Opis stanowiska badawczego

Badania wpływu pochylenia drogi w testach homologacyjnych pojazdów na emisję związków szkodliwych w spalinach samochodów wykonano w Laboratorium Badań Emisji Spalin Instytutu Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL. W badaniach wyko-rzystano zarówno typową (do pomiarów metodą „z worków pomiarowych”), jak i roz-budowaną (do analizy modalnej) aparaturę do pomiaru emisji związków szkodliwych w spalinach [7, 8]. Badania emisji spalin na hamowni podwoziowej (rys. 5.3) wykony-wano zgodnie z metodami obowiązującymi w Europie, opisanymi w pracach [11–13].

Rys. 5.3. Schemat zmodyfikowanego laboratorium emisji z komorą klimatyczną, hamownią podwoziową, tunelem rozcieńczającym spaliny powietrzem, workami na próbki spalin, analiza-torami spalin wraz z zestawem analizatorów do analizy modalnej spalin nierozcieńczonych [10]

Laboratorium emisji to klimatyzowane pomieszczenie do prowadzenia testów jezd-nych samochodu, w którym zamontowana jest hamownia podwoziowa i które służy do prowadzenia testów emisji związków szkodliwych w spalinach, zużycia paliwa i osią-gów samochodu podczas różnych cykli jezdnych. Testy emisji typu homologacyjnego wykonuje się z wykorzystaniem specjalnych worków z tworzywa sztucznego do pobie-rania próbek spalin rozcieńczonych powietrzem z otoczenia, a także tunelu

rozcieńcza-5. Metodyka badań 44 jącego (dla silników zarówno z zapłonem iskrowym, jak i z zapłonem samoczynnym).

Laboratorium jest przystosowane do prowadzenia bardzo różnorodnych typów badań, między innymi:

– badań próbek spalin rozcieńczonych powietrzem z wykorzystaniem układu CVS oraz badań spalin nierozcieńczonych zgodnie z międzynarodowymi przepisami,

– analizy modalnej spalin rozcieńczonych i nierozcieńczonych,

– pomiarów spalin nierozcieńczonych w dowolnym punkcie w układzie wylotowym silnika (głównie przed i za reaktorem katalitycznym),

– pomiarów i archiwizacji temperatur z 8 możliwych do umieszczenia na układzie wylotowym termopar,

– pomiarów stosunku powietrza i paliwa dostarczanych do silnika oraz obliczanie współczynnika nadmiaru powietrza λ i stopnia recyrkulacji spalin EGR,

– pomiarów skuteczności konwersji reaktora katalitycznego oraz określanie czasu li-ght-off w celu utleniania i redukcji związków szkodliwych,

– pomiarów emisji dwutlenku węgla i zużycia paliwa,

– masowego pomiaru emisji cząstek stałych i pomiaru liczby emitowanych cząstek sta-łych.

Komora klimatyczna stanowi integralną część laboratorium; w szerokim zakresie temperatur (od –35°C do 60 °C) [9] bada się w niej emisję związków szkodliwych spa-lin, zużycie paliwa i osiągi silnika i samochodu. Zakres ten wykracza poza obecne wy-magania przepisów dotyczących emisji, ale jest bardzo przydatny w prowadzonych pra-cach rozwojowych nad nowymi i modernizowanymi pojazdami i ich silnikami. Szeroki zakres temperatur otoczenia, w których mogą być prowadzone badania, jest odpowiedzą na obecne i przyszłe wymagania badawcze producentów silników, olejów smarujących, paliw i reaktorów katalitycznych. Komora pomiarowa wyposażona jest w systemy kon-troli temperatury i wilgotności powietrza, które dają możliwość utrzymywania żądanej temperatury i wilgotności z dużą dokładnością. Oprogramowanie systemu komputero-wego, sterującego funkcjonowaniem komory klimatycznej pozwala na wykonanie zde-finiowanych przez użytkownika zautomatyzowanych działań, tak by stabilizacja tempe-ratury mogła być osiągnięta przed rozpoczęciem testu badawczego.

Hamownia podwoziowa AVL Zoellner 48” wykorzystywana do testów emisji jest zaprojektowana do badań samochodów zarówno z przednim, jak i tylnym napędem oraz o maksymalnym obciążeniu osi wynoszącym 2000 kg. Napęd hamowni stanowi silnik asynchroniczny prądu zmiennego (AC) znajdujący się między rolkami. Przed hamownią podwoziową ustawiony jest wentylator z silnikiem o mocy 31,4 kW, chłodzący samo-chód. Wentylator ten symuluje przepływ powietrza od 0 do 125 km/h, proporcjonalnie do prędkości jazdy samochodu na hamowni podwoziowej.

Laboratorium wyposażone jest w zestaw badawczy do poboru i analizy spalin firmy HORIBA, składający się z układu próbkowania spalin CVS-CFV wraz z tunelem roz-cieńczającym, zestawu analizatorów spalin MEXA 7400 HRTLE (rys. 5.4a) do jedno-czesnego pomiaru trzech związków chemicznych (tlenek węgla, dwutlenek węgla i me-tan) i dwóch grup związków chemicznych (tlenki azotu, całkowite węglowodory) oraz systemu zarządzania VETS7000NT. Worki próbkujące na próbki spalin rozcieńczonych i próbki powietrza rozcieńczającego znajdują się w izolowanej szafie, w której utrzy-mywana jest temperatura 35 °C w celu zapobieżenia skraplania próbek (rys. 5.4b).

System poboru i rozcieńczania spalin składa się z dwóch niezależnych linii: pierw-szej dla samochodów z silnikami ZI z trójnikiem mieszającym spaliny z powietrzem i drugiej dla samochodów z silnikami ZS z tunelem rozcieńczającym (rys. 5.5). Na koń-cu tunelu rozcieńczającego znajduje się system do masowego pomiaru emisji cząstek stałych, w którym znajdują się filtry, przez które przepływa próbka spalin rozcieńczo-

a) b)

Rys. 5.4. Zestaw analizatorów spalin 7400 HTRLE (a) oraz worki próbkujące (b)

Rys. 5.5. Tunel rozcieńczający

nych. Filtry te są ważone przed i po każdym teście w celu określenia masowej emisji cząstek stałych z samochodów z silnikami ZS i ZI. Zastosowanie kalibrowanej przed każdym pomiarem mikrowagi oraz klimatyzowanego i wyposażonego w filtry pomiesz-czenia pomiarowego zapewnia dużą dokładność pomiarów masy PM, nawet dla samo-chodów o bardzo niskiej emisji, wyposażonych w DPF, dla których całkowita emisja PM w teście NEDC może być nawet poniżej 1 mg/km. System zarządzania VETS7000NT steruje pracą analizatorów podczas testów i analizy stężeń z worków pomiarowych, wykonuje kalibrację i przepłukiwanie analizatorów itp. System VETS

5. Metodyka badań 46 wysyła również automatycznie do monitora kierowcy przebieg cyklu jezdnego, wybra-nego spośród wymienionych wcześniej cykli. Dodatkowo system monitoruje warunki otoczenia (temperaturę, ciśnienie, wilgotność) oraz stężenie węglowodorów, metanu, tlenku węgla i tlenu w komorze.

Wraz w wprowadzeniem norm Euro 5+ i Euro 6 wprowadzono nowe wymaganie – limit liczby cząstek stałych dla lekkich samochodów użytkowych z silnikami ZS i ZI.

Jest ono znacznie bardziej wymagające w porównaniu do limitu masy cząstek stałych, co powoduje, że pomiary liczby cząstek stałych są obecnie głównym przedmiotem ba-dań dotyczących emisji cząstek stałych. Licznik 2000-SPCS firmy HORIBA pozwala na zliczanie stężenia cząstek stałych w spalinach rozcieńczonych z częstotliwością do 10 Hz (rys. 5.6). Urządzenie umożliwia szeroki zakres wyboru stopnia rozcieńczania spalin w celu zapewnienia zgodnych z wymaganiami (CPC ≤ 10 000 szt/cm³) wyników dla samochodów z różnymi układami oczyszczania spalin. Pozwala to na otrzymywanie powtarzalnych wyników dla samochodów z silnikami ZS zarówno z filtrami, jak i bez filtrów cząstek stałych (DPF). Stożkowa sonda próbkująca, podgrzewane przewody i reduktor lotnych cząstek zapewniają, że tylko cząstki stałe o wymiarach do 2,5 m są zliczane (zgodnie z wymaganiami PMP), a duże cząstki, które mogłyby uszkodzić urzą-dzenie są zatrzymywane i nie są liczone. Dodatkowo urząurzą-dzenie rejestruje w sposób ciągły emisję masową cząstek stałych, która może być porównywana z rejestrowaną również w sposób ciągły emisją HC, CO, NOx itp. Umożliwia to ocenę skuteczności działania układów oczyszczania spalin w zadanym punkcie pracy silnika podczas cyklu jezdnego.

Rys. 5.6. Tunel rozcieńczający, przewód do licznika cząstek, przewód analizatora HFID oraz licznik cząstek stałych HORIBA 2000-SPCS PN (na pierwszym planie)

5.2.2. Dobór obciążeń rolkowego stanowiska dynamometrycznego