Naslov
Mjerenje broja čestica u ispušnim plinovima
(Measurement of particle number in exhaust gases)

Autori
Radelić, Dominik

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, diplomski rad, diplomski

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
12.07

Godina
2019

Stranica
100

Mentor
Ilinčić, Petar

Ključne riječi
krute čestice, analizator za brojanje krutih čestica, emisije motora s unutarnjim izgaranjem
(particulate matter, particle number analyzer, IC engine emissions)

Sažetak
Obzirom na štetan utjecaj na zdravlje ljudi i onečišćenje okoliša, različitim homologacijskim propisima ograničene su emisije štetnih tvari koje vozila i drugi strojevi pogonjeni MSUI ispuštaju u okoliš. U ispušnim plinovima prisutne su krute čestice različitih oblika i dimenzija. Općenito se krute čestice u ispušnim plinovima s obzirom na kemijski sastav, način postanka i aerodinamički promjer čestica mogu podijeliti u tri skupine: grube čestice, akumulacijska skupina, nukleacijska skupina. Za redukciju emisije mase PM u vozilima i strojevima pogonjenim suvremenim Dieselovim MSUI zadužen je kombinirani sustav oksidacijskog katalizatora (DOC) te filtra krutih čestica (DPF). Za pripremu uzorka ispušnog plina koji će se ispitivati mjernim instrumentima koristi se sustav uzorkovanja i razrjeđivanja čija je zadaća prikupiti ispušne plinove MSUI, smanjiti koncentraciju komponenti ispušnih plinova na odgovarajuću razinu prikladnu za mjerenje, sniziti temperaturu na prikladnu vrijednost te regulirati procese kondenzacije i nukleacije. Uobičajene su u primjeni metode razrjeđivanja ukupnog protoka uz uzorkovanje konstantnog volumena (CVS) i razrjeđivanja djelomičnog protoka (PFD). U sustavu za razrjeđivanje ukupnog protoka prikupljaju se svi ispušni plinovi iz MSUI te se razrjeđuju u tunelu za razrjeđivanje, dok se kod razrjeđivanja djelomičnog protoka uzorkuje i razrjeđuje manji dio. Mjerenje mase PM osnovna je metoda mjerenja emisija krutih čestica MSUI, ali se pokazala nedostatnom zbog nemogućnost detekcije niskih masenih emisija PM suvremenih MSUI konvencionalnim vaganjem. Također, mjerenjem mase PM nije moguće provjeriti učinkovitosti rada filtra krutih čestica. Mjerenje PN preciznija je i brža metoda mjerenja od mjerenja mase PM uz bolju razlučivost. Mjerenje kojim se utvrđuju emisije PN u ispušnim plinovima provodi se kontinuiranim uzorkovanjem iz sustava za razrjeđivanje djelomičnog protoka ili iz sustava za razrjeđivanje ukupnog protoka. Za učinkovito mjerenje sve komponente sustava za uzorkovanje i razrjeđivanje moraju obavljati svoje predviđene uloge na odgovarajući način i s odgovarajućom točnošću. Određivanje broja krutih čestica u ispitnom uzorku ispušnih plinova MSUI obavlja se pomoću brojača krutih čestica. U praktičnoj primjeni ustalile su se dvije metode određivanja PN u ispušnim plinovima MSUI: kondenzacijsko brojanje čestica (CPC) i difuzijska metoda s efektom korone (DC). Za analizu ispušnih plinova MSUI upotrebljava se niz instrumenata, različitih tehničkih karakteristika, konfiguracija i metoda mjerenja. Analizatori se je prema mjestu, odnosno načinu provođenja ispitivanja dijele na stacionarne i prijenosne. U primjeni su prisutni mjerni instrumenti različitih proizvođača. TSI 3795 prijenosni je analizator namijenjen mjerenju broja krutih čestica u ispušnim plinovima. Uređaj se može koristiti za ispitivanja u laboratoriju ili u stvarnim uvjetima rada, a u radu primjenjuje CPC metodu za određivanje broja krutih čestica. Unutar uređaja obavlja se razrjeđivanje uzorka i pretkondicioniranje kao priprema za mjerenje broja krutih čestica. Uređaj primjenjuje dva osnovna načina mjerenja: kontrolni način mjerenja prema pravilniku SR 941.242 i opći način mjerenja. Kontrolno mjerenje podijeljeno je u nekoliko faza nakon kojih se na osnovu rezultata mjerenja određuje zadovoljava li stroj zakonski uvjet o broju krutih čestica u ispušnim plinovima. Opći način mjerenja služi za kontinuirano mjerenje PN u zadanom vremenskom intervalu. Upravljanje funkcijama uređaja u radu obavlja se na računalu pomoću specijaliziranog programskog alata naredbama preko grafičkog (korisničkog) sučelja. Nakon postavljanja i osposobljavanja uređaja za rad proveden je niz inicijalnih mjerenja kako bi se utvrdile mogućnosti uređaja u radu i probno ispitao sam uređaj. Ispitivanja su provedena u stacionarnim uvjetima, a mjerene su koncentracije PN u ispušnim plinovima vozila s GDI motorom te eksperimentalnog MSUI s kompresijskim paljenjem priključenog na hidrauličku kočnicu u laboratoriju. Pri provođenju mjerenja korišten je opći režim rada analizatora TSI 3795, a mjerenja su provedena u različitim radnim točkama motora s promjenjivom brzinom vrtnje motora i pri konstantnoj brzini vrtnje motora prije i nakon obrade DPF-om. Utvrđeno je da su prosječne vrijednosti PN iza filtra u svim radnim točkama mjerenja manje od prosječnih vrijednosti PN ispred filtra krutih čestica. Na temelju razlike prosječnih vrijednosti izmjerenih ispred i iza filtra krutih čestica utvrđena njegova efikasnost filtracije. Analizatorom TSI 3795 provedeno je ispitivanje emisije PN građevinskog stroja, bagera Liebherr A914. Mjerenja su provedena u 10 različitih radnih točaka s konstantnom brzinom vrtnje u kontrolnom i općem načinu rada analizatora s ciljem usporedbe vrijednosti rezultata mjerenja različitim načinima. Ispitivanje je podijeljeno na dva dijela (10 mjerenja u kontrolnom i 10 mjerenja u općem načinu rada analizatora). Budući da ispitni stroj nije opremljen DPF-om, izmjerene vrijednosti u oba režima rada uređaja veće su od granične vrijednosti od 250 000 cm-3 propisane pravilnikom SR 941.242. Uzevši u obzir cijeli profil izmjerene emisije može se zaključiti da su pri konstantnoj brzini vrtnje izmjerene vrijednosti emisija relativno jednolikog karaktera s blagim poremećajima što potvrđuju standardne devijacije i koeficijenti varijacije. Iz rezultata ispitivanja zaključeno je da nema jasne veze između povećanja ili smanjenja brzine vrtnje i povećanja ili smanjenja prosječne emisije PN kroz cijeli tijek mjerenja u provedenim ispitivanjima. Prosječne vrijednosti emisije PN oba načina rada uređaja bliske su u svim radnim točkama u kojima su se provodila mjerenja. Iz prosječnih vrijednosti emisije PN po jedinici volumena (cm-3) konverzijom su izračunate prosječne vrijednosti emisije PN izražene po jedinici rada stroja (1/kWh). Na temelju korelacije PN i PM izračunate su prosječne vrijednosti emisije PM obavljenih mjerenja. Prosječne vrijednosti emisija PM u oba načinu rada uređaja izračunate iz korelacije emisija PN i PM niže su pri svim brzinama vrtnje motora od granične vrijednosti IV. i V. stupnja emisija

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA