения двух различных дымомеров к одному и тому же времени отклика при условии, что величины t_p и t_e намного меньше X (см. 7.3.6) и что они также намного меньше длительности переходного режима при испытаниях.

Оценочные расчеты критической частоты фильтра Бесселя f_c производят для случая подачи на вход единичного (от 0 до 1) ступенчатого возмущения длительностью менее 0,01 с (см. приложение А). Время отклика при этом определяют как временной интервал между моментами, когда выходная величина фильтра Бесселя достигает 10 % (f₁₀), и когда она достигает 90 % (f₉₀). Для этого необходимо последовательно (итеративно) повторять вычисления f_c, до тех пор, пока не станет справедливым соотношение t_go—1₁₀ «t_F. Первое приближение для f_c рассчитывают по формуле (12)

^с (Ю t_F)

Постоянные Бесселя Ей К рассчитывают по формулам (13) и (14):

Е =_¹_ (13)

1 + fi%/3D+Dfi²’

К=2- E(DCl² - 1) - 1,    (14)

где 0 = 0,618034;

М= 1/частота замеров;

Q = 1 /[tanл- At■ /)].

Используя значения Е и К, а также мгновенные значения дымности S,, усреднение по Бесселю рассчитывают по формуле

Yi = Y_M + E(Sj + 2 • S_M + S_F2 - 4 • Yj_₂) + K( Y_M - V^_₂),    (15)

где Sj_ ₂ = S_M = 0;

S, = 1;

У/_2 ⁼ Уь1⁼⁰-

Значения координат времени f₁₀ и f₉₀ следует интерполировать. Временной интервал между f₉₀ и t₁₀ представляет собой время отклика t_F для данного значения f_c. Если это время отклика существенно отличается от требуемого, то следует продолжать итерацию до тех пор, пока фактическое время отклика не совпадет с требуемым с точностью до 1 %, т. е. не будет удовлетворять условию

[(*m-*io)-*f) = O.OWf-    (16)

Примечание — Поскольку алгоритм фильтрации по Бесселю для усреднения результатов измерений дымности применяют впервые, в приложении D ISO 8178-9 объяснено действие данного алгоритма, приведены примеры составления такого алгоритма и расчета окончательного значения дымности с его помощью. Значения постоянных алгоритма Бесселя зависят исключительно от конструкции дымомера и отчастоты измерений системы. Изготовителям дымомеров рекомендуется указывать окончательные величины постоянных фильтра Бесселя для различных значений частоты замеров, чтобы лица, ответственные за испытания, могли их использовать при составлении алгоритма Бесселя и в расчетах значений дымности.

10.2.3 Расчет среднего значения функции Бесселя для дымности

После расчета постоянных Бесселя Ей К, выполненного в соответствии с 10.2.2, средненное значение дымности рассчитывают с помощью алгоритма Бесселя по формуле (15).

Алгоритм Бесселя по своей природе является рекурсивным. Это означает, что для начала итерации необходимо иметь некоторые начальные входные значения — S_/_₁ и S₍_₂, а также начальные выходные значения — У)_₁ и у/_₂. Можно принять их равными 0.

17

ГОСТ ISO 8178-10-2014

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................2

4    Обозначения параметров и единицы измерения.................................3

5    Условия проведения испытаний............................................5

5.1    Атмосферные условия...............................................5

5.2    Мощность.......................................................5

5.3    Впускная система двигателя...........................................5

5.4    Выпускная система двигателя..........................................5

5.5    Двигатели с охлаждением наддувочного воздуха..............................5

6    Топливо для испытаний.................................................6

7    Измерительное оборудование и точность измерений..............................6

7.1    Общие положения..................................................6

7.2    Условия испытаний.................................................6

7.3    Определение дымности..............................................7

7.4    Точность........................................................8

8    Калибровка оптического дымомера.........................................8

8.1    Общие положения..................................................8

8.2    Порядок калибровки................................................8

9    Порядок проведения испытаний............................................9

9.1    Установка измерительного оборудования...................................9

9.2    Определение эффективной фотометрической базы L_A..........................9

9.3    Проверка оптического дымомера.......................................14

9.4    Испытательный цикл...............................................14

10    Оценка полученных данных и расчеты......................................15

10.1    Оценка полученных данных.........................................15

10.2    Алгоритм Бесселя................................................16

10.3    Поправка на атмосферные условия....................................18

10.4    Отчет об испытаниях..............................................18

11    Определение дымности...............................................18

Приложение А (обязательное) Испытательный цикл для двигателей внедорожной техники с переменной частотой вращения........................................20

Приложение В (обязательное) Испытательный цикл для главных судовых двигателей.........24

Приложение С (обязательное) Испытательный цикл для двигателей, работающих с переменной частотой вращения, типа F (тепловозных)................................28

Приложение D (справочное) Замечания по поводу испытательных циклов.................31

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

межгосударственным стандарто стандартам.........................33

Библиография........................................................34

IV

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ Измерение выброса продуктов сгорания Часть 10

Испытательные циклы и методы измерений дымности отработавших газов в условиях эксплуатации на переходных режимах

Reciprocating internal combustion engines. Exhaust emission measurement. Part 10. Test cycles and test procedures for field measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient

conditions

Дата введения — 2016—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на поршневые двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением от сжатия и устанавливает испытательные циклы и методы измерений, применяемые для оценки дымности двигателей в условиях эксплуатации.

Измерения на переходных режимах производят с помощью оптических дымомеров — приборов, основанных на оценке степени ослабления светового потока. Требования к измерению дымности с помощью приборов, основанных на оценке степени ослабления светового потока, изложены в ISO 11614.

Настоящий стандарт может быть использован для оценки дымности двигателя с учетом его конкретного применения только при условии использования испытательного цикла, соответствующего данному применению. В приложениях А, В и С приведены испытательные циклы, которые могут быть использованы только для тех применений, которые перечислены в соответствующих приложениях. Там, где это возможно, испытательные циклы для измерений дымности, описанные в указанных приложениях, соответствуют категориям двигателей и машин, используемым в ISO 8178-4.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 8178-4:2007, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 4: Steady-state test cyclesfor different engine applications (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов отработавших газов. Часть 4. Испытательные циклы для различных режимов работы двигателей)

ISO 8178-5:2008, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part5:Testfuels (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 5. Топливо для испытаний)

ISO 8178-6:2000, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 6: Report on measuring results and test report (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 6. Отчет о результатах измерения и испытания)

ISO 8178-7:1996, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 7: Engine family determination (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 7. Определение семейства двигателей)

Издание официальное

ISO 8178-8:1996, Reciprocating internal combustion engines— Exhaust emission measurement — Part 8: Engine group determination (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 8. Определение группы двигателей)

ISO 8178-9:2012, Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 9: Test cycles and test procedures for test bed measurement of exhaust gas smoke emissions from compression ignition engines operating under transient conditions (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 9. Циклы и методики испытаний для стендовых измерений дымовыделения отработавших газов от двигателей внутреннего сгорания в неустано-вившемся режиме)

ISO 11614:1999, Reciprocating internal combustion compression-ignition engines. Apparatus for measurement of the opacity and for determination of the light absorption coefficient of exhaust gas (Двигатели внутреннего сгорания поршневые с воспламенением от сжатия. Прибор для измерения дымности и определения коэффициента поглощения светового потока в отработавших газах)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    дымность отработавших газов (exhaust gas smoke): Это видимая глазом взвесь содержащихся в отработавших газах твердых и/ил и жидких частиц, образовавшихся в результате неполного сгорания или пиролиза топлива и масла.

Примечание — Могут наблюдаться следующие разновидности дымности отработавших газов: «черный дым» (сажа), состоящий главным образом из частиц углерода, «синий дым», обычно состоящий из мелкодисперсных капель, образующихся в результате неполного сгорания топлива или смазочного масла, «белый дым», обычно образующийся из-за конденсации воды и/или жидкого топлива, «желтый дым», свидетельствующий о присутствии no₂.

3.2    коэффициент пропускания светового потока т (transmittance): Часть светового потока от источника света, прошедшая через задымленную среду и воспринятая приемником света. Выражается в процентах.

3.3    коэффициент ослабления светового потока N (opacity): Часть светового потока от источника света, не достигшая приемника света из-за поглощения, отражения и рассеяния отработавшими газами, проходящими через измерительную камеру дымомера. Выражается в процентах.

N = 100-т.

3.4    фотометрическая база (optical path length).

3.4.1    эффективная фотометрическая база L_A (effective optical path length): Длина пути между источником и светоприемником, который проходит луч света в измерительной камере дымомера, заполняемой потоком отработавших газов, с поправкой на неоднородность потока, возникающую из-за перепадов плотности и краевых эффектов. Выражается в метрах.

Примечания

1    В 9.2 описаны способы определения и установки измерительной аппаратуры в системе выпуска в условиях эксплуатации.

2    Участки, проходимые лучом света по пути от источника ксветоприемнику, где задымление отсутствует, при определении длины эффективной фотометрической базы не учитывают.

3.4.2    стандартная эффективная фотометрическая база Z._AS (standard effective optical path length): Параметр, обеспечивающий возможность корректного сравнения значений коэффициента ослабления светового потока.

Примечание — Значения L_AS определены в 10.1.4.

3.5    показатель поглощения светового потока к (light absorption coefficient): Основной параметр, используемый для количественной оценки дымности отработавших газов.

Примечание — Общепринятой единицей измерения показателя поглощения светового потока является метр в минус первой степени, м^-1. Показатель поглощения зависит от числа дымовых частиц в заданном объеме газа, распределения дымовых частиц по размерам, а также от поглощения и рассеивания частиц. При отсутствии синего, белого или желтого дыма и золы распределение дымовых частиц по размерам, а также поглощение и рассеивание частиц отработавших газов всех двигателей практически одинаковы, поэтому показатель поглощения в этом случае определяется главным образом плотностью дымовых частиц.

2

ГОСТ ISO 8178-10-2014

3.6 закон Бэра-Ламберта (Beer-Lambert law): Математическое уравнение, описывающее физические соотношения между показателем поглощения к, коэффициентом ослабления N или коэффициентом пропускания т и эффективной фотометрической базой L_A

(1)

или

(2)

Примечание — Поскольку прямое измерение показателя поглощения к невозможно, то этот показатель рассчитывают с помощью закона Бэра-Ламберта, при этом должны быть известны значения коэффициента ослабления N или коэффициента пропускания т, а также эффективной фотометрической базы L_A.

3.7 оптический дымомер (opacimeter): Прибор, используемый для определения дымности отработавших газов оптическим методом, основанным на измерении степени ослабления светового потока.

3.7.1    полнопоточный оптический дымомер (full-flow opacimeter): Прибор, через измерительную камеру которого проходит весь поток отработавших газов.

3.7.1.1    полнопоточный выходной оптический дымомер (full-flow end-of-line opacimeter): Прибор, используемый для измерения коэффициента ослабления во всем сечении потока отработавших газов на выходе из выпускной трубы.

Примечание — В таком дымомере источник и приемник света находятся по разные стороны потока отработавших газов в непосредственной близости от выхода из выпускной трубы. При использовании такого дымо-мера эффективная фотометрическая база зависит от конструкции выпускной трубы.

3.7.1.2    полнопоточный проходной оптический дымомер (full-flow in-line opacimeter): Прибор, используемый для измерения параметров дымности всего потока отработавших газов внутри выпускной трубы.

Примечание — В таком оптическом дымомере источники приемниксвета находятся по разные стороны потока отработавших газов в непосредственной близости от наружной стенки выпускной трубы. При использовании оптического дымомера данного типа эффективная фотометрическая база определена конструкцией прибора.

3.7.2    частичнопоточный оптический дымомер (partial-flow opacimeter): Прибор, через измерительную камеру которого проходит не весь поток отработавших газов, а только его часть.

Примечание — При использовании такого дымомера эффективная фотометрическая база зависит от его конструкции.

3.7.3    время отклика оптического дымомера (opacimeter response time).

3.7.3.1    физическое время отклика оптического дымомера t_p (opacimeter physical response time): Разность времени между моментами достижения соответственно 10 % и 90 % полного диапазона значений нефильтрованного сигнала к, измеренного при условии, что изменение показателя поглощения исследуемого газа происходит менее чем за 0,01 с.

Примечание — Физическое время отклика частичнопоточного дымомера определяют с учетом пробоотборника и передаточной трубки. Дополнительная информация о физическом времени отклика приведена в 8.2.1 и

11.7.2 ISO 11614.

3.7.3.2    электрическое время отклика оптического дымомера f_e (opacimeter electrical response time): Разность времени между моментами достижения соответственно 10 % и 90 % полного диапазона значений выходного сигнала пишущего или показывающего прибора, измеренного при условии, что полное перекрытие или отключение источника света происходит менее чем за 0,01 с.

Примечание — Дополнительная информация об электрическом времени отклика приведена в 8.2.3

ISO 11614.

4 Обозначения параметров и единицы измерения

Обозначения параметров и единицы их измерения приведены в таблице 1.

з

6 Топливо для испытаний

Характеристики топлива оказывают влияние на содержание вредных выбросов двигателя. Испытания на дымность по 1Б08178-9-это, какправило, сертификационные или типовые испытания, проводимые с использованием вида топлива, оговоренного в соответствующем нормативном документе. При испытаниях в условиях эксплуатации эталонное топливо обычно не используют. Поэтому характеристики топлива, используемого при испытаниях, следует определять, регистрировать и прилагать к протоколу испытаний.

Когда используют виды топлива, которые в ISO 8178-5 определены как эталонные, необходимо указать обозначение используемого эталонного топлива и его состав по результатам анализа. Для всех остальных видов топлива должны регистрировать их характеристики, указанные в соответствующих формах ISO 8178-5.

Выбор топлива зависит от цели испытаний. Если заинтересованные стороны не договорились об ином, выбор топлива для испытаний следует производить в соответствии с таблицей 2.

7 Измерительное оборудование и точность измерений

7.1    Общие положения

При испытаниях двигателей на дымность в условиях эксплуатации должны использовать оборудование, указанное в 7.3.

7.2    Условия испытаний

7.2.1    Общие положения

Аппаратура для измерения частоты вращения двигателя, давления и температуры в настоящем стандарте подробно не рассмотрена, приведены лишь требования кточности, указанной в 7.4.

7.2.2    Частота вращения двигателя

Измерение частоты вращения двигателя нужно для того, чтобы убедиться в том, что испытания проводят правильно. Измерение частоты вращения двигателя необходимо, в частности, для того, чтобы убедиться в правильной работе регулятора частоты вращения — во избежание аварии двигателя. Неправильное определение минимальной или максимальной частоты вращения холостого хода может привести к тому, что результаты определения дымности будут отличаться от результатов, полученных при испытаниях по ISO 8178-9.

6