Транспорт

Яремчук О.М., Коваль М.С.

Чорноморський державний університет імені П.Могили, Україна

Газоаналізатор транспортних викидів

 

Актуальність роботи. Автотранспорт є одним із джерел забруднення атмосфери, кількість автомашин безперервно зростає, особливо у великих містах, а разом з цим зростає викид шкідливих продуктів в атмосферу. Основна причина забруднення повітря полягає в неповному згорянні палива. У відпрацьованих газах двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) міститься понад 170 шкідливих компонентів. З них 160 - похідні вуглеводнів, прямо зобов'язані своєю появою неповного згоряння палива у двигуні. Діоксид сірки утворюється у відпрацьованих газах у тому випадку, коли сірка міститься у вихідному паливі (дизельне паливо). Склад відпрацьованих газів і кількість шкідливих речовин, що надходять в атмосферу, залежить від роду застосовуваного палива, присадок і масел, режимів роботи двигуна, умов руху, загального технічного стану автомобілів і особливо від двигуна - джерела найбільшого забруднення. Застосування етилованого бензину, що має у своєму складі з'єднання свинцю, викликає забруднення атмосферного повітря досить токсичними сполуками свинцю. Близько 70% свинцю, доданого до бензину з етиловою рідиною, потрапляє в атмосферу з відпрацьованими газами, з них 30% осідає на землі відразу, а 40% залишається в атмосфері. Один вантажний автомобіль середньої вантажопідйомності виділяє 2,5 - 3 кг свинцю в рік. Концентрація свинцю в повітрі залежить від вмісту свинцю в бензині. Ось чому тема газоаналізаторів машинних викидів є актуальною, і буде актуальною доки людина буде використовувати транспорт з двигунами внутрішнього згоряння. За допомогою газоаналізаторів ми можемо зробити висновки щодо кількості машинних викидів і їх вмісту, і потім на основі цієї інформації підлагоджувати роботу двигунів.

Методам вимірювання автомобільних викидів приділяють все більше уваги. Різними виробниками виготовляється велика кількість приладів з різними характеристиками, заснованих на використанні різноманітних методів. Нажаль, казати про збалансування відношення ціна/параметри поки ще важко. Тому розробка приладів з оптимальними параметрами до сих пір є актуальним завданням.         На даний момент найбільш поширені електрохімічні та оптичні газоаналізатори. Такі прилади здатні забезпечити контроль концентрації газів в режимі реального часу. Однак, існують прилади, які, завдяки своїй унікальній конструкції і програмному забезпеченню, здатні в реальному часі проводити аналіз декількох компонентів газової суміші одночасно (багатокомпонентні газоаналізатори), при цьому записуючи в пам'ять отриману інформацію. Такі газоаналізатори незамінні в промисловості, де необхідно безперервно отримувати інформацію про викиди або контролювати технологічний процес в режимі реального часу. Такі прилади, в залежності від виконання, застосовуються і як системи безперервного моніторингу газів в промисловості, і в якості портативних приладів для досліджень або екологічного моніторингу. 

Сучасні газоаналізатори високого класу, крім надійності і зручності в роботі, мають безліч додаткових функцій, наприклад: вимірювання диференціального тиску газу; визначення швидкості та об'ємної витрати газового потоку; визначення витрати газу / бензину; вбудовану пам'ять; бездротовий інтерфейс для передачі даних на ПК; статистична обробка результатів; розрахунок масового викиду забруднюючих речовин;

Об’єкт дослідження – процес вимірювального контролю атомобільних викидів.

Предмет дослідження – методи та засоби вимірювального контролю машинних викидів.

Метою роботи є створення недорогої, економічної та надійної системи контролю та сигналізації концентрації газів транспортних викидів з можливістю передачі на зовнішній пристрій водія.

Відповідно до поставленої мети було вирішено такі завдання: здійснити огляд відомих методів та засобів контролю машинних викидів; виявити недоліки існуючих газоаналізаторів. вдосконалити метод безпосереднього контролю за машинними викидами; розробити структурну  схему для його здійснення і алгоритм вимірювального контролю;

0251661312251660288251659264251678720251677696251676672251675648251673600251672576251671552251670528251669504251668480251667456251666432251665408251664384251663360251662336251674624Розглянемо функціональну схему газоаналізатора машинних викидів . При виборі функціональної схеми будемо враховувати такі характеристики як собівартість, швидкодію, надійність, простоту реалізації, габаритність та точність.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Риc. 1. Функціональна схема системи для визначення концентрації певних вихлопних газів автомобілів.

Позначення на схемі: CO2; CO; NO– датчики концентрації, які икористовуються для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів; Arduino – плата Arduino; DC-DC – перетворювач постійної напруги; WiFi – wifi передатчик; 12V, 5V – джерела заряду батареї різної напруги.

Відповідно до основних функцій приладу для забезпечення виміру концентрації газів автомобільних викидів розроблено алгоритм функціонування приладу в цілому, який наведено на рис. 2.

0251684864251683840251682816251681792251680768251679744251678720251677696251675648251674624251673600251672576251671552251670528251669504251667456251668480

00251667456251692032251691008251689984251668480251688960251687936251686912251685888251682816251681792251680768251679744251678720251677696251676672251675648251674624251673600251672576251671552251669504251684864

002516756482516746242516736002516725762516715522516705282516695042516684802516674560251675648251673600251672576251671552251670528251668480251667456
Рис. 2. Алгоритм роботи приладу в цілому

Вибір джерела живлення: акумуляторна батарея, яка може буди заряджена або від акумулятора  самого автомобіля або від зовнішнього джерела живлення. На початку роботи приладу  перевіряється чи досить заряду для виміру, якщо так, то починається робота, якщо ні, то прилад переходить в енергозберігаючий режим.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу вмісту транспортних викидів міста Миколаєва була реалізована функціональна схема з відомих складових, що є найбільш вдалим технічним поєднанням датчиків газів та мікроконтролера по вимірюванню трьох компонентів викидів: CO, CO2, та NO. Схема реалізована так, що завдяки застосуванню платформи Android nano стала можливим передача цих даних по WiFi водію транспортного засобу.

2. Отриманими результатами роботи: є автоматизація аналізу та контролю газів, які виникають в наслідок роботи двигунів внутрішнього згорання, що, в свою чергу, дає можливість корегувати роботу двигуна таким чином, щоб це якнайменше впливало на навколишнє середовище.

 

Література

1.     А.В. Бурыкин, В.П. Агафонов, В.В. Зайкин, И.В. Кораблев. Инфракрасные газоанализаторы для контроля выбросов автотранспорта.//Труды МГУИЭ: Сборник статей аспирантов и студентов. – М.: МГУИЭ, 1999 – Том IV. с. 45-51.

2.      Салль А.О. Инфракрасные газоаналитические измерения. – М.: Издательство стандартов, 1971. – 100 с.

3.     Солодов А.В. Теория информации и ее применение к задачам автоматического управления и контроля. – М.: "Наука", 1967.- 75 стр.

4.       Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристалльных микроконтроллерах. - М.: "Энергоатомиздат", 1990.