ГОСТ 14846-2020. Межгосударственный стандарт. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний

7 Испытательный стенд и аппаратура

 

7.1 Требования к точности приборов следует определять заданной необходимой погрешностью непосредственно измеряемых параметров либо рассчитываемых на основе измеренных значений.

Испытательный стенд должен быть оборудован приборами и измерительной аппаратурой, позволяющими проводить измерение показателей с точностью, указанной в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Минимальная точность измерительных приборов

 

Измеряемый параметр	Допускаемая погрешность
1 Крутящий момент	+/- 2% от считываемых значений или +/- 1% от максимального значения двигателя, в зависимости от того, какой из этих показателей выше
2 Частота вращения
3 Расход топлива
4 Расход воздуха
5 Температура воздуха	+/- 1 К (+/- 1 °C)
6 Температура топлива	+/- 2 К (+/- 2 °C)
7 Расход ОГ	+/- 2,5% считываемых показаний
8 Температура охлаждающей жидкости	+/- 2 К (+/- 2 °C)
9 Температура моторного масла	+/- 2 К (+/- 2 °C)
10 Температура ОГ	+/- 2 К (+/- 2 °C)
11 Атмосферное давление	+/- 0,1 кПа абсолютной величины
12 Противодавление ОГ	+/- 0,2 кПа абсолютной величины
13 Разрежение на входе	+/- 0,05 кПа абсолютной величины
14 Относительная влажность	+/- 3% абсолютной величины
15 Абсолютная влажность	+/- 5% считываемых показаний
16 Угол опережения зажигания или начала подачи топлива	+/- 0,5° поворота коленчатого вала
17 Давление наддувочного воздуха	+/- 200 Па (2,0 мбар)
18 Расход разбавителя	+/- 2% считываемых показаний
19 Расход разбавленных ОГ	+/- 2% считываемых показаний
20 Концентрации HC и NOx	+/- 5% считываемых показаний
21 Концентрации CO, CO2, O2	+/- 5% считываемых показаний
22 Концентрация NH3	+/- 3% от считываемых показаний или +/- 2 млн-1, в зависимости от того, какое из этих значений больше
Примечания 1 Дополнительные требования к параметрам 1 и 2 по частоте управляющего сигнала указаны в 7.2.1. 2 Дополнительные требования к параметрам 20; 21 и 22 по частоте опроса указаны в 7.2.6.1.

 

7.2 Динамометр и оборудование испытательного бокса

7.2.1 Динамометр

Динамометр, имеющий необходимые характеристики, соединяется с двигателем с помощью вала.

Вал, соединяющий двигатель и динамометр, должен быть подобран с характеристиками, гарантирующими нахождение резонансной частоты вне нормального рабочего диапазона двигателя или основных режимов испытаний.

Примечание - Неправильный подбор вала и соединительных муфт, а также неправильный монтаж двигателя и динамометра могут привести:

- к увеличению крутильных колебаний;

- вибрации двигателя или динамометра;

- выходу из строя соединительного вала;

- повреждению подшипников двигателя или динамометра.

Особая осторожность необходима там, где момент инерции динамометра более чем в два раза превышает момент инерции двигателя.

 

Для проведения испытаний, описанных в разделе 8 и в [9] (см. также [2]), используют динамометр, который должен обеспечивать требуемые ускорения и минимальные моменты инерции вращающихся масс.

Рекомендуемая частота управляющего сигнала динамометра для испытания на быстропеременных режимах - 10 Гц (допускается не менее 5 Гц). При испытаниях по определению уровня выбросов в циклах ETC и WHTC по [9] динамометр должен позволять выполнять заданный цикл. Оценку точности выполнения цикла проводят по фактической работе в цикле W_act, кВт·ч, и регрессионному анализу.

7.2.2 Измерение расхода топлива

Приборы или устройства для измерения расхода топлива не должны оказывать влияние на работу двигателя. Давление топлива, подводимого к двигателю и отводимого от двигателя, должно соответствовать требованиям ТУ на двигатель. Если в ТУ не указано необходимое давление отводимого топлива, то оно должно составлять не более 25 кПа.

Расход топлива может измеряться весовым или объемным (с учетом плотности топлива и, если необходимо, температуры топлива в устройстве измерения расхода топлива) способом. В устройстве для измерения расхода топлива или отдельно от него должно быть установлено устройство для поддержания температуры топлива на входе в двигатель.

Погрешность измерения, если не установлены другие требования, должна соответствовать указанной в таблице 1.

Для двухтопливных двигателей, работающих в двухтопливном режиме, необходимо проводить измерение расхода одновременно двух видов топлива.

Если измерение расхода проводят в ручном режиме, то продолжительность замера должна составлять не менее 30 с. Массовый расход жидкого топлива g_F, кг/ч, в этом случае вычисляют по формуле

 

, (4)

 

или

 

, (5)

 

где V_F - объем мерного сосуда, дм³;

m_F1 - масса емкости с топливом в начале замера, кг;

m_F2 - масса емкости с топливом в конце замера, кг;

- плотность топлива при испытаниях, кг/м³;

- продолжительность измерения расхода топлива, с.

7.2.3 Измерение расхода воздуха

Приборы или устройства для измерения расхода воздуха не должны создавать дополнительное разрежение выше требований, указанных в ТУ на двигатель, или искажать кривые крутящего момента и часового расхода топлива, определенные без указанных приборов и устройств, более чем на +/- 1% во всем диапазоне скоростной характеристики.

Для измерения могут быть использованы ультразвуковой расходомер, вихревой расходомер, термоанемометрический расходомер, объемный расходомер или дифференциальное устройство измерения давления, например мерное сопло, с учетом требований, указанных в 6.5. Точность измерения массового расхода воздуха должна соответствовать указанной в таблице 1.

Измеренный объемный расход воздуха переводится в массовый расход воздуха g_A, кг/ч, по формуле

 

, (6)

 

где Q_A - объемный расход воздуха, м³/ч;

- плотность воздуха, кг/м³.

7.2.4 Измерение массового расхода отработавших газов

Измерение массового расхода ОГ возможно двумя способами:

а) непосредственное измерение расхода ОГ, производимое с помощью следующих устройств:

- дифференциальное устройство измерения давления, например трубка Пито;

- ультразвуковой расходомер;

- вихревой расходомер.

Во избежание погрешностей измерения, которые приведут к ошибочным значениям удельных ВВВ, необходимо тщательно устанавливать измерительное устройство в системе выпуска ОГ двигателя в соответствии с рекомендациями изготовителя прибора. Особое внимание необходимо обращать на то, чтобы установка устройства не сказалась отрицательно на характеристиках двигателя и параметрах выбросов, также необходимо учитывать требования, указанные в 6.6;

б) метод расчета расхода ОГ

Этот метод предполагает измерение расхода воздуха и топлива с помощью соответствующих расходомеров и вычисление значений расхода ОГ по формуле (23).

Для двухтопливных двигателей, работающих в двухтопливном режиме, измеряют значения расхода каждого топлива и полученные значения массового расхода суммируют в соответствии с формулой (24).

7.2.5 Расход реагента системы последующей обработки отработавших газов

Если на участке до пробоотбора системы измерения ВВВ или взвешенных частиц добавляют в ОГ реагент СПООГ (не учтенный при измерениях расхода воздуха и топлива), объем которого может превышать погрешность измерения (см. таблицу 1), то при определении расходов ОГ по 7.2.4, способ б), проводят учет внешнего компонента, добавляемого в ОГ. В этом случае проводят замер расхода реагента, используемого в СПООГ.

7.2.6 Оборудование для измерения выбросов вредных веществ и частиц

7.2.6.1 Определение содержания газообразных ВВВ

Диапазон измерений газоанализаторов должен соответствовать ожидаемым ВВВ и точности, требуемой для измерения концентраций компонентов ОГ.

При сертификационных испытаниях для анализа ВВВ необходимо использовать следующие типы анализаторов:

- недисперсионный инфракрасный анализатор (NDIR) абсорбционного типа для измерения оксида углерода (CO);

- нагреваемый хемилюминесцентный детектор (HCLD) с конвертером NO₂/NO для измерения оксидов азота (NO_x), если измерения проводят на влажной основе, и хемилюминесцентный детектор (CLD) - при измерении на сухой основе;

- нагреваемый пламенно-ионизационный детектор (HFID), для суммарных углеводородов (HC);

- отдельный FID для измерения метановой фракции, перед которым установлен отделитель неметановой фракции (NMC).

Углеводороды, не содержащие метан (NMHC) в ОГ двигателей, работающих на природном газе (КПГ или СПГ), определяют путем вычитания фракции метана из суммарных углеводородов.

Измерение аммиака NH₃ следует производить методом диодно-лазерной спектрометрии (LDS) или инфракрасным спектроанализатором с преобразователем Фурье (FTIR).

В зависимости от типа испытаний погрешность газоанализаторов должна отвечать требованиям соответствующих нормативных документов и технической документации, утвержденных в установленном порядке, при этом не превышать значений погрешностей, указанных в таблице 1.

Погрешности показаний анализатора при испытаниях двигателя на режимах циклов ESC, ETC, WHSC и WHTC по [9] не должны отклоняться от номинального значения в каждой калибровочной точке более чем на +/- 2% считываемых показаний с учетом погрешности калибровочных газов. На быстропеременных циклах частота измерений анализаторами HC и NO_x должна составлять не менее 2 Гц, а для CO и NH₃ - не менее 1 Гц.

Особое внимание должно быть обращено на характеристики времени срабатывания различных средств измерений. Эти различия должны быть учтены при синхронизации сигналов по времени.

Массовые выбросы вычисляют путем умножения мгновенных значений концентраций газообразных компонентов на мгновенные значения массового расхода ОГ.

При контрольных (периодических) испытаниях бензиновых двигателей, если допускается программой испытаний, для измерения углеводородов возможно использовать инфракрасный газоанализатор, для оксидов азота - электрохимический. Погрешность измерения для данных газоанализаторов не должна превышать значений, указанных в таблице 1.

При измерениях в двигателях с разнесенными группами выпускных патрубков, например в V-образных двигателях, рекомендуется объединять патрубки на участке до пробоотборника. Если это практически неосуществимо, то разрешается отбирать пробу из группы с самым высоким уровнем выбросов CO₂. Допустимо также определение суммарных выбросов проводить при одновременном замере выбросов в каждом выпускном патрубке, если для каждого патрубка проводят замер расхода ОГ.

Требования к газоаналитическому оборудованию, процедуре измерения ВВВ и к расчету удельных ВВВ - см. в [2].

7.2.6.2 Определение содержания взвешенных частиц в ОГ

Для определения выброса взвешенных частиц необходима система разбавления полного потока ОГ или только его части.

Часть потока ОГ пропускают через фильтр [при температуре фильтра ниже 325 К (52 °C)] для всего испытательного цикла. Как правило, используют один фильтр (реже - два).

Массу взвешенных частиц на фильтре определяют по разности масс фильтра до и после испытаний.

Для определения массы необходимы весы с точностью взвешивания до миллионной доли грамма и камера для взвешивания с контролем температуры и влажности (см. [2]).

При определении выбросов взвешенных частиц с использованием системы разбавления части потока ОГ используют значения массового расхода ОГ, чтобы можно было отбирать пробу пропорционально массовому расходу ОГ (см. 7.2.4).

Длина мерного участка с постоянным диаметром, на котором установлен пробоотборный зонд, должна составлять не менее восьми диаметров мерного участка с учетом требований, указанных в 6.6.

Возможный вариант схемы измерения представлен на рисунке 1. Данные о значениях расхода ОГ передаются от расходомера отработавших газов 7 (или от расходомеров 1 и 3) в блок управления 4, который управляет расходом воздуха, подающегося для разбавления отобранной части потока ОГ.

 

 

- отбор ОГ; - измерение расхода;

- сигналы в системе управления и обработки;

1 - расход топлива; 2 - двигатель; 3 - расход воздуха;

4 - блок управления; 5 - система разбавления части потока;

6 - разбавляющий воздух; 7 - расход отработавших газов

 

Рисунок 1 - Схема измерения выбросов взвешенных частиц

с использованием туннеля для разбавления части потока ОГ

 

7.2.7 Оборудование для измерения дымности

7.2.7.1 Измерения проводят на двигателе, установленном на испытательном стенде, оборудованном приборами по 7.1 и дымомером, работающим по методу просвечивания столба ОГ лучом света определенной длины. Дымомер должен иметь линейную шкалу, отградуированную от 0 до 10 м^-1, при эффективной базе L_A = 0,43 м (или другой с автоматическим приведением измерения к базе L_A = 0,43 м) (см. [10] <1>). Допускается использовать дымомеры с меньшим диапазоном измерения, например 0 - 2 м^-1.

--------------------------------

<1> В Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 11614-2011 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые с воспламенением от сжатия. Прибор для измерения дымности и определения коэффициента поглощения светового потока в отработавших газах".

 

7.2.7.2 При измерении дымности ОГ автомобильных дизелей, определяемой на режимах ВСХ в соответствии с 8.17.3 и [11], на испытательном стенде возможно совмещать этот замер с определением полезной мощности в соответствии с 6.4 и 8.8.

7.2.7.3 Дымность измеряют дымомером, работающим как в режиме регистрации значений дымности N, так и в режиме считывания коэффициента светопоглощения k.

Первый режим применяют только для калибровки и проверки дымомера.

Показания дымности в испытательном цикле определяют по результатам измерений коэффициента светопоглощения k (см. приложение Д).

Дымомер может быть встроен в мерный участок стенда, тогда измерение дымности происходит на всем потоке ОГ. В дымомере этого типа эффективная оптическая база зависит от конструкции дымомера.

Простейшая конструкция выпускной трубы подобного типа показана на рисунке 2.

 

 

1 - полнопоточный дымомер; 2 - выпускная труба круглого

сечения; ОГ - поток ОГ; d_вн - внутренний диаметр выпускной

трубы (d_вн может быть приравнен к наружному диаметру

выпускной трубы при толщине стенок менее 1,5 мм)

 

Рисунок 2 - Прямая цилиндрическая выпускная труба

круглого сечения без скоса

 

При использовании дымомера для измерения части потока репрезентативная проба ОГ отбирается из выпускной трубы и поступает через отводящий патрубок в измерительную камеру прибора (см. рисунок 3).

 

 

1 - выпускной трубопровод дизеля; 2 - выпускная труба

испытательного стенда; 3 - газоотборник дымомера;

4 - ресивер; 5 - измерительный прибор;

6 - регулирующая заслонка

 

Рисунок 3 - Схема измерения дымности ОГ

 

7.2.7.4 Дымомер и пробоотборники, при их использовании, устанавливают на выпуске двигателя или любого устройства СПООГ, если таковое имеется, в соответствии с общими инструкциями по установке, разработанными изготовителем данной аппаратуры.

7.2.7.5 Конструкция выпускной системы стенда и трубопроводов пробоотборной системы должна обеспечивать отсутствие подсоса воздуха и утечек газов, приводящих к изменению дымности ОГ.

7.2.7.6 Зонд газоотборника должен представлять собой трубку с открытым концом (или скосом), расположенным в центре по оси выпускной трубы и обращенным навстречу потоку ОГ. У V-образных дизельных двигателей отбор проб проводят из общего выпускного трубопровода, а при невозможности объединения трубопроводов - из каждого ряда цилиндров.

7.2.7.7 Зонд газоотборника должен быть расположен в прямолинейном участке выпускной трубы испытательного стенда постоянного диаметра D на расстоянии не менее 6D от входного сечения и не менее 3D от выходного сечения этой трубы (или от оси регулирующей заслонки), как показано на рисунке 3.

7.2.7.8 Соединительные патрубки между газоотборником и прибором измерения дымности длиной не более 3,5 м устанавливают с подъемом в сторону прибора. Они не должны иметь отложений сажи на внутренних поверхностях.

7.2.7.9 Допускается для повышения давления газов при отборе проб устанавливать регулирующую заслонку (см. рисунок 3) в выпускной трубе испытательного стенда на расстоянии не менее 3D от входного отверстия зонда газоотборника.

7.2.7.10 При измерении на установившихся режимах для уменьшения колебаний давления в потоке ОГ допускается устанавливать ресивер в пробоотборную магистраль дымомера.

7.2.7.11 Температура газа в измерительной камере прибора должна быть не ниже 343 К (70 °C) и не выше максимально допустимой, указанной изготовителем прибора.

Изменение давления газа и продувочного воздуха в измерительной камере не должно приводить к изменению коэффициента поглощения светового потока k более чем на 0,075 м^-1 для газа с коэффициентом поглощения, близким к 1,7 м^-1 (если диапазон измерения дымомера меньше, то не более 4% от полной шкалы).

Если дымомер не имеет встроенной корректировки по давлению и температуре (например, ввиду отсутствия датчиков давлений и температур), то при сопоставлении результатов измерений дымности ОГ в двух различных экспериментах необходимо применять приведение к стандартным атмосферным условиям: давлению p_b, равному 100 кПа, и температуре T_norm, равной 373 К (100 °C). Скорректированный коэффициент поглощения светового потока k_corr, м^-1, вычисляют по формуле

 

, (7)

 

где k - коэффициент поглощения светового потока, измеренный дымомером, м^-1;

T_gas - температура газа в измерительной камере, К (°C);

T_norm - нормированная температура дымомера, К (°C);

p_b - атмосферное давление, кПа;

p_gem - абсолютное давление в измерительной камере, кПа.

Формулу (7) применяют, если температура ОГ во всех точках измерительной камеры находится в диапазоне от 343 до 553 К (от 70 °C до 280 °C).

Допускается для обеспечения указанных температур устанавливать в подводящей магистрали перед прибором теплообменник.

Если эффективная база дымомера, используемого при испытаниях, не равна стандартной, показания должны быть приведены к показаниям шкалы дымомера со стандартной эффективной базой (см. [10]).

7.2.7.12 Давление в выпускной трубе и характеристики падения давления в трубе для отбора проб должны быть таковы, чтобы зонд забирал пробу, в значительной мере эквивалентную той, которая получается при отборе из равномерного потока.

7.2.7.13 Патрубки между зондом, охлаждающим устройством, ресивером (устанавливаемым при необходимости) и дымомером должны быть, по возможности, короче и удовлетворять требованиям производителя прибора в отношении давления и температуры.

7.2.7.14 Система отбора проб должна быть такой, чтобы на всех частотах вращения работы двигателя давление от пробы к дымомеру было в пределах, установленных изготовителем прибора, и не влияло на показания прибора. Это может быть проверено путем измерения давления пробы при замедленном прохождении режимов и при максимально быстром увеличении частоты вращения от минимальной частоты вращения холостого хода до максимальной частоты вращения без нагрузки. В зависимости от конструкции дымомера контроль за давлением пробы может осуществляться с помощью клапана в выпускной или соединительной трубе. Перед дымомером может быть установлен перепускной клапан (если он не включен в конструкцию самого прибора) с целью перекрыть поступление в него ОГ в периоды между проведением замеров.

7.2.7.15 Проверку дымомера необходимо проводить перед испытанием - на нулевой отметке и на полной шкале в режиме градуировки для определения дымности, поскольку шкала дымности, как правило, обеспечивает лишь две достоверно определяемые калибровочные точки. Отклонение при проверке ноля не должно превышать более чем на 0,025 м^-1 или 2% полной шкалы k (в зависимости от того, какая величина меньше) в течение 1 ч или времени проведения испытания (в зависимости от того, какая величина меньше).

7.2.7.16 Дополнительно промежуточная проверка должна проводиться путем введения в дымовую камеру фильтра с известным коэффициентом поглощения, значение k которого должно быть известно с точностью до 0,025 м^-1. Проверка заключается в том, чтобы определить, не отличается ли это значение более чем на 0,05 м^-1 от значения, регистрируемого дымомером, когда фильтр введен между источником и приемником света.

7.2.7.17 Соотношение значений основного и вспомогательного показателей дымности k и N приведено в приложении Д.