газоанализатор

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

2.Установить кнопкой ЯРКОСТЬ удобную для считывания показаний яркость светодиодных индикаторов. Произвести настройку нулей всех каналов нажатием кнопки >0<. Должно быть обеспечено поступление чистого воздуха, не загрязненного выбросами СО и СН. После окончания режима настройки нуля (чувствительности – по каналу O2) газоанализатор переходит в режим измерения концентраций всех каналов, а также числа оборотов коленчатого вала двигателя, производится расчет коэффициента λ. Автоматическая подстройка нуля производится через 33 мин, время подстройки – 30 с. В процессе измерения (при нажатой кнопке НАСОС) автоподстройка не происходит.

3.Показания следует фиксировать через 40–60 с после начала измерения. Нажатием кнопки ПЕЧАТЬ производится распечатка измеренных величин с указанием реального времени и информации о владельце прибора. Эта информация вводится подключением через разъём RS-232 персонального компьютера с использованием входящей в комплект поставки дискеты. В распоряжении потребителя 64 символа для ввода в печать названия фирмы – владельца прибора на другой текстовой информации.

4.По окончании работы с автомобилем или при перерыве в работе следует выключить побудитель расхода газа нажатием кнопки НАСОС.

5.Вынуть пробозаборннк из выхлопной трубы автомобиля, отсоединить тахометр.

Внешний вид прибора «Инфракар» представлен на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Вид спереди

5

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 2. Вид сзади

1.1.2. Работа с программным обеспечением

Выше было сказано, что прибор имеет возможность подключения к персональному компьютеру через разъём RS-232. Если имеется программа «MotoDocII», то можно использовать ее для выведения показаний прибора на экран монитора. Для работы с программой «MotoDocII» выполняются следующие действия:

– ищем на рабочем столе ярлык «MotoDocII» и запускаем программу. По умолчанию программа открывается с активной закладкой «Осциллограф», как показано на рис. 3.

Рис. 3. Основная рабочая закладка

6

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Это основная рабочая закладка. Здесь происходит переключение режимов прибора, снятие и анализ информации с датчиков;

– на панели режимов выбираем закладку «Газоанализатор», представленную на рис. 4.

Рис. 4. Закладка «Газоанализатор»

Программа «MotoDocII» имеет возможность показывать изменение параметров в виде графиков.

1.1.3. Проведение определения токсичности отработавших газов

Для проведения определения токсичности отработавших газов:

– нажимаем кнопку пуск на закладке «Газоанализатор»;

– запускаем стартером двигатель автомобиля;

– сохраняем графики изменения показаний;

– глушим двигатель;

– рассматриваем графики и цифровые значения, полученные при диагностике.

1.1.4. Развитие газоанализаторов

Газоанализ начали применять для исследования процессов в двигателях задолго до того, как был принят первый закон, предусматривавший контроль токсичности выхлопа автомобилей.

Первые образцы газоанализаторов, применявшиеся для регулировки двигателей, из всех побочных продуктов сгорания измеряли только концентрацию СО (т. е. были однокомпонентными приборами). Ее анализ позволял судить о соотношении топливовоздушной смеси, а значит, мог помочь в настройке карбюратора. В первых газоанализаторах использовался эффект изменения электропроводности платиновой спирали в среде выхлопных газов. В качестве современного примера можно привести изме-

7

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

рительную ячейку пятикомпонентного газоанализатора, изображенную на рис. 5, и измерительный блок американской фирмы Andros, который содержит все необходимое для определения концентрации пяти компонентов выхлопа. Полностью газоанализатор изображен на рис. 6.

Возможности такого газоанализатора полностью соответствуют требованиям диагностики, ионрассчитаннадолголетнюю безотказную работу.

К 1970-м годам, когда остро встал вопрос контроля вредных выбросов автотранспорта, уровень развития техники позволил создать качественные, двухкомпонентные приборы. Они измеряли дополнительно концентрацию еще одного компонента – НС (несгоревших частиц углеводородов, входящих в состав топлива). Кстати, содержание углеводородов (также и оксидов азота) определяется не в процентах, как всех прочих газообразных компонентов, а в РРМ – количестве частиц на миллион. Помимо этого, использовался иной, более точный метод определения концентрации – спектрометрирование выхлопных газов в ИК-диапазоне. Этот же принцип применяется и в современных газоанализаторах.

Дальнейшее совершенствование газоанализаторов определялось как постоянно ужесточавшимся контролем токсичности, так и повышением требований к прибору как к диагностическому инструменту. Чем было вызвано появление трехкомпонентных газоанализаторов, дополнительно позволявших измерять концентрацию диоксида углерода СО2, безопасного газа без цвета и запаха, натурального продукта сгорания углеводородов? Информация о нем, с точки зрения определения вредности выбросов в атмосферу, ничего не дает. Зато ценна для диагноста, поскольку позволяет косвенно судить о полноте сгорания топлива даже в случае, если дви-

8

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

гатель оборудован нейтрализатором выхлопных газов. Один из примеров такого прибора изображен на рис. 7.

Рис. 7. Трехкомпонентный газоанализатор

Такие миниатюрные приборы весьма удобны. Они дают возможность исследовать двигатель в любых условиях. Одним из характерных примеров может являться разработка американской фирмы ОТС, которой удалось в килограммовом приборе «уместить» полнофункциональный 5-компонентный газоанализатор.

Оборудование выхлопной системы автомобилей каталитическим нейтрализатором дало немалый импульс развитию приборов газоанализа. Двухкомпонентные газоанализаторы, как диагностические приборы, в этих условиях оказались малоэффективными. Они не давали достаточного количества объективной информации о работе двигателя, так как каталитические нейтрализаторы активно уменьшали именно концентрацию измеряемых ими продуктов сгорания – СО и НС.

Как бы ни были привлекательны двухкомпонентные газоанализаторы, при диагностике современных двигателей, оборудованных катализатором, они имеют ограниченное применение. Чтобы дать возможность диагностам какое-то время использовать двухкомпонентные приборы для анализа, ранее некоторые модели автомобилей снабжались специальным патрубком для отбора проб газов до катализатора. С появлением четырех- и пятикомпонентных газоанализаторов необходимость в этом отпала.

Современные четырехкомпонентные газоанализаторы измеряют концентрацию СО, НС, СО2, и О2. Замеры содержания первых трех компонентов выполняются упоминавшимся спектрометрическим методом. Концентрация кислорода определяется при помощи электрохимического датчика. Так же определяется содержание в выхлопе оксидов азота NOx в более сложных, пятикомпонентных приборах.

Преимущество приборов этого уровня заключается в том, что они позволяют расчетным путем определить исходный состав топливной сме-

9

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

си даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Помимо этого, они предоставляют диагносту несколько дополнительных параметров, совокупный анализ которых позволяет глубже понять характер процессов, происходящих в двигателе.

Имея это в виду, газоанализаторы с успехом используют в составе диагностических комплексов совместно с мотортестером.

1.1.5. Основные принципы работы газоанализаторов

Газоанализатор, как отмечалось выше, – тонкий физический прибор. Его качество определяется не столько формой, сколько содержанием, т. е. точностью и надежностью его основных компонентов. Среди них, в первую очередь, можно отметить спектрометрический блок.

Конструктивно и технологически это устройство настолько специфично, что его производство на должном, с точки зрения качества, уровне освоено лишь несколькими компаниями, имена которых хорошо известны специалистам. Среди них можно упомянуть американские фирмы Sensors и Andros, обеспечивающие до 80 % потребности в данной продукции.

Сами они выпуском газоанализаторов не занимаются, снабжая производителей лишь качественными комплектующими устройствами. Помимо американцев, спектрометрические блоки производят: японская фирма Horiba, немецкая – Beckmann и ряд менее известных компаний.

Такое разделение труда себя оправдывает. Во всяком случае, предпринимавшиеся рядом фирм попытки самим наладить производство спектрометрических блоков к хорошим результатам не приводили. Эти устройства, как правило, страдали большими погрешностями измерений, нестабильностью результатов, низкой надежностью.

Таким образом, большинство газоанализаторов – приборы интернациональные. В том смысле, что внутри газоанализатора, собранного в России, Корее или Италии, можно обнаружить основные блоки, произведенные в других частях света. Стремясь удешевить конечный продукт, многие фирмы используют комплектующие менее известных компаний, качество которых несколько хуже. Мировая известность производителя – гарантия хорошего качества прибора в целом. При этом можно не сомневаться, что диапазон измерения и точность будут на должном уровне.

Важность точности, стабильности и надежности измерительного блока газоанализатора очевидна. Не меньшее значение имеют конструктивные особенности и качество системы принудительного отбора и фильтрации газов. Лучше, если она будет двухконтурной. В этом случае насос одновременно используется и для прокачки отфильтрованного и осушенного газа, и для автоматического удаления конденсата из фильтра.

Фильтр прибора одновременно используется и для удержания механических частиц, и для отделения влаги, содержащихся в выхлопе. Он

10

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

должен быть максимально надежным и лучше многоступенчатым. Попадание в кювету спектрометрического блока твердых частиц или влаги не только вносит погрешности, но способно вывести из строя самый дорогой и надежный блок.

Не последнюю роль играет производительность насоса. Она определяет время реакции прибора на изменение состава отработавших газов. Они подаются от пробоотборного зонда в измерительный блок по протяженному шлангу с небольшим проходным сечением. Желательно, чтобы время реакции не превышало 10 секунд.

Многие узлы прибора термостабилизируются, их температура поддерживается с высокой точностью. Удобнее, если время прогрева газоанализатора до рабочей температуры составляет не более 10–15 минут.

На удобство в эксплуатации влияет и характер питания прибора. Комбинированное (сетевое и от 12-вольтового аккумулятора) питание позволяет более гибко использовать газоанализатор. В частности, если габариты газоанализатора невелики, можно выполнять замеры состава газов при движении автомобиля, не забывая о существенном запаздывании.

Вообще, миниатюризация диагностических приборов, в частности газоанализаторов, – одна из главных современных тенденций приборостроения. Это не дань моде. Цель миниатюризации – максимально приспособить приборы к проведению исследований «на ходу», попытка перевести диагностику в обстановку реальных режимов работы двигателя.

Если говорить о газоанализе, такой подход, во-первых, позволяет измерять токсичность выхлопа в движении, что уже сейчас требуют стандарты ряда штатов в США. Во-вторых, расшифровка записи изменения состава отработавших газов при различных режимах движения дает богатейшую, качественно иную информацию для анализа. Она помогает прояснить такие тонкости рабочих процессов, которые недоступны при испытаниях в боксе в безнагрузочных режимах.

Помимо этого, весьма полезными будут: дополнительные датчики, позволяющие измерять частоту вращения двигателя и температуру масла, встроенный принтер для распечатки результатов измерений и стандартный порт для связи газоанализатора с компьютером. Последнее делает возможным компьютерную обработку замеров и создание базы данных. Хорошему прибору не повредит наглядная индикация, простое и удобное управление режимами, автоматизация некоторых режимов: прогрева, установки «нуля», удаления конденсата, перехода в режим «stand by».

Еще раз необходимо подчеркнуть, что хорошим газоанализатором для диагностики современных двигателей могут считаться, как минимум, четырехкомпонентные приборы с функцией расчета состава смеси.

11

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

1.1.6. Диагностика карбюраторного двигателя и интерпретация результатов

Результаты измерений состава выхлопных газов приведены в табл. 1. В первую очередь необходимо отметить, что почти все вводимые неисправности вызывают увеличение выбросов углеводородов (кроме случая позднего зажигания).

Таблица 1 Результаты измерения состава выхлопных газов и качества

смеси у карбюраторного автомобиля (n = 750 об/мин)

Это и не удивительно – если условия сгорания смеси в отдельных или всех цилиндрах ухудшаются, то весь состав выхлопных газов отклоняется от нормального.

Наибольшее влияние на состав выхлопа оказывают неисправные свечи зажигания – количество углеводородов СН увеличивается более чем

в6 раз. При этом выбросы СО уменьшаются (нет сгорания топлива в отключенном цилиндре, следовательно, в этом цилиндре СО не образуется). Отметим, что аналогичное влияние будет оказывать, как уже говорилось, и негерметичность клапана, например, вследствие его прогара. Ну а точно установить причину можно дополнительными измерениями с помощью других диагностических средств.

Теперь проследим влияние угла опережения зажигания. На несколько более позднем угле зажигании при некотором росте СО заметно снижаются выбросы углеводородов, потому что двигатель работает более плавно, условия сгорания топлива лучше. Обратная картина наблюдается на слишком раннем зажигании – перебои в работе двигателя приводят к значительному росту выбросов СО и СН. То, что топливо сгорает неэффективно, видно по низкому содержанию СО2 ибольшомуколичеству кислорода, невступившего

вреакцию горения. Обращает на себя внимание величина λ, регулировкой которой удалось добиться ее значения 1,02, т.е. такого же, что и в исходном случае. Однако на показания газоанализатора здесь лучше не полагаться. Качество смеси в приборе рассчитывается по составу выхлопных газов, а если

12

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

двигатель работает с перебоями, то расчет будет выполнен некорректно. Кстати, то же самое справедливо и для случая неработающего цилиндра – расчетное значение λ может сильно отличаться от действительного (обычно в большую сторону). В случае подсоса воздуха во впускной коллектор топливная смесь сильно обедняется, и отрегулировать карбюратор становится трудно, часто даже просто невозможно. При этом, несмотря на снижение СО, выбросы СН заметно растут, и убрать их регулировкой уже нельзя. Результат работы трехкомпонентного нейтрализатора можноувидетьнарис. 8.

Рис. 8. Работа трехкомпонентного нейтрализатора

В трехкомпонентном нейтрализаторе одновременное уменьшение всех вредных выбросов возможно только при λ, близкой к единице.

Похожий эффект может дать, например, большой расход масла из-за износа деталей цилиндропоршневой группы. Тогда количество углеводородов возрастет, а СО – почти не изменится. Разница будет наблюдаться лишь в количествах СО2 и О2: именно по этому различию не составит большого труда установить истинную причину неисправности. Если же использовать двухкомпонентный газоанализатор, то характер неисправности определить практически невозможно.

1.2. Отчёт о работе

Отчет по лабораторной работе №1 приведен в прил. 1.

После выполнения работы отчет необходимо заполнить и защитить у преподавателя.

Контрольные вопросы

1.Объясните порядок подключения прибора к диагностируемому автомобилю и компьютеру.

2.Каково назначение газоанализатора? Поясните принцип его рабо-

ты.

3.Перечислите возможные неисправности при увеличенном количестве углеродов СН в выхлопе карбюраторного двигателя.

13

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

2. Лабораторная работа № 2

Тема: Диагностика системы топливоподачи инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

Цель: Изучить качество горения топливовоздушной смеси и принципы диагностирования с применением 4-компонентного газоанализатора. Научиться проводить диагностику системы топливоподачи инжекторного автомобиля по показаниям газоанализатора на работающем двигателе.

Задачи: Получить навыки работы с газоанализатором и навыки диагностики системы топливоподачи инжекторных ДВС.

Студенты должны знать, что представляет собой топливовоздушная смесь, ее качество горения, уметь диагностировать систему топливоподачи инжекторных ДВС с помощью газоанализатора «Инфракар» и определять неисправности системы по показаниям токсичности выхлопных газов.

При подготовке к занятию студентам необходимо изучить учебное пособие «Бортовая диагностика. Газоанализатор» и техническую инструкцию газоанализатора «Инфракар», повторить следующие вопросы:

−подготовка прибора к работе и порядок работы;

−качество горения топливовоздушной смеси;

−диагностика с применением 4-компонентного газоанализатора;

−диагностика системы топливоподачи инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

2.1. Порядок проведения диагностики системы топливоподачи инжекторных ДВС

2.1.1. Подключение прибора к диагностируемому автомобилю и компьютеру

Для подключения прибора к диагностируемому автомобилю и компьютеру необходимо выполнить действия, описанные в подразд. 1.1.1 лабораторной работы № 1.

2.1.2. Работа с программным обеспечением

Для работы с программным обеспечением необходимо выполнить действия, описанные в подразд. 1.1.2 лабораторной работы № 1.

2.1.3. Проведение диагностики

Для проведения необходимо выполнить действия, описанные в подразд. 1.1.3 лабораторной работы № 1.

14