МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ

Измерение выброса продуктов сгорания

Часть 9

Испытательные циклы и методы стендовых измерений дымности отработавших газов на переходных режимах

(ISO 8178-9:2012, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2015

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в 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»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации 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 от9 июля 2015 г. № 891-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 8178-9-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2016 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту 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. Испытательные циклы и методы стендовых измерений дымности отработавших газов на переходных режимах).

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).

Перевод с английского языка (ел).

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

Степень соответствия — идентичная (ЮТ)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСТ ISO 8178-9-2014

7.2 Требования к нагружающему устройству

Нагружающее устройство, используемое при испытаниях, должно обеспечивать возможность выполнения испытательных циклов, указанных в приложениях А и В. Требования к нелинейности испытательного цикла действуют только в случае использования электрического динамометра. Аппаратура для измерения частоты вращения и крутящего момента должна обеспечивать точность измерений, необходимую для проведения испытательного цикла, указанного в приложениях А и В. Периодичность измерений частоты вращения и крутящего момента должна быть не менее 1 Гц. Точность измерительного оборудования должна быть достаточной для того, чтобы значения допустимой погрешности измерения, приведенные в таблице 3, не были превышены.

7.3 Определение дымности

7.3.1    Общие положения

Определение дымности на переходных режимах должно проводиться с помощью дымомеров оптического типа. Для этого могут использоваться оптические дымомеры следующих типов: проходные, выходные полнопоточные и выходные частично поточные. Требования к оптическим дымомерам указанных трех типов приведены в разделе 11 настоящего стандарта, 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    Требования к оптическим дымомерам

7.3.2.1    Общие положения

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

-    полнопоточный или частично поточный оптический дымомер, удовлетворяющий требованиям настоящего подраздела. Подробные требования к оптическим дымомерам приведены в разделе 11 настоящего стандарта и в ISO 11614;

-устройство обработки данных, способное выполнять функции, перечисленные в 10.2 и 10.3, а также в приложении D;

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

7.3.2.2    Нелинейность

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

7.3.2.3    Дрейф нуля

Дрейф нуля в течение одного часа либо в течение всего времени испытаний (сравнивается с меньшим из указанных двух периодов) не должен превышать ± 0,5 % коэффициента ослабления или 2 % от полной шкалы прибора (сравнивается с меньшей из указанных двух величин).

7.3.2.4    Шкала и диапазон измерения оптического дымомера

Шкала оптического дымомера, градуированная в единицах коэффициента ослабления светового потока и/или показателя поглощения, должна охватывать диапазон измерения, достаточный для определения дымности отработавших газов 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

7.3.2.5    Время отклика прибора

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

7.3.2.6    Требования к пробоотбору для частично поточных дымомеров

Условия пробоотбора должны удовлетворять требованиям 11.3.

7.3.2.7    Источник света

Источник света должен удовлетворять требованиям 11.2 и 11.3.

7.3.2.8    Нейтрально-серые светофильтры

Коэффициент ослабления нейтрально-серых светофильтров, используемых для калибровки и проверки дымомеров, должен быть известен с точностью до ± 1 %. Номинальная величина коэффициента ослабления такого светофильтра должна проверяться не реже одного раза в год с помощью эталона, происхождение которого поддается проверке в соответствии с национальным или международным стандартом.

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

7.4 Точность

Калибровка всех измерительных приборов должна проводиться в соответствии с международными стандартами (или национальными стандартами, в случае отсутствия соответствующих международных стандартов) и удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 3.

8    Калибровка оптического дымомера

8.1    Общие положения

Калибровка оптического дымомера должна проводиться с периодичностью, достаточной для обеспечения точности прибора в соответствии с требованиями настоящего стандарта. При этом должен использоваться 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 оптический дымомер снабжен системой очистки воздуха для предотвращения накопления сажи на оптических поверхностях прибора, то эта система должна быть включена и настроена в соответствии с рекомендациями изготовителя.

8.2.2    Проверка нелинейности

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

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

Нелинейность оптического дымомера в режиме измерения коэффициента ослабления должна периодически контролироваться в соответствии с рекомендациями изготовителя. Для этого в оптический дымомер вставляется нейтрально-серый светофильтр с коэффициентом ослабления от 30 % до 60 %, удовлетворяющий требованиям 7.3.2.8, после чего фиксируются показания прибора. Они не должны отличаться от номинального коэффициента ослабления нейтрально-серого светофильтра более чем на ± 2 %. Если нелинейность превышает указанную величину, прибор перед дальнейшим использованием должен быть отрегулирован.

9    Порядок проведения испытаний

9.1 Установка измерительного оборудования

Оптический дымомер и пробоотборники, если они используются, должны устанавливаться после глушителя или внешнего устройства газоочистки (при его наличии) в соответствии с инструкциями

8

ГОСТ ISO 8178-9-2014

производителя прибора по его установке. Кроме того, в зависимости от конкретного применения, они должны удовлетворять требованиям раздела 10 ISO 11614.

9.2    Калибровка оптического дымомера

Перед проведением калибровки по нулевому и максимальному значениям измеряемой величины необходимо выполнить прогрев и стабилизацию оптического дымомера в соответствии с инструкциями изготовителя прибора. Если оптический дымомер снабжен системой очистки воздуха для предотвращения накопления сажи на оптических поверхностях прибора, то данная система должна включаться и настраиваться в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Калибровка по нулевому и максимальному значениям должна производиться по коэффициенту ослабления, так как в этом режиме на шкале существуют две надежно определяемые опорные точки для калибровки — 0 % и 100 % коэффициента ослабления. После этого с достаточной точностью вычисляется показатель поглощения по измеренному коэффициенту ослабления и L_A (предоставляется изготовителем), затем прибор переводится в режим измерения к для проведения испытаний.

Прибор следует отрегулировать таким образом, чтобы при отсутствии препятствий на пути луча света его показание (коэффициент ослабления) находилось на отметке (0 ± 1) %. Далее прибор следует отрегулировать таким образом, чтобы при полном блокировании света от источника его указатель находился на отметке (100 ± 1) % коэффициента ослабления.

9.3    Испытательный цикл

Двигатель должен проходить испытательный цикл в соответствии с инструкциями, приведенными в приложениях А, В, Е и F, с учетом замечаний, приведенных в приложении С.

9.4    Определение эффективной фотометрической базы (L_A)

Участки, проходимые лучом света по пути от источника к светоприемнику, где задымление отсутствует, при вычислении эффективной фотометрической базы не учитываются. Если луч от источника света дымомера расположен достаточно близко (ближе 0,07 м) к выходу из выпускной трубы, то поперечное сечение дымового потока, проходящего через оптический дымомер, почти не отличается от размера выпускной трубы на ее выходе, измеренного в направлении луча. Практически этот размер определяется путем непосредственного измерения выходного сечения выпускной трубы. Чтобы обеспечить измерение дымности с погрешностью (по коэффициенту ослабления) в пределах ± 2 %, необходимо определить L_A с погрешностью не более ± 6 %. (Наибольшую погрешность имеет место при величине коэффициента ослабления порядка 60 %, при других больших или меньших значениях коэффициента ослабления допускается более высокая погрешность определения L_A). При минимально допустимой (0,038 м) величине стандартной эффективной фотометрической базы погрешность ±6% соответствует ± 0,002 м.

Как правило, 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 размерам наружной выпускной системы, измерить которые не составляет труда.

10 Оценка полученных данных и расчеты

10.1    Оценка полученных данных

10.1.1    Общие требования к измерениям дымности

Частота измерений дымности должна составлять не менее 20 Гц. Параметры дымности должны регистрироваться в форме либо коэффициента ослабления (Л/), либо показателя поглощения (к). Измеренные значения дымности (коэффициента ослабления) должны быть преобразованы в соответствующие величины дымности, с поправками на разницу в фотометрической базе оптических дымомеров (10.1.2—10.1.4). Поправки на плотность атмосферного воздуха вносятся, при необходимости, только

9

ГОСТ ISO 8178-9-2014

Обычно необходимая точность определения L_A составляет 0,002 м, чтобы можно было определить коэффициент ослабления с погрешностью не более ± 2 %.

Показания оптического дымомера (в виде коэффициента ослабления) зависят от эффективной фотометрической базы прибора. Поскольку предельно допустимые значения коэффициента ослабления могут задаваться в относительных величинах (процентах), они должны быть отнесены к стандартной эффективной фотометрической базе (т.е. диаметру трубы), для которой эти предельно допустимые значения задаются. Чтобы можно было корректно сравнивать результаты измерений дымности, в отчетах они должны приводиться в виде коэффициента ослабления, определяемого при стандартных значениях эффективной фотометрической базы (L_AS), приведенных в таблице 4.

Чтобы пользоваться таблицей 4, измерять мощность двигателя не обязательно. Мощность обычно можно узнать либо из данных на заводской шильде, либо из руководства по эксплуатации и обслуживанию, 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 используется для расчета усредненных величин дымности по результатам измерений ее мгновенных значений. Этот алгоритм может быть использован для расчетов как коэффициента ослабления, так и показателя поглощения. Если величина коэффициента ослабления составляет менее 40 %, данный алгоритм может быть применен к сигналу 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 системы дымомера и от частоты измерений. Поэтому при любом изменении времени отклика системы дымомера и/или частоты измерений расчеты, приводимые в 10.2.2, следует повторить.

10.2.2    Расчет времени отклика фильтра и постоянных Бесселя

Требуемое время отклика фильтра Бесселя (t_F) является функцией 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 из выражения (11)

fF=^²-(fp + f|).    (11)

где t_p — физическое время отклика, в с; t_e — электрическое время отклика, в с Формула (11) может быть использована для приведения двух различных оптических дымомеров к одному и тому же быстродействию, при условии, что величины t_p и t_e намного меньше X (7.3.2.5) и что они намного меньше также длительности переходного режима при испытаниях.

Оценочные расчеты критической частоты фильтра Бесселя (Q производятся для случая подачи на вход единичного (от 0 до 1) ступенчатого возмущения длительностью менее 0,01 с (приложение D). Быстродействие при этом определяется как временной интервал между моментами, когда выходная величина фильтра Бесселя достигает 10 % (f₁₀) и когда она достигает 90 % (f₉₀). Для этого необходимо

11

последовательно повторять вычисления (методом последовательных приближений) f_c до тех пор, пока не станет справедливым соотношение f₉₀ - f₁₀ = t_F. Первое приближение для f_c рассчитывается по формуле (12)

где 0 = 0,618034;

At = 1/ частота замеров;

Q = 1/[tan (я-А/-/у].

Используя значения Е, К и мгновенные значения дымности S₍, усредненное значение сигнала на выходе фильтра Бесселя можно рассчитать по формуле

Yj = Yi_! + E(S_f + 2S,_ ₁ + Sj_₂- 4 Y_i_₂) +    -    У₍_₂),    (15)

где S_/_2 = S,._₁ = О,

S₍.= 1;

^■-2=^-l=0-

Значения координат времени f₁₀ и t_go следует интерполировать. Временной интервал между /₉₀ и ?₁₀ определяет время отклика t_F для данного значения f_c. Если это время отклика существенно отличается от требуемого, следует продолжать итерацию до тех пор, пока фактическое время отклика не совпадет с требуемым с точностью до 1 %, т. е. не будет удовлетворять условию:

1«90-'₁0>-^<И = 0,0%    (16)

Пример расчетов для первого и второго приближений приведен в приложении D.

10.2.3    Расчет среднего значения функции Бесселя для дымности

После расчета постоянных Бесселя Е и К, выполненного в соответствии с 10.2.2, усредненное значение дымности рассчитывается 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_M и S₍_₂, а также начальные выходные значения — У)_₁ и У^_₂. Можно принять их равными 0.

В результате находятся усредненные значения дымности по Бесселю, используемые затем для вычисления нужных значений дымности в соответствии с приложением А.

10.3    Поправка на атмосферные условия

10.3.1 Общие положения

При испытаниях двигателей значение атмосферного фактора f_a должно находиться в диапазоне от 0,98 до 1,02 (5.1.2). Если значение f_a находится в диапазоне от 0,93 до 1,07, величина дымности должна быть откорректирована по формуле (19), поскольку дымность существенно зависит от атмосферных условий. В диапазоне от 0,98 до 1,02 коррекция не требуется.

Формулы расчета поправок на плотность воздуха, приводимые в настоящем разделе, отражают наиболее типичные соотношения чувствительности для испытуемого образца двигателя и/или транспортного средства. Одни двигатели более чувствительны, другие менее чувствительны к изменениям плотности воздуха, рассчитанным по формулам коррекции. Поэтому применяя формулы коррекции к тем или иным двигателям и/или транспортным средствам, чувствительность которых к изменениям плотности воздуха неизвестна, следует учитывать, что эти формулы в данном случае будут иметь приближенный характер. Рекомендуется, чтобы надзорные органы, применяющие данную методику в сертификационных целях, при оценке результатов оставляли определенный допуск, учитывающий тот факт, что чувствительность к изменениям плотности воздуха тех или иных транспортных средств, проходящих испытания в общем случае точно не известна и может отличаться от полученной при настройке номинальных параметров.

Выходной оптический дымомер измеряет коэффициент ослабления всего потока отработавших газов двигателя на выходе выпускной трубы. В этом случае эффективная фотометрическая база зависит от конструкции выпускной трубы и от расстояния между ее концом и оптическим дымомером.

11.2.2 Компоненты полнопоточного оптического дымомера (рисунок 1)

11.2.2.1    ЕР — выпускная труба

В случае использования проходного оптического дымомера диаметр выпускной трубы должен быть постоянным на расстоянии ± 3 диаметра выпускной трубы от места измерения. Если диаметр в области места измерения необходимо сделать больше диаметра остальной части выпускной трубы, рекомендуется сделать расширение выпускной трубы перед местом измерения не ступенчатым, а плавным.

В случае использования выходного оптического дымомера последний участок выпускной трубы длиной не менее 0,6 м должен быть круглого сечения, без колен и изгибов. Выходное сечение выпускной трубы должно быть перпендикулярно ее оси. Оптический дымомер должен быть установлен на расстоянии, не превышающим (25 ± 5) мм от конца выпускной трубы.

11.2.2.2    OPL (optical path length) — эффективная фотометрическая база

Длина пути, проходимая лучом света через задымленную среду, т.е. расстояние между источником света оптического дымомера и его светоприемником, выраженная в метрах с поправками, при необходимости, на неоднородность среды, возникающую вследствие наличия градиентов плотности и краевого эффекта. Значение эффективной фотометрической базы должно быть сообщено изготовителем прибора, с учетом принимаемых мер против зарастания поверхностей сажей (например, продувка воздухом). Если значение эффективной фотометрической базы неизвестно, оно должно быть определено в соответствии с 11.6.5 ISO 11614. Для правильного определения величины эффективной фотометрической базы скорость потока отработавших газов должна быть не менее 20 м/с.

11.2.2.3    LS (light source) — источник света

Допускается использование в качестве источника света либо лампы накаливания с цветовой температурой от 2800 до 3250 К (ISO/IEC 10526), либо зеленого светодиода (LED) с пиковой амплитудой спектра в области от 550 до 570 нм. Средства, применяемые против загрязнения сажей источника света, не должны приводить к отклонению эффективной фотометрической базы от величины, указанной изготовителем прибора с учетом установленного им допуска.

11.2.2.4    LD (light detector) — светоприемник

Светоприемник должен представлять собой фотоэлемент или фотодиод (снабженный, при необходимости, светофильтром). При использовании в качестве источника света лампы накаливания харак-

ГОСТ ISO 8178-9-2014

теристика спектральной чувствительности светоприемника должна быть аналогична чувствительности человеческого глаза (максимальная чувствительность в диапазоне от 550 до 570 нм, при длине волны менее 430 нм или более 680 нм менее 4 % от указанной максимальной чувствительности). Средства, применяемые против загрязнения сажей источника света, не должны приводить к отклонению эффективной фотометрической базы от величины, указанной изготовителем прибора с учетом установленного им допуска.

11.2.2.5    CL (collimating lens) — конденсор

Диаметр светового пучка не должен превышать 30 мм, для чего используется конденсор. Внутри пучка света лучи должны быть параллельны; угловое отклонение луча от направления оптической оси не должно превышать 3°.

11.2.2.6    Т1 —датчик температуры (применяется факультативно)

Используется для контроля температуры отработавших газов во время испытаний.

11.3 Частично поточный оптический дымомер

11.3.1 Общие положения

При использовании частично поточного оптического дымомера (рисунок 2) из выпускной трубы забирается репрезентативная проба, которая направляется в измерительную камеру через передаточную линию. При использовании такого оптического дымомера эффективная фотометрическая база зависит от его конструкции. Значения времени отклика (11.2) относятся к минимальному расходу через оптический дымомер, установленному изготовителем прибора.

11.3.2 Компоненты частично поточного оптического дымомера (рисунок 2)

11.3.2.1    ЕР (exhaust pipe) — выпускная труба

Выпускная труба должна быть прямой на отрезке, начало которого (по ходу потока) находится на расстоянии от входа в пробоотборник, равном как минимум шести диаметрам, а конец — на расстоянии от него, равном как минимум трем диаметрам.

11.3.2.2    SP (sampling probe) — пробоотборник

Пробоотборник должен быть расположен по оси выпускной трубы или на достаточно малом расстоянии от этой оси и при этом обращен открытым концом к набегающему потоку. Расстояние между

15

пробоотборником и стенкой выпускной трубы должно быть не менее 5 мм. Диаметр пробоотборника должен быть таким, чтобы были обеспечены репрезентативность пробы и достаточная величина расхода через оптический дымомер.

11.3.2.3    ТТ (transfer tube) — передаточная трубка

Требования к передаточной трубке:

-    передаточная трубка должна быть как можно короче, чтобы температура отработавших газов на входе в измерительную камеру была на уровне (373 ± 30) К [(100 ± 30) °С];

-    во избежание конденсации температура стенок передаточной трубки должна быть значительно выше точки росы отработавших газов;

-    диаметр передаточной трубки на всей ее длине должен быть равен диаметру пробоотборника;

-    время отклика передаточной трубки, являющееся частью физического времени отклика прибора t_p (3.7.3), должно быть не более 0,05 с при минимальном значении расхода;

-    передаточная трубка не должна оказывать значительного влияния на результаты измерения при пиковых значениях дымности.

11.3.2.4    FM — устройство для измерения расхода

Это устройство должно обеспечить точное измерение расхода газов на входе в измерительную камеру. Минимальное и максимальное значения расхода должны быть заданы изготовителем прибора; они должны быть такими, чтобы обеспечить выполнение требований к значениям времени отклика ТТ и эффективной фотометрической базы прибора. Если используется насос пробоотбора, то он должен быть расположен в достаточной близости от расходомера.

11.3.2.5    МС (measuring chamber) — измерительная камера

Измерительная камера должна иметь неотражающую внутреннюю поверхность, либо тот же эффект должен обеспечиваться оптическими средствами. Попадание рассеянного света на детектор, вызванное эффектами внутреннего отражения или рассеяния, должно быть сведено к минимуму.

Давление газа на измерительную мембрану не должно отличаться от атмосферного давления более чем на 0,75 кПа. Если конструкция прибора не позволяет выполнить это требование, показания оптического дымомера должны быть пересчитаны на атмосферное давление.

Температура стенок измерительной камеры должна поддерживаться в диапазоне от 343 (70 °С) до 373 К (100 °С) с точностью до ± 5 К, однако в любом случае она должна с запасом превышать точку росы отработавших газов во избежание конденсации. Измерительная камера должна быть оборудована устройствами для измерения температуры.

11.3.2.6    OPL — эффективная фотометрическая база

Длина пути через задымленную среду, проходимая лучом света, т.е. расстояние между источником света оптического дымомера и его светоприемником, выраженное в метрах, с поправками, при необходимости, на неоднородность среды, возникающую вследствие наличия градиентов плотности и краевого эффекта. Значение эффективной фотометрической базы должно быть сообщено изготовителем прибора, с учетом принимаемых мер против загрязнения поверхностей сажей (как, например, продувка воздухом). Если значение эффективной фотометрической базы неизвестно, оно должно быть определено в соответствии с 11.6.5 ISO 11614.

11.3.2.7    LS — источник света

Допускается использование в качестве источника света либо лампы накаливания с цветовой температурой от 2800 до 3250 К (см. ISO/IEC 10526), либо зеленого светодиода (LED) с пиковой амплитудой спектра в области от 550 до 570 нм. Средства, применяемые против загрязнения сажей источника света, не должны приводить к отклонению эффективной фотометрической базы от величины, указанной изготовителем прибора с учетом установленного им допуска.

11.3.2.8    LD — светоприемник

Светоприемник должен представлять собой фотоэлемент или фотодиод (снабженный при необходимости светофильтром). При использовании в качестве источника света лампы накаливания спектральная характеристика светоприемника должна быть аналогична восприимчивости человеческого глаза (максимальная чувствительность в диапазоне от 550 до 570 нм, отклик системы на излучение менее 430 нм или более 680 нм должен быть менее 4 % от указанной максимальной чувствительности). Средства, применяемые против загрязнения сажей источника света, не должны приводить к отклонению эффективной фотометрической базы от величины, указанной изготовителем прибора с учетом установленного им допуска.

ГОСТ ISO 8178-9-2014

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом 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 (www.gost.ru)

© 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 8178-9-2014

11.3.2.9    CL — конденсор

Диаметр светового пучка не должен превышать 30 мм, для чего используется конденсор. Внутри пучка света лучи должны быть параллельны; предельно допустимое отклонение луча от направления оптической оси равно 3°.

11.3.2.10    Т1 —датчик температуры

Служит для контроля температуры отработавших газов на входе в измерительную камеру.

11.3.2.11    Р — насос пробоотбора (опция)

Насос пробоотбора, установленный за измерительной камерой, может быть использован для прокачки газовой пробы через измерительную камеру.

17

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..................................................................................................................4

5.1    Атмосферные условия..........................................................................................................................4

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

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

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

5.5    Система охлаждения.............................................................................................................................5

5.6    Система смазки.....................................................................................................................................5

5.7    Двигатели с охлаждением наддувочного воздуха...............................................................................6

5.8    Температура топлива, используемого при испытаниях......................................................................6

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

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

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

7.2    Требования к нагружающему устройству............................................................................................7

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..................................................................................................................8

9.1    Установка измерительного оборудования...........................................................................................8

9.2    Калибровка оптического дымомера.....................................................................................................9

9.3    Испытательный цикл.............................................................................................................................9

9.4    Определение эффективной фотометрической базы (L_A)..................................................................9

10 Оценка полученных данных и расчеты.....................................................................................................9

10.1    Оценка полученных данных..............................................................................................................9

10.2    Алгоритм Бесселя.............................................................................................................................11

10.3    Поправка на атмосферные условия...............................................................................................12

10.4    Отчет об испытаниях........................................................................................................................13

11    Определение дымности...........................................................................................................................13

11.1    Общие положения.............................................................................................................................13

11.2    Полнопоточный оптический дымомер.............................................................................................13

11.3    Частично поточный оптический дымомер.......................................................................................15

Приложение А (обязательное) Испытательный цикл для двигателей внедорожной техники

с переменной частотой вращения......................................................................................18

Приложение В (обязательное) Испытательный цикл для двигателей внедорожной техники

с постоянной частотой вращения......................................................................................23

Приложение С (справочное) Замечания по поводу испытательных циклов.............................................26

Приложение D (справочное) Пример расчета.............................................................................................27

Приложение Е (обязательное) Испытательный цикл для главных судовых двигателей.........................38

Приложение F (обязательное) Испытательный цикл для двигателей, работающих

с переменной частотой вращения (тепловозных).............................................................42

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии межгосударственных стандартов

ссылочным международным стандартам.......................................................................45

Библиография................................................................................................................................................46

IV

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВЫЕ Измерение выброса продуктов сгорания

Ч а с т ь 9

Испытательные циклы и методы стендовых измерений дымности отработавших газов

на переходных режимах

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

Дата введения —2016—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на поршневые двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и устанавливает методы измерений и испытательные циклы, применяемые для оценки дымности отработавших газов двигателей в стендовых условиях на переходных режимах.

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

Настоящий стандарт допускается использовать для оценки дымности двигателя с учетом его применения только при условии подходящего испытательного цикла. Есть ряд категорий двигателей внедорожной техники, для которых применение стендовых методов оказывается невозможным, для них должны использоваться методы контроля дымности в условиях эксплуатации. Для двигателей машин, к которым предъявляются специальные требования (например, отраслевые правила охраны труда и техники безопасности), могут задаваться дополнительные условия испытаний и специальные методы оценки.

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 cycles for different engine applications (Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выброса продуктов сгорания. Часть 4. Испытательные циклы для различных режимов работы двигателей)

ISO 8178-5:2008 Reciprocating internal combustion engines — Exhaust emission measurement — Part 5: Test fuels (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)

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)

Издание официальное

ISO 8528-1:2005 Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets — Part 1: Application, ratings and performance (Агрегаты генераторные переменного тока с приводом от поршневых двигателей внутреннего сгорания Часть 1: Применение, номинальные характеристики и режимы работы)

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): Видимая взвесь содержащихся в отработавших газах твердых и/или 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 (transmittance), т: Часть светового потока от источника света, прошедшая через задымленную среду и воспринятая приемником света. Выражается в процентах.

3.3    коэффициент ослабления светового потока (opacity), N: 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 (effective optical path length), L_A: Длина пути между источником света дымомера и светоприемником, которую проходит луч света в измерительной камере дымомера, заполняемой потоком отработавших газов, с поправками, при необходимости, на неоднородность потока, возникающую из-за перепадов плотности и краевых эффектов. Выражается в метрах.

Примечание — Участки, проходимые лучом света по пути от источника к светоприемнику, где задымление отсутствует, при определении длины эффективной фотометрической базы не учитываются.

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

Примечание — Значения L_AS определены в 10.1.4.

3.5    показатель поглощения светового потока (light absorption coefficient), к: 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.

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

(1)

2

ГОСТ ISO 8178-9-2014

или

Примечание — Поскольку прямое измерение показателя поглощения (к) невозможно, то этот показатель рассчитывается 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 оптическом дымомере источник и приемник света находятся по разные стороны потока отработавших газов в непосредственной близости от выхода из выпускной трубы. При использовании оптического дымомера данного типа 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 источник и приемник света находятся по разные стороны потока отработавших газов в непосредственной близости от наружной стенки выпускной трубы. При использовании оптического дымомера данного типа эффективная фотометрическая база определяется конструкцией прибора.

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

Примечание — При использовании оптического дымомера данного типа реальная 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 (opacimeter physical response time), tp. 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 частично поточного оптического дымомера определяется 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 (opacimeter electrical response time), f_e: 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.

5 Условия проведения испытаний

5.1    Атмосферные условия

5.1.1    Параметры атмосферных условий при испытаниях

Должны измеряться абсолютная температура воздуха на впуске двигателя Т_а и атмосферное давление воздуха для сухого состояния p_s, а значение атмосферного фактора f_a должно вычисляться по формулам (3)—(5).

Для двигателей без наддува или с механическим наддувом и перепуском:

(3)

4

ГОСТ ISO 8178-9-2014

Эта формула применима также, когда перепуск действует на протяжении лишь части испытательного цикла. Если перепуск на протяжении испытательного цикла не используется вообще, то должны применяться формулы (4) или (5) в зависимости от типа воздухоохладителя (при его наличии).

Для двигателей с турбонаддувом без промежуточного воздухоохладителя или с воздухоохладителем воздушного типа

(4)

Для двигателей с турбонаддувом и с воздухоохладителем водяного типа

(5)

5.1.2 Критерии достоверности испытаний — условия испытаний

Чтобы испытания были признаны достоверными, необходимо, чтобы параметр f_a удовлетворял следующему условию:

0,93 <f_a< 1,07.    (6)

При испытаниях рекомендуется поддерживать значение параметра f_a в диапазоне от 0,96 до 1,06.

Дополнительные критерии достоверности приведены в 7.3.2.3 и А.3.2.2.

5.2    Мощность

Установленные на двигатели вспомогательные устройства, которые нужны только для работы приводимого оборудования, перед проведением испытаний должны быть отключены. Примерами подобных устройств являются:

-    воздушный компрессор для тормозной системы;

-    насос гидроусилителя руля;

-    компрессор кондиционера;

-    насосы различных гидроусилителей.

Дополнительные сведения приведены в 3.8 ISO 8178-1.

5.3    Впускная система двигателя

Сопротивление системы впуска двигателя на стенде должно равняться верхнему пределу объявленного изготовителем сопротивления нового воздухоочистителя с точностью ±10 %. Указанный верхний предел должен соответствовать объявленному изготовителем рабочему режиму двигателя, при котором расход воздуха является максимальным для данного применения.

5.4    Выпускная система двигателя

Противодавление на выпуске, создаваемое выпускной системой двигателя на стенде, должно быть равно верхнему пределу объявленного изготовителем противодавления с точностью ±10 %. Указанный верхний предел должен соответствовать объявленному изготовителем рабочему режиму двигателя, при котором мощность двигателя равна максимальной объявленной мощности для данного применения. Испытания должны проводиться с глушителем, поскольку он способствует сглаживанию пульсаций давления на выпуске, способных повлиять на точность замеров дымности. Кроме того, наличие глушителя позволяет обеспечить более точное соответствие между условиями испытаний на стенде и на месте установки двигателя. Конструкция глушителя (т.е. его объем) должна соответствовать типичному глушителю, которым оборудуется двигатель данного типа на месте установки с учетом его применения.

5.5    Система охлаждения

Система охлаждения двигателя, в условиях стенда, должна обеспечивать поддержание нормальных рабочих температур, установленных изготовителем двигателя.

5.6    Система смазки

Характеристики смазочного масла, используемого при испытаниях, должны быть представлены в отчете по испытаниям.

5

5.7    Двигатели с охлаждением наддувочного воздуха

Температуры охлаждающей среды и воздуха на впуске должны регистрироваться.

Настройка системы охлаждения должна производиться во время работы двигателя при значениях частоты вращения и нагрузки, указанных изготовителем. Значения температуры воздуха на впуске и сопротивления воздухоохладителя не должны отличаться от заданных изготовителем более чем на ± 4 К и ± 2 кПа соответственно.

5.8    Температура топлива, используемого при испытаниях

Температура топлива, используемого при испытаниях, должна соответствовать рекомендациям изготовителя. В случае отсутствия таких рекомендаций температура топлива должна быть равна (311 ± 5) К. Температура топлива, указанная изготовителем (за исключением случаев использования тяжелых топлив), не должна превышать 316 К. Температура топлива должна измеряться на входе топливного насоса высокого давления или в другом месте, указанном изготовителем; место измерения должно быть указано.

6 Топливо для испытаний

Характеристики топлива оказывают влияние на содержание вредных выбросов двигателя. Поэтому характеристики топлива, используемого при испытаниях, должны определяться, регистрироваться и включаться в отчет по испытаниям. Когда используются эталонного вида топлива, приведенные в ISO 8178-5, необходимо указать обозначение данного эталонного топлива и его состав по результатам анализа. Для всех остальных видов топлива должны регистрироваться их характеристики, перечисленные в соответствующих типовых таблицах ISO 8178-5.

Выбор топлива зависит от цели испытаний. Если заинтересованные стороны не договорились об ином, выбор топлива для испытаний должен производиться в соответствии с таблицей 2. В случае отсутствия нужного эталонного топлива допускается использование другого топлива, по своим свойствам достаточно близкого к эталонному. Характеристики выбранного топлива должны быть продекларированы заинтересованными сторонами.

7 Измерительное оборудование и точность измерений

7.1 Общие положения

При измерениях дымности отработавших газов двигателя на стенде с нагрузочным устройством должно использоваться перечисленное ниже оборудование. Оборудование для измерения давления и температуры в настоящем стандарте подробно не рассматривается. Приводятся лишь требования к точности оборудования, используемого для измерения дымности (7.4).