Тема № 4. Диагностика систем двигателя с помощью газоанализатора и альфометра

Общие сведения о содержании выхлопных газов

Без газоанализатора, как правило, не удается надежно установить истинную причину неисправности двигателя или его систем (топливоподачи, зажигания и др.). Работа с газоанализатором не так проста, как может показаться. Важно не снять показания с газоанализатора, а понять, что же происходит в двигателе, из-за чего состав выхлопных газов выходит за нормативные значения.

Приготовление рабочей смеси

Воздух представляет собой смесь примерно из 78% азота и 21% кислорода. В небольших количествах в воздухе находится аргон 0,93% и углекислый газ (СО₂) 0,03%. Бензин состоит из углеводородов и является смесью примерно 15% водорода и 85% углерода.

При полном сгорании топлива кислород соединяется с углеродом в форме двуокиси углерода (СО₂) и с водородом в форме воды (Н₂О). Понятно, что при полном сгорании бензина концентрация СО₂ будет максимально и поэтому в дальнейшем при анализе выхлопных газов величина содержания СО₂ принимается за критерий эффективности сгорания топлива. Углекислый газ СО₂ – это индикатор эффективности сгорания топлива. Если СО₂ достигает максимальной величины (14-15%), то двигатель работает с наибольшей эффективностью.

Продуктами неполного сгорания бензина в двигателе являются несгоревшие углеводороды (С_хН_у), окись углерода (СО), окислы азота (NО_х), кислород (О₂), СО₂, Н₂О и сажа (углерод С). Двуокись углерода, кислород и вода безвредны, а остальные загрязняют атмосферу.

Окись углерода (СО) не имея ни цвета, ни запаха, блокирует эритроциты крови и не дает им переносить кислород. Известно, что даже содержание в воздухе 0,3% СО может привести к смерти человека за 30 минут.

Углеводороды (С_хН_у) это несгоревшее топливо, имеют характерный запах. Это яды, поражающие нервную систему и раздражающие слизистую оболочку. Кроме того, они могут попадать в атмосферу в виде паров топлива из бака.

Угарные газы образуются из азота воздуха, который под воздействием высокой температуре в камере сгорания окисляется. Наряду с окисью азота (NO) образуются в небольшом количестве двуокись азота (NO₂). NO₂ - красно-коричневый газ резкого, пронизывающего запаха. Он раздражает легкие путем отравления тканей и известен как тяжелый яд для крови.

Углекислый газ – это невредный для здоровья продукт сгорания. Увеличение содержания двуокиси углерода в атмосфере считается одной из важных причин парникового эффекта.

Определение состава выхлопных газов проводится с помощью четырех- или пятикомпонентного газоанализаторов. Газоанализатор представляет собой электронно-оптический прибор для измерения объемной доли компонентов в отработавших газах двигателя. В выхлопных газах определяется содержание углеводородов (CH), окиси углерода (CO), углекислого газа (CO₂) и кислорода (O₂). В пятикомпонентном газоанализаторе дополнительно измеряется содержание окислов азота (NO_Х).

Шкалы газоанализаторов градуируются в процентах для СО, СО₂ и О₂, а содержание CH и NO измеряется в частях на миллион по объему в «ч.н. млн» или «ррm». Единица измерения – «частей на миллион» (ч.н. млн) или в своем англоязычном эквиваленте для аппаратуры зарубежного производства parts per million (ррm) – представляет собой миллионные доли объема, связанные с процентным содержанием приближенной зависимостью 10000 ppm = 1%.

Приблизительное соотношение между ppm CH и процентным содержанием CH является следующее: если не сгорает 1% смеси, то образуется 200 ppm CH. Так например, если в бак залить 100 л бензина, то при концентрации СН 200 ppm не сгорит 1 литр бензина.

Любые изменения в условиях сгорания топлива в двигателе, вызванные нарушением работы систем питания, зажигания, системы управления двигателем или другими причинами (низкая компрессия в цилиндрах, нарушение фаз газораспределения и т.п.) немедленно приводят к отклонению содержания и соотношения компонентов выхлопных газов (СО, СН, СО₂, О₂) от установленных норм. На основе измерения содержания указанных газов, газоанализатор рассчитывает значение λ.

Для полного сгорания топливной смеси бензин и воздух должны находится друг с другом в стехиометрической пропорции, которая достигается тогда, когда для сгорания 1 кг топлива расходуется 14,7 кг воздуха (примерно 10000 л воздуха).

Коэффициент избытка воздуха указывает, насколько фактически имеющееся в рабочей смеси количество воздуха отличается от теоретически необходимого: λ = масса воздуха, поступающая в цилиндры / теоретически необходимое количество воздуха.

Таким образом, в стехиометрическом составе λ составляет 1. Обогащение смеси топливом приводит к уменьшению количества воздуха, поступающего в цилиндры и следовательно к уменьшению λ. При обеднении смеси количество воздуха, поступающего в цилиндры увеличивается и величина λ больше 1.