Способ измерения дымности отработавших газов дизелей
Владельцы патента RU 2366930:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)
Изобретение относится к способам технической диагностики и может быть использовано для оценки технического состояния автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, путем контроля дымности отработавших газов. Проводят видеосъемку потока отработавших газов дизеля на фоне в районе среза выпускной трубы, полученную видеозапись раскадровывают на последовательный ряд отдельных снимков (изображений) в соответствии со скоростью съемки (частотой кадров), для каждого изображения определяют степень потемнения белого фона (количество черной сажи на белом фоне) и степень осветления черного фона (количество сизых паров масла и других продуктов неполного сгорания топлива на черном фоне). Приводят полученные показатели к регламентированной толщине столба газа, для каждого изображения определяют суммарный показатель N «черного на белом» и «белого на черном», и по полученному последовательному ряду N определяют пиковое (максимальное) значение дымности. Техническим результатом является повышение эффективности способа, возможность измерения дымности на режиме свободного ускорения и снижение себестоимости реализации. 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам технической диагностики и может быть использовано для оценки технического состояния автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, путем контроля дымности отработавших газов.
Известен способ измерения, основанный на просвечивании слоя отработавших газов определенной толщины и оценке светопоглощения. Требования к приборам, реализующим этот метод (а следовательно, и к самому способу) сформулированы в Приложении «И» к стандарту ГОСТ Р 41.24-2003 «Единообразные предписания, касающиеся: III Сертификации автотранспортных средств с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении дымности».
Недостатками данного способа и приборов, реализующих его, являются значительные разбросы результатов измерений, сложность и низкая надежность приборов, влияние температуры окружающего воздуха и общей освещенности в месте проведения измерений на результаты измерений.
Известен способ измерения содержания сажи [Буралев Ю.В. и др. Устройство, обслуживание и ремонт топливной аппаратуры. - М.: 1982, стр.159], основанный на прокачивании фиксированного объема отработавших газов через белый бумажный фильтр и отфильтровывании частиц сажи из отработавших газов. Он позволяет приблизительно оценить дымность (содержание сажи) отработавших газов сравнением степени потемнения исходно белого фильтра, на котором осели частицы сажи, с эталонами, представляющими шкалу черноты.
Недостатком данного способа является то, что он предназначен для измерения на стационарных режимах работы дизеля и не позволяет проводить измерения на режиме свободного ускорения. К тому же он обладает значительной трудоемкостью проведения измерений, т.к. вначале нужно профильтровать отработавшие газы, а затем в другом функциональном блоке измерить степень почернения фильтра прибором фотоколориметрического типа.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа, возможность измерения дымности на режиме свободного ускорения и снижение себестоимости реализации способа.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе измерения дымности отработавших газов дизелей, включающем измерение степени изменения фона, согласно изобретению в качестве фона используют разлинованный черно-белыми полосами экран, проводят видеосъемку потока отработавших газов дизеля на фоне в районе среза выпускной трубы, полученную видеозапись раскадровывают на последовательный ряд отдельных снимков (изображений) в соответствии со скоростью съемки (частотой кадров), для каждого изображения определяют степень потемнения белого фона (количество черной сажи на белом фоне) и степень осветления черного фона (количество сизых паров масла и других продуктов неполного сгорания топлива на черном фоне) на толщине анализируемого столба отработавших газов, равного диаметру среза выпускной трубы, определяют значения показателей Nчб и Nбч и приводят полученные показатели к регламентированной толщине столба газа, для каждого i-того изображения определяют суммарный показатель Ni по формуле:
Ni=a*Nчб+в*Nбч,
где Nчб - составляющая дымности «черное на белом»;
Nбч - составляющая дымности «белое на черном»;
а, в - коэффициенты регрессии,
по полученному последовательному ряду Ni определяют пиковое (максимальное) значение дымности и максимальную интегральную оценку показателя Nm по совокупности m последовательных кадров, полученных за регламентированное время (например, 0,9-1,1 секунд).
На фиг.1 показано взаимное расположение аппаратуры и диагностируемого автомобиля, вид сверху, на фиг.2 показано взаимное расположение аппаратуры и диагностируемого автомобиля, вид спереди, на фиг.3 показан фрагмент последовательного ряда полученных кадров, на фиг.4 показан полученный график формирования коэффициента ослабления света N % на режиме свободного ускорения дизеля, на фиг.5 показан полученный график формирования коэффициента поглощения света К, м-1 на режиме свободного ускорения дизеля.
Измерение дымности отработавших газов предлагаемым способом осуществляют следующим образом. Располагают комплект аппаратуры (экран-фон с разлинованными полосами, штатив, видеокамера) относительно испытываемого автомобиля так, как показано на фиг.1 и фиг.2, то есть с возможностью видеосъемки истечения отработавших газов из выпускной трубы на фоне черно-белого экрана. Запускают двигатель, включают видеокамеру и реализуют режим свободного ускорения, в соответствии с ГОСТ Р 52160-2003. Полученные видеозаписи переносят в персональный компьютер (ПК), раскадровывают и получают последовательный ряд кадров (изображений), см. фиг.3. На полученных кадрах выбирают сцену района среза выпускной трубы. Используя программу Adobe Photoshop, определяют базовую оценку белизны (%) белой полосы и черноту (%) черной полосы. Далее на выбранной сцене для каждого кадра определяют степень потемнения белого фона и степень осветления черного фона, как разницы текущих значений и базовых оценок соответственно белых и черных полос. Значения этих оценок Nчб (%) и Nбч (%), полученных на толщине слоя отработавшего газа, равного диаметру среза выпускной трубы, приводят к регламентированной ГОСТом толщине столба газа, равной 0,43 метра, следующим образом. Известно, что коэффициент поглощения света К и коэффициент ослабления света N связаны между собой логарифмической зависимостью:
где L - толщина просвечиваемого слоя отработавших газов (эффективная база дымомера), м;
N - показания линейной шкалы, %;
К - соответствующее значение коэффициента поглощения, м-1.
Тогда, если произвести преобразования,
коэффициент ослабления света будет равен:
Находят значение показателя К на длине L, равной диаметру среза трубы (формула 1). Далее подставляют найденное значение показателя К и длину L=0,43 метра в формулу для нахождения показателя N (формула 2), тем самым приводя коэффициент ослабления света к установленной толщине столба газа, равной 0,43 м. Определяют совокупную дымность N по уравнению:
N=a·Nчб+в·Nбч,
где Nчб - составляющая дымности «черное на белом», %;
Nбч - составляющая дымности «белое на черном», %;
а и в - коэффициенты регрессии, полученные по экспериментальным данным с образцовым дымомером.
Рассмотренную процедуру применяют к каждому кадру последовательного ряда и получают последовательный ряд оценок текущей дымности отработавших газов испытываемого автомобиля на режиме свободного ускорения с частотой, соответствующей скорости видеосъемки - 30 кадров в секунду, 60 кадров в секунду, 100 кадров в секунду и т.д. в зависимости от возможностей видеокамеры. По полученному ряду значений определяют пиковое (максимальное) значение дымности отработавших газов для каждого цикла свободного ускорения дизеля.
Пример
В соответствии с предлагаемым способом провели видеосъемку истечения отработавших газов дизеля. Видеокамера обеспечивала скорость съемки 60 кадров в секунду. Полученное видео раскадровали и обрабатали с использованием программы Adobe Photoshop. Получили ряд оценок совокупной дымности (черное на белом + белое на черном) отработавших газов дизеля на режиме свободного ускорения. Данные привели к ГОСТированой толщине слоя газа 0,43 метра. Результаты обработки видеоряда представлены в таблице.
По полученным данным построены графики, которые представлены на фиг.4 и фиг.5. По полученным графикам определили пиковую (максимальную) за цикл свободного ускорения дымность отработавших газов. Как видно из фиг.4 по показателю N она составляет N=80,89%, из фиг.5 видно, что по показателю К она составляет К=3,849 м-1.
Также можно определить максимальную интегральную оценку показателя N по совокупности последовательных кадров, полученных за регламентированное время (например, за 0,5 секунды). Для рассмотренного случая она составляет N=47,1%.
Таким образом, используя предлагаемый способ можно измерять дымность отработавших газов дизеля на любом режиме, в том числе и на режиме свободного ускорения.
Предложенный способ измерения дымности отработавших газов дизелей основан на применении массово производимых бытовых видеокамер, что обусловливает возможность низкой себестоимости реализации предлагаемого метода. (Стоимость ПК во внимание не принимаем, т.к. на любом современной пункте диагностирования ПК обязательно имеется и дополнительно приобретать его нет необходимости.) Необходимо лишь разработать и установить специализированное программное обеспечение на ПК для автоматизированной обработки полученной видеосъемки.
В предлагаемом способе исключен контакт отработавших газов с измерительной аппаратурой, что обеспечит возможность ее длительной эксплуатации. Учитывая постоянный прогресс в производстве видеокамер, а именно улучшение их характеристик чувствительности, возможность съемки процесса со значительного расстояния и снижение стоимости видеокамер, предлагаемый способ имеет значительные перспективы.
Способ измерения дымности отработавших газов дизелей, включающий измерение степени изменения фона, отличающийся тем, что в качестве фона используют разлинованный черно-белыми полосами экран, проводят видеосъемку потока отработавших газов дизеля на фоне в районе среза выпускной трубы, полученную видеозапись раскадровывают на последовательный ряд отдельных снимков (изображений) в соответствии со скоростью съемки (частотой кадров), для каждого изображения определяют степень потемнения белого фона (количество черной сажи на белом фоне) и степень осветления черного фона (количество сизых паров масла и других продуктов неполного сгорания топлива на черном фоне) на толщине анализируемого столба отработавших газов, равного диаметру среза выпускной трубы, определяют значения показателей Nчб и Nбч и приводят полученные показатели к регламентированной толщине столба газа, для каждого i-го изображения определяют суммарный показатель Ni по формуле
Ni=a·Nчб+в·Nбч,
где Nчб - составляющая дымности «черное на белом»;
Nбч - составляющая дымности «белое на черном»;
а, в - коэффициенты регрессии,
по полученному последовательному ряду Ni определяют пиковое (максимальное) значение дымности, и максимальную интегральную оценку показателя Nm по совокупности m последовательных кадров, полученных за регламентированное время.
