Введение

В сознании многих газоанализатор прочно ассоциируется с определением токсичности выхлопных газов автомобиля. Это, действительно, так. Контроль токсичности - одна из основных функций газоанализатора, но не единственная. Газоанализатор решает широкий круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем. Именно с помощью газоанализатора начинается диагностика двигателя с целью определения нормативных значений содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода (СО), углеводородов (СН) и нормативное значение коэффициента избытка воздуха (лямбда параметр) при оценке технического состояния систем автомобиля, двигателя и при выявлении отклонений от требуемых значений, их настройка и регулировка. Именно после проверки газоанализатором заканчивается ремонт и диагностика двигателя при соответствии его выше указанным параметрам.

Общие сведения

Требования к двигателю и его системам в эксплуатации

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

Основные требования к бензиновым двигателям автотранспортных средств изложены в ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нор-мы и методы контроля при оценке технического состояния» и ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки».

Основным является соответствие требованиям содержания загрязняющих веществ в отработавших газах.

Значение коэффициента избытка воздуха λ в режиме холостого хода на n пов у автомобилей, оборудованных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных предприятия-изготовителя. Если данные предприятия-изготовителя отсутствуют или не указаны, значение коэффициента избытка воздуха λ должно быть от 0,97 до 1,03.

Протекания и каплепадение топлива в системе питания бензиновых двигателей и дизелей не допускаются. Запорные устройства топливных баков и устройства перекрытия топлива должны быть работоспособны. Крышки топливных баков должны фиксироваться в закрытом положении, повреждения уплотняющих элементов крышек не допускаются.

В соединениях и элементах системы выпуска отработавших газов не должно быть утечек.

Рассоединение трубок в системе вентиляции картера двигателя не допускается.

Уровень шума выпуска двигателя АТС - по ГОСТ Р 52231.

Примечания

1) В эксплуатационных документах автомобиля предприятие-изготовитель указывает штатную комплектацию автомобиля оборудованием для снижения выбросов загрязняющих веществ (далее – вредные выбросы); предельно допустимое содержание оксида углерода, углеводородов и допустимый диапазон значений коэффициента избытка воздуха.

2) Для автомобилей с пробегом до 3000 км нормативное значение содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах установлено технологическими нормами предприятия-изготовителя.

Устройство и принцип работы газоанализатора

2.1 Назначение

Газоанализаторы Инфракар М предназначены для измерения объем-ной доли оксида углерода (СО), углеродов (в пересчёте на гексан), диоксида углерода (СО2), кислорода (О2) в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. В газоанализаторе имеется канал для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателей автомобилей, осуществляется расчёт коэффициента избытка воздуха λ.

Тахометр предназначен для измерения и отображения и цифровом виде частоты вращения коленчатого вала двух или четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания, с бесконтактной и контактной одноискровой системой зажигания с высоковольтным распределением.

2.2 Устройство и принцип работы

Прибор состоит из системы пробоотбора и пробоподготовки, блока измерительного (БИ) и блока электронного (БЭ). Система пробоотбора и пробоподготовки газоанализатора включает газозаборный зонд, пробоотборный шланг, бензиновый фильтр, тройник, пневмосопротивление, 2 насоса, каплеотбойник, фильтр тонкой очистки.

Принцип действия датчиков объемной доли (СО, СО2, углеводородов) – оптико-абсорбционный. Принцип действия датчика измерения кон-центрации кислорода – электрохимический. Принцип действия датчика частоты вращения коленчатого вала основан на индуктивном методе определения частоты импульсов тока в системе зажигания.

Блок измерительный содержит оптический блок, в котором имеются излучатель, измерительная кювета, 4 пироэлектрических приёмника излучения, перед которым размещены 4 интерференционных фильтра. Излучение модулируется обтюратором.

Блок электронный предназначен для измерения выходных сигналов первичных преобразователей газоанализаторов ИФРАКАР М, обработки и представления результатов измерения.

Газоанализатор ИНФРАКАР М содержит:

Комбинированный блок питания от постоянного тока напряжением (12 +2.8-1.2) В и переменного тока напряжением (220±22/-33) В, частотой (50±1) Гц;

Микропроцессорный контроллер, в том числе выполняющий функцию измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя;

6 светодиодных индикаторов;

Клавиатуру;

Датчик температуры;

Цифровой выход для связи с компьютером через разъем RS 232.

При определении концентрации веществ анализируемый газ прокачивается побудителем расхода через газозаборный зонд, фильтр Ф1 и поступает в сборник конденсата СК1, где происходит отделение влаги от газа. Затем анализируемый газ поступает в измерительную кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах. Электрохимический датчик при взаимодействии с кислородом выдаёт сигнал, пропорциональный концентрации кислорода. Величина λ вычисляется автоматически по измеренным СО, CH, CO2 и O2.

2.3 Порядок работы

Установить прибор на горизонтальной поверхности. В зависимости от источника электрического питания к разъему на задней панели подключить кабель питания 220 В или кабель питания 12 В из комплекта принадлежностей.

К гнезду на задней панели подключить кабель с датчиком тахометра, датчик подсоединить к высоковольтному проводу 1-й свечи.

Работа прибора начинается с его включения выключателем Сеть на задней стенке прибора.

После включения прибора в течении 5 мин. Происходит предвари-тельный прогрев, при этом на индикаторах высвечивается (-----). Если прибор был включён на короткий промежуток времени, для выхода в ра-бочее состояние до истечения 5 мин. Необходимо нажать кнопку 0◄.

Процесс выхода прибора на режим завершается включением авто-продувки нуля. Далее, если насос прибора выключен, каждые 30 мин. про-исходит автопродувка. Если сигналы меньше минимально допустимого уровня на индикаторах высвечивается “ЗАГР”. При этом информация о загрязнении опорного канала выводиться на индикаторе “ λ ”.

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

Установить пробозаборник прибора в выхлопную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от среза (до упора) и зафиксировать её зажимом. 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 выхлоп-ной трубы.

Нажатие и удерживание кнопки 4/2 такта позволяет установить в тахометре тип двигателя, к которому подключён прибор. Короткое нажатие на кнопку 4/2 такта позволяет проконтролировать тип двигателя, установленный в тахометре.

Для изменения уровня чувствительности тахометра необходимо одновременно нажать кнопки Печать и 4/2 такта. При этом на индикаторе “λ” появиться значение установленного уровня чувствительности. Нажатием на кнопки Печать(-) и 4/2 такта(+) можно установить требуемый уровень чувствительности тахометра для устойчивого измерения частоты оборотов коленчатого вала для данного автомобиля. При завышении показаний тахометра и при его неустойчивой работе необходимо понизить чувствительность, при занижении показаний - повысить чувствительность тахометра.

Запоминание установленного уровня производится нажатием кнопки ( 0◄) (Ввод). Выход без запоминания нажатием кнопки Насос(Выход). При изменении частоты вращения коленчатого вала в двигателях с 2-х искровой системой зажигания в тахометре устанавливается режим точно также, как и в 2-х тактном двигателе.

Включить Насос нажатием кнопки. Газоанализатор готов к работе.

После окончания режима настройки нуля (чувствительности – по каналу О2) газоанализатор переходит в режим измерения концентраций всех каналов, а также частоты вращения коленчатого вала двигателя, производится расчёт коэффициента λ.

Переключение режимов вычисления параметра λ для различных видов топлива осуществляется нажатием и удерживанием более 4 сек кнопки СО корр (Топливо). На индикаторе λ будут высвечиваться названия режимов в порядке “БЕНЗ”, “ПРОП”, “П,ГАЗ”. “БЕНЗ”- для бензина, “ПРОП”- для смеси пропан-бутан, “П,ГАЗ”- для метана(природный газ).

Автоматическая подстройка нуля производиться через 30 мин., время подстройки – 30 с. В процессе измерения (при нажатой кнопке Насос(Выход) автоподстройка не происходит.

Показания следует фиксировать через 40-60 сек после начала измерения.

Нажатием кнопки ПЕЧАТЬ производиться распечатка измеренных данных величин с указанием реального времени и информации о владельце прибора.

По окончании работы с автомобилем или при перерыве в работе выключить побудитель расхода газа нажатием кнопки НАСОС. Вынуть пробозаборник из выхлопной трубы автомобиля, отсоединить тахометр. Выключить питание прибора.

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы классифицируют по типу на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н 2 , Не, Аг, СО 2 в газовых смесях, содержащих N 2 , О 2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение т-ры при окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величина связана с числом молейМ окислившегося компонента и тепловым эффектом соотношением: , где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Магнитные газоанализаторы. Этот тип применяют для определения О 2 . Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О 2 , объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О 2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10 -2 - 100%. Наиболее распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор).

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкости газовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока.

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избирательном поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух различных атомов.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N 2 , O 2 , СО 2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемыхконцентраций обычно 10 -2 -100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10 -6 %).

Люминесцентные газоанализаторы. Вхемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивностьлюминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют для измерения концентраций токсичных примесей (напр.,оксидов азота, О 2 , С1 2 , CS 2 , O 3 , H 2 S, NH 3 , HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодического действия. Большое число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определения О 2 , СО, SO 2 , H 2 S, NH 3 и др.

Ионизационные газоанализаторы. Действие основано на зависимости электрической проводимости газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру, на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах.

Анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газовым анализом .

Приборы, при помощи которых производят газовый анализ, называют газоанализаторами. Они бывают ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены химические абсорбционные, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами.

Автоматические газоанализаторы измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов.

В настоящее время наиболее распространены автоматические газоанализаторы. По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. физических методах анализа , включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.
2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.
3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Каждый из упомянутых методов имеет свои плюсы и минусы, описание которых займет немало времени и места, и выходит за рамки данной статьи. Производителями газоанализаторов в настоящее время используются практически все из перечисленных методов газового анализа, но наибольшее распространение получили электрохимические газоанализаторы, как наиболее дешевые, универсальные и простые. Минусы данного метода: невысокая избирательность и точность измерения; небольшой срок службы чувствительных элементов, подверженных влиянию агрессивных примесей.

Все приборы газового анализа также могут быть классифицированы:

По функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);

По конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные);

По количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные);

По количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные);

По назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля).

Классификация по функциональным возможностям.

1. Индикаторы - это приборы, которые дают качественную оценку газовой смеси по наличию контролируемого компонента (по принципу «много - мало»). Как правило, отображают информацию посредством линейки из нескольких точечных индикаторов. Горят все индикаторы - компонента много, горит один - мало. Сюда же можно отнести и течеискатели. При помощи течеискателей, снабженных зондом или пробоотборником, можно локализовать место утечки из трубопровода, например, газа-хладагента.
2. Сигнализаторы также дают весьма приблизительную оценку концентрации контролируемого компонента, но при этом имеют один или несколько порогов сигнализации. При достижении концентрацией порогового значения, срабатывают элементы сигнализации (оптические индикаторы, звуковые устройства, коммутируются контакты реле).
3. Вершина эволюции приборов газового анализа (не считая хроматографов, которые мы рассматриваем) - это непосредственно газоанализаторы . Данные приборы не только дают количественную оценку концентрации измеряемого компонента с индикацией показаний (по объему или по массе), но и могут быть снабжены любыми вспомогательными функциями: пороговыми устройствами, выходными аналоговыми или цифровыми сигналами, принтерами и так далее.

Классификация по конструктивному исполнению.

Как и большинство контрольно-измерительных приборов, приборы газового анализа могут иметь разные массогабаритные показатели и режимы работы. Этими свойствами и обуславливается разделение приборов по исполнению. Тяжелые и громоздкие газоанализаторы, предназначенные, как правило, для длительной непрерывной работы, являются стационарными. Менее габаритные изделия, которые могут быть без особого труда перемещены с одного объекта на другой и достаточно просто запущены в работу - переносные. Совсем маленькие и легкие - портативные.

Классификация по количеству измеряемых компонентов.

Газоанализаторы могут быть сконструированы для анализа сразу нескольких компонентов. Причем анализ может производиться как одновременно по всем компонентам, так и поочередно, в зависимости от конструктивных особенностей прибора.

Классификация по количеству каналов измерения.

Приборы газового анализа могут быть как одноканальными (один датчик или одна точка отбора пробы), так и многоканальными. Как правило, количество каналов измерения на один прибор бывает от 1 до 16. Следует отметить, что современные модульные газоаналитические системы позволяют наращивать количество каналов измерения практически до бесконечности. Измеряемые компоненты для разных каналов могут быть как одинаковыми, так и различными, в произвольном наборе. Для газоанализаторов с датчиком проточного типа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптико-абсорбционные) задача многоточечного контроля решается при помощи специальных вспомогательных устройств - газовых распределителей, которые обеспечивают поочередную подачу пробы к датчику из нескольких точек отбора.

Классификация по назначению.

К сожалению, невозможно создать один универсальный газоанализатор, с помощью которого можно бы было решать все задачи газового анализа. Как невозможно, к примеру, сделать одну линейку для измерения и долей миллиметра, и десятков километров. А ведь газоанализатор - это многократно более сложный измерительный прибор, нежели линейка. Контроль разных газов, в разных диапазонах концентраций, производится по-разному, посредством различных методов и способов измерения. Поэтому производителями конструируются и выпускаются приборы для решения конкретных задач измерения. Основные такие задачи: контроль атмосферы рабочей зоны (безопасность), контроль промышленных выбросов (экология), контроль технологических процессов (технология), контроль загрязнения атмосферы жилой зоны (экология), контроль выхлопных газов автомобилей (экология и технология), контроль выдыхаемого человеком воздуха (алкоголь)... Отдельно можно назвать контроль газов в воде и др. жидкостях. В каждом из указанных направлений можно выделить еще более узко специализированные группы приборов. А можно и укрупнить их для сздания более крупных групп приборов газового анализа.

Устройство, функционально построенное на принципах измерения газовых смесей, позволяет своевременно определить превышение опасных токсинов. Газовый анализатор – небольшой по размерам прибор предупредит об опасности, связанной с несанкционированным выбросом вредных летучих веществ и о появлении протечки в трубопроводе.

Мы расскажем о всех применяемых на практике видах анализаторов газовой смеси. В представленной нами статье подробно описаны их конструктивные особенности и принцип действия. С учетом наших рекомендаций вы сможете выбрать наиболее подходящий прибор.

С точки зрения исполнения, существуют газоанализаторы ручные и автоматические. К ручным анализаторам относятся абсорбционные модели, где используется технология поглощения газовой среды реагентами. Приборы, действующие автоматически, обычно действуют по технологии построения физико-химической характеристики вещества.

Практически все устройства анализа газовой среды, поддерживающие автоматическое измерение, с точки зрения методологии условно делятся на три группы:

1. Анализаторы химических реакций.
2. Анализаторы физико-химических процессов.
3. Анализаторы физических процессов.

Первыми поддерживаются физические методы анализа, выполняемого с помощью химических реакций. Здесь, как правило, ассортимент приборов составляют объёмно-манометрические, а также химические аппараты.

С помощью мобильных приборов измеряется объём или давление смеси газа.

Газоанализатор – одна из многочисленных моделей подобных приборов, которые широко применяются в самых разных отраслях народного хозяйства. Такие устройства позволяют вести всеобъемлющий контроль окружающей среды

Второй группой устройств тоже поддерживается физическая методология, но при дополнении физико-химическим процессом.

Среди таких процессов могут иметь место:

• электрохимия;
• термическая химия;
• фотоколориметрия;
• фотоионизация;
• хроматография.

Естественно, в зависимости от конкретного процесса, результат получают разным способом. К примеру, электрохимией определяют концентрацию газовой смеси, основываясь на её электрической проводимости. Или же, измеряя тепловую отдачу реакции каталитических окислений, получают степень концентрации горючих газов.

Пример устройства, поддерживающего технологию фотоионизационного анализа. Модель из серии приборов «Колион» относится к разряду переносных конструкций, отличается удобством применения и качеством выдаваемых результатов

Третья группа газоанализаторов, построенная исключительно на физической методике, представлена магнитными, оптическими, денсиметрическими и другими устройствами. В эту группу входят, к примеру, термокондуктометрические приборы анализа газовых смесей, благодаря которым получают результат, измеряя степень теплопроводности веществ.

Основной принцип работы и устройство газоанализаторов позволяет выполнять анализ многокомпонентных смесей, измеряя уровень концентрации одного компонента, присутствующего в составе смеси.

Принципы классификации газовых анализаторов

Все существующие на данный момент анализирующие устройства классифицируются, исходя из конструктивных и технологических деталей. Классификацией характеризуются конкретные функциональные возможности приборов газового анализа.

Например, индикатор и сигнализатор могут быть чем-то схожи, но классифицируются как разные измерители. То же самое следует по отношению к течеискателям и газовым анализаторам.

Малогабаритный удобный в применении течеискатель – конструкция, имеющая прямое отношение к анализаторам газовой среды. Использование подобных устройств является актуальным для различных условий промышленного производства и бытовой сферы

Классификация конструктивного исполнения определяет такие свойства, как мобильность и портативность. Способности приборов измерять определённое количество компонентов классифицируются признаками однокомпонентного или многокомпонентного устройства.

Аналогично с числом каналов измерения, где существует классификация по одноканальным или многоканальным газоанализаторам.

Наконец, есть ещё один критерий, показывающий конкретное назначение приборов. К примеру, имеются газоанализаторы мониторинга выхлопных газов автомобилей, и есть устройства, контролирующие технологические процессы.

Самые распространённые приборы

Наиболее распространёнными устройствами, входящими в состав трёх отмеченных групп, выделяются оптические и электрохимические модели. Их привлекательность обусловлена возможностью производства измерений в состоянии режима реального времени.

При этом технологически приборы поддерживают многокомпонентный анализ с возможностью сохранения результатов в микросхеме памяти.

Пример из группы оптических газоанализаторов – приборов, получивших наибольшее распространение в самых разных областях. Оптические анализаторы газовой среды обладают высокой точностью измерений

Для промышленной сферы подобные устройства являются незаменимым оборудованием. Особенно там, где требуется постоянный контроль выбросов или анализ технологических процессов.

В таких случаях газоанализаторы нередко выступают как системы непрерывного мониторинга процесса промышленного производства, используются в исследованиях экологической обстановки. Для выбора под применение в бытовой среде газоанализаторы указанных типов тоже предпочтительны.

Выбор прибора для анализа загазованности

Пытаясь сделать выбор устройства, желательно определиться, какая задача будет возложена на прибор. Исходя из намеченных задач, проще подыскать требуемую комплектацию. К тому же денежный вопрос при точном подборе комплектации решится в пользу покупателя. Чем меньше деталей комплекта, тем ниже стоимость.

Вниманию при выборе обычно подлежат следующие рабочие критерии:

• список поддерживаемых газов;
• граничные значения измерения концентраций;
• возможности анализа объёмных и массовых долей;
• время непрерывной работы;
• возможность ведения измерений сразу в нескольких точках.

Конечно же, определённую роль в процессе подбора оборудования играет внешнее исполнение. Наличие защитных свойств, таких как влагозащищённый корпус, блокировка проникновения пыли и сажи – всё это также важно, если рассчитывать на долговечность анализатора.

Мобильная модель газового анализатора, привлекательная помимо удобства использования ещё и тем, что заключена в надёжный влагонепроницаемый корпус. Плотное исполнение корпуса защищает также от попадания внутрь пыли

Учитывая насыщенность российского рынка газовыми анализаторами иностранного производства, приходится выбирать с оглядкой на адаптацию к отечественным условиям. Понятно, если информационная часть устройства на иностранном языке, пользоваться таким прибором сложнее. Правда со временем можно-таки привыкнуть.

Любой газоанализатор оснащается рабочими сенсорами (датчиками). По мере эксплуатации эти элементы утрачивают свои свойства, теряют чувствительность и подлежат замене.

Насколько частыми должны быть замены и как обстоят дела с приобретением запасных комплектующих – это тоже вопрос выбора, требующий внимательного подхода. Да и срок гарантии не последняя деталь, на которую следует обратить внимание.

Обзор производителей газоанализаторов

Среди зарубежных компаний, чья продукция снискала популярность на отечественном рынке, выделяется немецкая компания Testo AG. Выпускает широчайший ассортимент контрольно-измерительной аппаратуры, включая газоанализаторы разного вида.

Компания существует больше полвека и за этот период времени научилась создавать действительно качественную, добротную во всех отношениях технику.

Конкретно по газовым анализаторам: фирмой Testo AG поставляются на рынок устройства, способные измерять, анализировать, выдавать характеристики различных дымовых газов, формируемых .

Одна из популярных моделей анализатора, отмеченного известным брендом Testo AG. Измерительные и контрольные приборы компания поставляет в широком ассортименте, пользовательский выбор многообразный

Вполне достойный выбор газовых анализаторов обеспечивает также отечественная компания Политехформ-М. Это один из крупных производителей контрольно-измерительных приборов и аналитической техники. На базе предприятия действует собственная экспериментально-лабораторная база, чем обеспечивается удачная разработка современных устройств.

Ассортимент Политехформ-М представляют модели газовых сигнализаторов из серии «Сигнал» и «Сигма», включая многоканальные конструкции. Также предприятием выпускается серия детекторов «ДМГ» и прочее оборудование. Среди конкретных примеров можно отметить: «Сигнал-033», «Сигма 1М», «ДМГ-3».

Продукт российской компании Политехформ-М – многоканальный газовый анализатор, функционально обеспечивающий всеобъемлющий контроль газовой среды. Приборы компании ценятся не только за функциональность, но также за надёжность

Питерская компания Информаналитика разработала и выпускает серию устройств под маркой «Хоббит». Серия «Хоббит-Т» охватывает широкий диапазон веществ, с которыми приборы могут работать и выполнять анализ.

Эффективный прибор российской компании из Санкт-Петербурга. Устройство носит интересное название «Хоббит-Т». Возможно компания «Информаналитика» решила таким образом привлечь к разработке, но прибор явно не нуждается в лишней рекламе

Практически все виды газов, используемых в промышленном производстве и бытовой сфере, подаются анализу с помощью прибора, разработанного компанией из Санкт-Петербурга. Правда, «Хоббит-Т» – оборудование, которое относится к разряду стационарных устройств. Этот фактор несколько ограничивает пользовательский выбор.

Ещё одна немецкая компания «Фёссен» через своё дочернее предприятие WITT поставляет быстрые, точные, многофункциональные газоанализаторы. Причём выбор для потребителя практически не ограничен по конструктивному исполнению приборов.

Ассортимент WITT наполнен стационарными и мобильными приборами, рассчитанными на производство выборочного или поточного контроля. Все виды газов доступно анализировать техникой WITT, а область возможного применения начинается с пищевой сферы и завершается металлургией.

Интересными для выбора отмечаются приборы компании Промэкоприбор. Относительно молодая российская фирма (2009 год) разрабатывает и продвигает на отечественном рынке современную аналитическую технику экологического назначения.

Интересными эффективными и продуктивными приборами снабжает отечественный рынок российская компания «Промэкоприбор». Компания выпускает изделия промышленного назначения, но есть также отдельные разработки, пригодные для быта

Примечательно, что выпускаемая компанией продукция полностью соответствует нормативной документации для отечественного применения. Список продуктов компании возглавляют приборы серии «Полар» и «Тест». Это переносные многокомпонентные анализаторы газа, предназначенные под системы контроля промышленных процессов.

Удобные в применении приборы бытового назначения поставляет в Россию итальянская компания Seitron s.r.l. На российском рынке итальянцы работают более 15 лет и за это время успели поставить более 450 наименований контрольно-измерительной аппаратуры.

Для бытовой сферы интерес может представлять, к примеру, разработка «Seitron RGDMETMP1» – сигнализатор загазованности природным газом, поставляемым .

Снискавший популярность в России итальянский газовый анализатор RGDMETMP1 – продукт компании «Seitron s.r.l». Идеально подходит для применения в условиях домашнего хозяйства. Вместе с тем ассортимент компании рассчитан на широкую аудиторию потребителей

Это всего лишь один отдельно взятый пример итальянского оборудования. В целом же техника Seitron способна покрыть спрос в широком диапазоне потребностей. Здесь найдутся, к примеру, мобильные газоанализаторы режимной наладки газовых и и стационарные сигнализаторы загазованности помещений.

Анализатор газа – электронный прибор, который всё чаще становится нужным аксессуаром для многих моментов современной жизни. Научно-технический прогресс дал людям множество полезных вещей и продуктов, но вместе с тем принёс массу вредных технологий производства и условий эксплуатации.

Выводы и полезное видео по теме

На примере мобильной модели можно понять принцип работы газового анализатора:

Точный анализ окружающей среды позволяет обезопасить природу, сделать чистыми места проживания людей. Анализаторы раскрывают полностью картину состояния окружающей атмосферы, дают возможность оценить обстановку и незамедлительно принимать меры, если есть отклонения от стандартизированных норм.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, задавайте вопросы и публикуйте фото. Расскажите о собственном опыте в использовании газоанализатора. Не исключено, что ваши рекомендации будут полезны посетителям сайта.

На современном диагностическом участке газоанализатор является одним из базовых приборов.

Назначение газоанализатора

К сожалению, в сознании многих специалистов автосервиса газоанализатор по-прежнему ассоциируется с регулировкой карбюратора. Это не так.

Конечно, контроль токсичности отработанных газов (ОГ) - важная функция автомобильного газоанализатора, но, тем не менее, далеко не единственная.

Прибор способен решать широкий круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем, являясь богатейшим источником диагностической информации. Можно с уверенностью утверждать, что газоанализатор - один из основных инструментов диагноста.

Как врачу для постановки диагноза необходимы анализы пациента, так и диагносту нужны данные "анализа", чтобы выявить "болезни" двигателя, ведь состав ОГ напрямую зависит от его состояния.

Эволюция газоанализатора

Первые образцы газоанализаторов, применявшиеся для регулировки двигателя, из всей совокупности компонентов ОГ измеряли только концентрацию оксида углерода СО. Приборы были однокомпонентными.

Анализ концентрации СО позволял сделать вывод о качественном соотношении топливно-воздушной смеси и применялся в основном при регулировке карбюраторов. Такие газоанализаторы имели стрелочное отображение результатов анализа и работали на принципе измерения электрической проводимости платиновой спирали в среде оксида углерода.

К 70-м годам прошлого века остро встал вопрос необходимости контроля автомобильных токсичных выбросов. Уровень развития техники тех лет позволил создать двухкомпонентные автомобильные газоанализаторы, способные измерить концентрацию еще одного вредного компонента - несгоревшего топлива, обозначаемого СН. Эти приборы работали на принципе спектрометрирования исследуемых газов в инфракрасном диапазоне, который используется по настоящее время.

Дальнейшее развитие автомобильных газоанализаторов привело к появлению трех-, четырех- и даже пятикомпонентных приборов, позволяющих измерить концентрацию не только названных выше оксида углерода СО и углеводородов СН, но и диоксида углерода СО 2 , кислорода О 2 и оксидов азота NО x , а также рассчитать соотношение воздух-топливо в исходной топливно-воздушной смеси.

Спектрометрический блок газоанализатора: принцип действия

Принцип действия спектрометрического блока газоанализатора основан на эффекте частичного поглощения энергии светового потока, проходящего через газ.

Молекулы каждого газа представляют собой колебательную систему, способную поглощать инфракрасное излучение в строго определенном диапазоне волн. Если через колбу с газом пропустить стабильный инфракрасный поток, то часть его будет газом поглощена. Более того, будет поглощена в основном только некоторая часть спектра потока, называемая абсорбционным максимумом данного газа. Чем выше концентрация газа в колбе, тем большее будет наблюдаться поглощение.

Тот факт, что разные газы обладают разными абсорбционными максимумами, позволяет измерить концентрацию газов в смеси, измеряя поглощение соответствующей длины волны. Иначе говоря, определить концентрацию каждого из газов в ОГ можно, анализируя снижение интенсивности светового потока в части спектра, соответствующей абсорбционному максимуму данного газа.

Спектрометрический блок прибора устроен следующим образом

Через измерительную кювету, представляющую собой трубку с закрытыми оптическим стеклом концами, прокачиваются предварительно отфильтрованные отработанные газы. С одной стороны трубки расположен излучатель. Он представляет собой нагреваемую электрическим током спираль, температура которой строго стабилизируется. Излучатель генерирует стабильный поток инфракрасного излучения.

С противоположной стороны трубки устанавливаются светофильтры, которые из всего потока выделяют необходимые длины волн, соответствующие абсорбционным максимумам исследуемых газов.

После прохождения светофильтров поток попадает в приемник инфракрасного излучения. Приемник измеряет интенсивность потока и вырабатывает информацию о концентрации газов в смеси.

Таким способом определяется концентрация СО, СН и СО 2 . В дальнейшем смесь газов из измерительной кюветы поступает последовательно в датчики электрохимического типа, вырабатывающие электрический сигнал, напряжение которого пропорционально концентрации кислорода О 2 и оксидов азота NО x .

В современном приборе замер концентрации СО, СН и СО 2 выполняется описанным спектрометрическим методом, а концентрации кислорода O 2 и оксидов азота NO x - электрохимическими датчиками.

Обработка сигналов датчиков и спектрометрического блока в современном газоанализаторе выполняется электронной схемой, построенной на базе микропроцессора.

На дисплей прибора информация о содержании СО, CO 2 и O 2 выводится в процентах, а СН и NO x - в так называемых ppm (parts per million), «частей на миллион». Такое обозначение связано с крайне низкой концентрацией названных компонентов в ОГ и неудобством использования процентов для обозначения их количества. Соотношение между процентами и ppm выглядит следующим образом:

10 000 ppm = 1%

Поэтому количество, например, СН в ОГ типичного двигателя составляло бы около 0.001%-0.01%. Оперировать в работе такими цифрами сложно, в результате принято использовать именно ppm.

Газоанализатор - прибор сложный, и его качество определяется точностью и надежностью компонентов, в первую очередь спектрометрического блока.

Конструктивно и технологически спектрометрический блок настолько сложен и специфичен, что его производство на должном с точки зрения качества уровне освоено лишь несколькими фирмами во всем мире.

Производители непосредственно газоанализаторов используют уже готовые спектрометрические блоки, встраивая их в свои приборы. Такой подход себя оправдывает, и в приборе, произведенном в России, Италии или Корее можно обнаружить спектрометрический блок, сделанный в Японии или Америке.

Спектрометрический блок - дорогое устройство, составляющее заметную часть в стоимости прибора.

При эксплуатации очень важно обеспечить его долговечность. Механические частицы, сажа и влага, оседая на стенках блока, приводят к значительному дрейфу его показаний и даже к его полной неработоспособности.

Поэтому, прежде чем попасть в измерительный блок, отработанные газы проходят подготовку, которая производится, как правило, в несколько этапов:

• грубая очистка отработанных газов. Выполняется фильтром, установленным на входе в прибор либо в ручке зонда забора пробы. Отфильтровываются крупные механические частицы и сажа.
• отделитель влаги. Он может быть самых разнообразных конструкций. Назначение - отделить от потока газов капли влаги, конденсирующиеся на внутренних поверхностях зонда и соединительного шланга и удалить их. Удаление производится автоматически либо вручную оператором путем периодического слива конденсата из накопителя.
• фильтр тонкой очистки. С его помощью производится окончательная фильтрация от мельчайших механических частиц. Фильтров может быть установлено несколько, последовательно друг за другом.

Что нужно знать при эксплуатации газоанализаторов

Особенность конструкции прибора накладывает отпечаток на его эксплуатацию и рекомендации по уходу за ним. Как правило, эксплуатация автомобильного газоанализатора не представляет большой сложности и выполняется одним оператором.

Перед выполнением измерений необходимо произвести коррекцию нуля прибора, для чего нажать на лицевой панели соответствующую кнопку. Часть газоанализаторов выполняют коррекцию нуля автоматически через заданный промежуток времени, в этом случае вмешательство оператора не требуется.

Для снятия показаний нужно установить зонд в выхлопную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм и зафиксировать его зажимом. Столь значительная глубина требуется для того, чтобы исключить подсос в зонд атмосферного воздуха и получение недостоверных показаний.

Далее необходимо запустить измерение и дождаться установившихся показаний на табло прибора. Длительность процесса установки показаний обычно составляет от 15 до 45 секунд и зависит от длины шланга и конструкции пневматического тракта, которая может значительно различаться у приборов разных производителей.

Основываясь на многолетней практике эксплуатации газоанализаторов, можно дать следующую рекомендацию.

После каждого замера следует отключить шланг с зондом от прибора и продуть его в обратную сторону сжатым воздухом с целью удаления конденсата. Чаще всего при этом наблюдается весьма значительное выделение влаги. Конечно, встроенный отделитель влаги свою функцию выполняет, но, тем не менее, следование данной рекомендации представляется как мера, повышающая вероятность безотказной работы прибора.

Обслуживание газоанализатора сводится в основном к периодической замене фильтров тонкой и грубой очистки. Рекомендации по их замене приводятся в руководстве по эксплуатации конкретного прибора.

Очень важно обратить внимание на следующий момент: фильтры тонкой очистки, применяемые в газоанализаторах, отличаются от бензиновых фильтров и использование последних в газоанализаторах недопустимо.

Также важно следить за тем, чтобы фильтры были сухими. Намокшие фильтры необходимо либо просушить подачей воздуха в направлении против нанесенной на корпус стрелки, либо заменить.

Анализ состава отработанных газов

Самый главный тезис, который необходимо озвучить перед изложением методики анализа состава отработанных газов, заключается в следующем.

Для грамотного и правильного анализа требуется абсолютное понимание того, откуда в составе ОГ появляется тот или иной компонент.

Нужно четко представлять течение процессов в цилиндрах и выпускном тракте двигателя, происходящие при этом химические превращения и базироваться на этом понимании.

При таком подходе диагност начинает думать и грамотно анализировать состав ОГ, видя причинно-следственные связи. Подход типа «если состав ОГ такой-то - то имеет место дефект такой-то» не представляется конструктивным и рассматриваться не будет.

Прежде всего, вспомним из школьного курса химии состав атмосферного воздуха. Это потребуется для правильного понимания происходящих в цилиндрах и в выпускном тракте двигателя процессов.

Остальные газы, в основном инертные, присутствуют в малых количествах и в нашем случае большой роли не играют, как, впрочем, и аргон. Цифры, очень близкие к приведенным, можно увидеть на табло газоанализатора, если запустить измерение «на свежем воздухе».

Итак, в цилиндрах двигателя сгорает рабочая смесь.Реакция окисления углеводородов топлива происходит по следующей схеме:

СН + О 2 => СО 2 + Н 2 О.

Напомним, что состав смеси принято оценивать коэффициентом избытка воздуха λ. Он представляет собой отношение реального количества воздуха, поступившего в цилиндры, к теоретическому количеству, необходимому для полного сгорания топлива. Смеси, в которых количество воздуха совпадает с теоретически необходимым, называются стехиометрическими. В этом случае λ=1. Если количество воздуха больше необходимого, то смесь принято называть бедной, и коэффициент находится в диапазоне λ=1.0...1.3. Более бедная смесь перестает воспламеняться. Если же воздуха меньше необходимого, то смесь называют богатой. Такая смесь характеризуется значением λ=0.8...1.0.

Казалось бы, при сгорании стехиометрической смеси отработанные газы должны состоять из углекислого газа СО 2 , водяного пара Н 2 О и азота N 2 . Но на практике все происходит иначе. Под действием высокой температуры в цилиндре двигателя азот и кислород вступают в реакцию, в результате которой образуются оксиды азота. Совокупность этих оксидов обозначается NO x и отображается пятикомпонентными газоанализаторами. Образование NO x сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода. Основным компонентом в смеси оксидов азота является монооксид NO. Покинув цилиндры двигателя, он окисляется в атмосфере до диоксида NО 2 , который гораздо более токсичен и, соединяясь в атмосфере с водяным паром, образует кислотные дожди.

Кроме того, в ОГ всегда содержатся углеводороды СН. Они представляют собой исходные или распавшиеся молекулы топлива, которые не принимали участия в сгорании, а также продукты распада моторного масла. Углеводороды появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в защемленных объемах вроде пространства между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

Часть СН выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндров. На такте рабочего хода и выпуска происходит их выделение из пленки. Аналогичный эффект поглощения паров топлива наблюдается и на нагаре, покрывающем стенки камеры сгорания.

Далее, в ОГ обязательно присутствует продукт неполного сгорания топлива — оксид углерода СО (угарный газ). Он образуется в основном во время реакции сгорания при недостатке кислорода, поэтому основное влияние на образование СО в бензиновых двигателях оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО.

Следует отметить, что данный компонент является, пожалуй, самым опасным с точки зрения воздействия на человеческий организм. Угарный газ не имеет цвета и запаха, но при вдыхании соединяется с гемоглобином крови и при высокой концентрации может вызвать смертельный исход.

Конечно же, в составе ОГ неизбежно окажется и не вступивший в реакцию кислород. Следует отметить, что кислород может оказаться в составе ОГ не из цилиндров двигателя, а из атмосферного воздуха, поступающего через места нарушения герметичности выпускного тракта.

Каталитический нейтрализатор

Многочисленные исследования показали, что улучшение процесса сгорания, оптимизация управления составом смеси и углом опережения зажигания не позволяют снизить токсичность ОГ хотя бы до уровня, обеспечивающего выполнение норм Евро II, не говоря о более высоких требованиях.

Для решения проблемы было предложено использование дополнительной обработки ОГ в выпускном тракте двигателя. Устройства, выполняющие такую обработку, называются каталитическими нейтрализаторами.

Основными частями каталитического нейтрализатора являются:

• корпус из жаропрочной нержавеющей стали
• блок-носитель, представляющий собой сотовую структуру из керамики или гофрированной фольги толщиной 0.1..0.5 мм
• прослойка с пористой структурой из оксида алюминия
• активный каталитический слой

Блок-носитель состоит из нескольких тысяч тонких каналов, сквозь которые протекают отработанные газы. Каналы керамического или металлического блока-носителя покрыты очень пористой прослойкой. Благодаря этому полезная площадь поверхности каталитического нейтрализатора увеличивается приблизительно в 7 000 раз, что обеспечивает необходимый массоперенос между ОГ и активным катализатором. На прослойку наносится каталитически активный слой.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет каталитически активный слой из платины (Pt), родия (Rd) и палладия (Pd). Название «трехкомпонентный каталитический нейтрализатор» говорит о том, что в одном корпусе одновременно и параллельно протекают три химические реакции превращения.

Для нормального течения этих реакций в нейтрализаторе необходимо поддерживать высокую температуру в пределах 400…800°С. При более низких температурах эффективность нейтрализатора невелика, а при температуре свыше 1000°С наступает термическое разрушение активного слоя и даже спекание сот блока-носителя.

Не вдаваясь в подробности протекающих на поверхности активного слоя химических реакций, можно привести лишь упрощенные окончательные их результаты:

• NO x восстанавливаются до чистого азота N 2 с выделением при этом свободного кислорода O 2
• СО окисляется до СO 2 , при этом расходуется кислород O 2
• углеводороды СН окисляются до СO 2 и Н 2 О, при этом тоже расходуется кислород O 2

Отличительной особенностью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора является то, что для его полноценной работы необходима работа двигателя на стехиометрической топливно-воздушной смеси. Объясняется это следующим. Только при λ = 1 получается состав ОГ, в котором свободного кислорода, выделившегося при восстановлении оксидов азота, достаточно для полного окисления СО и СН до СO 2 и Н 2 О.

Этот факт настолько важен, что его следует повторить: полноценное функционирование каталитического нейтрализатора возможно только в том случае, если двигатель работает на стехиометрической смеси.

В литературе даже используется термин «окно катализации», под которым подразумевается диапазон значений λ, при которых нейтрализатор способен выполнять свою функцию. Строго говоря, этот диапазон смещен от стехиометрии в сторону богатой смеси, и находится примерно в пределах λ = 0.98..0.99. Поддержание состава смеси в заданном диапазоне возложено на систему управления двигателем, для чего в ее состав введен датчик концентрации кислорода в ОГ.

Также необходимо упомянуть о двигателях с непосредственным впрыском топлива. Такие двигатели в некоторых режимах могут работать на сверхбедных смесях, что ведет к значительному повышению доли оксидов азота NO x . Поэтому для нейтрализации NO x в выпускной тракт устанавливается еще один катализатор, так называемого накопительного типа.

Для более полного понимания работы каталитического нейтрализатора был проведен следующий эксперимент.

Был взят автомобиль ВАЗ 2112, оснащенный ЭБУ VS5.1 с прошивкой V5D07X09, поддерживающей регулировку подачи топлива с диагностического оборудования.

1. Нейтрализатор присутствует. Были зафиксированы показания СО, CO 2 , O 2 , СН и λ при изменении регулировочного коэффициента в диапазоне от −0.250 до +0.250.
2. Вместо нейтрализатора установлена труба-вставка, и измерения проведены повторно.

Результаты отображены на графиках. Сплошная линия соответствует замеру с нейтрализатором, прерывистая — без него.

Графики строились вручную, с небольшой интерполяцией. Следует отметить один нюанс — по какой-то причине прибор показал неверное значения CO 2 при измерении с нейтрализатором. Вероятно, это произошло из-за длительной работы двигателя при низкой частоте вращения и, соответственно, снижения температуры нейтрализатора. С этой оговоркой можно обратить внимание на полученные результаты и проанализировать их:

Первое, что бросается в глаза, — значение λ в обоих случаях практически совпало.

В диапазоне богатых смесей точки вообще образовали одну линию, в диапазоне бедных смесей наблюдается расхождение на уровне погрешности измерения. И лишь на самых бедных смесях разница заметна, но, вероятно, в том диапазоне просто невозможно корректное вычисление λ.

Вывод: независимо от наличия или отсутствия нейтрализатора рассчитанное значение λ остается одним и тем же. Собственно, по-другому и не могло быть, ведь значение λ характеризует только работу двигателя, неважно, с нейтрализатором или без него.

Очень любопытно ведет себя значение СН. Без нейтрализатора наблюдается классическая зависимость. С нейтрализатором картина интереснее. Он сильно влияет в диапазоне бедной смеси. Около стехиометрии наблюдается характерная впадина, соответствующая окну катализации. Причем при небольшом обогащении смеси относительно стехиометрии происходит очень резкий скачок значения СН, и далее оно почти сравнивается со значением, полученным без нейтрализатора.

То же самое можно сказать и о графиках СО. Совершенно четко прослеживается диапазон в районе стехиометрии, где эффективность работы нейтрализатора максимальна, и графики соответственно максимально разнятся.

Графики CO 2 тоже имеют академический вид. Количество CO 2 в составе ОГ в случае с нейтрализатором больше. Объясняется это тем, что последний превращает в CO 2 содержащиеся в ОГ углеводороды и угарный газ. При отклонении от стехиометрии как в сторону обеднения, так и в сторону обогащения смеси, количество CO 2 уменьшается.

Это очень важный момент: максимальное количество CO 2 в составе ОГ приблизительно соответствует стехиометрической смеси .

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 NO 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)

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)

Более низкие значения СО и СН во втором случае объясняются течением химических реакций в нейтрализаторе. Процентное содержание кислорода также снизилось вследствие его расходования в реакциях окисления. Количество же диоксида углерода CO 2 возросло вследствие окисления СО.

Здесь мы не видим оксидов азота NO x , но нельзя забывать, что в нейтрализаторе они восстановились до чистого азота и утратили вредное влияние на окружающую среду. Обратите внимание на то, что значение λ в обоих случаях равно 1.

Рассмотренные параметры газоанализа - эталонные, это то, что будет на табло прибора при полностью исправном, прогретом двигателе, работающем на стехиометрической смеси. Теперь поговорим об отклонениях, которые встречаются на практике и об анализе состава ОГ в этих случаях.

Негерметичность выпускного тракта

Не следует забывать, что движение газов в выпускном тракте носит сложный волновой характер, и зоны давления чередуются с зонами разрежения.

Когда место негерметичности тракта оказывается в зоне давления, отработанные газы вырываются наружу с характерным звуком (тракт «подсекает»), а когда в зоне разрежения - в выпускной тракт поступает атмосферный воздух. А теперь вспомним его состав. Даже если подсос незначителен, то содержание O 2 в ОГ увеличится очень сильно, ведь в воздухе его почти 21%, а в ОГ около 0.5%. В то же время CO 2 в воздухе мало, и количество этого газа в составе ОГ изменится не так значительно. То же самое можно сказать о содержании СО и СН.

В случае подсоса воздуха в выпускной тракт имеет место неестественно большое количество O 2 в составе ОГ. Можно утверждать, что первый параметр, который необходимо оценить при анализе состава отработанных газов, - это именно содержание кислорода . Если оно превышает 1.5..2%, то присутствует подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт.

Дальнейший анализ не имеет смысла без устранения дефектов тракта. Нужно оговориться, что большое количество кислорода в составе ОГ будет наблюдаться и при пропусках воспламенения, но для них характерно большое количество несгоревшего топлива, и спутать две этих ситуации практически невозможно.

Конечно, при наличии подсоса анализировать остальные параметры состава ОГ попросту бессмысленно. Отметим лишь, что расчетный коэффициент λ в такой ситуации приобретает запредельные значения. Косвенно они тоже указывают на описываемый дефект.

Богатая смесь

В этом случае λ ‹ 1, воздуха в смеси меньше необходимого для полного сгорания. Несложно прийти к выводу о том, что при недостатке кислорода сгорание происходит не полностью и в ОГ содержится больше СН, чем при стехиометрической смеси. Содержание СО возрастет по этой же причине. Количество CO 2 станет меньше, чем при работе на стехиометрической смеси, ведь топливо сгорело неоптимальным образом. Поэтому состав ОГ двигателя, работающего на обогащенной смеси без нейтрализатора, выглядит приблизительно так: (табл.3)

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 CO 2 . Несмотря на это, процент CO 2 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):

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 CO 2 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):

Все остальные системы двигателя заведомо в полном порядке. Проанализируем полученные данные.

Повышенное содержание в ОГ паров топлива говорит о том, что последнее попросту не сгорает.

Высокое содержание кислорода вкупе с высоким же количеством СН позволяет сделать предположение о пропусках. Откуда появляется кислород? Из цилиндров двигателя, которые при пропусках попросту выбрасывают атмосферный воздух, смешанный с парами топлива. СО 2 ниже нормы, что тоже говорит о ненормальном сгорании. Ну и расчетный коэффициент λ — прибор рассчитывает его, исходя помимо прочего и из содержания кислорода. Именно пропуски воспламенения и наблюдались на исследуемом двигателе, они были хорошо слышны у среза выхлопной трубы.

В случае двигателя без нейтрализатора при возникновении пропусков особых проблем, кроме повышенного выброса токсичных веществ, нет. Но на двигателях, оснащенных нейтрализатором, пропуски воспламенения приводят к его недопустимому разогреву. Несгоревшие пары топлива в смеси с кислородом воздуха вступают на поверхности блока-носителя в реакцию, вызывая выделение большого количества теплоты. Температура блока-носителя и корпуса нейтрализатора повышаются до значений 1000°С и более. Это явление очень опасно и может привести, например, к возгоранию сухой травы под днищем автомобиля либо к повреждению прилегающих к нейтрализатору элементов.

На практике неоднократно наблюдалось расплавление шумоизоляции салона, разрушение изоляции прилегающих к кузову электрических проводов и короткое замыкание в них.

Но в первую очередь пропуски воспламенения и последующий перегрев нейтрализатора приводят к разрушению последнего. В керамическом блоке-носителе происходит спекание сот, вызывая при этом повышение газодинамического сопротивления выпускного тракта.

Если блок-носитель выполнен из стальной фольги, как правило, его спекания не происходит, но разрушается каталитический активный слой, и нейтрализатор перестает выполнять свою функцию. Так или иначе, но пропуски воспламенения в двигателе, оснащенном нейтрализатором, представляют собой очень опасное явление.

В связи с этим современная система управления двигателем ведет мониторинг пропусков и при их обнаружении отключает неисправный цилиндр.

Анализ количества СО 2

Как уже упоминалось выше, этот компонент ОГ представляет собой продукт самого полного сгорания топлива. Чем лучше сгорело топливо в цилиндрах двигателя (и «догорело» в нейтрализаторе), тем выше будет количество СО 2 в составе ОГ.

Данное утверждение может оказаться несправедливым применительно к двигателю с непосредственным впрыском бензина в цилиндры при работе на сверхбедной смеси. Но в настоящий момент речь идет о более массовых двигателях с впрыском в коллектор. У исправного двигателя, не оснащенного нейтрализатором, в ОГ содержится примерно 14% СО 2 , у оснащенного - 16%. Называя эти цифры, сложно утверждать, что именно их вы увидите на табло своего прибора. Лучше всего посмотреть, каковы будут показания у того прибора, который вы используете, и оперировать в своей работе именно ими. Но общий принцип анализа от этого не изменится.

Получив значение СО 2 , следует его оценить

Если оно примерно совпадает со значением, максимально достижимым для данного типа двигателей (см. табл. 1,2), то можно сделать вывод, что проблем с подачей топлива и формированием топливно-воздушной смеси нет. Напротив, снижение количества СО 2 должно насторожить, ибо это признак проблемы.

Конечно, газоанализатор не укажет на неисправный датчик или элемент, но он подскажет направление поиска дефекта или хотя бы укажет на его наличие.

В практике автора были случаи, когда по всем параметрам работа двигателя вроде бы укладывалась в норму, но количество СО 2 в ОГ говорило о наличии проблемы. В итоге дефект обнаруживался, и принимались меры к его устранению. Именно этот критерий позволяет оценивать работу двигателя, оснащенного нейтрализатором, не обращаясь к значениям СО и СН, которые в этом случае близки к нулю и не несут информации.

Контроль состояния каталитического нейтрализатора

Современные электронные блоки управления двигателем контролируют состояние нейтрализатора и выставляют в случае снижения его эффективности соответствующий код неисправности. Однако приговаривать весьма дорогостоящий узел к замене на основании только выставленного блоком кода не представляется разумным.

Необходимо убедиться в правильности диагноза, и в этом случае газоанализатор - единственный прибор, способный вам помочь. Методика оценки работоспособности нейтрализатора основана на принципе его работы. Так как свою функцию он начинает выполнять только при достаточно высокой температуре и работе двигателя на стехиометрической смеси, необходимо прогреть двигатель до включения вентилятора и при помощи сканера убедиться в том, что петля обратной связи по датчику кислорода замкнута. Затем производится анализ состава ОГ.

В первую очередь выполняется проверка состава ОГ при работе двигателя на частоте вращения холостого хода. Если нейтрализатор исправен, состав ОГ будет соответствовать приведенному выше эталонному для двигателя с нейтрализатором (табл. 2). В том случае, если наблюдается увеличенное содержание СО (0.1%...0.6%) и СН (50…200 ppm), а также сниженное количество СО 2 , нейтрализатор утратил свою работоспособность.

Если же никаких проблем нет и цифры на табло соответствуют эталону, следует увеличить частоту вращения примерно до 4000 rpm и повторно снять показания газоанализатора.

Идея методики такова. При малом потоке ОГ, характерном для низкой частоты вращения, нейтрализатор успевает полноценно обработать вредные компоненты. При большом потоке на высокой частоте вращения его эффективности может не хватить. Поэтому критерием исправности нейтрализатора может считаться его способность обеспечить эталонные параметры состава ОГ при высокой частоте вращения.

Ради интереса можно провести следующий эксперимент. Подключаем газоанализатор к выхлопной трубе холодного двигателя, запускаем двигатель и следим за составом ОГ. Можно четко отследить первоначальную работу двигателя на обогащенной смеси, затем постепенное изменение параметров в сторону стехиометрической смеси и, наконец, смещение параметров к эталонным для двигателя с нейтрализатором.

Такие эксперименты очень полезны, так как они наглядно связывают теорию работы двигателя и системы управления с практическими результатами его работы, наблюдаемыми с помощью приборов.

Газоанализ и диагностика: краткие итоги

В работе с газоанализатором необходим творческий подход.

Здесь нельзя пользоваться никакими алгоритмами. Нужно критически оценивать цифры на табло прибора и размышлять о том, почему они именно такие, откуда появился тот или иной компонент.

Самые основные, базовые моменты анализа состава ОГ были нами рассмотрены, теперь дело за практикой и наработкой вашего собственного опыта.