). Ето и статията. Ще се постарая да я пооформя малко. Приятно четене пожелавам. Ако има въпроси и коментари можем да дискутираме и разсъждаваме над нещата.Анализ на изгорелите газове
Теория на петте параметъра на изгорелите газове
Употребата на 4 или 5-каналните газ-анализатори могат да бъдат от голяма полза както при проблем с изгорелите газове, така и при недобра работа на двигателя. Сегашните уреди могат да следят двата параметъра – HCи CO, а освен тях дори и всичките 5. 5-те вида измервани от съвременните устройства са – HC, CO, CO2,O2 и NOx. Всичките пет, особено CO2 и O2, са отличен метод за отстраняване на неизправности. Използуването на газ-анализатор може да спомогне за локализирането на потенциалната причина за недобрата работа на двигателя спред неговите газове. В допълнение на това, газ-анализаторът може да бъде полезен и в измерването и установяването на ефективността от ремонтите/корекциите преди и след като бъдат направени те. При отстраняване на проблеми винаги трябва да имаме предвид уравнението: гориво (водород, въглерод, сяра) + въздух (азот, кислород)= въглероден диоксид + водна пара + кислород + въглероден оксид + въглеводородни окиси + азотни окиси + серни окиси.
Когато правим анализ на газовете, ние се превръщаме в нещо като детективи. Гледаме както излиза от изпускателната система и разсъждаваме какво се случва, за да излязат точно тези емисии. Какво се случва в горивната камера или преди нея, което води до тези резултати.
Можем да ползваме указания и примери от други резултати, за да разберем имаме ли проблем в една от следните части:
• Съотношение гориво-въздух
• Изгаряне
• Запалителна система
• Устройства следящи емисиите
Тогава вече знаем от къде да започнем нашата диагностика с визуални и функционални тестове. Ако знаем, че изгарянето на нашия двигател е наред и в нормите, то не остават много неща, за които да се притесняваме. Но как да разпознаем доброто изгаряне от лошо? Нека разберем по-нататък...
Пълно(добро) изгаряне
Нека разгледаме какво значи доброто изгаряне. Нужно е да се изгори цялото количество гориво без да има остатъци от него. В горивната камера вкарваме бензин, който означаваме с HC (hydrocarbons). Това е комбинация от водородни и въглеродни атоми. Също така добавяне много въздух, който означаваме с O2. Нормално въздухът съдържа 20.7% кислород и ако вашият газ-анализатор не показва това в помещението, в което работите е възможно да имате проблемна ламбда сонда (кислороден датчик) във вашия газ-анализатор (химически сензор, чийто живот е около година) или пък въздухът в помещението е проблемен. Въздухът, който добавяме в горивната камера е основно азот в рамките на 78%. Той не гори, а просто се разширява с топлината при горенето и спомага за изтласкването на буталото надолу.
Изходящите от горивната камера са – въглероден диоксид, вода и азот. Въглеродният диоксид се означава с CO2 (един атом на въглерода се комбинира с два атома кислород). Това не е лошо, не е вредно за растенията, както и за нас, но е причинителят на глобалното затопляне. Водата се обозначава с H2O – два водородни атома комбинирани с един кислороден. Осъзнавате ли, че на всеки изгорен литър гориво ауспухът бълва почти толкова вода? Тогава доброто изгаряне изхвърля всичкия азот, който е влязъл с кислорода.
Доброто изгаряне има следния вид: HC(въглеводород)+О2 (кислород)+N2 (азот) = H2O (вода)+CO2 (въглероден диоксид)+N2 (азот).
Искаме идеална смес, която е 14.7 килограма въздух и 1 килограм бензин, за най-добро изгаряне. (14,7:1 е стехиометричното съотношение – т.е. съотношението въздух-гориво, при което количеството въздух е точно толкова, колкото да може да изгори напълно количеството гориво).
Има още няколко компонента, които въздействат на динамиката/разхода на автомобила, които не се измерват от газоанализаторите:
Водна пара (H20)
Серен диоксид (SO2)
Водород (HO)
Въглеродни сажди (C)
Серният диоксид (SO2) понякога се появява по време на изгарянето заради малкото количество сяра в горивото. При определени условия катализаторът оксидира серния диоксид в SO3 (серен триоксид), който впоследствие реагира с водата като образува H2SO4 – сярна киселина. Накрая, когато сярата и водородът предизвикат реакция се образува сероводороден газ. Именно този процес създава миризмата на развалени яйца, която понякога се усеща от автомобила пред нас. Въглеродните сажди са онзи черен пушек, който се вижда от ауспуха на автомобил с обогатена горивна смес.
Непълно(лошо)изгаряне:
Сега да се спрем на непълното изгаряне. Това е моментът, където стават кофти нещата – страничните продукти от изгарянето, което генерира газове замърсяващи въздуха или водещи до други проблеми. Пълното изгаряне е невъзможно дори и при най-добре настроените двигатели. Така на практика ние имаме непълно изгаряне и една морално остаряла концепция на двигател. Един пример на недобро изгаряне е суровото гориво (HC) влизащо в двигателя, което излизайки не успява да изгори в процеса на работа. Друг пример е въглеродният окис (CO). Той не генерира пушек, но е смъртоносен и не е добре да го има. Трети пример са азотните окиси (NОx), които образуват тъмен пушек. Всички тези са проблем и скоро ще уточним детайли за тях. Но първо нека видим, каква е причината за фотохимичния смог:
HC + NОx + Безветрие + Слънце = Смог. Сванахте ли идеята? HC и NОx са съставките на смога, така че ако направим така, че да ограничим излизането им от ауспуха, то ще редуцираме смога.
При всяка диагностика свързана с емисиите или състоянието на автомобила си задайте следните въпроси:
Какъв е симптомът?
Какви са показанията в края на изпускателната система? При празен ход, при 2500 об/мин, ускорение, забавяне на скоростта, поддържане на скорост (ниско натоварване) и т.н.
Коя подсистема или компонент биха могли да доведат до отделянето на тези емисии?
Следните основни фактори биха могли да доведат до увеличаване на вредните емисии или влошаването характеристиките на автомобила:
Липса на планова поддръжка:
Грешка в подсистемата
Комбинация от няколко маргинални системи
Нарушаване на целостта на системата за вредни емисии на автомобила и подсистеми (ЕКУ, датчици, актуатори и т.н.)
Премахване на част от оборудването на системата за вредни емисии
Модифициране на двигателя и/или системата за вредни емисии
Ползуването на оловни горива или несъвместими добавки
Когато тунинговате съвременен двигател винаги имайте предвид, че производителят му е похарчил милиони, за да го направи да работи оптимално. Най-добрият вариант е да се приведе във вид близък до заводския, като се покрият спецификациите, вместо да се правят опити да се подобрява.
Измервания от газ-анализатор
Нека погледнем по-отблизо диаграмата. Тя разкрива връзката между изходящите газове и горивовъздушната смес, която влиза в двигателя, както и мощността генерирана от него. Както се казва – картинката замества хиляда думи. Идеалното съотношение е 14,71:1 (бензин) и съвсем неслучайно точно тогава CO2 е в най-голямото си процентно съотношение, а HC е в най-ниското си ниво. Най-високата точка в мощностната крива е също почти там, именно това трябва да са водещите за нас неща. Също така да обърнем внимание, че CO и O2 имат почти еднаква(ниска) стойност в идеалния вариант (сивата част на графиката). Нека не забравяме, че всички газове са взаимно свързани, така че когато някой от тях е извън норма, то това веднага рефлектира и на останалите.
Има нужда да се знае какво точно измерва газ-анализаторът. Това са някои от измерваните газове при 4 или 5-компонентните газ-анализатори:
HC – въглеводороди – концентрацията им в изходящите газове – единици на милион (ppm) – неизгоряло гориво. Показва количеството неизгоряло гориво поради непълно изгаряне и съответно излизане през ауспуха. Това е необходимото зло. Не е желателно да ги има, затова е добре да са намалени до минимум. Приблизителното процентно съотношение между неизгорялото гориво и единиците въглеводороди е 1/200( 1.0% неизгоряло гориво води до 200ppm, 10% - 2000ppm, 0.1% - до 20ppm HC).
CO - въглероден оксид. Концентрацията му се измерва в проценти от общата газова смес. Частично неизгоряло гориво. Това е горивото, което се е възпламенило, но не е изгоряло напълно. Този газ се образува в цилиндрите, когато има наличие на непъло изгаряне и излишък на гориво. Поради това, прекомерното съдържание на CO, говори за прекалено богата смес.(CO трябва да се превърне в CO2, но няма достатъчно време или кислород, за да стане CO2 и се отделя от изпускателната система просто като CO). CO е много отровен газ, който няма миризма. Препоръчително е винаги да се работи в проветриви помещения.
CO2 – въглероден диоксид. Измерва се в процентно съотношение от общата газова смес. Напълно изгоряло гориво, показващо колко добре е изгоряла горивовъздушната смес в двигателя (КПД). Този газ дава директна информация за КПД при изгарянето. Като цяло е само с 1-2 процента по-високо при 2500 оборота в минута, отколкото при празен ход. Това се дължи на подобреният газов поток в резултат на по-добрата ефективност на изгарянето. Максимумът е около 16 процента.
O2 – кислород. Отчита се процентно в общата газова смес. Липсата на кислород в изпускателния тракт показва ясно наличието на повече въздух в горивовъздушната смес. Наличието на кислород скача рязко, когато ламбда нарастне над стойност 1. Заедно с CO2, съдържанието на кислород е ярък индикатор за преходността от богата към бедна смес или нехерметизирана всмукателна или изпускателна система, или недобро изгаряне. При богата смес повечето от кислорода изгаря по време на процеса. При много бедна смес доста повече кислород успява да се отдели „неизгорял”, така че нивото му се покачва при замерване.
Nox – азотен окис. (измерва се само от 5-компонентните газ-анализатори). Може да се види само на дино-стенд или при натоварен двигател. Азотните емисии се увеличават или намаляват обратнопропорционално на въглеводородите (HC). Когато сместа обеднее, повечето от въглеводородите успяват да изгорят, но при високи температури и налягания (под товар) в горивната камера се получава излишък на молекули кислород, които се комбинират с азотните и така се получава азотен окис. Азотният окис нараства пропорционално на увеличаването на запалителния аванс (предварението) без значение от стехиометрията на гориво-въздушната смес. Този газ е свързан с детоксикацията на системата за отработени газове (заедно с въглеродният оксид CO и въглеводородите HC). Някои от тези системи отвеждат част от отработените газове обратно в двигателя, за да бъдат изгорени отново. Само че този път около него няма останали молекули от кислород, температурите на горене не са толкова високи, както и вече не се наблюдава по-нататъшно образуване на азотен окис. Азотният окис е много смъртоносен газ и замърсява много въздуха.
A/F-ratio или ламбда. Изчислението на A/F или ламбда се базира на концентрациите на HC, CO, CO2 и O2. Нека повторим пак – идеалната стехиометрична смес е 14.7:1 – 14.7 килограма въздух са необходими за пълното изгаряне на килограм гориво. Идеалната стойност на ламбда е 1 – под нея сместа е богата, а над нея – бедна. Примерно ламбда=0.8 означава, че съотношението е (0.8 х 14.7):1= 11.76:1 (ламбда 0.8, значи смес в пропорция 11.76:1, което значи много богата смес).
Основни правила при анализът на изгорелите газове
Ако CO се увеличава, O2 намалява и съответно O2 се увеличава, като CO пада надолу. Запомнете, високите индикации на CO говорят за богата горивна смес, съответно високите индикации на O2 говорят за бедна такава.
Ако HC започне да се увеличава вследствие на прекалено бедна смес, О2 също ще се увеличи.
CO2 ще намалее при всички гореизброени случаи, заради гориво-въздушния дисбаланс или пропуски в запалителната искра (или ненавреме подадена такава).
Увеличаването на CO не значи винаги, че трябва да има увеличаване на HC. Освен това HC ще започне да се увеличава от момента, в който сместа започне да става богата (3 до 4% CO).
Високо HC, ниско Co и завишено O2 едновременно индикират за пропуски поради бедна смес или прекалено много газове от EGR.
Завишени HC, високо CO и високо O2 по едно и също време индикират за прекалено богата смес.
Високи HC, нормално до гранично ниско CO, високо O2 – индикация за механичен проблем по двигателя или проблем по запалителната система.
Нормално или на границата с високото HC, Нормално или на границата с ниското CO, и високи нива на O2 индикират засмукване на „екстра” въздух или близка до бедната смес.
Evaporative Emissions (емисии от изпарения)
До момента дискутирахме само създадените в изпускателната система газове, както и техния произход. Обаче е нужно да се спомене, че въглеводородите (HC) могат да дойдат от изпускателната система, както и от изпаренията на горивото от системи като – системата за картерни изпарения, резервоара и системите за преработка на тези изпарения. Всъщност проучванията сочат, че около 20 процента от всички въглеводородни емисии на автомобилите идват от резервоара и карбуратора (ако са оборудвани с такъв, разбира се). Въглеводородните емисии са Volatile Organic Compounds (Летливи органични съединения), които имат пряка връзка със смога е важно всички тези системи за изпаренията на горивото да са в работещо състояние също, както и тези свързани с контрола на емисиите. Двигателите с многоточково впръскване използват системи за изпарения от горивото, които биват събирани от резервоара, след което се изгарят по време на работа на двигателя. Когато тези системи са работещи горивните пари не могат да напуснат автомобила без да бъдат изгорени освен ако не се развие капачката на резервоара.
Накрая: В природата нищо не се губи или печели, просто се преобразува. Същото правило важи и при анализът на изгорелите газове.
Азотния окис е по-опасния замърсител. А и като погледнете графиката ще видите, че азотния окис нараства много рязко - компромис със 2% увеличение на въглеродния окис води до спадане на азотния окис в пъти. При съотношение 1:15 имате 1 единица CO и 10 единици NO - общо 11. При 1:14 имате 2 единици СО и 6 единица NO - общо 8. При 1:13 нещата са още по-добре - 3 ед. CO и 1 NO - общо 4.
Другото лошо е, че сега газовете са доста по задушливи. Явно е вършил работа все пак.