УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR AUTOMOTIVE ENGINE OFF-GAS SAMPLING

Изобретение относится к устройствам для отбора проб отработавших газов двигателя, позволяющего производить отбор проб на движущемся транспортном средстве, и может быть использовано при контроле технического состояния транспортных средств и для оценки опасности воздействия транспортных средств на окружающую среду.
Передовой научно-технический уровень решений в этом направлении представлен системами отбора и анализа проб отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС) в движущемся транспортном средстве в виде встроенных в конструкцию транспортных средств электронных систем оценки качества ОГ ДВС после камер сгорания двигателя с возможностью возврата части отработавших газов в камеру сгорания [патент RU 2224233, G01M 15/00, опубл. 20.02.2004]. При этом датчики ионов водорода и углерода, а также несгоревших углеводородов размещены непосредственно в коллекторе отработавших газов. Но даже при встроенных электронных системах контроля качества сгорания моторных топлив о техническом состоянии транспортных средств судят по анализам проб, отбираемых из выхлопного патрубка транспортных средств.
Встроенные электронные системы оценки эффективности использования моторных топлив могут быть использованы только на транспортных средствах, обеспеченных внутренними системами регуляции.
Оценка технического состояния транспортных средств без встроенных электронных систем осуществляется путем анализа состава отобранных проб после выхлопного патрубка ДВС.
Известно устройство для отбора проб ОГ ДВС, которое предусматривает наличие газоотборного зонда, вводимого в выхлопную трубу транспортного средства, с последующим направлением пробоотборника в специализированные лаборатории для анализа состава отработавших газов при конкретном режиме работы двигателя. С целью нормирования технического состояния автомобиля в нашей стране действует ГОСТ 17.2.2.03-77 «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и метод определения». Согласно этому ГОСТ допускается содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей при работе на холостом ходу и при отборе пробы внутри выпускного трубопровода на расстоянии не менее 300 мм от его среза - не более 2,0% по объему при малой частоте вращения коленчатого вала; не более 1,5% по объему при большой частоте вращения (0,6 n от частоты вращения, соответствующей номинальной мощности двигателя).
Аналогичным образом техническое состояние транспортных средств, работающих на дизельном топливе, определяется по дымности отработавших газов (ГОСТ 17.2.2.01-84 «Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов»). Причем газоотборник дымомера вводится в выхлопную трубу. Зонд газоотборника должен представлять собой трубку с открытым концом, расположенным в центре по оси выпускной трубы и обращенным навстречу потоку отработавших газов. У V-образных дизелей отбор проб проводят из общего выпускного трубопровода, а при невозможности объединения трубопроводов - из одного ряда цилиндров. Зонд газоотборника должен располагаться 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).
Недостатком данного технического решения является необходимость остановки транспортного средства для отбора пробы и невозможность предотвратить протекание вторичных химических реакций между ингредиентами состава ОГ ДВС в момент отбора проб, имеющих температуру около 500°C [Проверка и регулировка токсичности отработавших газов двигателя. / [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://stroy-technics.m/article/proverka-i-regulirovka-toksiclmosti-otrabotavshikJi-gazov-dvigatelya - дата обращения 10.12.2012].
Известен пробоотборник SIGMA SD 900 R, корпус которого полностью герметичен и обеспечивает защиту всех электромеханических компонентов по классу NEMA 4х, 6, IP67. Клавиатура, переключатели и дисплей закрыты влагонепроницаемой коррозионно-устойчивой мембраной Герметичные внешние разъемы и привод насоса обеспечивают климатическую устойчивость. Отобранные образцы надежно защищены и законсервированы внутри охлаждаемой камеры. Камера выполнена из пластика или нержавеющей стали [Пробоотборник Sigma SD 900 Р / Экоинструмент / [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ecoinstrument.ru/catalog/avtomaticheskie_dlya_ zhidkikh_sred/probootbornik_sigma_sd_900_p/ - дата обращения 12.01.2013].
Данный тип пробоотборников невозможно использовать на движущемся транспортном средстве.
Известны газоанализаторы типа Автотест CO-CH-1 (Россия), ЕТТ фирмы БОШ [патент RU №2409747, F01N 3/08, опубл. 20.01.2011. БИ №2], которые позволяют получить достоверные данные о составе отработавших газов при различных режимах работы двигателя внутреннего сгорания и соответственно о техническом состоянии транспортного средства на специальных испытательных стендах. Указанное техническое решение также невозможно использовать на движущемся транспортном средстве.
Наиболее близким техническим решением, принятым нами за прототип, является устройство для отбора проб отработавших газов двигателя транспортных средств, содержащее пробоотборник, соединенный с выхлопной трубой посредством входной трубки, с отборной эластичной камерой, смонтированной в переносном приспособлении, и контрольно-регистрирующую аппаратуру, причем отборная эластичная камера выполнена съемной и снабжена дистанционно управляемым запорным элементом, а переносное приспособление снабжено патрубком, выходной конец которого расположен в одной плоскости с концом пробоотборника [патент RU №2023250, G01N 1/24, опубл. 15.11.1994]. При этом устройство для забора проб крепится к кузову транспортного средства, а вход-выход отработавших газов двигателя в отборную эластичную камеру регулируется электромагнитным замыкательным устройством.
Недостатком указанного пробоотборного устройства является невозможность обеспечения дискретного по времени отбора обособленных проб ОГ ДВС, в том числе при различных режимах работы двигателя, а также невозможность консервации изменения состава проб.
Задачей заявляемого технического решения является обеспечение отбора проб отработавших газов ДВС из выхлопной трубы движущегося транспортного средства при различных режимах работы двигателя и предотвращение возможности протекания вторичных химических реакций между компонентами ОГ ДВС.
Поставленная задача решается тем, что устройство для отбора проб отработавших газов двигателя транспортного средства, содержащее пробоотборник, соединенный с выхлопной трубой посредством входной трубки, с отборной эластичной камерой, смонтированной в переносном приспособлении, и контрольно-регистрирующую аппаратуру, причем отборная эластичная камера выполнена съемной и снабжена дистанционно управляемым запорным элементом, а переносное приспособление снабжено патрубком, выходной конец которого расположен в одной плоскости с концом пробоотборника, согласно изобретению входная трубка имеет поворотный механизм, обеспечивающий многовариантность соединения с очередной отборной эластичной камерой, а также клапан, замыкающий вход отработавших газов двигателя внутреннего сгорания во входную трубку, причем каждая из отборных эластичных камер имеет контактный механизм отключения пробоотбора при заполнении всего объема отборной эластичной камеры, кроме того, переносное приспособление имеет внутреннюю охлаждающую оболочку и охлаждаемый туннель для прохождения отработавших газов от выхлопной трубы транспортного средства, а контрольно-регистрирующая аппаратура выполнена в виде процессора, взаимосвязанного с поворотным механизмом, обеспечивающим соединение очередной отборной эластичной камеры с входной трубкой устройства и клапаном, замыкающим вход отработавших газов двигателя внутреннего сгорания во входную трубку.
Причем процессор запрограммирован, но может быть включен водителем транспортного средства при интересующих режимах работы двигателя, при этом процессор перед каждым циклом пробоотбора открывает клапан во входную трубку пробоотборного устройства.
Конструкция устройства представлена на чертеже.
Схема устройства включает: входной конец патрубка 1 устройства, являющийся входом в охлаждаемый туннель 2 для прохождения ОГ от патрубка выхлопной трубы транспортного средства 3; клапан 4, замыкающий вход ОГ ДВС во входную трубку 5; процессор 6; поворотный механизм 7; отборная эластичная камера 8; соединительный канал 9; поворотный диск 10; внутренняя охлаждающая оболочка туннеля 11 для прохождения ОГ ДВС от патрубка 3 выхлопной трубы ДВС; внутренняя охлаждающая оболочка 12 переносного приспособления 13; крупноячеистая сетчатая оболочка 14; контактный механизм 15 отключения пробоотбора; выпускной клапан 16; крепление 17 к кузову транспортного средства; блок питания 18 устройства; ручка для транспортировки 19.
Устройство работает следующим образом. Входное отверстие патрубка 1 охлаждаемого туннеля 2 для прохождения отработавших газов соединяют с патрубком выхлопной трубы транспортного средства 3 и фиксируют креплением 17 к кузову транспортного средства. В исходном положении закрыт клапан 4, замыкающий вход отработавшим газам двигателя внутреннего сгорания во входную трубку 5. Клапан 4 предназначен для того, чтобы избежать засорения входной трубки 5 маслянистыми элементами состава отработавших газов вне фазы отбора проб, что позволяет избежать искажения состава очередной отбираемой пробы отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.
При интересующем режиме работы двигателя по команде процессора 6 открывается клапан 4 и с помощью поворотного механизма 7 обеспечивается соединение одной из отборных эластичных камер 8 с потоком отработавших газов по охлаждаемому туннелю 2 через соединительный канал 9 в поворотном диске 10 поворотного механизма 7, при этом все остальные отборные эластичные камеры 8 находятся вне контакта с соединительным каналом 9 в поворотном диске 10, что исключает возможность проникновения в них отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Поворотный диск 10 имеет возможность поворота на определенный угол строго в одном направлении, причем каждый поворот по команде процессора 6 обеспечивает совпадение соединительного канала 9 поворотного диска 10 с входом в очередную эластичную поворотную камеру 8. Поворотный механизм 7 со ступенчатым смещением поворотного диска 10 может быть выполнен, например, на базе мини-электромотора (на чертеже не показан).
Наличие внутренней охлаждаемой оболочки 11 охлаждаемого туннеля 2 для прохождения отработавших газов от патрубка 3 выхлопной трубы транспортного средства предотвращает термическое воздействие ОГ ДВС на элементы устройства для отбора проб отработавших газов двигателя транспортного средства, тогда как внутренняя охлаждаемая оболочка 12 переносного приспособления 13, выполненная, например, в виде охлаждаемых панелей, предотвращает термическое взаимодействие ингредиентов состава отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Консервация пробы, кроме ее охлаждения, способствует герметизации каждой камеры, что исключает контакт пробы с озоном и другими факторами, например ультрафиолетовым излучением, стимулирующими образование вторичных и третичных продуктов взаимодействия ОГ ДВС. Поступление требуемого объема пробы отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в конкретную отборную эластичную камеру 8 происходит под напором потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в связи с тем, что отборная эластичная камера 8 выполнена, например, в виде гофрированной емкости заданного объема и помещена в крупноячеистую сетчатую оболочку 14, имеющую контактный механизм 15 оповещения о наполнении всего объема отборной эластичной камеры 8. Замыкание контактов 15 инициирует процессор 6 к включению поворотного механизма 7 в положение, исключающее соединение очередной отборной эластичной камеры 8 с входной трубкой 5 устройства. Внутренний объем переносного приспособления 13 изменяется по мере заполнения отборных эластичных камер 8, при этом накопление избыточного давления предотвращается выпускным клапаном 16, размещенным в одной из стенок переносного приспособления 13.
По окончании всех серий пробоотбора блок крепления 17 устройства отсоединяют от кузова транспортного средства, а отборные эластичные камеры 8 с пробами отработавших газов двигателя внутреннего сгорания направляют в лабораторию для химического анализа, причем внутреннюю поверхность охлаждаемого туннеля 2, а также входную трубку 5 устройства вместе с соединительным каналом 9 поворотного диска 10 промывают ацетоном и высушивают, что обеспечивает их подготовку к следующему циклу. В подготовку к следующему циклу пробоотбора входит процедура подзарядки блока питания 18 устройства, совмещенная с охлаждением внутренней охлаждаемой оболочки 12 переносного приспособления 13, выполняющей функции мини-холодильника.
Отборные эластичные камеры 8 в заявляемом техническом решении являются одноразовыми гофрированными изготовленными из силикона, латексной резины или полипропилена.
Объем каждой отборной эластичной камеры 8 рекомендуем нормировать одним литром, что обеспечивает возможность удельного нормирования концентрации компонентов отработавших газов двигателя внутреннего сгорания при различных режимах работы двигателя.
В примере конкретного исполнения устройство запрограммировано на отбор девяти представительных проб отработавших газов двигателя внутреннего сгорания: при работе на холостом ходу, при нормальном и форсированном режимах работы двигателя, причем эти режимы пробоотбора повторяли трижды в различные периоды городского цикла, включая выезд на трассу, стоянку у светофора и в период максимальной нагрузки на максимальной скорости движения транспортного средства.
В одном из вариантов конструктивного исполнения управление пробоотбором вынесено в кабину транспортного средства в виде кнопочного включения каждого такта пробоотбора при интересующих водителя режимах работы двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. При этом крепление 17 устройства к кузову транспортного средства выполняет функции электроразъема. В этом варианте исполнения подключение устройства отбора проб к электрообеспечению транспортного средства позволяет усилить охлаждение внутренней охлаждающей оболочки 12 переносного приспособления 13 устройства в продолжении всего ездового цикла транспортного средства.
Каждый из элементов устройства известен и используется по своему прямому назначению, но их новая совокупность позволяет получить новый полезный эффект.
Предложенное устройство позволяет производить отбор проб отработавших газов ДВС из выхлопной трубы движущегося транспортного средства при различных режимах работы двигателя и предотвратить возможность протекания вторичных химических реакций между компонентами ОГ ДВС.