Приложение VI. Система анализа и отбора проб

Приложение VI

Система анализа и отбора проб

1. Системы отбора проб газов и твердых частиц

Номер рисунка	Описание
2	Система анализа выхлопных газов для необработанных выхлопных газов
3	Система анализа выхлопных газов для разбавленных выхлопных газов
4	Частичный поток, изокинетический поток, управление всасывающим насосом, частичный отбор проб
5	Частичный поток, изокинетический поток, управление нагнетательным насосом, частичный отбор проб
6	Частичный поток, контроль или , частичный отбор проб
7	Частичный поток, баланс или углеродосодержащих газов, полный отбор проб
8	Частичный поток, одинарная трубка Вентури и измерение концентрации, частичный отбор проб
9	Частичный поток, двойная трубка Вентури или диафрагмовый расходомер и измерение концентрации, частичный отбор проб
10	Частичный поток, многоканальная трубка и измерение концентрации, частичный отбор проб
11	Частичный поток, управление потоком, общий отбор проб
12	Частичный поток, управление потоком, частичный отбор проб
13	Полный поток, поршневой насос или трубка Вентури с критическим расходом, частичный отбор проб
14	Система отбора проб твердых частиц
15	Система разбавления для полнопоточной системы

1.1. Определение эмиссии газов

В разделе 1.1.1 и на рисунках 2 и 3 приводится подробное описание рекомендуемых систем отбора проб и анализа. Поскольку различные конфигурации могут давать эквивалентные результаты, точное соблюдение этих рисунков не требуется. Могут использоваться дополнительные компоненты, такие как измерительные приборы, клапаны, соленоиды, насосы и переключатели для получения дополнительной информации и координации функций составных систем. Другие компоненты, которые не требуются для обеспечения точности некоторых систем, могут быть исключены, если их исключение основано на опытной инженерной оценке.

1.1.1. Газообразные компоненты CO, , HC, выхлопных газов

Описание аналитической системы для определения эмиссии газов в необработанном или разбавленном отработавшем газе основано на использовании:

- анализатора HFID для измерения содержания углеводородов;

- анализатора NDIR для измерения содержания оксида углерода и диоксида углерода;

- HCLD или эквивалентного анализатора для измерения содержания оксида азота.

Для необработанного отработавшего газа (рисунок 2) проба для всех компонентов может отбираться с помощью одного или двух зондов для отбора проб, расположенных друг рядом с другом, и распределяться внутри системы в различные анализаторы. Следует обеспечить, чтобы ни в одной точке аналитической системы не было конденсации компонентов выхлопных газов (включая воду и серную кислоту).

Для разбавленного отработавшего газа (рисунок 3) проба углеводородов должна отбираться с помощью другого зонда для отбора проб, чем используется для отбора проб других компонентов. Следует обеспечить, чтобы ни в одной точке аналитической системы не было конденсации компонентов выхлопных газов (включая воду и серную кислоту).

Описание рисунков 2 и 3

Общее замечание:

Все компоненты в линии отбора проб газов должны иметь температуру, указанную для соответствующих систем.

- SP1: зонд для отбора проб необработанного отработавшего газа (только рисунок 2)

Рекомендуется использовать прямой зонд из нержавеющей стали с несколькими отверстиями и закрытым концом. Внутренний диаметр не должен превышать внутреннего диаметра пробоотборной магистрали. Толщина стенок зонда для отбора проб не должна превышать 1 мм. В трех различных радиальных плоскостях должно быть не менее трех отверстий для отбора проб приблизительно в одинаковом потоке. Сечение зонда должно составлять не менее 80% от диаметра выхлопной трубы.

- SP2: зонд для отбора проб HC в разбавленном отработавшем газе (только рисунок 3)

Зонд должен:

- рассматриваться в качестве первого участка 254 мм - 762 мм пробоотборной магистрали для углеводородов (HSL3);

- иметь внутренний диаметр минимум 5 мм;

- быть установленным в смесительном канале DT (раздел 1.2.1.1) в точке, где происходит смешивание разбавляющего воздуха и отработавшего газа (т.е., приблизительно на расстоянии 10 диаметров смесительного канала ниже точки, где выхлопные газы входят в смесительный канал);

- находиться на достаточном удалении (по окружности) от остальных зондов, а стенки канала должны быть такими, чтобы исключалось влияние любых потоков или завихрений;

- нагреваться таким образом, чтобы увеличить температуру потока газа до 463 K (190°С) K на выходе зонда.

- SP3: зонд для отбора проб CO, в разбавленном отработавшем газе (только рисунок 3)

Зонд должен:

- находиться в той же плоскости, где находится зонд SР2;

- находиться на достаточном удалении (по окружности) от остальных зондов, а стенки канала должны быть такими, чтобы исключалось влияние любых потоков или завихрений;

- быть изолированным и нагреваться по всей своей длине до температуры не менее 328 К (55°С) для предотвращения конденсации воды.

- HSL1: нагреваемая пробоотборная магистраль

Пробоотборная магистраль обеспечивает отбор проб на участке от одинарного зонда до точки (точек) разделения потока и анализатора НС.

Пробоотборная магистраль должна:

- иметь внутренний диаметр не менее 5 мм и не более 13,5 мм;

- быть изготовлена из нержавеющей стали или политетрафторэтилена;

- иметь температуру стенок 463 (190°С)  К, измеряемую на каждом отдельно контролируемом участке нагревания, если температура отработавшего газа в зонде для отбора проб составляет не более 463 К (190°С);

- иметь температуру стенок более 453 К (180°С), если температура отработавшего газа в зонде для отбора проб превышает 463 К (190°С);

- поддерживать температуру газа в 463 К (190°С) К непосредственно перед нагреваемым фильтром (F2) и HFID.

- HSL2: нагреваемая пробоотборная магистраль для

Пробоотборная магистраль должна:

- иметь температуру стенок от 328 до 473 К (от 55 до 200°С) на участке до преобразователя при использовании резервуара для охлаждения и до анализатора, когда резервуар для охлаждения не используется;

- быть изготовлена из нержавеющей стали или политетрафторэтилена.

Поскольку пробоотборная магистраль должна нагреваться только для предотвращения конденсации воды и серной кислоты, температура пробоотборной магистрали будет зависеть от содержания серы в топливе.

- SL: пробоотборная магистраль для CO ()

Магистраль должна быть изготовлена из политетрафторэтилена или нержавеющей стали. Она может нагреваться или не нагреваться.

- BK: резервуар фоновой концентрации (не обязателен; только рисунок 3)

Для измерения фоновых концентраций загрязнения.

- BG: резервуар для отбора проб (не обязателен; только рисунок 3 для CO и )

Для измерения концентраций проб.

- F1: нагреваемый фильтр грубой очистки (не обязателен)

Температура должна быть такой же, как у HSL1.

- F2: нагреваемый фильтр

Фильтр должен извлекать любые твердые частицы из пробы газа до поступления газа в анализатор. Температура должна быть такой же, как у HSL1. Фильтр заменяется по мере необходимости.

- P: нагреваемый насос для отбора проб

Насос должен нагреваться до температуры HSL1.

- HC

Нагреваемый пламенно-ионизационный детектор (HFID) для определения содержания углеводородов. Температура должна поддерживаться на уровне от 453 до 473 К (от 180 до 200°С).

- CO,

Анализаторы NDIR для определения содержания оксида углерода и диоксида углерода.

-

Анализатор (H)CLD для определения содержания оксидов азота. Если используется HCLD, то должна поддерживаться температура на уровне от 328 до 473 К (от 55 до 200°С).

- C-преобразователь

На участке до анализатора CLD или HCLD должен использоваться преобразователь для каталитического восстановления в NO.

- B: резервуар для охлаждения

Для охлаждения и конденсации воды из пробы выхлопных газов. В резервуаре должна поддерживаться температура в 273 - 277 К (0 - 4°С) при помощи льда или искусственного охлаждения. Он является не обязательным, если в анализаторе не наблюдается интерференция водяного пара, как определено в разделах 1.9.1 и 1.9.2 Дополнения 2 Приложения III.

Не допускается использование химических сушек для удаления воды из пробы.

- T1, T2, T3: датчик температуры

Для контроля температуры потока газа.

- T4: датчик температуры

Для контроля температуры преобразователя - NO.

- T5: датчик температуры

Для контроля температуры резервуара для охлаждения.

- G1, G2, G3: манометр

Для измерения давления в пробоотборных магистралях.

- R1, R2: регулятор давления

Для контроля давления воздуха и топлива соответственно для НFID.

- R3, R4, R5: регулятор давления

Для контроля давления в пробоотборных магистралях и потока газа в анализаторах.

- FL1, FL2, FL3: расходомер

Для контроля расхода отводимых проб выхлопных газов.

- FL4-FL7: расходомер (не обязательны)

Для контроля расхода потока газа, проходящего через анализаторы.

- V1-V6: переключающий клапан

Система клапанов для отбора проб, калибровочного газа или нулевого поверочного газа в анализаторы.

- V7, V8: клапан с электромагнитным управлением

Для обхода преобразователя - NO.

- V9: игольчатый клапан

Для регулировки расхода газа, проходящего через преобразователь - NO и отведенного газа.

- V10, V11: игольчатый клапан

Для регулирования потоков газа в анализаторах.

- V14: переключающий клапан

Переключение резервуара отбора проб или резервуара для фоновых концентраций.

1.2. Определение содержания твердых частиц

В разделах 1.2.1 и 1.2.2 и на рисунках с 4 по 15 приводится подробное описание рекомендуемых систем разбавления и отбора проб. Поскольку различные конфигурации могут давать эквивалентные результаты, точное соблюдение этих рисунков не требуется. Могут использоваться дополнительные компоненты, такие как измерительные приборы, клапаны, соленоиды, насосы и переключатели для получения дополнительной информации и координации функций составных систем. Другие компоненты, которые не требуются для обеспечения точности некоторых систем, могут быть исключены, если их исключение основано на опытной инженерной оценке.

1.2.1. Система разбавления

1.2.1.1. Система с частичным разбавлением потока (рисунки с 4 по 12)*(89)

Описываемая система разбавления основана на разбавлении части потока выхлопных газов. Разделение потока выхлопных газов и последующий процесс разбавления могут осуществляться с помощью систем разбавления различных типов. Для последующего сбора твердых частиц в систему отбора проб твердых частиц может направляться весь поток разбавленных выхлопных газов или только часть разбавленных выхлопных газов (раздел 1.2.2, рисунок 14). Первый метод указывается как система отбора проб в полном потоке, а второй метод - система отбора проб в части потока.

Расчет коэффициента разбавления зависит от типа используемой системы.

Рекомендуются следующие типы:

- изокинетические системы (рисунки 4 и 5)

При использовании этих систем поток, направляемый в передающий патрубок, соответствует основной массе потока выхлопных газов в отношении скорости потока газа и (или) давления, что требует непрерывного и равномерного потока выхлопных газов в зонде для отбора проб. Это обычно достигается путем использования резонатора и патрубка прямой подачи выше точки отбора проб. Затем рассчитывается коэффициент распределения по легко измеряемым величинам, таким, как диаметр патрубков. Следует заметить, что изокинезис используется только для обеспечения условий потока, а не для выравнивания гранулометрического состава. Последнее, как правило, не требуется, поскольку частицы достаточно малы для беспрепятственного движения в потоке.

- системы контролируемого потока с измерением концентрации (рисунки с 6 по 10)

При использовании этих систем проба отбирается из основной массы потока выхлопных газов путем регулировки потока разбавляющего воздуха и общего потока разбавленного выхлопного газа. Коэффициент разбавления определяется по концентрации трассирующих газов, например или , обязательно присутствующих в выхлопных газах двигателя. Измеряется концентрация в разбавленном выхлопном газе и разбавляющем воздухе, а концентрация в необработанном выхлопном газе может быть измерена либо непосредственно, либо определена по расходу топлива и по уравнению баланса углеродосодержащих газов, если известен состав топлива. Системы могут контролироваться с помощью рассчитываемого коэффициента разбавления (рисунки 6 и 7) или с помощью потока, подаваемого в передающий патрубок (рисунки 8, 9 и 10).

- системы контроля потока с измерением потока (рисунки 11 и 12)

При использовании этих систем проба отбирается из основной массы потока выхлопных газов путем регулировки потока разбавляющего воздуха и общего потока разбавленных выхлопных газов. Коэффициент разбавления определяется по разнице показателей расходов двух потоков. Требуется точная калибровка расходомеров друг относительно друга, поскольку относительное расхождение двух показателей расхода может привести к значительным ошибкам при более высоких коэффициентах разбавления. Используется непосредственный контроль потока путем поддержания постоянной величины расхода разбавленных выхлопных газов и изменения расхода разбавляющего воздуха по мере необходимости.

Для того чтобы использовать преимущества систем с частичным разбавлением потока, необходимо уделять внимание устранению потенциальных проблем потери твердых частиц в передающем патрубке, обеспечивая тем самым, чтобы репрезентативная проба отбиралась из выхлопных газов двигателя, и определению коэффициента распределения.

В описанных системах этим критическим областям уделяется внимание.

Необработанные выхлопные газы передаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DT через передающий патрубок ТТ с помощью изокинетического зонда для отбора проб ISP*(90). Перепад давления выхлопных газов между выхлопной трубой и входом в зонд измеряется с помощью датчика давления DPT*(91). Этот сигнал передается в регулятор потока FC1*(92), который регулирует работу всасывающего насоса SВ*(93) для поддержания нулевого перепада давления на наконечнике зонда. В этих условиях скорости выхлопных газов в ЕР и ISP одинаковы, а поток, проходящий через ISP и ТТ представляет собой постоянную часть (распределение) потока выхлопных газов. Коэффициент распределения определяется по площади поперечного сечения ЕР и ISP. Показатель расхода разбавляющего воздуха измеряется с помощью устройства измерения потока FM1*(94). Коэффициент разбавления рассчитывается по показателю расхода разбавляющего воздуха и коэффициенту распределения.

Необработанные выхлопные газы передаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DT через передающий патрубок ТТ с помощью изокинетического зонда для отбора проб ISP. Перепад давления выхлопных газов между выхлопной трубой и входом в зонд измеряется с помощью датчика давления DPT. Этот сигнал передается в регулятор потока FС1, который регулирует работу нагнетательного насоса РВ*(95) для поддержания нулевого перепада давления на наконечнике зонда. Это обеспечивается путем направления незначительной части разбавляющего воздуха, чей расход уже был измерен с помощью устройства измерения потока FM1, в ТТ с помощью пневматического расходомера. В этих условиях скорости выхлопных газов в ЕР и ISP одинаковы, а поток, проходящий через ISP и ТТ, представляет собой постоянную часть (распределение) потока выхлопных газов. Коэффициент распределения определяется по площади поперечного сечения ЕР и ISP. Разбавляющий воздух всасывается через DT всасывающим насосом SВ, а расход измеряется с помощью FM1 на входе в DT. Коэффициент разбавления рассчитывается по показателю расхода разбавляющего воздуха и коэффициенту распределения.

Необработанные выхлопные газы передаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DT через зонд для отбора проб SP и передающий патрубок TT. Концентрации трассирующего газа ( или ) измеряются в необработанном и разбавленном отработавшем газе, а также в разбавляющем воздухе с помощью анализатора(ов) отработавшего газа EGA. Эти сигналы передаются в регулятор потока FC2, который регулирует работу нагнетательного насоса РВ или всасывающего насоса SВ для поддержания требуемого распределения выхлопных газов и коэффициента разбавления в DT. Коэффициент разбавления рассчитывается по концентрациям трассирующего газа в необработанном отработавшем газе, разбавленном отработавшем газе и разбавляющем воздухе.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DT через зонд для отбора проб SР и передающий патрубок ТТ. Концентрации измеряются в разбавленных выхлопных газах и в разбавляющем воздухе с помощью анализатора(ов) отработавшего газа EGA. Сигналы и расхода топлива передаются в регулятор потока FC2 или в регулятор потока FC3 системы отбора проб твердых частиц (рисунок 14). FC2 регулирует работу нагнетательного насоса РВ, а FC3 регулирует работу системы отбора проб твердых частиц (рисунок 14), тем самым регулируя потоки в систему и из нее для поддержания требуемого распределения выхлопных газов и коэффициента разбавления в DT. Коэффициент разбавления рассчитывается по концентрациям и с использованием предполагаемого баланса углеродосодержащих газов.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DТ через зонд для отбора проб SР и передающий патрубок TT в результате отрицательного давления, создаваемого трубкой Вентури VN в DT. Расход газа через TT зависит от скорости изменения потока в зоне трубки Вентури, и поэтому на него оказывает влияние абсолютная температура газа на выходе TT. Поэтому распределение потока выхлопных газов для данного расхода в канале не является постоянной величиной и коэффициент разбавления при малой нагрузке несколько ниже, чем при большой нагрузке. Концентрации трассирующего газа ( или ) измеряются в необработанных выхлопных газах, разбавленных выхлопных газах и в разбавляющем воздухе с помощью анализатора(ов) отработавшего газа EGA, а коэффициент разбавления рассчитывается с помощью измеренных таким образом величин.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы EP в смесительный канал DT через зонд для отбора проб SP и передающий патрубок TT с помощью делителя потока, в котором имеется ряд диафрагмовых расходомеров или трубок Вентури. Первый делитель потока (FD1*(96)) находится в ЕР, а второй (FD2) - в TT. Кроме того, необходимы два клапана регулировки давления (PCV1 и PCV2*(97)) для поддержания постоянного разделения выхлопных газов путем регулирования противодавления в ЕР и давления в DT. PCV1 находится ниже SP в EP, PCV2 находится между нагнетательным насосом PB и DT. Концентрации трассирующего газа ( или ) измеряются в необработанных выхлопных газах, разбавленных выхлопных газах и в разбавляющем воздухе с помощью анализатора(ов) отработавшего газа EGA. Они необходимы для проверки распределения потока выхлопных газов и могут быть использованы для настройки PCV1 и PCV2 в целях точной регулировки распределения потока. Коэффициент разбавления рассчитывается по концентрациям трассирующего газа.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы EP в смесительный канал DT через передающий патрубок TT с помощью делителя потока FD3, состоящего из нескольких трубок одинакового размера (с одинаковым диаметром, длиной и радиусом кривизны), установленных в EP. Выхлопные газы направляются через одну из этих трубок в DT, а выхлопные газы, проходящие по остальным трубам, поступают в демпферную камеру DC*(98). Таким образом, разделение потока выхлопных газов определяется общим количеством трубок. Регулирование постоянного распределения потока требует нулевого перепада давления между DC и выходом TT, которое измеряется с помощью датчика перепада давления DPT. Нулевой перепад давления достигается путем подачи свежего воздуха в DT на выходе ТТ. Концентрации трассирующего газа ( и ) измеряются в необработанных выхлопных газах, разбавленных выхлопных газах и разбавляющем воздухе с помощью анализатора(ов) отработавшего газа EGA. Они необходимы для проверки распределения потока выхлопных газов и могут быть использованы для контроля расхода подаваемого воздуха для точного распределения потока. Коэффициент разбавления рассчитывается по концентрациям трассирующего газа.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы ЕР в смесительный канал DТ через зонд для отбора проб SР и передающий патрубок ТТ. Полный поток, проходящий через канал, регулируется с помощью регулятора потока FС3 и насоса Р для отбора проб системы отбора проб твердых частиц (рисунок 16).

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "(рисунок 16)." следует читать "(рисунок 14)."

Поток разбавляющего воздуха контролируется регулятором потока FC2, который может использовать или в качестве сигналов управления, для требуемого распределения выхлопных газов. Отбираемый для пробы поток в DT представляет собой разницу между полным потоком и потоком разбавляющего воздуха. Расход разбавляющего воздуха измеряется с помощью устройства измерения потока FM1, а полный расход измеряется с помощью устройства измерения потока FM3 системы отбора проб твердых частиц (рисунок 14). Коэффициент разбавления рассчитывается по этим двум показателям расхода.

Необработанные выхлопные газы подаются из выхлопной трубы EP в смесительный канал DT через зонд для отбора проб SP и передающий патрубок TT. Распределение выхлопных газов и поток в DT контролируется с помощью регулятора потока FC2, который регулирует потоки (или скорости), соответственно, нагнетательного насоса PB и всасывающего насоса SB. Это возможно в силу того, что проба, отбираемая с помощью системы отбора проб твердых частиц, возвращается в DT. или могут использоваться в качестве сигналов управления для FC2. Расход разбавляющего воздуха измеряется с помощью устройства измерения потока FM1, а полный поток измеряется с помощью устройства измерения потока FM2. Коэффициент разбавления рассчитывается по этим двум показателям расхода.

Описание рисунков с 4 по 12

- EP: выхлопная труба

Выхлопная труба может быть изолированной. Для уменьшения тепловой инерции выхлопной трубы рекомендуется соотношение толщины стенки к диаметру в 0,015 или менее. Использование гибких участков ограничивается величиной соотношения длины к диаметру и составляет 12 или менее. Количество изгибов сводится к минимуму для сокращения инерционного искажения. Если система включает глушитель испытательного стенда, глушитель также может быть изолирован.

Для изокинетической системы выхлопная труба не должна иметь колен, изгибов и резких изменений диаметра на расстоянии, по меньшей мере, шести диаметров трубы вверх и трем диаметрам трубы вниз от наконечника зонда. Скорость газа в зоне отбора проб должна быть выше 10 м/с, за исключением холостого режима. Колебания давления выхлопных газов не должны превышать в среднем  Па. Любые меры, направленные на уменьшение колебаний давления и предусматривающие использование выхлопной системы, отличающейся от выхлопной системы, устанавливаемой на шасси (включая глушитель и устройство окончательной обработки выхлопных газов), не должны изменять характеристик работы двигателя и не должны являться причиной отложения твердых частиц.

Для систем без изокинетических зондов рекомендуется использовать прямую трубу длиной в шесть диаметров трубы вверх и три диаметра трубы вниз от наконечника зонда.

- SP: зонд для отбора проб (рисунки с 6 по 12)

Минимальный внутренний диаметр должен равняться 4 мм. Минимальное соотношение диаметров выхлопной трубы и зонда должно равняться 4. Зонд должен представлять собой открытую трубку, обращенную навстречу потоку и устанавливаемую в центре выхлопной трубы, или должен представлять собой зонд с несколькими отверстиями в соответствии с описанием SP1 в разделе 1.1.1.

- ISP: изокинетический зонд для отбора проб (рисунки 4 и 5)

Изокинетический зонд для отбора проб должен быть установлен навстречу потоку по центру выхлопной трубы на участке ЕP, где удовлетворяются условия потока, и должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечить пропорциональный отбор проб необработанных выхлопных газов. Минимальный внутренний диаметр должен составлять 12 мм.

Для изокинетического распределения потока выхлопных газов путем поддержания нулевого перепада давления между ЕP и ISP необходима система контроля. В этих условиях скорость выхлопных газов в ЕP и ISP является одинаковой, а массовый расход газов, проходящих через ISP, представляет собой постоянную часть потока выхлопных газов. ISP должен быть соединен с датчиком перепада давления. Контроль за обеспечением нулевого перепада давления между ЕP и ISP обеспечивается с помощью регулятора скорости работы насоса или регулятора потока.

- FD1, FD2: делитель потока (рисунок 9)

В выхлопной трубе ЕP и передающем патрубке TT соответственно устанавливается ряд трубок Вентури или диафрагмовых расходомеров для обеспечения отбора пропорциональных проб необработанных выхлопных газов. Для пропорционального распределения потока путем регулирования давления в ЕP и DT необходима система контроля, состоящая из двух клапанов регулировки давления PСV1 и PСV2.

- FD3: делитель потока (рисунок 10)

Для обеспечения отбора пропорциональных проб необработанных выхлопных газов в выхлопной трубе ЕP устанавливается ряд трубок (блок с несколькими трубками). Одна из трубок подает выхлопные газы в смесительный канал DТ, а другие трубки выводят выхлопные газы в демпферную камеру DC. Трубки должны иметь одинаковые размеры (одинаковые диаметр, длину, радиус кривизны) таким образом, чтобы распределение выхлопных газов зависело от общего количества трубок. Для пропорционального распределения потока с помощью нулевого перепада давления между выходом блока с несколькими трубками в DC и выходом TT необходима система контроля. В этих условиях скорости выхлопных газов в EP и FD3 являются одинаковыми, а поток в TT представляет собой постоянную часть потока выхлопных газов. Эти две точки должны быть связаны с датчиком перепада давления DPT. Контроль за обеспечением нулевого перепада давления осуществляется с помощью регулятора потока FC1.

- EGA: анализатор отработавшего газа (рисунки с 6 по 10)

Могут использоваться газоанализаторы или (только с балансовым методом определения содержания углерода). Анализаторы должны быть откалиброваны таким же образом, как и анализаторы для измерения эмиссии газов. Для определения разности концентрации могут быть использованы один или несколько анализаторов.

Точность систем измерения должна быть такой, чтобы точность находилась в пределах %.

- TT: передающий патрубок (рисунки с 4 по 12)

Передающий патрубок для отбора проб твердых частиц должен:

- быть как можно более коротким и не превышать 5 м в длину;

- иметь диаметр, равный или превышающий диаметр зонда, но не более 25 мм;

- устанавливаться в центре смесительного канала и быть направленным по течению потока.

Если длина патрубка составляет 1 м или менее, он должен быть изолирован с помощью материала с максимальной теплопроводностью 0,05 Вт/(мК) с радиальной толщиной изоляции, соответствующей диаметру зонда. Если патрубок имеет длину более 1 м, он должен быть изолирован и нагрет до минимальной температуры стенки 523 К (250°С).

В качестве альтернативы требуемая температура стенки передающего патрубка может быть определена с помощью стандартных расчетов теплообмена.

- DPT: датчик перепада давления (рисунки 4, 5 и 10)

Датчик перепада давления должен иметь диапазон  Па или менее.

- FC1: регулятор потока (рисунки 4, 5 и 10)

Для изокинетических систем (рисунки 4 и 5) необходим регулятор потока для поддержания нулевого перепада давления между EP и ISP. Регулировка может производиться путем:

a) управления скоростью или потоком всасывающего насоса (SB) и поддержания постоянной скорости нагнетательного насоса (PB) в ходе каждого режима (рис. 4); или

b) регулировки работы всасывающего насоса (SB) для обеспечения постоянного массового расхода разбавленных выхлопных газов и путем регулировки потока нагнетательного насоса PB, что обеспечит поток пробы выхлопных газов на участке в конце передающего патрубка (TT) (рисунок 5).

При наличии системы регулирования давления остаточная погрешность в контуре регулирования не должна превышать  Па. Колебания давления в смесительном канале не должны превышать в среднем  Па.

Для системы с несколькими трубками (рисунок 10) необходим регулятор потока для пропорционального распределения выхлопных газов, чтобы поддерживать нулевой перепад давления между выходом блока с несколькими трубками и выходом TT. Регулировка может осуществляться с помощью управления расходом нагнетаемого воздуха в DT на выходе TT.

- PCV1, PCV2: клапан регулировки давления (рисунок 9)

Для системы с двойной трубкой Вентури/двойным диафрагмовым расходомером необходимы два клапана регулировки давления для пропорционального распределения потока путем регулировки противодавления ЕP и давления в DT. Клапаны должны размещаться ниже SP в EP и между PB и DT.

- DC: демпферная камера (рисунок 10)

Демпферная камера должна быть установлена на выходе блока с несколькими трубками, чтобы минимизировать колебания давления в выхлопной трубе EP.

- VN: трубка Вентури (рисунок 8)

Трубка Вентури устанавливается в смесительном канале DT для создания отрицательного давления на участке выхода передающего патрубка TT. Расход газа через TT определяется скоростью изменения потока в зоне трубки Вентури и в основном пропорционален расходу нагнетательного насоса PB, обеспечивающего постоянный коэффициент разбавления. Поскольку на скорость изменения потока оказывает влияние температура на выходе TT и перепад давления между ЕP и DT, фактический коэффициент разбавления немного ниже при малой нагрузке, чем при большой нагрузке.

- FC2: регулятор потока (рисунки 6, 7, 11 и 12; необязателен)

Регулятор потока может быть использован для регулирования потока нагнетательного насоса PB и (или) всасывающего насоса SB. На него может подаваться сигнал о расходе выхлопных газов или топлива и (или) дифференциальный сигнал или .

При использовании подачи сжатого воздуха (рисунок 11) FС2 непосредственно регулирует воздушный поток.

- FM1: устройство измерения потока (рисунки 6, 7, 11 и 12)

Газомер или другие приборы для измерения потока разбавляющего воздуха. FM1 не является обязательным, если PB откалиброван для измерения потока.

- FM2: устройство измерения потока (рисунок 12)

Газомер или другие приборы для измерения потока разбавленных выхлопных газов. FM2 не является обязательным, если всасывающий насос SB откалиброван для измерения потока.

- PB: нагнетательный насос (рисунки 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 12)

Для контроля за расходом разбавляющего воздуха PB может быть соединен с регуляторами потоков FС1 или FС2. PB не требуется при использовании дроссельного клапана. PB может использоваться для измерения потока разбавляющего воздуха, если он откалиброван.

- SB: всасывающий насос (рисунки 4, 5, 6, 9, 10 и 12)

Только для систем частичного отбора проб. SB может использоваться для измерения потока разбавленных выхлопных газов, если он откалиброван.

- DAF*(99): фильтр разбавляющего воздуха (рисунки с 4 по 12)

Рекомендуется фильтровать разбавляющий воздух и счищать уголь для удаления фоновых углеводородов. Разбавляющий воздух должен иметь температуру 298 К (25°С)  К.

По просьбе изготовителей проводится отбор проб разбавляющего воздуха в соответствии с опытной инженерной практикой для определения фонового уровня твердых частиц, который затем может быть вычтен из величин, измеренных в разбавленных выхлопных газах.

- PSP: зонд для отбора проб твердых частиц (рисунки 4, 5, 6, 8, 9, 10 и 12)

Зонд представляет собой основной участок PTT*(100) и

- устанавливается навстречу потоку в точке, где разбавляющий воздух и выхлопные газы хорошо смешиваются, т.е. по осевой линии смесительного канала DT систем разбавления на расстоянии, приблизительно равном 10 диаметрам канала ниже точки, где выхлопные газы входят в смесительный канал;

- должен иметь внутренний диаметр не менее 12 мм;

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

- DT: смесительный канал (рисунки с 4 по 12)

Смесительный канал:

- должен иметь достаточную длину для обеспечения полного смешивания выхлопных газов и разбавляющего воздуха в условиях турбулентного потока;

- должен быть изготовлен из нержавеющей стали с:

- отношением толщины к диаметру в 0,025 или менее для смесительных каналов с внутренним диаметром более 75 мм;

- номинальной толщиной стенок не менее 1,5 мм для смесительных каналов с внутренним диаметром, равным или менее 75 мм;

- должен иметь диаметр не менее 75 мм для систем частичного отбора проб;

- может иметь диаметр не менее 25 мм, рекомендуемый для систем полного отбора проб;

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

Выхлопные газы двигателя должны быть тщательно перемешаны с разбавляющим воздухом. Для систем частичного отбора проб качество смешения должно проверяться после ввода в эксплуатацию путем подачи в контур канала при работающем двигателе (должно быть по меньшей мере четыре равноотстоящих точки измерения). В случае необходимости может использоваться канал для смешивания.

Примечание: Если температура окружающего воздуха в непосредственной близости от смесительного канала (DТ) менее 293 К (20°С), следует принять меры предосторожности, для предупреждения потери твердых частиц на холодных стенках смесительного канала. Поэтому рекомендуется нагревать и (или) изолировать канал для соблюдения приведенных выше пределов.

При больших нагрузках на двигатель канал может охлаждаться неагрессивными средствами, например, циркуляционным вентилятором до тех пор пока температура охлаждающей среды не опустится ниже 293 К (20°С).

- HE*(101): теплообменник (рисунки 9 и 10)

Теплообменник должен обладать достаточной емкостью для поддержания температуры на входе во всасывающий насос SB в пределах К средней рабочей температуры, наблюдаемой в ходе испытания.

1.2.1.2. Система с полным разбавлением потока (рисунок 13)

Описываемая система разбавления основывается на разбавлении всего потока выхлопных газов с использованием концепции отбора проб при постоянном объеме (CVS). Общий объем смеси выхлопных газов и разбавляющего воздуха должны быть измерены. Может использоваться система CFV или SSV.

Для последующего сбора твердых частиц проба разбавленных выхлопных газов подается в систему отбора проб твердых частиц (раздел 1.2.2., рисунки 14 и 15). Если это производится непосредственным образом, то речь идет о единичном разбавлении. Если проба разбавляется еще раз во втором смесительном канале, то речь идет о двойном разбавлении. Это используется в том случае, если требование в отношении температуры поверхности фильтра нельзя соблюсти с помощью единичного разбавления. Хотя частично система разбавления, система двойного разрежения описываются в разделе 1.2.2 (рисунок 15) как модифицированная система отбора проб твердых частиц, поскольку она состоит в основном из частей, входящих в состав обычной системы отбора проб твердых частиц.

Эмиссия газов может также определяться в смесительном канале системы с полным разбавлением потока. Поэтому зонды для отбора проб газообразных компонентов приводятся на рисунке 13, но не значатся в перечне описания. Соответствующие требования приводятся в разделе 1.1.1.

Описание (рисунок 13)

- EP: выхлопная труба

Длина выхлопной трубы от выхода выпускного коллектора двигателя, выходного канала турбокомпрессора или устройства окончательной обработки, подсоединяемого к смесительному каналу, должна быть не более 10 м. Если длина системы превышает 4 м, в этом случае все трубопроводы длиннее 4 м должны быть изолированы, за исключением встроенного дымомера, если таковой используется. Радиальная толщина изоляции должна составлять не менее 25 мм. Величина теплопроводности изолирующего материала не должна превышать значения 0,1 Вт/(м·К), измеренного при температуре 673 К (400°С). Для сокращения тепловой инерции выхлопной трубы рекомендуется, чтобы соотношение толщины к диаметру составляло 0,015 или менее. Использование гибких участков ограничивается отношением длины к диаметру, которое должно составлять 12 или менее.

Весь поток необработанных выхлопных газов смешивается в смесительном канале DT с разбавляющим воздухом. Расход разбавленных выхлопных газов измеряется либо с помощью поршневого насоса PDP, либо с помощью трубки Вентури с критическим расходом CFV, либо с помощью трубки Вентури для дозвуковых потоков SSV. Теплообменник НЕ или устройство электронной компенсации потока EFC*(102) может использоваться для пропорционального отбора проб твердых частиц и для определения потока. Поскольку определение массы твердых частиц основано на полном потоке разбавленных выхлопных газов, коэффициент разбавления рассчитывать не требуется.

- PDP: поршневой насос

PDP измеряет полный поток разбавленных выхлопных газов по числу оборотов насоса и производительности насоса. Противодавление выхлопной системы не должно искусственно понижаться с помощью PDP или системы подачи разбавляющего воздуха. Статическое противодавление выхлопных газов, измеренное с помощью подключенной системы CVS, должно оставаться в пределах  кПа статического давления, измеренного без подсоединения к CVS при одинаковом числе оборотов двигателя и нагрузке.

Температура газовой смеси непосредственно перед PDP должна поддерживаться в пределах K средней рабочей температуры, наблюдаемой в ходе испытания, когда не используется компенсация потока.

Компенсация потока может быть использована только в том случае, если температура на впуске PDP не превышает 50°C (323 K).

- CFV: трубка Вентури с критическим расходом

CFV измеряет полный расход разбавленных выхлопных газов путем поддержания потока в закупоренных условиях (критический расход). Статическое противодавление выхлопных газов, измеренное с помощью подключенной системы CFV, должно оставаться в пределах кПа статического давления, измеренного без подсоединения к CFV при одинаковом числе оборотов двигателя и нагрузке. Температура газовой смеси непосредственно перед CFV должна быть в пределах K средней рабочей температуры, наблюдаемой в ходе испытания, когда не используется компенсация расхода.

- SSV: трубка Вентури для дозвуковых потоков

SSV измеряет полный поток разбавленных выхлопных газов в зависимости от давления на входе, температуры на входе, перепада давления между входом SSV и горловиной. Статическое противодавление выхлопных газов, измеренное с помощью подключенной системы SSV, должно оставаться в пределах  кПа статического давления, измеренного без подсоединения к SSV при одинаковом числе оборотов двигателя и нагрузке. Температура газовой смеси непосредственно перед SSV должна быть в пределах K средней рабочей температуры, наблюдаемой в ходе испытания, когда не используется компенсация расхода.

- HE: теплообменник (не обязателен, если используется EFC)

Теплообменник должен обладать достаточной емкостью для поддержания температуры в пределах указанных выше допусков.

- EFC: устройство электронной компенсации потока (не обязательно, если используется HE)

Если температура на входе в PDP, CFV или SSV не удерживается в пределах указанных выше допусков, то для постоянного измерения расхода и управления пропорциональным отбором проб в системе отбора проб твердых частиц требуется система электронной компенсации потока. С этой целью используются сигналы постоянного измерения расхода для корректировки расхода потока проб через фильтры твердых частиц системы отбора проб твердых частиц (рисунки 14 и 15), соответственно.

- DT: смесительный канал

Смесительный канал:

- должен быть достаточно небольшим в диаметре для создания турбулентного потока (число Рейнольдса более 4 000) и иметь достаточную длину для обеспечения полного смешения выхлопных газов и разбавляющего воздуха. Может использоваться канал для смешивания;

- должен быть по меньшей мере 75 мм в диаметре;

- может быть изолирован.

Выхлопные газы двигателя подаются вниз по течению потока в точку, где они вводятся в смесительный канал, и тщательно перемешиваются.

При использовании единичного разбавления проба из смесительного канала подается в систему отбора проб твердых частиц (раздел 1.2.2, рисунок 14). Пропускная способность PDP, CFV или SSV должна быть достаточной для поддержания температуры разбавленных выхлопных газов на уровне равной или менее 325 K (52°C) непосредственно перед первичным фильтром твердых частиц.

При использовании двойного разбавления проба из смесительного канала подается во второй смесительный канал, где она дополнительно разбавляется и затем пропускается через фильтры отбора проб (раздел 1.2.2, рисунок 15). Пропускная способность PDP, CFV или SSV должна быть достаточной для поддержания температуры потока разбавленных выхлопных газов в DT на уровне равной или менее 464 K (191°C) в зоне отбора проб. Система вторичного разбавления должна обеспечивать достаточный поток разбавляющего воздуха для поддержания температуры дважды разбавленного потока выхлопных газов на уровне равной или менее 325 K (52°C) непосредственно перед первичным фильтром твердых частиц.

- DAF: фильтр разбавляющего воздуха

Рекомендуется фильтровать разбавляющий воздух и счищать уголь для удаления фоновых углеводородов. Разбавляющий воздух должен иметь температуру 298 К (25°С) К. По просьбе изготовителей из разбавляющего воздуха отбирается проба в соответствии с опытной технической практикой для определения фоновых уровней твердых частиц, которые затем могут вычитаться из величин, измеренных в разбавленных выхлопных газах.

- PSP: зонд для отбора проб твердых частиц

Зонд представляет собой основной участок PTT и

- устанавливается навстречу потоку в точке, где разбавляющий воздух и выхлопные газы хорошо смешиваются, т.е. по осевой линии смесительного канала DT систем разбавления на расстоянии, приблизительно равном 10 диаметрам канала ниже точки, где выхлопные газы входят в смесительный канал;

- должен иметь внутренний диаметр не менее 12 мм;

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

1.2.2. Система отбора проб твердых частиц (рисунки 14 и 15)

Система отбора проб твердых частиц требуется для накопления твердых частиц на фильтре твердых частиц. В случае полного отбора проб при разбавлении части потока, который заключается в пропускании полной пробы разбавленных выхлопных газов через фильтры, система разбавления (раздел 1.2.1.1, рисунки 7 и 11) и система отбора проб обычно образуют единое устройство. В случае частичного отбора проб при разбавлении части потока или разбавлении полного потока, который заключается в пропускании через фильтры только части разбавленных выхлопных газов, система разбавления (раздел 1.2.1.1., рисунки 4, 5, 6, 8, 9, 10 и 12 и раздел 1.2.1.2, рисунок 13) и система отбора проб обычно представляют собой разные устройства.

В настоящей Директиве система двойного разбавления DDS*(103) (рисунок 15) системы с полным разбавлением потока рассматривается в качестве отдельной модификации обычной системы отбора проб твердых частиц, как показано на рисунке 14. Система двойного разбавления включает все основные части системы отбора проб твердых частиц, такие, как фильтродержатели и насос для отбора проб и, кроме того, некоторые элементы системы разбавления, такие, как подача разбавляющего воздуха и вторичный смесительный канал.

Для того чтобы избежать любого воздействия на контуры управления, рекомендуется, чтобы насос для отбора проб работал в течение всей процедуры испытания. Для метода с использованием одного фильтра должна использоваться обводная система для пропускания пробы через фильтры отбора проб в требуемые моменты времени. Влияние процедуры переключения на контуры управления должно быть сведено к минимуму.

Описание рисунков 14 и 15

- PSP: зонд для отбора проб твердых частиц (рисунки 14 и 15)

Зонд для отбора проб твердых частиц, приводимый на рисунках, представляет собой основной участок передающего патрубка твердых частиц PTT. Зонд:

- устанавливается навстречу потоку в точке, где разбавляющий воздух и выхлопные газы хорошо смешиваются, т.е. по осевой линии смесительного канала DT систем разбавления (раздел 1.2.1) на расстоянии, приблизительно равном 10 диаметрам канала ниже точки, где выхлопные газы входят в смесительный канал;

- должен иметь внутренний диаметр не менее 12 мм;

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

Проба разбавленного отработавшего газа отбирается из смесительного канала DT системы с полным или частичным разбавлением потока, проходящего через зонд для отбора проб твердых частиц PSP и передающий патрубок твердых частиц РТТ, с помощью насоса для отбора проб Р. Проба пропускается через фильтродержатель (фильтродержатели) FH*(104), в котором находятся фильтры отбора проб твердых частиц. Расход пробы контролируется регулятором потока FC3. Если применяется устройство электронной компенсации потока EFC (рисунок 13), то поток разбавленного отработавшего газа используется в качестве сигнала подачи команды для FC3.

Проба разбавленного отработавшего газа подается из смесительного канала DT системы с полным разбавлением потока через зонд для отбора проб твердых частиц PSP и передающий патрубок твердых частиц РТТ во вторичный смесительный канал SDT*(105), где производится еще одно разбавление. Затем проба пропускается через фильтродержатель (фильтродержатели) FH, в котором находятся фильтры отбора проб твердых частиц. Обычно расход разбавляющего воздуха является постоянным, а расход пробы контролируется с помощью регулятора потока FC3. Если применяется устройство электронной компенсации потока EFC (рисунок 13), то поток полностью разбавленного отработавшего газа используется в качестве сигнала подачи команды для FC3.

- РТТ: передающий патрубок твердых частиц (рисунок 14 и 15)

Передающий патрубок твердых частиц не должен превышать 1 020 мм в длину, и во всех случаях, когда это возможно, его длина должна быть как можно меньше.

Эти размеры действительны для:

- системы с частичным разбавлением потока и с частичным отбором проб, а также системы с единичным полным разбавлением потока на участке от наконечника зонда до фильтродержателя;

- системы с частичным разбавлением потока и с полным отбором проб на участке от конечной части смесительного канала до фильтродержателя;

- системы с двойным полным разбавлением потока на участке от наконечника зонда до вторичного смесительного канала.

Передающий патрубок:

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

- SDT: вторичный смесительный канал (рисунок 15)

Вторичный смесительный канал должен иметь минимальный диаметр 75 мм и должен иметь достаточную длину, чтобы время нахождения в нем дважды разбавленной пробы составляло, по меньшей мере, 0,25 секунды. Основной фильтродержатель, FH, должен быть установлен в пределах 300 мм от выхода SDT.

Вторичный смесительный канал:

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С) до подачи выхлопных газов в смесительный канал;

- может быть изолирован.

- FH: фильтродержатель (фильтродержатели) (рисунки 14 и 15)

Для основного и предварительного фильтров может использоваться один фильтродержатель или отдельные фильтродержатели. Должны соблюдаться требования раздела 1.5.1.3 Дополнения 1 к Приложению III.

Фильтродержатель (фильтродержатели):

- может нагреваться путем прямого нагревания или с помощью предварительно нагретого разбавляющего воздуха таким образом, чтобы температура стенок не превышала 325 К (52°С), при условии, что температура воздуха не превышает 325 К (52°С);

- может быть изолирован.

- Р: насос для отбора проб (рисунки 14 и 15)

Насос для отбора проб твердых частиц устанавливается на достаточном удалении от канала таким образом, чтобы температура входящего газа поддерживалась постоянной ( К), если не применяется корректировка потока с помощью FC3.

- DP: насос разбавляющего (рисунок 15) (только для системы с двойным полным разбавлением потока)

Насос разбавляющего воздуха устанавливается таким образом, чтобы вторичный разбавляющий воздух подавался при температуре 298 К (25°С) К.

- FC3: регулятор потока (рисунки 14 и 15)

Регулятор потока используется для компенсации расхода твердых частиц в отношении варьирования температуры и противодавления в канале отбора проб, если другие средства не имеются. Если используется устройство электронной компенсации потока EFC, требуется регулятор потока (рисунок 13).

- FM3: устройство измерения потока (рисунки 14 и 15) (поток пробы твердых частиц)

Газомер или прибор для измерения потока устанавливается на достаточном удалении от насоса подачи проб таким образом, чтобы температура входящего газа оставалась постоянной ( К), если не используется корректировка потока с помощью FC3.

- FM4: устройство измерения потока (рисунок 15) (разбавляющий воздух, только для системы с двойным полным разбавлением потока)

Газомер или прибор для измерения потока устанавливается таким образом, чтобы температура входящего газа оставалась на уровне 298 К (25°С) К.

- BV*(106): шаровой клапан (не обязателен)

Диаметр шарового клапана не должен быть меньше внутреннего диаметра трубки отбора проб, а время переключения должно составлять менее 0,5 секунды.

Примечание: Если температура окружающего воздуха в непосредственной близости от PSP, PTT, SDT и FH ниже 239 К (20°С), то необходимо принять меры предосторожности для предупреждения потери твердых частиц на холодных стенках этих частей. Поэтому рекомендуется разогрев и (или) изоляция этих частей с учетом пределов, приведенных в соответствующих описаниях. Также рекомендуется, чтобы температура поверхности фильтра во время отбора проб не была ниже 293 К (20°С).

При больших нагрузках на двигатель вышеупомянутые части могут охлаждаться неагрессивными средствами, например, циркуляционным вентилятором, до тех пор пока температура охлаждающей среды не опустится ниже 293 К (20°С).