POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ I INFORMATYKI Instytut Maszyn Tłokowych i Techniki Sterowania Laboratorium: Motoryzacyjne skażenie środowiska Ćwiczenie nr 3 Imię i nazwisko Rok Badanie efektywności działania katalizatora trójfunk- Data wykonania Podpis prowadzącego cyjnego z wykorzystaniem analizatora spalin wyznaczanie współczynników konwersji. Grupa Ocena Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zbadanie zdolności katalizatora potrójnego działania do usuwania zanieczyszczeń gazowych zawartych w spalinach. Ocena ta zostanie dokonana poprzez wyznaczanie współczynników konwersji dla poszczególnych składników toksycznych zawartych w spalinach. Podczas ćwiczenia przeprowadzona zostanie także wizualizacja przebiegów napięcia z sond lambda umieszczonych przed i za katalizatorem. Aparatura pomiarowa Analizator spalin AI9600 z wyposażeniem (sonda do poboru spalin, sonda do pomiaru prędkości obrotowej silnika, sonda do pomiaru temperatury oleju, klawiatura); Oscyloskop cyfrowy COR 5521U firmy Kikusui; Komputer przemysłowy PC Portale; Stanowisko pomiarowe z silnikiem samochodu Seicento; Sonda lambda z wyjściem analogowym MOTORTECH 19.60.026 ze sterownikiem UEGO Controller TC-610 A NGK Spark Plug. Definicja współczynnika konwersji Miarą tego, w jakim stopniu katalizator wywiązuje się z procesu oczyszczania spalin jest współczynnik konwersji K [%] określony zależnością: gdzie: C p C p Cz K = 100% C p stężenie składnika toksycznego spalin na wejściu do katalizatora, dla którego wyznaczamy wartość K, jest to CO, HC lub NO x ; C z stężenie składnika toksycznego spalin na wyjściu z katalizatora, dla którego wyznaczamy wartość K, jest to CO, HC lub NO x. Stanowisko pomiarowe Na rys. 1 przedstawiono widok stanowiska pomiarowego do wyznaczania współczynnika konwersji katalizatora oraz jednoczesnej wizualizacji pracy sondy lambda przed i za katalizatorem. 1
Rys. 1. Stanowisko pomiarowe do wyznaczania współczynnika konwersji katalizatora: (oznaczyć i opisać elementy stanowiska pomiarowego) napięcie sondy [ V ] Charakterystyka napięciowa sondy lambda umieszczonej za katalizatorem 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 14,7 ----> lambda = 1 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 A/F [ kg pow/kg paliwa ] Rys. 2. Charakterystyka napięciowa sondy lambda umieszczonej za katalizatorem Metodyka odczytu wielkości mierzonych z wykorzystaniem oscyloskopu cyfrowego CORR5521U Oscyloskop jest przyrządem cyfrowym służącym do wizualizacji przebiegów napięciowych na ekranie o wymiarach 10x8cm (długość/wysokość). Przesłanie danych do komputera następuje z wykorzystaniem interfejsu RS232 i programu Kikusui. Ekran oscyloskopu jest dzielony w kierunku poziomym oś czasu - na 212 poziomów a w kierunku pionowym oś napięciowa na 28 poziomów. Przed przystąpieniem do pomiarów wielkości stałoprądowych (DC) należy przeprowadzić rejestrację i zapis do komputera położenia wskazania zerowego oscyloskopu bez podanego sygnału pomiarowego lub przełącznik rodzaju mierzonego sygnału (AC/GND/DC) w położeniu GND. Odczyt wielkości zarejestrowanych jest realizowany z wykorzystaniem przedstawionych niżej zależności: Czas chwilowy: 10[cm] t i [ s ] = Ai [ poziom] 12 k t [ s / cm] 2 [ poziom] 2
Napięcie mierzone (DC) 8[ cm] U i[ Vdc ] = ( Bi B0 )[ poziom] k [ V / cm] 8 y 2 [ poziom] Gdzie: A i, B i cyfrowe wartości chwilowe (poziom) mierzonych wielkości analogowych; B 0 - poziom odniesienia mierzonej wielkości napięcia; k t - nastawa generatora podstawy czasu oscyloskopu; k y - współczynnik wzmocnienia kanału odchylania pionowego oscyloskopu. Program ćwiczenia Przygotować analizator do pracy: - podłączyć: sondę poboru spalin do króćca wlotowego WLOT SPALIN, sondę pomiaru temperatury oleju do gniazda TEMP.OLEJU, sondę pomiaru obrotów (indukcyjna szczypcowa) do gniazda OBR, klawiaturę PC do gniazda KLAWIA- TURA, przewód odprowadzenia kondensatu do króćca WYLOT KONDENSATU, przewód zasilający (220 VAC/50 Hz) do gniazda ZASILANIE SIEĆ 220 VAC, 50 Hz lub przewód akumulatorowy 12 VDC do gniazda ZASILANIE AKUMULA- TOR 12VAC; - sonda do pomiaru temperatury oleju: wyjąć miarkę poziomu oleju (bagnet), ustalić długość sondy temperatury wg długości miarki poziomu oleju, włożyć sondę temperatury w miejsce miarki poziomu oleju i wcisnąć gumowy korek sondy w otwór wejścia poziomu oleju celem uszczelnienia; - sonda do pomiaru prędkości obrotowej silnika: założyć indukcyjną sondę do pomiaru obrotów na przewód zapłonowy i przesunąć zasuwkę zabezpieczającą. W przypadku występowania silnych zakłóceń elektromagnetycznych objawiających się nagłymi zmianami wskazań obrotów należy przełącznik czułości ustawić w pozycję oznaczoną czerwoną kropką. Po przygotowaniu analizator AI9600 do pracy (patrz ćwiczenie nr 1) wybrać stosowany rodzaj pracy analizatora i przeprowadzić pomiary przewidziane programem ćwiczenia pomiar ciągły. UWAGA!!!. Jak każdy przyrząd pomiarowy tak i analizator ma swoją stałą czasow, która wynosi: 15s dla pomiarów: CO, CO 2 i HC oraz 60s dla pomiarów O 2 i NO x. Dlatego wynik należy odczytać i wydrukować po upływie, co najmniej 60s od ustabilizowania się warunków pracy silnika i włożeniu sondy pomiarowej do układu wydechowego silnika. Uruchomić silnik spalinowy Przeprowadzić proces dogrzewania katalizatora wg wskazówek jak niżej: o utrzymywać przez 2 min. prędkość obrotową silnika pomiędzy 2500 a 3000 obr/min o minimum 5 razy w trakcie pracy silnika ze stałą prędkością obrotową, szybkim naciśnięciem pedału gazu podnieść prędkość obrotową do ok. 4000 obr/min, a następnie zaraz po jej osiągnięciu zdjąć całkowicie nogę z pedału gazu i pozwolić silnikowi obniżyć prędkość obrotową do obrotów biegu jałowego; następnie powrócić do utrzymywania stałej prędkości obrotowejnz zakresu 2500 a 3000 obr/min, aż do ponownego powtórzenia omówionego cyklu. Przeprowadzić pomiary zawartości składników toksycznych w spalinach przed i za katalizatorem niezbędne do zbadania efektywności działania katalizatora trójfunkcyjnego dla trzech wybranych prędkości obrotowych silnika. Wyniki notować w tabeli 1. Pomiar dokonać, co najmniej trzykrotnie. Obliczyć współczynnik konwersji katalizatora dla poszczególnych substancji toksycznych. 3
Przeprowadzić wizualizację przebiegów napięcia z sond lambda umieszczonych przed i za katalizatorem z wykorzystaniem oscyloskopu z pamięcią i następnie zapamiętane przebiegi przesłać do komputera przenośnego celem ich opracowania w postaci wykresów. Dokonując stosownych przeliczeń sporządzić wykresy pokazujące przebieg napięcia z sondy lambda przed katalizatorem oraz przebieg zmian ilości tlenu w spalinach za katalizatorem należy wykorzystać charakterystykę napięciową sondy lambda. Dla zmierzonych wartości współczynnika konwersji wyznaczyć błąd pomiaru. Tabela 1. Kontrola emisji spalin silnika z katalizatorem Pomiar nr 1 Typ samochodu: Wielkość mierzona Temperatura oleju [ o C] Pomiar przed katalizatorem Pomiar za katalizatorem Współczynnik konwersji Błąd pomiaru [%] Wartość średnia Prędkość obrotowa [min -1 ] CO [%] HC [ppm] NO x [ppm] CO 2 [%] O 2 [%] λ [-] Pomiar nr 2 Typ samochodu: Wielkość mierzona Temperatura oleju [ o C] Pomiar przed katalizatorem Pomiar za katalizatorem Współczynnik konwersji Błąd pomiaru [%] Wartość średnia Prędkość obrotowa [min -1 ] 4
CO [%] HC [ppm] NO x [ppm] CO 2 [%] O 2 [%] λ [-] Pomiar nr 3 Typ samochodu: Wielkość mierzona Temperatura oleju [ o C] Pomiar przed katalizatorem Pomiar za katalizatorem Współczynnik konwersji Błąd pomiaru [%] Wartość średnia Prędkość obrotowa [min -1 ] CO [%] HC [ppm] NO x [ppm] CO 2 [%] O 2 [%] λ [-] 5
Przebieg napięcia z sondy lambda przed i za katalizatorem (wykres) Wnioski: 6