газоанализатор

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

3. Лабораторная работа № 3

Тема: Диагностика системы воздухоподачи инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

Цель: Изучить принцип работы и виды современного газоанализатора, примеры использования газоанализатора. Научиться проводить диагностику системы воздухоподачи инжекторного автомобиля по показаниям газоанализатора на работающем двигателе.

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

Студенты должны знать, что представляет собой газоанализатор, его принцип действия, виды газоанализаторов, примеры использования газоанализатора, уметь диагностировать систему водухоподачи 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;

−существующие виды газоанализаторов, их особенности;

−примеры использования газоанализатора;

−диагностика системы воздухоподачи инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

3.1. Порядок проведения диагностики системы воздухоподачи инжекторных ДВС

3.1.1. 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.

3.1.2. Работа с программным обеспечением

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

3.1.3. Проведение диагностики

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

25

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

3.1.4. Принцип действия газоанализатора и его диагностические возможности

Разобраться в принципе действия газоанализатора и его составных частях полезно, особенно для лучшего понимания того, чем они отличаются друг от друга.

Принцип действия газоанализатора, как отмечалось выше, основан на эффекте частичного поглощения энергии светового потока, проходящего через газ. Причем, величина поглощения света определенной длины волны пропорциональна концентрации газа. Таким образом, если через газ с меняющейся концентрацией пропускать стабильный световой поток и фиксировать изменение его интенсивности, то по результатам измерений можно судить о концентрации компонентов.

При определении концентрации смеси газов (а отработавшие газы двигателя – именно смесь) используется еще одно физическое свойство газов. У газа с постоянной концентрацией поглощение зависит от длины волны проходящего через него светового потока. Причем в диапазоне определенных длин волн, называемых «абсорбционные максимумы», поглощательная способность газа резко увеличивается. Пики поглощения различных газов соответствуют разным длинам волн. Поэтому определить концентрацию каждого из газов смеси можно, анализируя изменение интенсивности светового потока с длиной волны, соответствующей «абсорбционному максимуму» интересующего нас газа.

«Сердце» газоанализатора – спектрометрический блок, представленный на рис. 14. Через кювету насосом прокачиваются предварительно отфильтрованные выхлопные газы. Кювета имеет форму трубки, торцы которой закрыты оптическим стеклом.

Рис. 14. Схема спектрометрического блока газоанализатора: 1 – источник ИК-излучения; 2 – кювета с исследуемым газом; 3 – светофильтр;

4– детектор ИК-излучения

Содной стороны трубки расположен излучатель. Обычно он представляет собой электрическую спираль, температура нагрева которой

26

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

строго стабилизируется. Этим обеспечивается стабильность широкодиапазонного инфракрасного светового потока.

С другой стороны – ИК-детектор светового потока, измеряющий его интенсивность. Перед детектором расположены светофильтры. Светофильтры выделяют из прошедшего кювету светового потока те длины волн, которые соответствуют максимумам поглощения исследуемых газов.

Спектрометрический блок измеряет концентрацию трех составляющих выхлопа: СО, НС и СО2. Для определения концентрации кислорода и оксидов азота выходящий из кюветы газ направляется в электрохимические датчики. Они вырабатывают электрический сигнал, напряжение которого пропорционально концентрации этих газов.

Пятикомпонентный газоанализатор фирмы ОТС, изображенный на рис. 15, не имеет устройств индикации. Он предназначен для совместного использования с компьютером. Прилагающийся «софт» дает колоссальные возможности обработки и представления результатов измерений

(рис.16).

3.1.5. Примеры использования газоанализатора

Если двигатель не запускается, необходимо убедиться в том, что концентрация НС в выхлопной трубе равна или выше 2000 ррm. Иной результат означает, что в двигатель не поступает топливо.

При поиске мест утечек топлива можно обследовать пробоотборным зондом газоанализатора подозрительные места. Скачок концентрации НС укажет источник течи.

Если при перегреве двигателя поднести зонд газоанализатора к отрытому расширительному бачку системы охлаждения, то наличие в парах НС или СО будет свидетельствовать о повреждении прокладки ГБЦ.

Если при замере оказалось, что СО выше 0,5 %, а сигнал датчика кислорода не превышает 0,5 В, то, скорее всего, датчик неисправен.

27

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

В современных автомобилях с микропроцессорной системой управления двигателем, диагностируемых при помощи сканеров, 4-компонентный газоанализатор значительно увеличивает вероятность нахождения неисправности в двигателе, так как ведёт непосредственно измерение параметров, а не считывание информации из электронного блока управления, и значительно сокращает время на поиск неисправности.

Бензин, как моторное топливо, обладает хорошей испаряемостью и высокой скоростью сгорания. Распылённые частицы бензина во взвешенной смеси с атмосферным воздухом при определённых условиях образуют горючую топливовоздушную смесь (ТВС), которая легко воспламеняется от электрической искры в камерах сгорания ДВС. Наиболее благоприятным условием воспламенения хорошо перемешанной (гомогенной) смеси является, как говорилось выше, весовое соотношение в ней бензина и воздуха, равное 1/14,7 (для высокооктановых сортов бензина ТВ-смесь с таким соотношением компонентов называется стехиометрической и с точки зрения эффективности и полноты сгорания бензина является идеальной). Качество ТВ-смеси принято оценивать коэффициентом избытка воздуха α (альфа), который определяется как α = Мф / Мт, где Мф – фактически затраченное, а Мт – теоретически необходимое количество массы воздуха для полного сгорания данной порции бензина. Когда ТВ-смесь стехиометрическая, то Мф = Мт и коэффициент избытка воздуха α = 1. Если Мф > Мт, то ТВ-смесь обогащена воздухом, но называется «бедной» ТВ-смесью, так как обеднена бензином. При этом α > 1. При Мф < Мт ТВ-смесь называется «богатой», так как в ней избыточен (в отличие от теоретически необходимого количества) бензин (α < 1). Любой бензиновый двигатель может устойчиво работать только в строго отведённом интервале изменения качества ТВ-смеси. Для ДВС классических конструкций максимально допустимому обогащению соответствует коэффициент избытка воздуха α = 0,75, при максимальном обеднении – α = 1,35. Если в цилиндры ДВС подаётся ТВ-смесь по компонентному составу за пределами указанного диапазона для коэффициента α (0,75 < α < 1,35), то классический двигатель "глохнет" из-за того, что смесь перестает воспламеняться. Это можно проиллюстрировать графиками, изображенными на рис. 17, где а – зависимость мощности, крутящего момента и расхода топлива от коэффициента избытка воздуха; б – зависимость концентрации продукта сгорания от коэффициента избытка воздуха.

График на рис. 17,а имеет основополагающее значение для проектирования ДВС, а на рис. 17,б дает возможность контролировать не только двигатель, но и систему зажигания.

На рис 17,а приняты следующие обозначения: зона А – мощностной состав ТВ-смеси; зона Б – экономичный состав ТВ-смеси; P – мощность двигателя; M – крутящий момент; Ве – расход топлива.

28

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

а б Рис. 17. Графики: а – мощности, крутящего момента и расхода топлива;

б – состава отработанных газов

Для контроля, ремонта и регулировки ДВС, систем топливоподачи и зажигания предпочтителен 4-компонентный газоанализатор. Помимо анализа состава выхлопных газов в нём закладывается функция расчёта коэффициента α, а также может быть заложен расчёт корректированного значения СО. Дело в том, что концентрация СО может быть не только измерена, но и рассчитана, исходя из концентрации других компонентов выхлопных газов.

3.1.6. Диагностика системы воздухоподачи инжекторного двигателя

Как уже говорилось выше, проверку необходимо начинать с параметров холостого хода (Х.Х.) (рис. 18).

Рис. 18. Показания на холостом ходу двигателя

Далее проверка работы инжекторного двигателя проводится на средних оборотах двигателя (рис. 19).

При подсосе воздуха во впускную систему в режиме холостого хода параметры будут примерно следующими.

29

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

Рис. 19. Показания на средних оборотах двигателя

Регулировка на Х.Х. параметров почти ничего не меняет, двигатель работает неустойчиво. При увеличении числа оборотов доля несанкционированного воздуха уменьшается, и параметры принимают нормальные значения. На впрысковом двигателе подсос воздуха можно зафиксировать по заниженному показанию датчика массового расхода воздуха.

Этот режим характеризуется низким содержанием СО, пониженным – СО2, повышенным – кислорода и СН. Расчетный параметр лямбда окажется больше единицы. Причины такого дефекта применительно к инжекторным двигателям – подсос воздуха во впускной тракт, низкое давление топлива, неверные показания ДМРВ, неверная регулировка топливоподачи. Искать конкретную причину необходимо уже с помощью других приборов. Бедную смесь нельзя путать со следующим дефектом.

3.2. Отчёт о работе

Отчет по лабораторной работе № 3 приведен в прил. 3.

После выполнения работы отчет необходимо заполнить и защитить у преподавателя.

Контрольные вопросы

1.На каком физическом эффекте основан принцип действия газоанализатора?

2.Опишите составные части спектрометрического блока газоанали-

затора.

3.Каковы возможные изменение состава токсичности отработавших газов при негерметичности выхлопной системы?

30

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

4. Лабораторная работа № 4

Тема: Диагностика системы зажигания инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

Цель: Изучить пример использования газоанализатора «Инфракар» и ознакомиться с анализом работы катализатора. Научиться проводить диагностику системы зажигания инжекторного автомобиля по показаниям газоанализатора на работающем двигателе.

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

Студенты должны знать пример использования газоанализатора «Инфракар» и анализ работы катализатора, уметь диагностировать систему зажигания 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;

−пример использования газоанализатора «Инфракар»;

−анализ работы катализатора;

−диагностика системы зажигания инжекторных ДВС с помощью газоанализатора.

4.1. Порядок проведения диагностики системы зажигания инжекторных ДВС

4.1.1. 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.

4.1.2. Работа с программным обеспечением

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

4.1.3. Проведение диагностики

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

4.1.4. Пример использования газоанализатора «Инфракар»

Газоанализатор не указывает на неисправный датчик, но с его помощью можно определить направление поиска. Рассмотрим это на примерах.

31

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

Бедная смесь. Этот режим характеризуется низким содержанием СО, пониженным СО2, повышенным – кислорода и СН. Расчетный параметр лямбда окажется больше единицы. Причины такого дефекта применительно к инжекторным двигателям – подсос воздуха во впускной тракт, низкое давление топлива, неверные показания ДМРВ, неверная регулировка топливоподачи. Искать конкретную причину необходимо уже с помощью других приборов. Бедную смесь нельзя путать со следующим дефектом.

Негерметичность выхлопной системы. Представим себе, что име-

ет место неплотное соединение или трещина в выпускной системе. При этом через неплотность подсасывается атмосферный воздух и, смешиваясь с отработавшими газами, изменяет их состав. Это происходит вследствие того, что перемещение газов в выхлопном тракте носит волновой характер, и зоны давления чередуются с зонами разрежения. Именно в зону разрежения и подсасывается воздух. Даже если подсос незначителен, то содержание О2 в отходящих газах увеличится очень сильно, потому что в воздухе его почти 21 %, а в отходящих газах около 1 %. В то же время СО2 в воздухе мало, и количество этого газа в глушителе изменится не так значительно. То же можно сказать и про СО и СН. Итак, необходимо различать бедную смесь и подсос воздуха в выпускной тракт. Во втором случае имеют место неестественно высокие значения О2 и лямбда, как показано на рис. 20.

Рис. 20. Показания при подсосе воздуха в выпускной системе

Достаточно низкое содержание СН говорит о том, что топливо сгорает хорошо, и СО вроде бы в норме, но очень много кислорода и соответственно высокое значение лямбда. Снимок сделан на автомобиле, у которого преднамеренно был ослаблен хомут глушителя. Следует учитывать, что подобный дефект с помощью двухкомпонентного газоанализато-

32

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

ра обнаружить попросту невозможно.

Богатая смесь. В этом случае газоанализатор покажет высокое содержание СО, повышенное СН, пониженное СО2, О2, и лямбда меньше единицы. Причин много – неверные показания ДМРВ (чаще всего), повышенное давление топлива, неверный сигнал ДТОЖ, а также бензин в масле, статью о котором следует читать вместе с этой, чтобы сложилось полное понимание происходящего. Говоря о повышенном содержании СН, следует понимать величину до 300 - 500 ррm, такое значение обычно сопровождает богатую смесь. Если же оно значительно выше, причем признаки богатой смеси могут и отсутствовать, то это уже проявление следующего дефекта.

Высокое содержание СН. Нормальное значение СН – 50 - 200 ррm. Если на табло прибора мы видим СН, равный 300 - 400 и более, это повод искать причину, по которой бензин попросту не сгорает, другими словами, имеют место пропуски вспышек. Не «пропуски искры», как иногда выражаются, а именно вспышек. А вот причин этих пропусков много. Изношенные или неисправные свечи, высоковольтные провода, дефектный модуль зажигания, не отрегулированные клапаны, пониженная компрессия, неисправная (забитая) 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. На рис. 21 приведен пример параметров выхлопа двигателя, имеющего дефектные свечи.

Рис. 21. Показания при неисправных свечах зажигания

Все остальные системы заведомо в полном порядке. Проанализируем полученные данные. Повышенное содержание в отходящих газах паров

33

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

топлива говорит о том, что последнее попросту не сгорает. Далее, СО понижено, и его значение позволяет сделать вывод, что богатая смесь не имеет места. Высокое содержание кислорода вкупе с высоким же СН позволяет сделать предположение о пропусках. А кислород поступает из тех же цилиндров, которые при пропусках просто выплевывают атмосферный воздух, смешанный с бензином. СО2 понижено, что тоже говорит о ненормальном сгорании. Ну и лямбда – прибор рассчитывает ее, исходя в том числе и из содержания кислорода. Именно пропуски вспышек и наблюдались на данном двигателе, и они будут хорошо слышны у среза выхлопной трубы.

Датчик кислорода. То, что автомобиль оснащен ДК и катализатором, усложняет применение газоанализатора. Полноценная диагностика включает в себя проверку правильного функционирования системы управления двигателем, даже если последняя не предоставляет возможности что-то отрегулировать. Если все в порядке, то будет что-то похожее на рис. 22, из которого ясно, что катализатор полноценно «дожигает» выхлопные газы до гораздо более чистого состояния, СО – ниже предела измерения, совсем мало – СН. Зато значение СО2 близко к максимальному и очень мало кислорода, ибо он весь ушел на превращение СО и СН в безвредные СО2 и Н2О. Ну и лямбда почти в идеале. Здесь мы не увидим оксидов азота, но нужно знать, что в катализаторе эти оксиды, весьма вредные для здоровья и окружающей среды, восстанавливаются до чистого азота и уже не портят экологическую обстановку.

Рис. 22. Показания при работе с катализатором

Кроме того, можно столкнуться с совсем другой картиной: ДК работает, напряжение на нем меняется, а состав выхлопных газов далек от нормы. Очень богатая смесь, и катализатор уже не в состоянии с ней справиться. Чтобы понять причину этого явления, надо вспомнить, как работа-

34