Газоанализатор нормы выхлопного газа

Обновлено: 02.07.2024

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 NО_Х).

Эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в первую очередь зависит от полноты сгорания топлива, которая, в свою очередь, зависит от многих факторов:

- 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).

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 (NO_X) 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 (NO_X).

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.

Измерение СО₂, СО, СН проводится по оптико-абсорбционному принципу, а О₂ и NOх по электрохимическому. Благодаря встроенному насосу, имеют принудительный забор пробы.

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.

Расчетный коэффициент λ
Отдельного разговора заслуживает коэффициент избытка воздуха λ. Следует четко понимать, что значение λ, отображаемое на дисплее прибора, представляет собой не реальный, а расчетный коэффициент. Он вычисляется процессором газоанализатора исходя из количества различных компонентов в составе ОГ. Вычисление производится по так называемой формуле Бертшнайдера:

Формула приведена в качестве справочного материала и подробно разбираться нами не будет.
Расчетное значение λ будет соответствовать реальному значению только в случае, если выпускной тракт двигателя полностью герметичен, а измерительные элементы газоанализатора откалиброваны. В том случае, если выпускной тракт негерметичен (имеются подсосы атмосферного воздуха), то расчетное значение λ может оказаться не только неверным, но и превышающем все разумные пределы. Объясняется это тем, что в формуле Бертшнайдера используется содержание кислорода в ОГ, и любое появление лишнего кислорода приводит к значительной погрешности вычисления этого коэффициента.
Состав ОГ исправного двигателя
Учитывая все вышесказанное, необходимо озвучить состав отработанных газов исправного двигателя. Следует заранее оговориться, что в дальнейшем речь пойдет о работе с четырехкомпонентным прибором, так как пятикомпонентные, отображающие помимо прочего количество NО_x , на участках диагностики практически не применяются из-за высокой цены. Цифры, которые будут приведены ниже, получены из многолетнего опыта применения газоанализаторов. Прежде чем назвать их, заострим внимание на следующем моменте.
Подавляющее большинство современных бензиновых двигателей оснащено каталитическим нейтрализатором отработанных газов. Поэтому составы ОГ такого двигателя и двигателя, не оснащенного нейтрализатором, будут значительно отличаться. Исходя из этого соображения, представляется наиболее правильным рассматривать состав ОГ в выпускном тракте до нейтрализатора и после него. Эти цифры – эталон, от которого делаются все последующие выводы, можно сказать, это основа газоанализа. Их нужно запомнить и постоянно держать в голове. Итак,
- состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя в выпускном тракте до каталитического нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.1)

СО	0.5%. 0.7%
СН	100…200 ppm
СО₂	13.5%. 14%
О₂	0.5%. 1%
λ	1.0

- состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя, при исправном и прогретом каталитическом нейтрализаторе, в выпускном тракте после нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.2)

СО	0%
СН	10…20 ppm
СО₂	15%. 16%
О₂	0.1%. 0.2%
λ	1.0

СО	1%. 5%
СН	300…400 ppm
СО₂	11%. 13%
О₂	0.3%. 0.5%
λ	0.8..0.99

Нужно отметить, что при наличии каталитического нейтрализатора незначительное обогащение смеси по составу ОГ можно и не обнаружить, но любое серьезное отклонение приведет к выходу из окна катализации и явному уходу состава ОГ от нормы. В этом случае цифры на табло прибора будут похожими на приведенные выше.
Применительно к современным двигателям в качестве причин богатой смеси можно назвать повышенное давление топлива, дрейф характеристики ДМРВ, поступление топлива через неплотную мембрану вакуумного регулятора давления (на системах с обратным сливом топлива). Причиной может быть и неисправный ДТОЖ, подобный дефект легко обнаруживается по показаниям сканера. Отдельно следует упомянуть такой хитрый дефект, как подсос воздуха в выпускной тракт перед сигнальным датчиком кислорода. В такой ситуации атмосферный кислород регистрируется датчиком, что приводит к значительному обогащению смеси и даже возникновению соответствующего кода неисправности.
Еще один источник лишнего топлива в смеси – моторное масло. Здесь следует сделать небольшое отступление. Дело в том, что масляная пленка на зеркале цилиндра играет далеко не последнюю роль в формировании рабочей смеси и процессах, происходящих в камере сгорания. Если по какой-либо причине двигатель долго работал на слишком богатой смеси либо просто запустился не с первого раза, что очень часто бывает зимой, то в масло попадает бензин. Можно предположить, что несгоревший бензин стекает по стенкам цилиндров или просто проникает через замки поршневых колец. Так или иначе, но бензин в масло попадает, и надо принять это как реальность. Какими путями он поступает в дальнейшем в камеры сгорания - есть два предположения. Пары бензина вместе с картерными газами движутся по системе вентиляции картера и смешиваются во впускном коллекторе с воздухом. Но, как показывает практика, если отсоединить шланги вентиляции картера от впускного коллектора, то смесь обедняется незначительно. Однако после замены моторного масла все приходит в норму. Отсюда становится возможным сделать вывод: молекулы топлива попадают в камеру сгорания из масляной пленки на стенках цилиндров. Ведь стенки смазываются разбрызгиванием, и при каждом ходе поршня пленка масла обновляется. Описанное явление ни в коем случае не должно вводить диагноста в заблуждение: если после неудачной попытки зимнего запуска наблюдается богатая смесь либо заниженный коэффициент коррекции подачи топлива, то это абсолютно нормальное явление. В такой ситуации есть смысл рекомендовать замену моторного масла во избежание повышенного механического износа двигателя и снижения рабочих свойств самого масла.
Бедная смесь.
Такая смесь характеризуется значением λ › 1 и избыточным количеством воздуха. Несложно прийти к выводу, что при избытке в смеси воздуха количество остаточного кислорода в ОГ возрастет. Количество СН изменится незначительно, ведь одна из причин появления паров топлива в ОГ заключается в гашении пламени в защемленных объемах, и это не зависит от состава смеси. Заметно снизится значение СО. Связано это прежде всего с избытком кислорода и окислением СО до СО₂. Несмотря на это, процент СО₂ относительно стехиометрической смеси снизится вследствие общего увеличения количества газов. Конечно же, расчетный коэффициент λ окажется выше 1. Состав ОГ двигателя, работающего на обедненной смеси и не оснащенного нейтрализатором, приведен ниже (табл.4):

СО	0.1%. 0.4%
СН	150…250 ppm
СО₂	12%. 13%
О₂	1%. 2%
λ	1.01..1.3

В качестве причин бедной смеси современного двигателя можно назвать, прежде всего, подсос воздуха в задроссельное пространство. Путей много: это и вакуумный усилитель тормозов, и разрушение уплотняющих прокладок впускного коллектора, износ пары ось-втулка дроссельной заслонки, старение резиновых уплотнений форсунок и регулятора холостого хода. Локализовать место подобного дефекта можно с использованием генератора дыма.
Помимо подсоса воздуха, причиной обеднения смеси могут являться пониженное давление топлива вследствие износа бензонасоса или засорения топливного фильтра и магистрали, снижение производительности форсунок, неверные показания ДМРВ.
Обнаружить работу на бедной смеси двигателя, оснащенного каталитическим нейтрализатором, довольно сложно. Дело в том, что при выходе из окна катализации в сторону обеднения нейтрализатор продолжает оказывать значительное влияние на состав ОГ. В этом случае необходимо воспользоваться значением СО₂ и оценить эффективность сгорания в целом.
Высокое содержание СН. У двигателя без нейтрализатора нормальное значение этого параметра – 100..200 ppm. Если на табло прибора видим СН, равный 300..400 и более, это повод искать причину, по которой бензин попросту не сгорает, другими словами, имеют место пропуски воспламенения. Причин таких пропусков можно назвать много. Изношенные или неисправные свечи, высоковольтные провода, дефектный модуль зажигания, не отрегулированные тепловые зазоры клапанов, пониженная компрессия, неисправная форсунка. Причем все это — 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. Приведенная ниже таблица содержит пример состава ОГ реального двигателя без нейтрализатора, имеющего дефектные свечи (табл.5):

СО	0.34%
СН	384 ppm
СО₂	12.8%
О₂	2.02%
λ	1.085

Условия, при которых должны проводить проверку

Погода и топографические условия тоже влияют на показания измерительных приборов. Основываясь на п. 6.1.1 ГОСТа, атмосферные условия при проведении измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобиля должны находиться в следующих пределах:

— температура окружающего воздуха — от минус 10 до плюс 35 °С;
— атмосферное давление — от 92.0 до 105.3 кПа (от 690 до 790 мм рт. ст.).

В местности, расположенной выше 800 метров над уровнем моря, даже в нормальную погоду давление слишком низкое. За примером высоко ходить не надо — верхняя каскеленская трасса в Алматинской области, проходящая примерно в 900 метрах над уровнем моря. Казалось бы, дорога как дорога, но нормальное давление для такой местности — 682 мм рт. ст. А согласно стандарту, измерять токсичность выхлопа в подобных условиях запрещено. Да, стационарного экопоста на этом участке дороги нет, но если появится передвижной, поинтересуйтесь у инспекторов этими данными. Уверены, что обосновать законность замеров выхлопа измерений вам не смогут. Как показывает наше знакомство с экопостами Алматы, проверяющие и стандартов-то в глаза не видели.

Чем должны быть оснащены экопосты

Допустим, машина в порядке. Но очень важен набор оборудования на постах, потому как ту же температуру воздуха нужно измерить.
Прибор, которым измеряют атмосферное давление, называется барометр, температуру воздуха — термометр.
Также, согласно п. 6.1.2 и 6.2.3, при измерениях помимо газоанализаторов необходим другой прибор, о котором полицейские умалчивают: тахометр, к примеру. В большинстве современных газоанализаторов тахометр встроен в прибор, однако, чтобы он работал, его нужно подключить. Необходимость этого вызвана важностью точного определения оборотов двигателя. Автомобильный тахометр может не работать, врать или вообще отсутствовать. На звук мотора тем более полагаться нельзя. Также мотор перед проверкой выхлопа должен быть прогрет до рабочего состояния, не ниже 60 °С. Если измеритель температуры масла есть, попросите его установить.
Измерительное оборудование должно иметь действующий сертификат о метрологической проверке (проводится 1 раз в год). Его обязаны показать по первому требованию водителя. Если его нет или он просрочен, то идёт нарушение стандарта проверки.

Проверка авто с бензиновыми двигателями

Тахометр подключён, двигатель прогрет, но должен быть выключен. Следом вводим пробоотборный зонд газоанализатора в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от среза (при косом срезе выпускной трубы глубину отсчитывают от короткой кромки среза). Перед проведением измерений инспектор обязан проверить и установить нулевые показания газоанализатора на шкалах измерения оксида углерода (СО). Заводим мотор и…
Если машина не оснащена системой нейтрализации отработавших газов
(классика, или автомобили, имеющие только резонатор и глушитель)

Шаг 1: нажимаем на педаль газа, увеличивая обороты двигателя до 2 500–3 500 об/мин (n_пов) — для автомобилей категорий М₁ и N₁, 2 000–2 800 об/мин — для автомобилей остальных категорий, и держим мотор в таком режиме не менее 15 секунд.
Шаг 2: отпускаем педаль акселератора, устанавливая обороты двигателя 1 100 об/мин (n_мин) — для автомобилей категорий М₁ и N₁, 900 об/мин — для автомобилей остальных категорий, и не ранее чем через 30 сек. инспекторы измеряют содержание СО.
Шаг 3: снова поднимаем обороты мотора до 2 500–3 500 об/мин (2 000–2 800 об/мин), и не ранее чем через 30 сек. можно измерять содержание СО.

Если машина оснащена системой нейтрализации отработавших газов
(автомобили от Евро-1 и моложе)

Во всех случаях за результат измерения принимаются максимальные значения содержания СО.

К слову, при наличии раздельных выпускных систем у автомобиля измерение следует проводить в каждой из них. И результат принимают также из той трубы, где показания содержания СО были максимальными.
Если измерения прошли без нарушений стандарта, смотрим результаты.

От редакции

Для справки:

К категории M относятся транспортные средства, имеющие не менее четырёх колёс и используемые для перевозки пассажиров.
Автомобили легковые, в том числе:

категория M₁ — транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения.

Автобусы, троллейбусы, специализированные пассажирские транспортные средства и их шасси, в том числе:

категория M₂ — транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, технически допустимая максимальная масса которых не превышает 5 тонн.

Категория M₃ — транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, технически допустимая максимальная масса которых превышает 5 тонн.

К категории N относятся транспортные средства, используемые для перевозки грузов, — автомобили грузовые и их шасси, в том числе:

категория N₁ — транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие технически допустимую максимальную массу не более 3.5 тонны.

Категория N₂ — транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие технически допустимую максимальную массу свыше 3.5 тонны, но не более 12 тонн.

Категория N₃ — транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие технически допустимую максимальную массу более 12 тонн.

Прирост количества автомобильного парка вызвал ужесточения по нормам на концентрацию в выхлопных газах токсичных веществ.
Согласно существующим законам, с целью определения химического состава отработавших газов, испытываются на роликовом стенде, имитирующем движение на различных передачах. При этом нормируются три компонента отработавших газов: оксид углерода (CO), углеводороды (CH) и оксиды азота (NOx). Токсичность выхлопа измеряется на двух режимах холостого хода: при минимальной и повышенной частоте вращения. Последняя принимается в пределах от 2000 об/мин до 80% от номинальной. Концентрацию СО и СН в отработавших газах определяют газоанализаторами.
Для автомобилей Газель, не имеющих каталитические нейтрализаторы, концентрация по СО не должна превышать 2%. Концентрация СН ограничена значением 600 〖млн〗^(-1)
Для автомобилей, оборудованных каталитическим нейтрализатором, концентрация СО не должна превышать 0,7%, а СН – 200 〖млн〗^(-1)
Один из способов снижения уровня концентрации СО и СН - прочистка воздушных жиклеров системы холостого хода и главной дозирующей системы.
Регулировка химического состава отработанных газов двигателей Газель по CO и CH, осуществляется в случае выявления в процессе диагностирования двигателя отклонений от нормативных показателей.

Превышение концентрации вредных выбросов по CO и СH как правило появляется в следующих случаях:

при забитом воздушном фильтре;
при засорении топливных и воздушных жиклеров у карбюраторных двигателей;
при высоком и низком уровне топлива в поплавковой камере карбюратора;
при изношенных свечах и элементов системы зажигания;
при перебоях искрообразования (пропуски зажигания);
при общем износе всей цилиндро-поршневой группы двигателя.

Рассмотрим порядок регулировки карбюраторных двигателей по CO-CH.
Регулировка производится при прогретом двигателе, с отрегулированными зазорами электродов свечей, клапанами, зазором в контактной группе прерывателя (для контакного зажигания).

Регулировка зажигания производится в следующей последовательности:

поворачиваем трамблер в сторону увеличения опережения зажигания (против часовой стрелки) до установления максимальных оборотов двигателя;
немного поворачиваем трамблёр в сторону уменьшения опережения (по часовой стрелке), удерживаем его рукой (или фиксируем) и резко газуем;
повторяем предыдущий пункт до достижения двигателем "правильной" реакции (т.е. когда он не глохнет при этом и немедленно реагирует на "газ", а детонация отсутствует).

Регулировка карбюратора:

закручиваем винт количества до состояния минимально устойчивой работы двигателя;
вращая винт качества, ищем такое его положение, при котором обороты двигателя максимальны (крутить винт нужно медленно, внимательно прислушиваясь к работе двигателя, это самая "тонкая" часть процедуры);
повторяем первые два пункта до тех пор, пока не найдём нужное положение винтов (их положение при очередной итерации не изменится);
отворачиваем винт количества до установления желаемых оборотов холостого хода (800-1100об/мин);
заворачиваем винт качества на 30-40 градусов.

Между работой зажигания и карбюратора существует обратная связь, поэтому может существовать необходимость повторить обе регулировки повторно. Выполнение этих процедур практически гарантирует нормальную работу двигателя и соответствие норме CO/CH.

Порядок регулировки CO-CH для инжекторного двигателя.

Регулировка системы по концентрации CO на холостом ходу осуществляется в следующем порядке:

Читайте также: