При работе дизельного двигателя в атмосферу выбрасывается в среднем около 20 кг сажи на 1 т сгоревшего топлива. В зависимости от режима работы двигателя на долю сажи приходится от 30 до 90% токсичного воздействия, которое обусловлено наличием в ней бензапирена.

В крупных городах концентрация бензапирена при изменении интенсивности движения составляет 0,7—6,9 г на 100 м3 воздуха, а один дизельный двигатель выбрасывает в атмосферу свыше 60 г/мин бензапирена, который не разлагается в течение 2 сут и оказывает отравляющее воздействие.

Из приведенных данных можно заключить, что борьба с дымлением дизельных двигателей и контроль величины дымления являются настоятельной необходимостью. Эта задача приобретает особую актуальность в связи с ростом в нашей стране парка автомобилей с дизельными двигателями.

Факторы, влияющие на дымление дизельных двигателей, можно разделить на две группы: связанные с системой питания и не связанные с ней. Из второй группы факторов сразу можно отметить техническое состояние цилиндро-поршневой группы, износ деталей которой ведет к уменьшению степени сжатия и коэффициента наполнения, а также к увеличению количества масла, проникающего в цилиндры двигателя. В этих условиях нормальное протекание сгорания нарушается, дымление двигателя возрастает.

Первая группа факторов целиком относится к системе питания и характеризует влияние угла опережения впрыска, давления начала впрыска форсункой и величины цикловой подачи на характер дымления.

Угол опережения впрыска влияет на начало подачи топлива в цилиндры двигателя и на состав смеси. Изменение угла опережения впрыска в сторону опережения или запаздывания от оптимального положения приводит к увеличению дымления двигателей (рис. 80). Как видно из кривой, изменение угла на 4—6° вызывает увеличение дымления на 25—30%. Такое изменение угла опережения впрыска наблюдается практически примерно у 50% двигателей автомобилей, находящихся в эксплуатации.

Начало впрыска форсункой, определяемое степенью затяжки ее пружины, влияет на распыливание топлива и на момент воспламенения. С уменьшением затяжки пружины форсунки, а следовательно, и изменением давления начала впрыска ухудшается качество распыливания и возрастает дымление двигателя примерно на 20%.

Величина цикловой подачи топлива изменяется водителем при управлении автомобилем. Чтобы получить большую мощность двигателя, водитель увеличивает подачу. При этом в цилиндрах сгорает большое количество топлива при несколько уменьшающемся поступлении воздуха. Длительность сгорания топлива возрастает и в отработавших газах увеличивается количество несгоревших углеводородов и сажи, в результате чего дымление двигателя повышается.

Зависимость изменения дымления двигателя от нагрузки показывает, что даже при нормальном техническом состоянии приборов системы питания дымление двигателя возрастает в 4—5 раз при увеличении нагрузки двигателя от 25 до 100%.

Для уменьшения процентного содержания сажи в отработавших газах дизельных двигателей применяют дизельное топливо более высокого качества. Так, ГОСТ 4749—73 и 503—73 на дизельное топливо предусматривают увеличение цетанового числа для всех марок автомобильных топлив до 45 единиц. Это способствует более быстрому воспламенению и улучшению сгорания, что ведет к снижению количества сажи в отработавших газах.

Рис. 80. Изменение дымления двигателя в зависимости:
1 — от угла опережения впрыска топлива при полной мощности, 2 — от давления начала впрыска топлива при полной мощности, 3 — от нагрузки

Другой путь снижения дымности отработавших газов — применение в топливах антидымных присадок на основе бария. Введение 1% таких присадок приводит к снижению количества сажи на 70—80%. Снижение дымности газов может быть достигнуто также дожиганием отработавших газов в нейтрализаторах.

Анализ отработавших газов дизельных двигателей показывает, что количество наиболее токсичных компонентов и сажи обратно пропорционально коэффициенту избытка воздуха (рис. 81). Однако использование коэффициента избытка воздуха в качестве диагностического показателя при оценке токсичности затруднено вследствие сложности его замера. Поэтому при практическом определении токсичности отработавших газов измеряют содержание сажи в абсолютных величинах (грамм в кубическом метре) или в относительных, например по светопоглощающей способности.

Между дымностью отработавших газов и содержанием в них сажи (рис. 82) существует прямая связь, которая позволяет использовать для измерения содержания сажи способ определения светопоглощающей способности. На этом способе основаны приборы, которые применяются для диагностирования системы питания дизельных двигателей.

Способ измерения содержания сажи, основанный на от-фильтровывании частиц сажи из отработавших газов, дает менее надежные результаты. Он позволяет лишь приблизительно оценить дымность газов сравнением цвета фильтра, на котором осели частицы сажи, с эталоном, имеющим шкалу черноты. Указанный способ используется в приборе ФМ-1 производства ВНР.

Из отечественных приборов для диагностирования системы питания дизельного двигателя применяются модели К-408 и УФМД-1П. Оба прибора работают на принципе измерения светопоглощающей способности объема газов, просвечиваемых электрической лампочкой. В приборе УФМД-1П используется дополнительно способ фильтрования, причем результаты измерения регистрируются фотоэлектрическим устройством.

Рис. 81. Зависимость концентрации сажи и окиси углерода в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха

Рис. 82. Зависимость между дымностью и содержанием сажи в отработавших газах

Прибор К-408 состоит из газовой и электроизмерительной частей, которые смонтированы в металлическом корпусе на раме, снабженной четырьмя колесиками для передвижения. Электроизмерительная часть содержит стабилизатор напряжения, электрическую лампочку 12 В, 30 Вт, микроамперметр, потенциометр регулирования тока фотоэлемента.

Газовая часть прибора (рис. 83) представляет собой камеру, имеющую входное устройство с отстойником и вентилятор. Лампочка и фотоэлемент связаны жестко между собой общей

осью и могут поворачиваться ручкой в верхнее или нижнее положение. При повороте в верхнее положение они устанавливаются против отверстий измерительного цилиндра, а при нижнем — против отверстий эталонного цилиндра. Вентилятор подает воздух через эталонный цилиндр так, что его поток обтекает лампочку и фотоэлемент, предохраняя их от загрязнения отработавшими газами.

При проведении анализа лампочку и фотоэлемент устанавливают против измерительного цилиндра, в который через входное устройство подают отработавшие газы. Световой поток лампочки, проходя через измерительный цилиндр, заполненный газами, уменьшается, и фотоэлемент вырабатывает меньший ток, чем во время тарировки прибора, когда фотоэлемент и лампочку устанавливают против отверстий эталонного цилиндра.

Сравнение показаний прибора при тарировке и в момент замера поглощающей способности газов позволяет определить количество сажи в отработавших газах. Шкала прибора отградуирована в процентах дымности отработавших газов, причем за ноль принимается показание, когда световой поток проходит через эталонный цилиндр с чистым воздухом.

Прибор УФМД-1П (рис. 84) по принципу действия аналогичен прибору К-408. Он состоит из основной измерительной камеры, в которой установлена электрическая лампочка и фотоэлемент. Кроме основной камеры в приборе имеется дополнительная камера измерения количества сажи на фильтре. Она содержит лампочку и фотоэлемент оценки загрязненности фильтра, который устанавливается перед фотоэлементом на пути светового потока. Фотоэлементы основной и дополнительной камер соединены с измерительным прибором, регистрирующим процент дымности отработавших газов.

Рис. 83. Схема газовой части прибора К-408:
1 — вентилятор, 2 — эталонный цилиндр, 3 — лампочка, 4 —входное устройство с отстойником, 5 — измерительный цилиндр, 6 — фотоэлемент, 7 — ручка поворотной оси

Для определения дымности газов по способу фильтрования в насадку устанавливают фильтровальную бумагу и направляют на нее через кран поток отработавших газов от зонда.

Рис. 84. Схема универсального фотометрического дымомера УФМД-1П:
1 — зонды для отбора и отсоса отработавших газов, 2, 10 — электрические лампочки, 3 — пьезометр замера избыточного давления в насадке, 4 — насадка для отфильтровывания сажи, 5 — фотоэлемент измерительной камеры, 6 — измерительная камера, 7 — измерительный прибор, отградуированный, 8 — фотоэлемент оценки загрязненности фильтра, 9 — камера измерения количества сажи на фильтре, К1—К4 — краны, В1—В4 — электрические выключатели, Ф — фильтровальная бумага, Rl, R2 — потенциометры, Б — аккумуляторная батарея

Бумага зачерняется сажей, далее ее помещают в дополнительную камеру и фотометрированием определяют дымность отработавших газов.

Если проверку дымности ведут по способу измерения светопоглощающей способности, по поток отработавших газов направляют в основную измерительную камеру, а результаты регистрируют прибором, замеряя электрический ток от фотоэлемента.