ГОСТ Р 17.2.2.07-2000. Государственный стандарт Российской Федерации. Охрана природы. Атмосфера. Поршневые двигатели внутреннего сгорания для малогабаритных тракторов и средств малой механизации. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами и дымности отработавших газов

(принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 22.09.2000 № 229-ст)

(ред. от 01.11.2001)

от 22 сентября 2000 г. № 229-ст

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОХРАНА ПРИРОДЫ

АТМОСФЕРА

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ТРАКТОРОВ И СРЕДСТВ МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ

НОРМЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ И ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Protection of the environment. Atmosphere. Engines minitractors and minimechanical objects. Rates and testing methods of exhaust emission and smoke

Предисловие

1. Разработан и внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 56 «Дорожный транспорт».

2. Принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 22 сентября 2000 г. № 229-ст.

3. Настоящий стандарт соответствует ИСО 8178-4:1996 «Двигатели поршневые внутреннего сгорания. Измерение выхлопов отработавших газов. Часть 4. Испытательные циклы для различных режимов работы двигателей» в части режимов работы двигателей при проведении испытаний по определению удельных выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

4. Введен впервые.

5. Издание (октябрь 2003 г.) с Изменением № 1, принятым в ноябре 2001 г. (ИУС 2-2002).

1. Область применения

Настоящий стандарт распространяется на вновь изготовленные и капитально отремонтированные на ремонтных предприятиях поршневые двигатели внутреннего сгорания (далее — двигатели): дизели мощностью менее 18 кВт и двигатели с искровым воспламенением мощностью менее 19 кВт, предназначенные для малогабаритных тракторов, включая мотоблоки, мотокультиваторов, мотопомп, средств малой механизации сельскохозяйственного, строительно-дорожного и коммунального применения.

Стандарт устанавливает нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателей, а также дымности отработавших газов дизелей.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 17.2.1.02-76 Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения выбросов двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин

ГОСТ 14846-81 Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний

ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний

ГОСТ 28523-90 Мобильные средства малой механизации сельскохозяйственных работ. Тракторы малогабаритные. Типы и основные параметры.

3. Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1. Вредные вещества: вещества, содержащиеся в отработавших газах двигателей, оказывающие токсичное воздействие на окружающую среду. Нормированию подлежит количество оксидов азота, оксида углерода и суммарных углеводородов.

3.2. Удельный выброс: показатель, характеризующий количество вредного вещества, поступившее в атмосферу в единицу времени из системы выпуска двигателя, отнесенное к единице мощности, развиваемой двигателем.

3.3. Дымность: показатель, характеризующий степень поглощения светового потока, просвечивающего столб отработавших газов определенной длины.

3.4. Коэффициент ослабления светового потока: степень ослабления светового потока вследствие поглощения и (или) рассеивания света отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера.

3.5. Натуральный показатель ослабления светового потока: величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя который поток излучения от источника света дымомера ослабляется в e раз.

3.6. Коэффициент весомости режима: показатель, характеризующий долю работы двигателя на каждом режиме.

3.7. Эффективная база дымомера: длина оптически однородного слоя отработавших газов, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же отработавших газов, заполняющих рабочую трубу дымомера в условиях измерения.

3.8. Газоанализатор: средство измерения объемной концентрации вредных веществ.

3.9 Дымомер: средство измерения дымности отработавших газов.

3.10. Регуляторная (скоростная) характеристика по ГОСТ 18509: зависимость изменения мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при положении органов управления регулятором частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива (при полностью открытых дроссельной и воздушной заслонках).

3.11. Номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя: по ГОСТ 18509.

3.12 Номинальная мощность: по ГОСТ 18509.

3.13 Эксплуатационная мощность: по ГОСТ 18509.

3.14 Максимальная мощность: по ГОСТ 18509.

3.15. Максимальный крутящий момент: наибольшее значение крутящего момента, зафиксированное при снятии регуляторной характеристики двигателя в комплектации, соответствующей определению эксплуатационной мощности.

4. Обозначения и сокращения

Q_{\text{в}} — условный объемный расход воздуха через цилиндры двигателя, дм3/с;

i — число цилиндров;

V_{h} — рабочий объем цилиндра, дм3;

n — частота вращения коленчатого вала двигателя, \text{мин}^{- 1} ;

\tau — тактность двигателя (2 или 4);

g_{CO} — удельный выброс оксида углерода, г/(кВт x ч);

g_{CH} — удельный выброс суммарных углеводородов, г/(кВт x ч);

g_{NO_{x}} — удельный выброс оксидов азота, г/(кВт x ч);

K — показатель ослабления светового потока по основной шкале, \text{м}^{- 1} ;

N — коэффициент ослабления светового потока по вспомогательной шкале, %;

F — показатель состояния окружающей среды;

T_{\text{в}.\text{и}} — температура воздуха на входе в устройство для измерения расхода воздуха (при испытаниях по определению выбросов вредных веществ с отработавшими газами) или на расстоянии не более 0,15 м от входного отверстия впускного коллектора (при испытаниях по определению дымности отработавших газов), K;

P_{\text{окр}} — атмосферное давление, кПа;

p_{s} — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха на входе в устройство для измерения расхода воздуха или на входе во впускной коллектор;

t_{\text{окр}} — температура окружающего воздуха, °C;

NO_{2} — диоксид азота;

C_{1}H_{1,85} — условный состав топлива;

C — углерод;

G_{NO_{x}} — массовый выброс оксидов азота, г/ч;

G_{CO} — массовый выброс оксида углерода, г/ч;

G_{CH} — массовый выброс суммарных углеводородов, г/ч;

W_{NO_{x}} — объемная концентрация оксидов азота в отработавших газах, \text{млн}^{- 1} ;

W_{CO} — объемная концентрация оксида углерода в отработавших газах, \text{млн}^{- 1} ;

W_{CH} — объемные концентрации суммарных углеводородов, \text{млн}^{- 1} ;

F_{NO_{x}} — поправочный коэффициент на влажность для оксидов азота;

F_{CH} — коэффициент, равный 0,000479 для дизелей и 0,000485 для двигателей с искровым воспламенением;

K_{x} — коэффициент, учитывающий метод химического анализа ( K_{x} = 1 при пламенно-ионизационном методе и K_{x} = 2 при инфракрасном методе);

G_{\text{о}.\text{г}} — расход отработавших газов, кг/ч;

G_{\text{т}} — расход топлива, кг/ч;

G_{\text{в}} — расход воздуха, кг/ч;

\phi_{\text{абс}} — абсолютная влажность воздуха на входе в устройство для измерения расхода воздуха, \text{г }H_{2}O/\text{кг воздуха} ;

\phi_{\text{окр}} — относительная влажность воздуха на входе в устройство для измерения расхода воздуха, %;

K_{Bi} — коэффициент весомости каждого из режимов;

N_{ei} — эффективная мощность на каждом из режимов, кВт;

n_{xxmin} — минимальная устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя при работе на холостом ходу, \text{мин}^{- 1} ;

n_{\text{ном}} — номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, \text{мин}^{- 1} ;

M_{kmax} — наибольшее значение крутящего момента на заданном скоростном режиме, Н x м;

n_{max} — частота вращения, соответствующая максимальному значению крутящего момента, \text{мин}^{- 1} ;

L — эффективная база дымомера, м.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5. Нормы выбросов и дымности

5.1 Выбросы вредных веществ с отработавшими газами

5.1.1 Двигатели с искровым воспламенением

Удельные выбросы вредных веществ с отработавшими газами двигателей с искровым воспламенением при испытаниях не должны превышать норм, указанных в таблице 1.

Таблица 1

Нормы удельных выбросов суммарных углеводородов установлены в пересчете на углерод, а оксидов азота — в пересчете на диоксид азота.

5.1.2 Дизели

Удельные выбросы вредных веществ с отработавшими газами дизелей при испытаниях не должны превышать норм, указанных в таблице 2.

Таблица 2

Нормы удельных выбросов оксидов азота установлены в пересчете на диоксид азота, суммарных углеводородов — в пересчете на условный состав топлива.

5.2 Дымность отработавших газов дизелей

Дымность отработавших газов дизелей не должна превышать норм, указанных в таблице 3.

Таблица 3

Условный объемный расход воздуха Q_{\text{в}} вычисляют по формуле

Q_{\text{в}} = (iV_{h}n)/(30\tau) . (1)

6.1 Средства испытаний

6.1.1. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами и дымность отработавших газов двигателей определяют при работе двигателя, установленного на испытательном стенде.

6.1.2. Требования к испытательному стенду и к погрешности средств измерений — по ГОСТ 18509 (для дизелей) и ГОСТ 14846 (для двигателей с искровым воспламенением).

6.1.3. Требования к средствам измерений выбросов вредных веществ с отработавшими газами и дымности отработавших газов — по Приложению А.

6.2 Порядок подготовки к проведению испытаний

6.2.1. Испытаниям подвергают двигатели, прошедшие технологическую обкатку в течение 55 моточасов.

6.2.2. Двигатели испытывают в комплектации, соответствующей эксплуатационной мощности согласно техническим условиям (ТУ).

Сопротивления воздуха на впуске в двигатель и отработавших газов на выпуске из двигателя при испытаниях должны соответствовать максимальным значениям, оговоренным в ТУ на двигатель.

6.2.3. При испытаниях следует применять топлива и масла марок согласно ТУ на испытуемый двигатель.

Топливо и масло должны соответствовать требованиям стандартов и (или) ТУ на них.

6.2.4 Температурные режимы двигателя — по ТУ.

6.2.5 Испытание следует проводить при показателе состояния окружающей среды

0,96 <= F <= 1,06,

F = (99/(P_{\text{окр}} - p_{s}))(T_{\text{в}.\text{и}}/293)^{0,7} ; (2)

Таблица 4

6.3 Порядок проведения испытаний

6.3.1. Перед началом испытаний по определению выбросов вредных веществ с отработавшими газами и дымности отработавших газов снимают скоростную (регуляторную) характеристику двигателя.

Эксплуатационная и максимальная мощности, максимальный крутящий момент, а также соответствующие им частоты вращения коленчатого вала и удельные расходы топлива должны соответствовать ТУ на двигатель.

При несоответствии мощностных и экономических показателей двигателя установленным требованиям испытания должны быть прекращены.

6.3.2 При испытаниях следует регистрировать:

• расход воздуха, кг/ч;
• расход топлива, кг/ч;
• частоту вращения коленчатого вала, \text{мин}^{- 1} ;
• крутящий момент, Н x м;
• температуру, °C:

под свечой (для двигателя с искровым воспламенением);

воздуха на входе в измерительное устройство или во впускной коллектор;

отработавших газов;

топлива;

• атмосферное давление, кПа;
• относительную влажность воздуха в точке измерения температуры воздуха, %.

6.3.3. Режимы работы двигателей при проведении испытаний по определению выбросов вредных веществ двигателей с искровым воспламенением приведены в Приложении Б, дизелей — в Приложении В.

6.3.4. При проведении испытаний по определению выбросов вредных веществ и дымности на каждом режиме двигатель должен проработать не менее 5 мин, после чего проводят измерения.

6.3.5. Показатели содержания вредных веществ в отработавших газах фиксируют посредством непрерывной записи в течение 1 мин либо дискретно — пятикратным записыванием показателей каждого газоанализатора. За результат на каждом режиме принимают среднеарифметическое результатов пяти измерений (при дискретной записи) либо значение, полученное в результате осреднения графика (при непрерывной записи).

6.3.6. Дымность отработавших газов дизелей определяют на режимах регуляторной характеристики в диапазоне частот вращений коленчатого вала, соответствующих максимальной мощности и максимальному крутящему моменту. Количество режимов должно быть не менее шести и по возможности расположенных равномерно в указанном диапазоне.

6.3.7. Показатели дымности отработавших газов определяют при трехкратной дискретной фиксации показаний дымомера. За результат принимают среднеарифметическое результатов трех измерений.

6.3.8 Испытания следует проводить в один день без перерыва.

6.4 Порядок обработки результатов испытаний

6.4.1. Массовые выбросы вредных веществ рассчитывают для каждого режима (Приложения Б и В) по формулам (методика дана из условия проведения расчета для влажного состояния отработавших газов):

G_{NO_{x}} = 0,001587 \cdot W_{NO_{x}} \cdot F_{NO_{x}} \cdot (G_{\text{т}} + G_{\text{в}}) ; (3)

G_{CH} = K_{x} \cdot F_{CH} \cdot W_{CH} \cdot (G_{\text{т}} + G_{\text{в}}) ; (5)

\phi_{\text{абс}} = \frac{6,22 \cdot \phi_{\text{окр}} \cdot p_{s}}{B_{\text{окр}} - 0,01 \cdot \phi_{\text{окр}} \cdot p_{s}} . (7)

6.4.2 Удельные выбросы вредных веществ вычисляют по формуле

6.5 Правила оформления результатов контроля

Результаты испытаний оформляют в виде протокола по форме, приведенной в Приложении Г; к протоколу должны быть приложены все промежуточные данные испытаний, необходимые для расчета удельных выбросов оксидов азота, оксида углерода и суммарных углеводородов с отработавшими газами, а также для определения дымности отработавших газов.

При необходимости проведения идентификации двигателя протокол оформляют в соответствии с Приложениями Г и Д.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

7.1. Требования безопасности при проведении испытаний — по ГОСТ 18509 и ГОСТ 14846.

Приложение А (обязательное)

А.1. Требования к газоанализатору

А.1.1. Концентрацию вредных веществ в отработавших газах измеряют с помощью быстродействующих газоанализаторов непрерывного действия. Измерение концентрации оксидов азота следует производить анализатором хемилюминесцентного типа с преобразователем диоксида азота в оксид азота; оксида углерода — анализатором недисперсного типа с поглощением в инфракрасной части спектра; суммарных углеводородов — анализатором пламенно-ионизационного или инфракрасного типа.

Можно использовать анализаторы других типов при условии получения эквивалентных результатов.

А.1.2. Пробоотборная магистраль суммарных углеводородов и регистрирующее устройство анализатора должны быть с подогревом, обеспечивающим их температуру 150 — 200 °C. Пробоотборная линия оксидов азота должна обеспечивать температуру пробы не менее 70 °C. При испытаниях дизеля все нагреваемые пробоотборные линии должны быть снабжены противосажевым нагреваемым фильтром.

А.1.3. Относительная погрешность газоанализаторов, определенная без учета погрешности поверочных газовых смесей, не должна быть более +/- 3% относительно предельных показаний приборов для используемых диапазонов измерений. Относительная погрешность поверочных газовых смесей не должна превышать +/- 2% номинального значения их концентраций.

А.1.4. Система выпуска отработавших газов, пробоотборные зонды, пробоотборная линия и их соединения не должны давать утечку отработавших газов и подсос воздуха.

А.1.5. По окончании испытаний пробоотборные магистрали газоанализаторов должны быть продуты инертным газом (согласно инструкции на приборы). После продувки следует проверить тарировку газоанализаторов. Результаты измерений в ходе испытаний считаются достоверными, если показания анализаторов до и после испытаний отличаются не более чем на +/- 3%.

А.2.1. Дымомер должен работать по методу просвечивания столба отработавших газов определенной длины. Эффективная база дымомера должна составлять 0,43 м.

А.2.2. В качестве источника света в измерительной схеме дымомера следует использовать электрическую лампу накаливания с цветовой температурой нити 2800 — 3250 К.

А.2.3. В качестве датчика в фотоизмерительной схеме дымомера следует использовать фотоприемник со спектральной характеристикой, близкой к спектральной характеристике глаза человека: максимальная чувствительность — при длине волны 550 — 570 нм; менее 4% максимума — при длинах волн ниже 430 нм и выше 680 нм.

А.2.4. Дымомер должен быть снабжен индикатором дымности с двумя измерительными шкалами: основной и вспомогательной.

А.2.5. Основная измерительная шкала индикатора дымности должна быть градуирована в единицах натурального показателя ослабления светового потока K, \text{м}^{- 1} . Диапазон шкалы изменений натурального показателя ослабления светового потока должен быть от 0 (абсолютно прозрачная среда) до \infty (абсолютно светонепроницаемая среда).

А.2.6. Вспомогательная измерительная шкала индикатора дымности должна быть линейной и градуирована в относительных единицах коэффициента ослабления светового потока N, %. На шкале должно быть 100 делений в диапазоне изменения коэффициента ослабления светового потока от 0 (абсолютно прозрачная среда) до 100% (абсолютно непрозрачная среда).

А.2.7. Связь между основной и вспомогательной шкалами индикатора дымомера выражается формулой

K = - L^{- 1}Ln(1 - N/100) (А.1)

или

N = (1 - e^{- KL})100 . (А.2)

А.2.8. Если эффективная база дымомера, используемого при испытаниях, не равна 0,43 м, то показания, снятые по линейной шкале, должны быть приведены к показаниям линейной шкалы прибора с эффективной базой 0,43 м по формуле

N = 100[1 - (1 - N_{L}/100)^{a}] , (А.3)

где a — показатель степени

N_{L} — коэффициент ослабления при измерении дымомером с эффективной базой L (м), %.

А.2.9. Дымомер должен быть оборудован устройствами контроля температуры и давления столба отработавших газов, находящихся в измерительной камере.

Во время испытаний температура отработавших газов в измерительной камере дымомера должна поддерживаться в пределах 70 — 150 °C, а избыточное давление — 400 — 750 Па.

(обязательное)

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ

ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ

2. Предприятие-изготовитель двигателя и его адрес _________________________

3. Марка топлива, на котором проводили испытания __________________________

4. Значения удельных выбросов двигателя, г/(кВт x ч), полученные во время испытаний, и установленные настоящим стандартом нормы удельных выбросов:

• углеводороды _____________

Ответственный за испытания (должность, фамилия, имя, отчество)

Подпись                                                Место печати

Г.2. Форма протокола испытаний дизелей по определению дымности отработавших газов

 Испытательная организация, дата, место проведения и вид испытаний

1. Марка дизеля, его заводской номер

2. Предприятие-изготовитель дизеля и его адрес ____________________________

3. Марка дизельного топлива, на котором проводили испытания

4. Дымность отработавших газов дизеля, % или \text{м}^{- 1} , нормы и значения, полученные во время испытаний:

на установившихся режимах:

Подпись                                                Место печати

Приложения В, Г (Измененная редакция, Изм. № 1).

Приложение Д (обязательное)

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ И СВЕДЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ