Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А №4

Диагностирование систем управления двигателем с использованием 4^хкомпонентного газоанализатора

Цель работы:изучить общие принципы диагностирования систем управления двигателем с использованием 4^хкомпонентного газоанализатора.

Газоанализатор является необходимым компонентом диагностического комплекса, поскольку только с его помощью можно судить о соответствии выходных параметров работы двигателя установленным нормам.

Перед началом работы необходимо убедится, что система отвода отработавших газов автомобиля на всём протяжении герметична, иначе в показания прибора будут внесены искажения за счёт подсоса воздуха из атмосферы.

На некоторых автомобилях установлены специальные заборники на выхлопном коллекторе для отбора проб отработавших газов. В таком случае целесообразно подключать газоанализатор к ним, так как в этом случае на показания прибора не будет влиять работа каталитического нейтрализатора. Если таких заборников нет, то тогда отбор производится из выхлопной трубы.

Выделение несгоревших углеводородов (НС).Количество углеводородов НС в выхлопных газах характеризует полноту сгорания топливо – воздушной смеси.

При устранении основных проблем, связанных с повышенным содержанием НС, достигается максимальная экономия и лучшие эксплуатационные качества.

Уменьшение состава углеводородов (НС) является возможным посредством:

- правильного сгорания топлива в камере сгорания, зависящего также и от формы самой камеры;

- правильной регулировки зажигания;

- догорания во время выхлопа (с помощью каталитического нейтрализатора).

Большое количество углеводородов (НС) выбрасывается автомобилем через:

- вентиляционный отвод топливного бака;

- утечки из поплавковой камеры карбюратора;

- системы фильтрации воздуха;

- картер двигателя.

Очевидно, что при поддержании постоянного контроля над данными механизмами гарантируется правильный выпуск отработанных газов. Кроме того, с помощью экологических устройств пары углеводородов (НС) исходящие из топливного бака и поплавковой камеры карбюратора собираются во вспомогательном бачке с активированным углём (адсорбере) и, вместе с парами из картера двигателя, снова направляются в систему питания.

Анализ НС во время диагностики. Что касается измерения количества несгоревших углеводородов (НС), применяется единица в "частях на миллион" (p.p.m.), которая позволяет более ясно представить процент концентрации вещества. Приблизительным соотношением между p.p.m. НС и процентным содержанием НС является следующее:

- если не сгорает 0.1% смеси, образуется около 20 p.p.m. НС

- если не сгорает 1 % смеси, образуется около 200 p.p.m. НС

Разумная концентрация углеводородов (НС) в реальных условиях равна от, минимум, 5 p.p.m. до 500 p.p.m.

Типичные значения НС:

Карбюраторный двигатель старой конструкции – 300 p.p.m.;

Карбюраторный двигатель новой конструкции – 200 p.p.m.;

Двигатель с системой впрыска старой конструкции – 200 p.p.m.;

Двигатель с системой впрыска новой конструкции – 100 p.p.m.;

Двигатель с системой впрыска новой конструкции с нейтрализатором – 60-100 p.p.m.

Следует обратиться к характеристикам, приведённым изготовителем конкретного автомобиля. Высокое содержание НС часто вызвано проблемами в системе зажигания: из-за какого либо дефекта зажигания вырабатывается слабая искра, не совпадает с тактом во времени и является слишком короткой по продолжительности. В результате появляется большое количество несгоревших веществ (НС), попадающих в выхлопную трубу. А также неправильно отрегулированная смесь, слишком " богатая" или "бедная" может вызвать повышение количества выделяемых углеводородов (НС). Для простоты изложения, приводится краткий перечень типичных проблем, из-за которых образуется чрезмерное количество углеводородов (НС):

Проблемы в зажигании:

- неправильное напряжение на выходе вторичной обмотки катушки зажигания,

- высокое напряжение на распределителе или дефект кабелей системы зажигания;

- не отрегулирован зазор между электродами свечей, свечи загрязнены, изношены;

- слишком большой угол опережения зажигания.

Проблемы в составе рабочей смеси:

- нестехиометрическое соотношение горючей смеси (если смесь слишком "богатая ", то для полного окисления будет недостаточно свободного кислорода О₂ и не участвующие в реакции углеводороды попадут в выхлопные газы, если же смесь слишком "бедная " будут возникать пропуски воспламенения смеси и несгоревшее топливо будет причиной повышенного содержания НС);

- попадание дополнительного воздуха во впускной коллектор;

- неисправность системы улавливания паров топлива;

- неисправность в форсунках, вызывающая "капание " (а не распыление смеси).

- низкое качество распыла топлива форсунками и, вследствие этого неоднородность топливо – воздушной смеси в цилиндрах;

- существенные отличия текущей пропускной способности форсунок отдельных цилиндров (более 20% от средней между ними) ввиду чего система управления не может подобрать время впрыска, обеспечивающее приемлемую точность дозирования для всех цилиндров;

- слишком большое время впрыска;

- негерметичность пусковой или рабочих форсунок;

- неисправности в работе термовременного реле, датчиков температуры охлаждающей жидкости или температуры всасываемого воздуха;

- неправильное давление топлива.

Проблемы в двигателе:

- неправильно отрегулированы клапаны или фазы газораспределения;

- двигатель потребляет слишком много масла из-за изношенных маслосъёмных колец или уплотнений клапанов;

- низкая компрессия двигателя, проблемы в поршневой или негерметичны клапаны;

Фактически, преобладающей причиной являются проблемы в системе зажигания.

Выделение окиси углерода (СО).Данная ситуация создаётся тогда, когда горючая смесь является "богатой", вызывая тем самым чрезмерный расход топлива. Концентрация СО достигает своего апогея в цилиндре во время горения; во время следующего за этим такта расширения часть этого газа окисляется и превращается в С0₂ (углекислый газ). При наличии "бедной" смеси концентрация СО в выхлопных газах обусловлена, прежде всего, неоднородным распределением смеси и изменением её состава в зависимости от цикла сгорания. В отличие от СН, СО образуется только в результате сгорания. Например, отсутствие зажигания вызовет повышение содержания СН, но так как не было сгорания, СО в выхлопных газах не будет. Наоборот, богатая смесь является причиной повышенного содержания СО и СН одновременно : высокое содержание СО -- из-за недостатка кислорода во время сгорания, высокое содержание СН из-за неполного сгорания топлива и его выброса в выхлопную систему.

Анализ СО во время диагностики.Концентрация СО измеряется в процентах от выделенных газов. В автомобилях современного производства данный процентный состав, как правило, находится в пределах от 0,5% до 2,5%.Двигатели, оснащённые каталитическим конвертером (катализатором) имеют довольно низкие величины выделений, порядка 0,1%(пробы взяты из выхлопной трубы).

Высокий уровень СО обусловлен, главным образом, слишком "богатым" соотношением воздуха к бензину в горючей смеси. Данный недостаток, связанный с составом горючей смеси, порождает частичное окисление, образуя при этом СО вместо С0₂ (горение представляет собой бурное окисление, следовательно, определяющим для данного процесса является количество кислорода).

Ещё одним следствием избытка топлива в рабочей смеси является избыточное образование углеродистых остатков (отложения), осаждающихся на клапанах, в рабочей камере, на поршнях и на свечах. Данные отложения вызывают явления самозажигания (детонацию) и разрушение двигателя.

Для простоты изложения приводится краткий перечень типичных проблем, из-за которых образуется чрезмерное количество СО.

Проблемы в рабочей смеси:

- отрегулирован низкий режим холостых оборотов;

- несправен насос-ускоритель карбюратора;

- неисправна пусковая система или система обогащения при прогреве;

- ослабли топливные жиклёры карбюратора;

- слишком высокое давление топлива – неисправность регулятора системного давления или непроходимость магистрали возврата топлива в бак;

- слишком большое время впрыска или низкое управляющее давление вследствие неисправных датчиков расхода воздуха, температуры, абсолютного давления, а также регулятора управляющего давления и электрогидравлического регулятора;

- снижение давления начала открытия механических форсунок;

- неисправность петли обратной связи по сигналу лямбда – зонда;

- плохо отрегулирован уровень топлива в поплавковой камере.

Проблемы, связанные со снабжением воздуха:

- забит воздушный фильтр;

- забиты воздушные жиклёры карбюратора.

Проблемы, связанные с двигателем:

- неправильная регулировка клапанов.

Фактически, преобладающей причиной является слишком богатая рабочая смесь, проблемы которой приведены выше.

Следует помнить, что, как и для СН, содержание СО в выхлопных газах снижается каталитическим нейтрализатором.

Углекислый газ (СО₂).Это превосходный индикатор эффективности сгорания. Если содержание углекислого газа в выхлопе достигает максимальной величины, это значит, что двигатель работает с наибольшей эффективностью, независимо от того, оборудован ли двигатель катализатором или нет. Обычно содержание СО₂ в выхлопных газах должно быть 12-15%.

Причины низкого содержания СО₂:

- неверная регулировка смеси;

- неверная регулировка угла опережения зажигания;

- загрязнение воздушного фильтра;

- негерметичность выхлопной системы;

- нарушение фаз газораспределения;

- снижение компрессии.

Выделение кислорода (0₂).Кислород является главным элементом для любой смеси и присутствует в атмосфере в концентрации порядка 20,78%.

Измерение процентного содержания кислорода, присутствующего в смеси выхлопных газов осуществляется с помощью использования электрохимического датчика.

Измерение выполняется также в объёмном проценте (% vol.). Датчик подаёт напряжение, пропорциональное содержанию кислорода, присутствующего в горючей смеси. При оптимальных условиях работы двигателя процент кислорода, присутствующего в выхлопных газах должен быть ниже 2%.

Анализ 0₂ во время диагностики.Количество кислорода, измеренного в выхлопных газах, может указывать на количество рабочей смеси в камере сгорания в случае, если произошло полное сгорание кислорода.

Причинами высокого содержания 0₂ в выхлопных газах являются следующие:

- слишком высокая концентрация несгоревших углеводородов (НС) (при наличии несгоревшего топлива в выхлопной трубе) означает наличие большого количества окислителя 0₂);

- утечки в системе подачи воздуха;

- утечки в системе выпуска газов;

- утечки в зонде для контроля выхлопных газов;

- утечки в корпусе воздушного фильтра;

- слишком "бедная" рабочая смесь в одном или нескольких цилиндрах.

Высокое содержание 0₂ обусловлено в основном дефектами в герметичности, отрицательно влияющими на параметры рабочей смеси. Процент кислорода, имеющегося в смеси, увеличивается в случае наличия дефектов в системе зажигания, какого либо из цилиндров (пропуски зажигания).

Таблица 4.1 – Справочная таблица рашифровки показаний газоанализатора

Газ	Хол. об.	1000 об/мин	2500 об/мин	Замечания	Типичные дефекты	Др. признак
СО	повыш.	повыш.	повыш.	повыш. на всех об.	- Богатая смесь - ослабло крепл. крышки карбюрат. - забит воздушн. фильтр – неисправ. стартер - неисправ карбюрат. - высок, уровень топлива в карбюрат.	черн. дым из выхл. трубы – повыш. расход
НС	норм.	норм.	норм.	около норм.
СО2	низк.	низк.	низк.	постоян. низкий
О2	норм.	норм.	норм.	постоянно норма
СО	повыш.	повыш.	норм.	повыш. на низк. об	- богатая смесь - плохо отрегулиров карбюратор - пробл. жиклёра х/об	черн. дым из выхл. трубы – повыш. расход – неустойч х/об
НС	повыш.	норм.	норм.	повыш. на низк. об
СО2	низк.	норм.	норм.	низк. на х.об.
О2	норм.	норм.	норм.	пост. на х.об.
СО	повыш.	норм.	норм.	повыш. на х.об.	- богатая смесь - плохо отрегулиро-ваны х/о, - ослаблен жиклёр х. х.!	повышен расход - неустойчивые х/об.
НС	повыш.	норм.	норм.	около норм.
СО2	низк.	норм.	норм.	низк. на х.об.
О2	норм.	норм.	норм.	пост. на х.об.
СО	низк.	норм.	норм.	низк. на х.об.	- бедная смесь - плохо отрегулиров карбюратор. - попадание дополнит. воздуха	неустойч х/об. -недостат приёмистость - возвраты пламени
НС	повыш.	норм.	норм.	повыш. на х.об.
СО2	низк.	норм.	норм.	низк. на х.об.
О2	высок.	норм.	норм.	высок. на х.об.
СО	норм.	норм.	норм.	около норм.	- Дефект зажигания - дефект контактов / неотрегулир - порваны кабели высок. напр. - неисправ / неотрегулир свечи - неисправен конденсатор - перепутан провода свечей - трещина в крышке трамблера - слишком большой угол опереж	повышенный расход - неустойчивые холостые обороты – потери мощност
НС	повыш.	повыш.	повыш.	пост. повыш.
СО2	низк.	низк.	низк.	низк. на х.об.
О2	высок.	высок.	высок.	пост. высок.
СО	норм.	норм.	норм.	около норм.	- потери компрессии, расход масла. - неисправны клапаны - износ поршневой - износ цилиндров - подсос воздуха во впускном коллекторе	- низкая компрес-сия
НС	повыш.	повыш.	норм.	повыш. на х.об.
СО2	низк.	низк.	норм.	низк. на х.об.
О2	высок.	высок.	норм.	высок. на х.об.
СО	норм.	норм.	норм.	около норм.	дефект зажигания - повышен угол центробежн регулятора опережения зажигания - повышен угол вакуумного корректора опережения зажигания - неиспр. в заж. на высоких. оборотах - малый зазор меду электр. свеч - неисправна катушка зажигания	повышенный расход – потери мощ-ности
НС	норм.	норм.	повыш.	повыш. на высок. об.
СО2	норм.	норм.	низк.
О2	норм.	норм.	норм.

Проверка каталитического катализатора с помощью газоанализатора, если нет возможности сравнить состав выхлопных газов до и после нейтрализатора.

У правильно отрегулированного двигателя с каталитическим нейтрализатором выхлопных газов содержание О₂ примерно равно содержанию СО. Если содержание О₂ превышает содержание СО свыше 0,5%, то каталитический нейтрализатор неисправен.

Контрольные вопросы:

1. Охарактеризуйте основные проблемы, связанные с повышенным содержанием углеводородов (НС) в выхлопных газах и назовите способы их устранения.

2.Охарактеризуйте основные проблемы, связанные с повышенным содержанием окиси углерода (СО) в выхлопных газах и назовите способы их устранения.

3. Охарактеризуйте основные проблемы, связанные с повышенным содержанием углекислого газа (СО₂) в выхлопных газах и назовите способы их устранения.

4.Охарактеризуйте основные проблемы, связанные с повышенным содержанием кислорода (О₂) в выхлопных газах и назовите способы их устранения.