В сознании многих газоанализатор прочно ассоциируется с определением токсичности выхлопных газов автомобиля. Это действительно так. Контроль токсичности — одна из основных функций газоанализатора, но не единственная. В этой статье мы расскажем, как можно использовать газоанализатор для диагностики бензиновых двигателей.
Устаревшее представление, что газоанализатор служит только для регулировки и контроля токсичности выхлопных газов, не позволяет многим автомеханикам-диагностам правильно оценить состояние двигателя и системы зажигания. Да и проблема экологии работников автосервиса часто мало волнует. Для опытного же диагноста газоанализатор служит своего рода "глазами", позволяя "заглянуть" внутрь камер сгорания работающего двигателя и определить, как идет процесс горения топливовоздушой смеси. Как врачу для постановки диагноза необходимы анализы пациента, так и мастеру нужны данные "анализа", чтобы выявить "болячки" двигателя, ведь состав выхлопных газов напрямую зависит от его состояния.
Эффективность работы двигателя в первую очередь определяется полнотой сгорания топлива. Она зависит от многих факторов:
- от оптимального соотношения воздуха и топлива (за это отвечают системы измерения расхода воздуха и дозирования топлива);
- от их тщательного перемешивания (на это влияет состояние форсунок, впускных каналов и камер сгорания);
- от эффективности предварительного сжатия заряда смеси, которое зависит от состояния ЦПГ и ГРМ;
- от эффективности воспламенения, что подразумевает исправность всех элементов системы зажигания и оптимальный УОЗ.
Любое отклонение от нормы или несогласованность в работе систем двигателя приводит к снижению его эффективности и, как следствие, к изменению концентрации продуктов сгорания. Конструктивные недочеты, эксплуатационные отклонения параметров, нарушения регулировок — все это, так или иначе, отражается на составе "выхлопа". Попробуем разобраться, какую информацию можно извлечь из состава выхлопных газов.
Немного теории. Прежде всего, вспомним из школьного курса состав атмосферного воздуха, это потребуется для правильного понимания сути происходящего.
Азот ____________________________78%
Кислород ________________________20.95%
Аргон____________________________0.93%
Углекислый газ (СО2)______________0.03%
Остальные газы, в основном инертные, присутствуют в малых количествах и в нашем случае значения не имеют, как впрочем, и аргон. Цифры, очень близкие к приведенным, можно увидеть на табло газоанализатора, если включить его на "свежем воздухе".
Итак, в цилиндрах двигателя сгорает горючая смесь. Реакция окисления углеводородов топлива происходит по следующей схеме:
СН + О2 => СО2 + Н2О.
Состав смеси принято оценивать коэффициентом избытка воздуха "лямбда". Он представляет собой отношение реального количества воздуха, поступившего в цилиндры, к тому количеству, которое необходимо для полного сгорания поступившего в цилиндры топлива. Смеси, в которых количество воздуха совпадает с теоретически необходимым, называются стехиометрическими. Лямбда в этом случае равна 1. Если количество воздуха больше необходимого, то смесь принято называть бедной, и лямбда находится в диапазоне 1.0. 1.3. Более бедная смесь перестает воспламеняться. Если же воздуха меньше необходимого, то смесь называют богатой. Такая смесь характеризуется значением лямбда 0.8. 1.0.
Казалось бы, при сгорании стехиометрической смеси выхлопные газы должны состоять из углекислого газа СО2, водяного пара Н2О и азота N2. На деле не все так просто. Под действием высокой температуры в цилиндре двигателя азот и кислород вступают в реакцию, в результате которой образуются оксиды азота, в основном NО. Кроме того, в отработавших газах (ОГ) всегда содержатся углеводороды, обозначаемые обычно СН. Они представляют собой исходные или распавшиеся молекулы топлива, которые не принимали участия в сгорании. Часть СН выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндров. На такте выпуска происходит их выделение из пленки.
Кроме этого, в ОГ обязательно присутствует продукт неполного сгорания топлива — оксид углерода СО (угарный газ). И, конечно же, неизбежно остается не вступивший в реакцию кислород. Поэтому состав отработавших газов исправного инжекторного двигателя, не оборудованного катализатором, при смеси, близкой к стехиометрической, выглядит так:
| СО % | CH ppm | rpm |
| 0.60 | 190 | 850 |
| CO2 % | O2 % | лямбда |
| 14.3 | 1.06 | 1.029 |
Значения параметров близки к типичным, но далеко не эталонные. Если взглянуть на схему реакции, то становится вполне очевидным, что оптимальное сгорание горючей смеси характеризуется максимальным выделением углекислого газа СО2. Грубо говоря, чем качественнее сгорает топливо в двигателе, тем больше СО2 в составе ОГ, и это один из критериев, которыми можно воспользоваться при проверке и регулировке систем топливоподачи.
Как же извлечь из данных газоанализа необходимую информацию?
Прежде всего, нужно понять, что газоанализатор не укажет на неисправный датчик или пробитую свечу, но с его помощью можно определить направление поиска. Рассмотрим это на примерах.
Бедная смесь. Этот режим характеризуется низким содержанием СО, пониженным СО2, повышенным — кислорода и СН. Расчетный параметр лямбда окажется больше единицы. С первыми тремя параметрами все ясно, низкие значения СО и СО2 и повышенная концентрация кислорода образуются из-за нехватки топлива и (или) избытка воздуха. Возникает вопрос — почему имеет место повышенная концентрация СН? Все просто — бедные смеси хуже горят. Причины бедной смеси применительно к инжекторным двигателям — подсос воздуха во впускной тракт, низкое давление топлива, неверные показания датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), неверная регулировка топливоподачи. Искать конкретную причину необходимо уже с помощью других приборов (мотортестера, осциллографа, топливного манометра, тестера утечек). Бедную смесь нельзя путать со следующим дефектом.
Негерметичность системы выпуска. Представим себе, что имеет место неплотное соединение или трещина. Что при этом происходит? Через неплотность подсасывается атмосферный воздух и, смешиваясь с отработавшими газами, изменяет их состав. У начинающих может возникнуть вопрос — почему воздух подсасывается, вроде бы должно быть наоборот. Дело в том, что перемещение газов в выхлопном тракте носит волновой характер, и зоны давления чередуются с зонами разрежения. Именно в зону разрежения и подсасывается воздух. А теперь вспомним состав атмосферы. Даже если подсос незначителен, то содержание О2 в ОГ увеличится достаточно сильно! Ведь в воздухе его почти 21%, а в ОГ около 1%. В то же время СО2 в воздухе мало, и количество этого газа в составе ОГ изменится не так значительно. То же можно сказать и про СО и СН. Итак, необходимо различать бедную смесь и подсос воздуха в выпускной тракт. Во втором случае имеет место неестественно высокие значения О2 и лямбда:
| СО % | CH ppm | rpm |
| 0.60 | 185 | 850 |
| CO2 % | O2 % | лямбда |
| 13.8 | 2.06 | 1.078 |
Достаточно низкое содержание СН говорит о том, что топливо сгорает хорошо, и СО вроде бы в норме, но очень много кислорода, и, соответственно, высокое значение лямбда. Снимок сделан на автомобиле, у которого преднамеренно был ослаблен хомут глушителя. Добавим еще, что подобный дефект с помощью двухкомпонентного газоанализатора обнаружить попросту невозможно. Некоторые газоанализаторы могут вычислять корректированное значение СО. Дело в том, что концентрация СО может быть не только измерена, но и рассчитана, исходя из концентрации других компонентов выхлопных газов. При этом оба значения СО не должны значительно различаться. Расхождение же будет свидетельствовать о подсосе воздуха через неплотности в выпускной системе.
Богатая смесь. В этом случае газоанализатор покажет высокое содержание СО, повышенное СН, пониженное СО2, О2, и лямбда меньше единицы. Причин много — неверные показания ДМРВ (чаще всего), повышенное давление топлива, неверный сигнал датчика температуры (ДТОЖ). Говоря о повышенном содержании СН, следует понимать величину до 300..500 ррm, такое значение обычно сопровождает богатую смесь. Если же оно значительно выше, причем признаки богатой смеси могут и отсутствовать, то это уже проявление следующего дефекта.
Высокое содержание СН. Мы уже говорили о том, какими путями СН появляется в отработавших газах. Нормальное значение этого параметра — 50..200 ррm. Если на табло прибора мы видим СН, равный 300..400 и более, это повод искать причину, по которой бензин попросту не сгорает, другими словами, имеют место пропуски воспламенения. Не "пропуски искры", как иногда выражаются, а именно воспламенения. А вот причин этих пропусков много. Изношенные или неисправные свечи (см. рис.), высоковольтные провода, дефектный модуль или катушка зажигания, не отрегулированные клапаны, пониженная компрессия, неисправная (забитая) форсунка.
Это может проявляться как в одном, так и в нескольких цилиндрах. Еще одна причина повышенного содержания в ОГ паров топлива — неплотный или начинающий прогорать выпускной клапан. В этом случае на такте сжатия часть топливного заряда попросту выталкивается в выпускной тракт. Двигатель при этом может работать вполне нормально, и остальные параметры газоанализа будут в норме. Ниже приведен пример параметров выхлопа двигателя, имеющего дефектные свечи.
| СО % | CH ppm | rpm |
| 0.35 | 385 | 840 |
| CO2 % | O2 % | лямбда |
| 12.8 | 2.06 | 1.098 |
Все остальные системы заведомо в полном порядке. Проанализируем полученные данные. Повышенное содержание в ОГ паров топлива говорит о том, что последнее попросту не сгорает. Далее: СО понижено, и его значение позволяет сделать вывод, что причина не в богатой смеси. Высокое содержание кислорода вместе с высоким СН позволяет сделать предположение о пропусках. Закономерен вопрос — откуда кислород? Да из тех же цилиндров, которые при пропусках просто выплевывают атмосферный воздух, смешанный с бензином, не воспламеняя его. СО2 понижено, что тоже говорит о ненормальном сгорании. Ну а лямбда — прибор рассчитывает ее, исходя в том числе, и из содержания кислорода. Именно пропуски вспышек и наблюдаются в таком случае, и они хорошо слышны у среза выхлопной трубы.
Датчики кислорода и катализаторы. То, что автомобиль оснащен ДК и катализатором, не избавляет, как ни странно, от применения газоанализатора. Кстати, именно появление катализатора дало немалый импульс развитию многокомпонентных приборов газоанализа. Двухкомпонентные газоанализаторы, как диагностические приборы, в этих условиях оказались малоэффективными. Они не давали полноценной информации о работе двигателя, так, как каталитические нейтрализаторы активно уменьшают именно концентрацию измеряемых ими продуктов сгорания СО и СН. Для замера состава ОГ при помощи двухкомпонентного газоанализатора ранее некоторые модели автомобилей снабжались специальным патрубком для отбора пробы газов до катализатора. С появлением четырехкомпонентных газоанализаторов необходимость в этом отпала. Такие газоанализаторы позволяют расчетным путем определить исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Помимо этого, они предоставляют диагносту несколько дополнительных параметров, анализ которых позволяет глубже понять характер процессов, происходящих в двигателе. Полноценная диагностика включает в себя проверку правильного функционирования системы управления двигателем, даже если последняя не предоставляет возможности что-то отрегулировать. Итак, автомобиль, оборудованный датчиком кислорода и катализатором. Вставляем зонд прибора в выхлопную трубу, ждем. Если все в порядке, будет что-то похожее:
| СО % | CH ppm | rpm |
| 0.05 | 0.20 | 850 |
| CO2 % | O2 % | лямбда |
| 15.7 | 0.26 | 1.008 |
Что мы видим? Что катализатор свое дело знает, полноценно "дожигая" ОГ до гораздо более безобидного состояния. СО — внизу предела измерения, совсем мало СН. Зато значение СО2 близко к максимальному, и очень мало кислорода, ибо весь ушел на превращение СО и СН в безвредные СО2 и Н2О. Ну и лямбда почти в идеале. При проведении таких замеров важно, чтобы двигатель был полностью прогрет, а система управления работала в режиме замкнутой петли обратной связи по датчику кислорода. Кстати, оценить эффективность катализатора можно по скорости его прогрева, наблюдая изменение концентраций компонентов ОГ после запуска двигателя. Двигателю и катализатору перед этим необходимо дать остыть в течение 30–40 мин.
Приведем еще пример. Ниже приведен состав ОГ двигателя с полностью неработающей форсункой (бывает и такое). Полная дисгармония, огромное содержание кислорода и отсюда запредельная лямбда. Естественно, при работе на такой смеси некоторое время система управления пытается корректировать смесь, но безрезультатно. Прописывается ошибка по датчику кислорода, система управления переходит в аварийный режим работы с разомкнутой петлей по ДК.
| СО % | CH ppm | rpm |
| 0.09 | 265 | 830 |
| CO2 % | O2 % | лямбда |
| 8.18 | 8.56 | 1.738 |
Естественно, рассмотренные примеры охватывают далеко не полный перечень возможных ситуаций. Иногда один двигатель содержит кучу разных "болячек", и выявить дефект с первого взгляда на табло газоанализатора не удается. В любом случае, нужно подходить к поиску дефекта творчески, газоанализатор — только помощник вашему опыту и интуиции.
Напоследок несколько нетривиальных способов использования газоанализатора:
- Если двигатель не запускается, убедитесь в том, что концентрация СН в выхлопной трубе равна или выше 2000 ppm. В противном случае топливо в двигатель не поступает.
- При поиске мест утечек топлива обследуйте проботборным зондом газоанализатора подозрительные места. Скачек концентрации СН укажет источник течи.
- Если двигатель перегревается, поднесите зонд газоанализатора к открытому расширительному бачку системы охлаждения. Наличие в парах СН и СО свидетельствует о пробитой прокладке ГБЦ.
Газовый анализ – это процесс установления качественного и количественного состава газовых смесей. Прибор для проведения газового анализа называется газоанализатором. Газоанализаторы бывают разными, и в сознании автомобилистов, прочно ассоциируются с определением токсичности выхлопных газов автомобиля.
Для этих целей газоанализаторы способны решать широкий диапазон задач по исследованию состояния двигателя и его систем. И, хотя контроль токсичности остается одной из основных функций газоанализатора, его диагностические способности настолько широки, что многие автосервисы используют газоанализаторы, как базовый инструмент диагностики.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, по сути, является преобразователем химической энергии топлива (бензина). Таким образом, он потребляя топливо и окислитель (кислород, из воздуха) в результате реакции горения (быстрого окисления) топлива, протекающей в камере сгорания,преобразует химическую энергию в механическую (вращение коленвала).
Однако, в результате горения образуются побочные химические продукты. Некоторые из них являются нейтральными по отношению к окружающей среде (кислород О 2 , углекислый газ СО2, пары воды Н2О), а некоторые – вредными (оксид углерода СО, углеводороды CН, различные оксиды азота NОХ).
Эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в первую очередь зависит от полноты сгорания топлива, которая, в свою очередь, зависит от многих факторов:
– от оптимальности соотношения топлива и окислителя (за это отвечают системы дозирования и расхода топлива и воздуха, «система впуска»);
– от тщательности перемешивания топливной смеси (зависит от состояния форсунок, конструкции впускного коллектора и камеры сгорания);
– от эффективности предварительного сжатия топливного заряда (определяется состоянием ЦПГ и ГРМ);
– от эффективности воспламенения (зависит от исправности всех элементов системы зажигания).
Малейшее отклонение от нормы или неправильность работы одной из систем двигателя приводит к понижению его эффективности и, вследствие чего изменяется концентрация побочных продуктов сгорания топлива, что сказывается на составе «выхлопа». Т.е. состав отработанных газов – это обобщенный параметр, своего рода индикатор, с помощью которого можно сделать вывод об эффективности работы двигателя, правильности и слаженности работы всех компонентов его основных систем: механической, системы зажигания, газораспределения и отведения газов.
Таким образом, становится понятно, чем обусловлено применение газоанализаторов для диагностики автомобилей.
Немножко истории
В конце 60-х годов в США был принят первый закон, который предусматривал контроль за токсичностью выхлопных газов автомобилей. Однако, газовый анализ применяли для исследования процессов в двигателях задолго до этого. Американцы были первопроходцами в борьбе за экологически чистый транспорт.
Первые газоанализаторы, которые применялись для регулировки двигателей, были однокомпонентными, то есть из целого ряда побочных продуктов сгорания топлива могли замерить только концентрацию СО.
Анализ СО позволял судить о соотношении пропорций в топливо-воздушной смеси, а значит, мог помочь в настройке карбюратора. Первые автомобильные газоанализаторы использовали эффект изменения электропроводности платиновой спирали в газовой среде оксида углерода.
К 70-м годам XX века, во времена, когда вредными выбросам автотранспорта, стало уделяться много внимания, благодаря достижениям науки и техники были созданы более современные, качественные двухкомпонентные газоанализаторы, которые дополнительно могли определять концентрацию еще одного вредоносного продукта сгорания – CН (не сгоревшие частицы углеводородов, входящие в состав топлива). Интересным является то, что содержание углеводорода (СH), а также оксида азота (NOX) определяют в PPM – количестве частиц на миллион, а не в процентах, как все остальные газообразные компоненты. Кроме того, в те времена стал применяться другой, более точный метод определения концентрации, так называемое спектрометрирование выхлопных газов в инфракрасном диапазоне. В современных газоанализаторах до сих пор применяется данный принцип.
Дальнейшее совершенствование газоанализаторов происходило в результате постоянно ужесточавшегося контроля токсичности, а также повышения требований к прибору, как к диагностическому инструменту. Так, в результате модернизаций, появились трехкомпонентные газоанализаторы, которые позволяли дополнительно измерять концентрацию диоксида углерода СО2. Это безопасный с точки зрения экологии газ без цвета и запаха – натуральный продукт сгорания углеводородов. Информация о концентрации СО2 с точки зрения определения вредности выбросов в атмосферу не представляет ценности. Однако, такая информация полезна для диагноста, поскольку позволяет судить о полноте сгорания топлива даже в случае, если автомобиль оборудован нейтрализатором выхлопных газов.
Стоит отметить, что немалый импульс развитию приборов газового анализа дала повсеместная установка в выхлопной системе автомобилей каталитического нейтрализатора. Двухкомпонентные газоанализаторы, в изменившихся условиях оказались малоэффективными, поскольку не давали необходимого объема объективной информации о работе двигателя, ведь каталитические нейтрализаторы уменьшали концентрацию именно измеряемых ими параметров – СО и СН.
Современные четырехкомпонентные автомобильные газоанализаторы способны измерять концентрацию СО2, СО, СН и О2. При этом, замеры содержания первых трех компонентов выполняются при помощи спектрометрического метода, а концентрация кислорода определяется электрохимическим датчиком. В более сложных, пятикомпонентных приборах. реализована возможность определения содержания оксидов азота (NOX).
Современные приборы позволяют расчетным путем определять исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Кроме того, совокупный анализ всех перечисленных параметров позволяет лучше понимать характер процессов, которые происходят в двигателе.
Современные приборы могут иметь стационарное и переносное исполнение, при этом встречаются модели с сетевым питанием, питанием от 12-вольтного автомобильного аккумулятора или комбинированным питанием. Таким образом, существует возможность выполнять замеры состава газов даже в движении автомобиля.
Удобство эксплуатации определяет, также, способ питания устройства. Например, комбинированное питание (сетевое и от 12-вольтового автомобильного аккумулятора) позволяет использовать газоанализатор в различных условиях. Например, при небольших габаритах газоанализатора появляется возможность измерять состав газов при движении автомобиля. Расшифровка записи изменения состава отработанных газов в различных режимах движения автомобиля дает абсолютно другую по качеству информацию для анализа и позволяет прояснить некоторые тонкости рабочих процессов двигателя, которые невозможно выяснить при стационарных испытаниях в боксе в без нагрузки.
Существуют, также, такие вспомогательные устройства, как: встроенный принтер, применяемый для распечатки результатов измерений, порт для подключения и совместной работы с ПК, дополнительные датчики, которые позволяют измерять частоту вращения двигателя и температуру масла.
Не лишними будут, также, наглядные индикаторы, удобные переключатели режимов и автоматизированные режимы подогрева, удаления конденсата, установки «нуля».
В России самыми известными и популярными газоанализаторами, применяемыми для контроля газов ДВС в автосервисах являются приборы серии «ГИАМ-29М» и «ИНФРАКАР-М».
1) «ГИАМ-29М» – это серия переносных автомобильных газоанализаторов, которые предназначаются для измерения содержания: оксида углерода (СО), диоксида углерода (СО2), суммы углеводородов (СН), оксидов азота (NО), кислорода (О2) в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. ГИАМ-29М имеет несколько исполнений, которые отличаются по количеству контролируемых газов, и главное, предназначаются для разных двигателей.
Так, например, «ГИАМ-29М-1 (-2)» предназначается для измерения содержания газов, перечисленных выше, за исключением оксидов азота (NOX), в выхлопных газах карбюраторных двигателей, а также их настройки. Данные приборы имеют возможность измерения температуры масла, а также количества оборотов коленчатого вала бензиновых ДВС с принудительным воспламенением топлива.
«ГИАМ-29М-3 (-4)» – это переносной газоанализатор контроля отходящих газов судовых силовых установок ДВС. Данный прибор предназначается, помимо основных функций ГИАМ-29М-1 (-2), для вычисления суммарного объемного содержания оксидов азота (NOх), а также расчета коэффициента избытка воздуха по объему.
Измерение СО2, СО, СН проводится по оптико-абсорбционному принципу, а О2 и NOх по электрохимическому. Благодаря встроенному насосу, имеют принудительный забор пробы.
Газоанализаторы серии «ГИАМ-29» оснащаются цифровыми выходами RS-232 и USB, имеют возможность проведения измерения при отрицательных температурах, благодаря внутреннему подогреву, оборудованы дисплеем, на который выводятся результаты измерений, имеют степень защиты IP54 для ГИАМ-29М-1 (-2) и IP42 для ГИАМ-29М-3 (-4).
Оба прибора имеют небольшие размер и вес, а также два источника питания от сети переменного тока 220В и бортовой сети в 12В, благодаря чему могут с легкостью применяться в полевых условиях.
2) «Инфракар-М» – это серия переносных автомобильных газоанализаторов, которые предназначаются для измерения обьемной доли оксида углерода (СО), диоксида углерода (СО2), углеводородов (CН) (в пересчете на гексан), кислорода (О2) в выхлопных газах автомобилей с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.
Во всех газоанализаторах серии «Инфракар-М» реализована возможность измерения частоты вращения коленчатого вала, а для исполнения «Т» ещё и возможность измерения температуры масла. На основании результатов измерений газоанализатор рассчитывает коэффициент избытка воздуха Лямбда.
Газоанализаторы «Инфракар-М» выпускаются в исполнениях для двух классов точности и имеют следующие характеристики:
«Инфракар М1»прибор II класса
«Инфракар М2» – прибор I класса (повышенной точности)
Думаю пост будет интересен многим.
Брат с работы принес анализатор выхлопных газов testo 330 LL, NOx и я немного заморочился по этому поводу и попытался разобраться во всем этом. Текста будет много, но интересно! Мои тесты и испытания будут в конце.
Воздушно-топливная смесь
Задача системы подготовки смеси (карбюратор или впрыск) заключается в том, чтобы подавать в двигатель способную воспламеняться воздушно-топливную смесь "во всех рабочих состояниях, как например:
— пуск холодного двигателя
— последующий пуск
— нагрев двигателя
— холостой ход
-ускорение
-частичная нагрузка
— полная нагрузка
Эта смесь должна, по возможности, полностью сгорать в двигателе, чтобы можно было достичь при незначительном расходе топлива максимально возможной мощности двигателя и удерживать появляющиеся при этом вредные вещества с самого начала такими незначительными, как это только возможно. Абсолютно совершенное сгорание невозможно даже при идеальной воздушно-топливной смеси, так как имеющееся для этого время слишком мало, даже при наилучшем конструктивном исполнении и оптимальной регулировке всех важных для сгорания компонентов.
С теоретической точки зрения сгорание было бы совершенным при соотношении веса топлива и воздуха 1 : 14,7 или, представляя в объеме, 1 л топлива смешанный с 10.000л воздуха. Это соотношение обозначают лямбда — λ.
Лямбда λ = больше 1 означает избыток воздуха или "бедную смесь". Лямбда λ = меньше 1 означает избыток топлива или "богатую смесь".
Пример:
Воздушно-топливная смесь с лямбда λ =1,1 означает избыток воздуха 10% или воздушно-топливная смесь с лямбда λ = 0,9 означает избыток топлива 10%.
При сегодняшнем уровне развития техники двигателей пределы воспламеняемости лежат между лямбда λ = 0,7 и лямбда λ = 1,3. При нормальном режиме езды бензиновые двигатели работают приблизительно между лямбда λ = 0,95 и лямбда λ = 1,15. Двигатели с лямбда-регулируемыми системами работают на воздушно-топливной смеси с регулировкой лямбда λ = 1. Исключением являются рабочие состояния, для которых требуется богатая смесь, как например в фазе прогрева двигателя, при ускорении или в режиме полной нагрузки.
Ход процесса сгорания
Состав смеси, преобразование части топлива из жидкого в газообразное состояние, момент зажигания, длина искрового промежутка и энергия зажигания существенно определяют ход процесса сгорания.
Результатом процесса сгорания можно назвать состав компонентов выхлопных газов, параметры мощности и хода и расход топлива двигателя.
Условием корректного процесса сгорания являются проведенные с помощью мотор-тестеров важные работы по испытанию и техобслуживанию.
С помощью газоанализатора путем анализа различных составных частей выхлопных газов можно контролировать процесс сгорания. Одновременно с анализом выхлопных газов возможны также важные показания о функциях двигателя в ходе диагностики двигателя.
Важные указания во избежание измерительных ошибок при измерении выхлопных газов.
Относительно автомобиля:
— Необходимо разогреть двигатель до рабочего состояния непосредственно перед измерением выхлопных газов.
— Условием для надежной диагностики или регулировки подготовки смеси является безупречное состояние механики двигателя, системы зажигания, а также впускного тракта и системы выпуска.
— Исключить факторы, влияющие на число оборотов и выхлопные газы, например:
вентиляция картера двигателя, вентилятор радиатора, климатическая система, увеличение числа оборотов, клапан вторичного воздуха, автоматический привод в положении Р или N. рулевое управление с усилителем прямо.
— Точно соблюдать идентификацию автомобиля:
чтобы инструкция по испытанию и испытательные данные точно соответствовали типу автомобиля и обозначению двигателя.
Относительно испытательного прибора:
— Газоанализатор должен быть готов к работе:
установлены чистые фильтры, пустой бак для конденсата, газозаборный шланг и зонд в порядке, соблюдается время прогрева, проведена балансировка нулевой точки при неподключенном газозаборном шланге.
— Газозаборный зонд должен быть полностью введен в выпускную трубу (не в отсасывающий шланг).
• Отсасывающий шланг нельзя вставлять непосредственно в конечную трубу, следует использовать воронку на расстоянии около 20 см, чтобы не изменялась степень сжатия в выхлопной трубе и выхлопной газ не обогащался воздухом.
• В автомобилях с несколькими конечными трубами необходимо соединить их, по возможности герметично, в один коллектор. Если тракты выхлопных газов все же отделены друг от друга, то необходимо брать для измерения выхлопные газы по-отдельности.
• В оборудованных катализатором автомобилях для контроля или основной регулировки подготовки смеси измерения проводятся через испытательное присоединение перед катализатором.
• Для оценки катализатора необходимо измерять выхлопные газы в конечной трубе.
Окись углерода (СО)
Измерение СО, как и раньше, является важнейшим измерительным методом для контроля образования смеси.
Содержание СО в смеси лямбда λ = 1 равно от 0,3 до 0,5%. При обогащении содержание СО резко возрастает, в бедной смеси кривая СО слегка сглаживается.
Определенное влияние на содержание СО оказывают также ошибочные импульсы зажигания, неправильная регулировка зажигания и плохое механическое состояние двигателя. Неправильные моменты управления клапанами двигателя могут вызвать существенно больший выброс СО в области полной нагрузки при высоком числе оборотов.
Углеводороды НС
(гидрокарбон) НС, также как и СО, появляется в результате неполного сгорания.
Доля НС в выхлопном газе обычно значительно меньше, чем доля СО. Поэтому НС измеряется в ррm (миллионная часть).
Измерение НС существенно расширяет анализ процесса сгорания. Оно делает возможными, например, показания о качестве сгорания.
В рамках испытания двигателя из этого вытекают важные указания:
— пропуски зажигания/ пропуски сгорания
— подготовка смеси/ распределение смеси:
клапаны впрыска, делители количества, прокладки всасывающей трубы
(см. Измерение дельта НС)
— дефекты в механической области двигателя:
негерметичные клапаны, негерметичные направляющие клапанов, поршневые кольца, трещины в головке цилиндра, дефектные прокладки блока, негерметичные впускные тракты, кроме того:
— места утечки в топливной системе:
негерметичные резьбовые соединения, топливные трубопроводы/ топливные шланги, фильтры и
т.д.
— оценка катализатора в связи с измерением других компонентов выхлопных газов, как
например СО, СО2.
Области применения измерения НС
• Регулировка смеси холостого хода
Лучшее сгорание воздушно-топливной смеси достигается при низком содержании СО и минимально возможном содержании НС. Минимально возможное содержание НС получают, обычно, при содержании СО между 0,4 и 1,0%. Если минимальное значение превышается, то снова возрастает содержание НС, т.е. сгорание становится опять хуже, несмотря на низкое содержание СО. При исправном и правильно отрегулированном двигателе содержание НС составляет от 100 ррm до 300 ррm.
• Оценка состояния двигателя
Через содержание НС можно контролировать регулировку и состояние двигателя. Если нет данных от производителей автомобиля, то "здоровые", хорошо отрегулированные двигатели имеют следующие значения НС при холостом ходе:
Карбюраторный двигатель (старая конструкция)*
Замечание:
Так как пропуски любого типа появляются главным образом в режиме езды, эти испытания необходимо проводить по возможности на барабанном испытательном стенде. Неравномерный холостой ход, связанный с сверхвысоким содержанием НС, но нормальным выбросом СО, указывает на малый зазор клапана. Если при этом содержание СО слишком низкое, то ошибки находятся в подготовке смеси или в распределении смеси (клапаны впрыска, делители количества, прокладка между фланцами системы всасывания, впускной тракт негерметичны). Тогда здесь также необходимо провести измерение дельта НС. В двигателях с сверхвысоким расходом масла особенно в режиме скольжения имеется высокое содержание НС в выхлопном газе. Если двигатель короткое время работает с повышенным числом оборотов (ок.4000 мин. ) и внезапно снижает газ, появляется пиковое значение НС, которое должно быть у "здорового" двигателя ниже 1000ррm.
Двуокись углерода (СО2)
Самое большое содержание СО2 появляется при полном сгорании. Это предполагает наличие воздушно-топливной смеси с лямбда λ = 1 и содержание СО2 тогда около 14.7 %. По значению СО2 мы узнаем не только качество сгорания, но и герметичность системы выпуска.
Кислород (О2 ), остаточный кислород в выхлопном газе
Свободный кислород в выхлопном газе появляется при избытке воздуха в смеси. Как только превышается лямбда λ = 1, происходит явный рост содержания О2 . Но и при смеси с лямбда λ = 1 еще содержится незначительное количество кислорода в выхлопном газе.
Вместе с максимальным значением двуокиси углерода содержание кислорода позволяет сделать однозначное заключение о переходе из богатой в бедную область смеси, но и о не герметичности в системах всасывания и выпуска и о пропусках в сгорании.
Угарные газы (NОx)
Воздух — это смесь почти 78% азота и 21% кислорода, остальное — инертные газы. Азот и кислород при нормальной температуре не соединяются. Под воздействием высоких температур, которые появляются в процессах сгорания, кислород и азот вступают в химические соединения.
Чем выше температура сгорания в двигателе, тем больше образуется окиси азота (NОx). Все мероприятия по улучшению КПД двигателя при сегодняшнем состоянии моторостроения неизбежно приводят к повышению температуры сгорания и, тем самым, к повышенному выбросу угарных газов.
Источник: