К.1. Испытание ESC

К.1.1. Выбросы вредных газообразных веществ

Данные, полученные в испытаниях и используемые для расчета результатов испытаний в отдельном конкретном режиме, приведены ниже. В этом примере концентрации CO и  измерены в сухом состоянии, HC - во влажном состоянии.

Концентрация HC указана в пропановом эквиваленте , и ее необходимо умножить на 3, чтобы получить результат в эквиваленте . Процедура расчета для других режимов идентична.

Р, кВт	Та, К	На, г/кг	GEXH, кг	GAIRW, кг	GFUEL, кг	НС, млн-1	СО, млн-1	NОх, млн-1
82,9	294,8	7,81	563,38	545,29	18,09	6,3	41,2	495

Расчет поправочного коэффициента перехода из влажного в сухое состояние  (см. 4.2 дополнения 1 к Приложению Д):

и ;

.

Расчет концентрации во влажном состоянии:

;

.

Расчет поправочного коэффициента на влажность для  (см. 4.3 дополнения 1 к Приложению Д):

A = 0,309 x 18,09/541,06 - 0,0266 = -0,0163;

B = -0209 x 18,09/541,06 + 0,00954 = 0,0026;

.

Расчет массовых расходов выбросов вредных веществ (см. 4.4 дополнения 1 к Приложению Д):

;

CO = 0,000966 x 38,1 x 563,38 = 20,753 г/ч;

HC = 0,000479 x 6,3 x 3 x 563,38 = 5,100 г/ч.

Расчет удельных выбросов вредных веществ (4.5 дополнения 1 к Приложению Д):

Приведенный ниже пример расчета дан для CO; для других компонентов процедура расчета аналогична.

Массовые расходы выбросов вредных веществ в отдельных режимах умножают на соответствующие коэффициенты весомости, как показано в 2.7.1 дополнения 1 к Приложению Д, суммируют и получают средний массовый расход выбросов вредных веществ за цикл:

CO = (6,7 x 0,15) + (24,6 x 0,08) + (20,5 x 0,10) +

+ (20,7 x 0,10) + (20,6 x 0,05) + (15,0 x 0,05) + (19,7 x

x 0,05) + (74,5 x 0,09) + (31,5 x 0,10) + (81,9 x 0,08) +

+ (34,8 x 0,05) + (30,8 x 0,05) + (27,3 x 0,05) = 30,91 г/ч.

Мощность двигателя в отдельных режимах умножают на соответствующие коэффициенты весомости, как показано в 2.7.1 дополнения 1 к Приложению Д, суммируют и получают среднюю мощность за цикл:

P(n) = (0,1 x 0,15) + (96,8 x 0,08) + (55,2 x 0,10) +

+ (82,9 x 0,10) + (46,8 x 0,05) + (70,1 x 0,05) + (23,0 x

x 0,05) + (114,3 x 0,09) + (27,0 x 0,10) + (122,0 x 0,08) +

+ (28,6 x 0,05) + (87,4 x 0,05) + (57,9 x 0,05) =

= 60,006 кВт.

.

Расчет удельных выбросов  в произвольно выбранной точке (см. 4.6.1 дополнения 1 к Приложению Д):

Предполагают, что в произвольно выбранной точке Z определены значения следующих величин:

;

;

(рассчитывают по вышеприведенной формуле);

;

.

Определение значений выбросов вредных веществ за испытательный цикл (см. 4.6.2 дополнения 1 к Приложению Д):

Предполагают, что результаты, полученные в четырех режимах, составляющих испытание ESC, следующие:

nRT	nSU	ER	ES	ET	EU	MR	MS	MT	MU
1368	1785	5,943	5,565	5,889	4,973	515	460	681	610

;

;

;

;

.

Сравнение полученного интерполяцией значения выбросов  в точке Z с непосредственно измеренным значением этих выбросов в той же точке (см. 4.6.3 дополнения 1 к Приложению Д):

.

К.1.2. Выбросы вредных частиц

Измерение выбросов вредных частиц основано на принципе отбора проб вредных частиц за целый цикл, но заключается в определении, при этом, масс пробы  и эквивалентных расходов потоков отработавших газов  в отдельных режимах, из которых состоит цикл. Расчет эквивалентного расхода  зависит от используемой системы. В нижеследующих примерах приведены расчеты для системы с измерением  и учетом углеродного баланса и системы с измерением расхода потока. Если используют систему с полным разбавлением потока, расход  измеряют непосредственно аппаратурой CVS.

Расчет расхода  (см. 5.2.3 и 5.2.4 дополнения 1 к Приложению Д):

Предполагают, что в режиме 4 получены следующие исходные данные:

 

GEXH, кг/ч	GFUEL, кг/ч	GDILW, кг/ч	GTOTW, кг/ч	CO2D, %	СО2A, %
334,02	10,76	5,4435	6,0	0,657	0,040

а) метод углеродного баланса

;

б) метод измерения расхода

;

.

Расчет массового расхода потока (см. 5.4 дополнения 1 к Приложению Д):

Расходы потоков  в отдельных режимах умножают на соответствующие коэффициенты весомости, как показано в 2.7.1 дополнения 1 к Приложению Д, суммируют и получают среднее значение расхода  за цикл. Суммарный массовый расход пробы  рассчитывают как сумму расходов пробы в отдельных режимах цикла.

.

Допускают, что на фильтрах осела масса вредных частиц 2,5 мг, тогда

.

Коррекция по фону (факультативно):

Допускают, что выполнено одно измерение фона и получены данные, приведенные ниже. Расчет коэффициента разбавления DF аналогичен расчету в 3.1 настоящего приложения и здесь не приведен.

.

Сумма     
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->

.

Расчет удельных выбросов (см. 5.5 дополнения 1 к Приложению Д):

;

.

Если необходима коррекция по фоновым значениям,

.

Расчет эффективного коэффициента весомости (см. 5.6 дополнения 1 к Приложению Д):

Взяты исходные данные для режима 4, приведенные выше, тогда

.

Это значение находится в допустимых пределах 0,10 +/- 0,003.

К.2. Испытание ELR

Поскольку фильтрация по Бесселю является совершенно новой усредняющей процедурой для официальных документов, касающихся отработавших газов, ниже приведены объяснение процедуры фильтрации по Бесселю, пример построения алгоритма Бесселя и пример расчета окончательных значений дымности. Константы алгоритма Бесселя зависят только от конструкции дымомера и значения расхода пробы в применяемой системе получения исходных данных. Рекомендуется, чтобы изготовитель дымомера предоставлял окончательные константы фильтра Бесселя для различных значений расхода пробы, а потребитель использовал эти константы для построения алгоритма и расчета значений дымности.

К.2.1. Общие замечания по фильтрам Бесселя

Из-за высокочастотных искажений необработанный сигнал дымности, как правило, показывает чрезвычайно разбросанные траектории. Для устранения этих высокочастотных искажений при проведении испытания ELR требуется фильтр Бесселя. Фильтр Бесселя представляет собой рекурсивный низкочастотный фильтр второго порядка, который гарантирует наиболее быстрое усиление сигнала без искажений.

Если допустить, что факел первичных выпускных газов в выпускной трубе образуется в реальном времени, то траектории сигнала дымности у каждого дымомера будут разные и появляться они будут с задержкой. Задержка траектории сигнала и уровень значений дымности зависят, главным образом, от конфигурации измерительной камеры дымомера, включая пробоотборные магистрали для отработавших газов, и от времени, необходимого для обработки сигнала электроникой дымомера. Величины, определяющие эти два фактора, называют временами физической и электрической реакций, характеризующими индивидуальный фильтр Бесселя для дымомера каждого типа.

Целью использования фильтра Бесселя является получение гарантированных единых общих характеристик фильтра для всей системы дымомера, в число которых входят:

- время физической реакции дымомера ;

- время электрической реакции дымомера ;

- время реакции используемого фильтра Бесселя .

Общее время реакции системы  рассчитывают по формуле

,

причем оно должно быть одинаковым для дымомеров всех типов, чтобы была возможность получать одинаковое значение дымности. Поэтому фильтр Бесселя необходимо создавать так, чтобы время реакции фильтра  вместе со временем физической  и электрической  реакции отдельного дымомера образовывало требуемое общее время реакции . Поскольку  и  являются заданными величинами для каждого отдельного дымомера и  в настоящем стандарте принято за 1,0 с,  можно рассчитать следующим образом:

.

По определению, время реакции фильтра  - это время нарастания фильтруемого выходного сигнала от 10% до 90% значения ступенчатого входного сигнала. Поэтому частота фильтрации фильтра Бесселя должна повторяться так, чтобы время реакции фильтра Бесселя укладывалось в отрезок времени нарастания сигнала.

На рисунке К.1 показаны траектории ступенчатого входного сигнала и выходного сигнала, фильтруемого с помощью фильтра Бесселя, а также время реакции фильтра Бесселя .

Рисунок К.1. Траектории ступенчатого входного

сигнала и фильтруемого выходного сигнала

Построение окончательного алгоритма фильтра Бесселя представляет собой многоступенчатый процесс, для которого требуются многочисленные итерационные циклы. Схема процедуры итерации представлена на рисунке К.2.

Рисунок К.2. Пошаговое построение алгоритма фильтра Бесселя

К.2.2. Вычисление алгоритма Бесселя

Настоящий пример показывает построение алгоритма Бесселя как последовательности многочисленных шагов в соответствии с итерационной процедурой, представленной на рисунке К.2 и основанной на положениях 6.1 дополнения 1 к Приложению Д.

Приняты следующие исходные данные, характеризующие дымомер и систему получения результатов:

    - время физической реакции     0,15 с;

    - время электрической реакции  0,05 с;

    - общее время реакции        1,00 с (значение, установленное

                                            в настоящем стандарте);

    - частота отбора проб            150 Гц.

Шаг 1. Требуемое время реакции фильтра Бесселя :

.

Шаг 2. Определение частоты фильтрации и расчет констант Бесселя E и K (первая итерация):

;

;

;

;

.

Отсюда получен следующий алгоритм Бесселя:

,

где  равен значению ступенчатого входного сигнала (  или ), а  представляет собой фильтрованные значения выходного сигнала.

Шаг 3. Применения фильтра Бесселя к ступенчатому входному сигналу:

Время реакции фильтра Бесселя  определено как время возрастания фильтрованного выходного сигнала от 10% до 90% ступенчатого входного сигнала. Для определения отрезков времени, за которые реакция достигает 10% ) и 90%  выходного сигнала, к ступенчатому входному сигналу необходимо применить фильтр Бесселя, используя найденные выше значения , E и K.

Номера индексов, время, значения ступенчатого входного сигнала и фильтрованного по Бесселю выходного сигнала первой и второй итераций приведены в таблице К.1. В таблице К.1 первая итерация (10%-я реакция) имеет место между номерами индексов 30 и 31, а 90%-я реакция - между номерами индексов 191 и 192. Для расчета времени  точные значения  и  определяют линейной интерполяцией в промежутке между ближайшими измеренными позициями следующим образом:

;

,

где  и  - верхнее и нижнее значения фильтрованного сигнала Бесселя, соответственно, и  - время ближайшей точки измерения, как указано в таблице К.1.

;

.

Таблица К.1

Значения ступенчатого входного сигнала

и фильтрованного по Бесселю выходного сигнала

для первого и второго итерационных циклов

Шаг 4. Время реакции фильтра в первом итерационном цикле

.

Шаг 5. Отклонение времени реакции фильтра Бесселя, полученного в первом итерационном цикле, от требуемого

.

Шаг 6. Проверка критериев итерации:

Необходимо выполнение условия: . Поскольку 0,081641 > 0,01, условие окончания процесса итерации не выполнено, и необходимо начать следующий цикл итерации. Для этого итерационного цикла рассчитывают новую частоту фильтрации исходя из полученных значений  и :

.

Эту новую частоту фильтрации используют во втором итерационном цикле, начинающемся с шага 2 и повторяющем последующие шаги. Итерацию необходимо повторять, пока результат не будет удовлетворять критерию итерации. Значения параметров, полученные в результате первой и второй итераций, сведены в таблицу К.2.

Таблица К.2

Значения параметров, полученные

в результате первой и второй итераций

Шаг 7. Окончательный алгоритм Бесселя:

Как только требование критерия итерации будет выполнено, рассчитывают окончательные значения констант фильтра Бесселя и окончательный алгоритм Бесселя в соответствии с шагом 2. В данном примере требование критерия итерации начинает выполняться после второй итерации . Тогда окончательный алгоритм, предназначенный для определения средних значений дымности, будет:

.

К.2.3. Расчет значений дымности

На рисунке К.3 представлена общая процедура определения конечных значений дымности.

- частота вращения A;  - частота вращения B;

- частота вращения C; Стн 1 - ступень нагрузки 1;

Стн 2 - ступень нагрузки 2; Стн 3 - ступень нагрузки 3

Рисунок К.3. Процедура определения

окончательного значения дымности

На рисунке К.4 показаны траектория измеряемого необработанного сигнала дымности, а также траектории нефильтрованного и фильтрованного коэффициентов светопоглощения k, полученные при выполнении первой ступени нагрузки в испытании ELR. Показано также максимальное значение  фильтрованной траектории коэффициента k.

Рисунок К.4. Траектории измеряемых сигналов

дымности N, нефильтрованного и фильтрованного

коэффициентов светопоглощения k

Соответственно, таблицы К.3 и К.4 содержат числовые значения индекса i моментов времени (при частоте измерений проб 150 Гц), необработанного сигнала дымности, нефильтрованного и фильтрованного сигналов коэффициента светопоглощения k. Фильтрацию выполняют с использованием констант алгоритма Бесселя, построенного в 2.2 настоящего приложения. Из-за большого объема данных в таблицах К.3 и К.4 приведены только те значения дымности, которые характеризуют фрагменты траектории сигнала дымности, расположенные в начале траектории и около максимального значения.

Таблица К.3

Значения дымности N, нефильтрованного

и фильтрованного коэффициентов светопоглощения

k в начальный момент ступенчатого увеличения нагрузки

Таблица К.4

Значения дымности N, нефильтрованного и фильтрованного

коэффициентов светопоглощения k в окрестности

пикового значения алгоритма Бесселя  <1>

Максимальное (пиковое) значение (при i = 272) рассчитано исходя из данных, представленных в таблице К.4. Все остальные индивидуальные значения дымности рассчитывают аналогично. Для начального момента расчета алгоритма его слагаемые  и  принимают равными нулю.

Расчет коэффициента светопоглощения k:

 

.

Этому значению соответствует  в приведенном ниже равенстве.

Расчет среднего значения коэффициента светопоглощения после фильтрации по Бесселю (см. 6.3.2 дополнения 1 к Приложению Д):

В приведенном ниже равенстве использованы константы Бесселя из 2.2 настоящего дополнения. Реальное значение нефильтрованного коэффициента k, рассчитанное выше, соответствует  и  - это два предыдущих значения нефильтрованного коэффициента k,  и  - два предыдущих значения фильтрованного коэффициента k.

.

Это значение соответствует  в приведенной ниже таблице.

Расчет конечного значения дымности (см. 6.3.3 дополнения 1 к Приложению Д):

Из каждой трассы сигнала дымности отбирают максимальное значение фильтрованного коэффициента светопоглощения k. Приняты для расчета следующие величины:

Частота вращения	Ymax, м-1
	Цикл 1	Цикл 2	Цикл 3
А	0,5424	0,5435	0,5587
В	0,5596	0,5400	0,5389
С	0,4912	0,5207	0,5177

Средние значения дымности будут:

;

;

;

.

Подтверждение достоверности результатов, полученных в цикле:

Перед расчетом величины SV необходимо подтвердить достоверность цикла вычислением удельных среднеквадратичных отклонений значений дымности по трем циклам на каждой частоте вращения.

Частота вращения	Среднее значениеSV, м-1	Абсолютное среднеквадратичное отклонение, м-1	Удельное среднеквадратичное отклонение, %
А	0,5482	0,0091	1,7
В	0,5462	0,0116	2,1
С	0,5099	0,0162	3,2

В этом примере расчет удовлетворяет критерию достоверности, равному 15% для каждой частоты вращения.

К.3. Испытание ETC

К.3.1. Выбросы вредных газообразных веществ (дизельные двигатели)

Предположительно, при использовании системы PDP - CVS получены следующие данные:

Показатель	Единица измерения	Значение	Показатель	Единица измерения	Значение
V0	м3/об	0,1776	COconc e	млн-1	38,9
Np	об	23073	COconc d	млн-1	1,0
pB	кПа	98,0	НCсоnс е (без отделителя NMC)	млн-1	9,00
р1	кПа	2,3	HCconc d (без отделителя NMC)	млн-1	3,02
Т	К	322,5	HCconc e (с отделителем NMC)	млн-1	1,20
Hа	г/кг	12,8	HCconc d (с отделителем NMC)	млн-1	0,65
NOx conc e	млн-1	53,7	CO2, сопс e	%	0,723
NOx conc d	млн-1	0,4	Wact	КВт?ч	62,72

Расчет расхода разбавленных отработавших газов (см. 4.1 дополнения 2 к Приложению Д):

.

Расчет поправочного коэффициента на влажность для  (см. 4.2 дополнения 2 к Приложению Д):

.

Расчет концентрации NMHC по методу NMC (см. 4.3.1 дополнения 2 к Приложению Д) исходя из эффективности по метану  и эффективности по этану :

;

.

Расчет концентраций, корректированных по фону (см. 4.3.1.1 дополнения 2 к Приложению Д):

Если состав дизельного топлива определен как , то:

;

;

;

;

;

.

Расчет массовых расходов выбросов вредных веществ (см. 4.3.1 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

;

.

Расчет удельных выбросов (см. 4.4 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

;

.

К.3.2. Выбросы вредных частиц (дизельные двигатели)

Предположительно, при использовании системы PDP - CVS и двойного разбавления получены следующие данные:

MTOTW, кг	4237,2
Mf,p, мг	3,030
Mf,b, мг	0,044
MTOT, кг	2,159
MSEC, кг	0,909
Md, мг	0,341
MDIL, кг	1,245
DF	18,69
Wact, кВт?ч	62,72

Расчет выбросов по массе (см. 5.1 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

.

Расчет выбросов по массе, корректированных по фону (см. 5.1 дополнения 2 к Приложению Д):

.

Расчет удельных выбросов (см. 5.2 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

.

К.3.3. Выбросы вредных газообразных веществ (двигатели, работающие на СНГ)

Предположительно, при использовании системы PDP - CVS получены следующие данные:

MTOTW, кг	4237,2
Нa, г/кг	12,8
NOx conc e, млн-1	17,2
NOx conc d, млн-1	0,4
COconc e, млн-1	44,3
COconc d, млн-1	1,0
НСconc e (без отделителя NMC), млн-1	27,0
НСconc d (без отделителя NMC), млн-1	2,02
НСconc e (с отделителем NMC), млн-1	18,0
НСconc d (с отделителем NMC), млн-1	0,65
СН4 соnс е, млн-1	18,0
CH4 conc d, млн-1	1,1
CO2 conc e, %	0,723
Wact, кВт?ч	62,72

Расчет поправочного коэффициента на влажность для  (см. 4.2 дополнения 2 к Приложению Д):

.

Расчет концентрации NMHC (см. 4.3.1 дополнения 2 к Приложению Д):

а) по методу GC:

;

б) по методу NMC:

Принимая эффективность по метану  и эффективность по этану  (см. 1.8.4 дополнения 5 к Приложению Д), получают

;

.

Расчет концентрации, корректированной по фону (см. 4.3.1.1 дополнения 2 к Приложению Д):

При условии использования эталонного топлива G20 (100% метана) состава :

;

.

Для NMHC по методу GC фоновая концентрация определяется разностью между концентрациями  и :

;

;

(по методу NMC);

(по методу GC);

(по методу GC).

Расчет массовых расходов (см. 4.3.1 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

(по методу NMC);

(по методу GC);

(по методу GC).

Расчет удельных выбросов (см. 4.4 дополнения 2 к Приложению Д):

;

;

(по методу NMC);

) (по методу GC);

(по методу GC).

К.4. Коэффициент   

К.4.1. Расчет коэффициента    [36], [37]

,

где  - коэффициент ;

inert % - объемная доля инертных газов в топливе ( , He и др.), %;

- объемная доля кислорода, первоначально содержащегося в топливе, %;

n и m - относятся к средним значениям этих величин в формуле , представляющей углеводороды применяемого топлива, а именно:

;

,

где  - объемная доля метана в топливе, %;

- объемная доля всех углеводородов группы  (  и т.п.) в топливе, %;

- объемная доля всех углеводородов группы  (  и т.п.) в топливе, %;

- объемная доля всех углеводородов группы  (  и т.п.) в топливе, %;

- объемная доля всех углеводородов группы  (  и т.п.) в топливе, %;

diluent % - объемная доля растворенных газов ( , He и т.п.) в топливе, %.

К.4.2. Примеры расчета коэффициента   
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->

Пример 1. Эталонное топливо G25:  (объемные доли)

;

;

.

Пример 2. Эталонное топливо GR:  (объемные доли)

;

;

.

Пример 3. Топливо США: ,  (объемные доли)

;

;

.