Analiza spalin w silnikach benzynowych
Tlenu musi być w sam raz
Można by sądzić, że zaawansowana diagnostyka układów wtrysku jak i standard EOBD pozwalają w pełni zdiagnozować układ wtrysku. Jednakże w praktyce zawodowej spotkamy się z przypadkami, gdy układ wtrysku nie działa prawidłowo a sterownik nie zapisał żadnych błędów. Pozostaje nam wówczas jedyna możliwość diagnostyki silnika poprzez pomiar analizy spalin.
W skutek spalania mieszanki paliwowo-powietrznej, w warunkach teoretycznych, powinny powstać CO2 oraz H2O. W rzeczywistych warunkach pracy silnika ZI, podczas procesu spalania powstają CO, CO2, HC, a tlen i azot pochodzą z powietrza, ale ich część, która nie brała udziału w spalaniu, również znajduje się w spalinach. Zawartość tych gazów w spalinach możemy zmierzyć analizatorem. Wartość współczynnika (bezwymiarowy) składu mieszanki λ nie jest mierzona ale obliczana. W zależności od rodzaju paliwa różna jest też teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalenia 1 kg paliwa:
- 1 kg benzyny wymaga 14,7 kg powietrza
- 1 kg gazu LPG wymaga 15,5 kg powietrza
- 1 kg gazu CNG wymaga 17,2 kg powietrza.
Rozróżniamy trzy zakresy wartości współczynnika λ:
> 1 - mieszanka uboga co oznacza, że w mieszance paliwowo-powietrznej jest więcej tlenu niż jest potrzebne do spalenia paliwa, w związku z tym część tlenu nie zostaje wykorzystana w procesie spalania;
= 1 - mieszanka ma skład stechiometryczny co oznacza, że w mieszance paliwowo-powietrznej jest dokładnie tyle tlenu, ile trzeba do spalenia paliwa;
< 1 - mieszanka bogata co oznacza, że w mieszance paliwowo-powietrznej jest mniej tlenu niż jest potrzebne do spalenia paliwa;
CO - tlenki węgla; HC - węglowodory; NOx - tlenki azotu; PM – cząstki stałe
Składniki takie jak CO, CO2 oraz O2 wyrażane są w % jako udział w ogólnej objętości spalin [% vol]. Emisja węglowodorów HC wyrażana jest w [ppm] cząstkach na milion.
Daty obowiązywania norm EURO:
- EURO 1 - od 1993 roku dla samochodów osobowych oraz dla osobowych i dostawczych
- EURO 2 - od 1996 roku dla samochodów osobowych
- EURO 3 - od 2000 roku dla wszystkich pojazdów
- EURO 4 - od 2005 roku dla wszystkich pojazdów
- EURO 5 - od 2009 roku dla wszystkich pojazdów
- EURO 6 - od 2014 roku samochodów ciężarowych
Układ wydechowy musi być szczelny - jest to podstawowy warunek prawidłowego przeprowadzenia pomiaru. Nieszczelność układu wydechowego skutkuje zaciąganiem „lewego powietrza”. Jeżeli nieszczelność wystąpi przed sondą lambda to praca układu sterowania składem mieszanki będzie zakłócona. Jeżeli nieszczelność układu wydechowego wystąpi za sondą lambda, to będzie ona pracowała prawidłowo, ale my odczytamy niewłaściwe wartości składu spalin.
Normy określające przepisy z zakresu testów emisji spalin, wymagają od stacji diagnostycznych i punktów kontroli pojazdów coraz bardziej specyficznej i profesjonalnej obsługi. W szczególności muszą wystawiać certyfikaty przeprowadzonych testów oraz same posiadać autoryzacje Ministerstwa Transportu. Wszystko to wymaga zastosowania narzędzi najnowszej generacji, przetestowanych i zatwierdzonych do użytku, aby móc wydawać w praktyczny i szybki sposób poświadczenia zgodności.
Analiza emisji spalin nie polega już tylko na bezpośrednich pomiarach. Dziś należy stosować się do odpowiednich procedur. Za pomocą certyfikowanych urządzeń producenta TEXA S.p.A., takich jak:
- GASBOX Autopower - analizator spalin z Certyfikatem MID
- RC3 - skaner Eobd z Certyfikatem ITS, z funkcją pomiarów temp. i obrotów silnika
- OPABOX Autopower - dymomierz można wykonywać pomiary analizy emisji spalin.
Moduły GASBOX Autopower i OPABOX Autopower są praktyczne i uniwersalne, dzięki czemu odpowiadają na wszystkie oczekiwania obsługujących je osób. Analizator i dymomierz posiadają również własne poręczne wózki, posiadające wzmocnione kółka z łożyskami kulkowymi. Po wyciągnięciu praktycznego, teleskopowego uchwytu można je łatwo przemieszczać po warsztacie i umieszczać obok badanego pojazdu. Pomiary zaczynamy od rozgrzania silnika. Podczas pierwszego pomiaru silnik pracuje na biegu jałowym. Wprawdzie praca silnika na biegu jałowym nie podlega normom, ale nieprawidłowa praca silnika ma wpływ na emisję spalin. Jeżeli praca silnika odbiega od norm producenta to należy zająć się ustaleniem przyczyny usterki. Po usunięciu usterki możemy przejść do pomiaru emisji spalin na podwyższonej prędkości silnika od 2000 do 3000 obr/min.
GASBOX Autopower
Spalanie w silnikach nigdy nie jest idealne a wytworzone składniki spalin mogą się różnić rodzajem i stężeniem. Większość składników spalin to zanieczyszczenia, które zgodnie z prawem, muszą być ograniczone do minimum albo przetworzone za pomocą katalizatora. Zamieszczony obok wykres prezentuje stężenia różnych substancji w porównaniu do współczynnika lambda.
Dwutlenek węgla CO2
Dwutlenek węgla jest produktem spalania, w którym cały węgiel został utleniony w procesie spalania. Zasadnicza reguła, im więcej tlenków węgla tym wydajniejsze spalanie silnika. Z drugiej strony, zmiany współczynnika powietrze-paliwo, wypadanie zapłonu i problemy mechaniczne ograniczają tworzenie się CO2. Należy pamiętać, że idealny proces spalania wytwarza ogromne ilości dwutlenku węgla i wody.
Tlen O2
Tlen może dać dobry obraz pracy silnika na mieszance ubogiej. Ze wzrostem stężenia O2 również rośnie współczynnik powietrze-paliwo, świadczy to o zubożeniu mieszanki. Zwiększenie zawartości tlenu w spalinach może być spowodowane przez:
- nadmierny dopływ powietrza w układzie dolotowym lub wydechowym;
- mieszanka zbyt uboga;
- nieszczelność układu wydechowego.
Tlenek węgla CO
Wysoki poziom tlenku węgla spowodowany jest wszystkim co wytwarza mieszankę bogatszą niż idealna. Główne przyczyny to:
- zbyt duże ciśnienie paliwa w wtryskiwaczach;
- uszkodzenie membrany regulatora ciśnienia paliwa;
- wycieki paliwa z wtryskiwaczy;
- system kontroli pętli zamkniętej (sonda lambda) zawieszony na mieszance bogatej;
- nieprawidłowe sygnały wysyłane do ECU (obciążenie silnika, czujnik temperatury chłodziwa, położenie przepustnicy).
Niespalone węglowodory HC
Nie spalone węglowodory to zanieczyszczenia powstające głównie podczas słabego zapłonu. Wykres pokazuje jak rośnie zawartość HC zarówno dla bardzo ubogiej jak i bardzo bogatej mieszanki. Powodem jest to, że w mieszance zbyt ubogiej, granica stabilnego spalania nie zostaje osiągnięta, co za tym idzie spalanie nie ma miejsca, a paliwo po prostu jest wyrzucane z cylindra do układu wydechowego. Jeżeli mieszanka jest zbyt bogata, problem jest podobny do sytuacji, w której maksymalny współczynnik powietrze-paliwo zostaje przekroczony, mieszanka staje się obojętna i ponownie nie zachodzi spalanie. Jednakże przy wartościach poniżej dolnego limitu, podczas spalania zmniejszona zawartość tlenu zostaje całkowicie zużyta a pozostałe składniki wydostają się przez układ wydechowy. Możemy teraz bardziej szczegółowo prześledzić najważniejsze przyczyny prowadzące do powstawania HC:
- usterka systemu wtrysku (ciśnienie paliwa, obwód zasilania itd.);
- nadmiernie uboga mieszanka (nieszczelny kolektor dolotowy, uszkodzony mechanizm zaworu przepustnicy);
- zabrudzone albo zablokowane wtryskiwacze;
- system kontroli pętli zamkniętej (sonda lambda) zablokowany na mieszance ubogiej;
- nieprawidłowe informacje wysyłane do ECU (obciążenie silnika, czujnik temperatury chłodziwa, położenie przepustnicy).
- problem z gniazdami zaworów wydechowych (nagar na zaworach, wypalone zawory albo gniazda zaworowe);
- nieprawidłowe ustawienie rozrządu (nieprawidłowe czasy rozrządu, nieprawidłowe sygnały wysyłane do ECU);
- niewystarczająca kompresja cylindra;
- nagromadzenie nagaru na zaworach ssących.
Opr. (seg)
Źródło: Texa Polska
