Анализ газов в двигателе

При испытании двигателей газовый анализ производится у выпускных газов, а в случае испытания газового двигателя, то еще и га­зового топлива. Анализ выпускных газов выполняется с целью определения количественного и качественного их состава, что позволяет установить степень неполноты сгорания и значение коэффициента избытка воздуха при сгора­нии топлива. Анализ газов, образующихся в цилиндре двигателя в период протекания процесса сгорания, позволяет выявить динамику этого процесса.

Коэффициент избытка воздуха при сгорании оп­ределяется по составу выпускных газов по формуле (57):

или в случае наличия в выпускных газах окиси уг­лерода

Соответствие пробы выпускного газа, взятой для анализа, среднему составу существенно влияет на степень точности результатов газового ана­лиза. Место отбора газа, способ отбора и способ хранения его не должны изменить состав газа. Отбор газа должен производиться непосредственно в газоанализатор или в специальные стеклянные сосуды (аспираторы). Отбор пробы выпускных газов берется непосредственно из выпускного трубопровода после коллектора, для чего на прямом участке этого трубо­провода закрепляется кран.

В двухтактных и в четырехтактных дизелях с наддувом для определения среднего состава продуктов сгорания на выпускном патрубке устанавли­вают отборочный клапан, который открывается для взятия пробы газа только в период свободного выпуска. Пробы газов непосредственно из ци­линдра двигателя отбираются специальными клапанами, открывающимися в требуемые периоды рабочего цикла.

В случае отбора газа из выпускного тракта дизелей с наддувом за весь период выпуска необходимо иметь в виду, что в этом случае по анализу вы­пускных газов (57) определяется суммарный коэффициент избытка воздуха ?_?. Коэффициент избытка воздуха при сгорании будет равен

Если принять погрешность в определении содержания азота в выпуск­ных газах равной ±0,1%, то относительная ошибка в определении коэффи­циента избытка воздуха в соответствии с формулой (54) будет равна

где N₂ — содержание азота в выпускных газах в процентах по объему.

Анализ выпускных газов, а также горючих газов при испытании двига­телей производится химическими газоанализаторами, основанными на се­лективном (выборочном) поглощении газов жидкими реактивами. Каждый реактив, через который проходит анализируемая смесь газов, поглощает какой-либо один из газов. Измеряя объем смеси газов до и после поглощения в каждом реактиве, можно определить объемы отдельных газов, входящих в состав анализируемой смеси (выпускные газы, или горючие газы). При наличии в газовой смеси горючих газов (окиси углерода, водорода, метана и др.) их прежде дожигают, а потом продукты сгорания поглощаются реак­тивами, так как газоанализаторы непосредственным поглощением позволяют удовлетворительно определить только содержание углекислоты и кисло­рода.

Содержание азота в газовой смеси определяется по остатку пробы:

Простейший газоанализатор типа Орса позволяет определить только содержание углекислоты и кислорода в выпускных газах двигателя. Для более точного определения состава выпускных газов, т. е. для определения наличия окиси углерода в них, а также для определения состава горючих газов применяются газоанализаторы с дожиганием газов типа Норзе и ВТИ.

На рис. 204 показан общий вид газоанализатора ВТИ-2. Бюретка для забора газа 8 состоит из двух частей, соединенных между собой в верхней части капилляром. Левая часть имеет четыре расширенных участка, каж­дый объемом 20 мл с ценой деления 0,05 мл. Правая часть бюретки объемом 22 мл с этой же ценой делений. К нижним концам бюретки с помощью кра­нов 12 присоединена напорная склянка 10. Кроме того, имеется бюретка для запасной пробы газа 9 и напорная склянка 7. Бюретка, 8 помещена в холо­дильнике 11, температура воды в котором контролируется термометром.

В более поздних моделях термометр заменяется компенсатором давления 6. Прибор имеет семь поглотительных сосудов 5, каждый из них имеет кран 1 с двумя боковыми отростками капиллярных трубок для соединения их между собой. Первый сосуд (справа) заполнен едким калием, второй — бромной водой, третий и четвертый — раствором пирогаллола, пятый и шестой — аммиачным раствором хлористой меди, седьмой — насыщенным раствором хлористого натрия.

Дожигающее устройство 4 состоит из трубчатой петли из нержавеющей стали и электрической печи с регулятором температуры нагрева 13. Дожига­ние окиси углерода производится при температуре 270—290° С, метана — при 850—900° С. Температура измеряется термометром 3.

Отобранная проба газовой смеси пропускается несколько раз: через первый сосуд для поглощения углекислоты; через второй и затем снова через первый — для поглощения тяжелых углеводородов; через третий и четвертый — для поглощения кислорода и через пятый и шестой — для поглощения окиси углерода. После этого для сжигания водорода и остатка окиси углерода газ пропускают медленно через нагретую петлю в седьмой сосуд 14 с помощью кранов 2. При этом содержание водорода определяется по уменьшению объема газа, а содержание окиси углерода определяется по количеству образовавшейся углекислоты, объем которой находится погло­щением в сосуде с раствором едкого калия.