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 (СхНу), окись углерода (СО), окислы азота (NОх), 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 (СхНу) 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 (NOХ).
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.