Газоанализаторы автомобиля как работают

Все про автомобильные газоанализаторы

Диагностика и регулировка двигателей внутреннего сгорания автомобилей (ДВС) — это одно из наиболее важных направлений деятельности по снижению токсичности выхлопных газов, повышению экономичности ДВС и сроков их эксплуатации.

Эти задачи решаются при помощи специального диагностического оборудования, в перечень которого входит и автомобильный газоанализатор, контролирующий состав отработанных газов.

Назначение автомобильных газоанализаторов

Общее назначение газоанализаторов — измерение и анализ газовых смесей для определения их количественного и качественного (объёмного и процентного) состава. В частности, газоанализатор для автомобиля используется при измерении количества вредных выбросов в выхлопных газах ДВС, работающих на бензиновом, дизельном и газообразном топливе: оксида углерода (CО), диоксида углерода (СО2), углеводородов и других соединений.Диагностика двигателей, регулировка и ремонт карбюраторов, газового оборудования, наладка систем впрыска топлива — вот далеко не полный список работ, выполнение которых практически невозможно без применения автомобильных газоанализаторов. Регулировка расхода топлива — это особо востребованная в наши дни услуга, когда стоимость топлива растёт изо дня в день.

В зависимости от конструктивного устройства автомобильные газоанализаторы могут измерять один или несколько компонентов выхлопных газов (однокомпонентные и многокомпонентные). Одно- или двухкомпонентными газоанализаторами можно измерять количество вредных примесей в отработанных газах автомобилей (СО, окислы азота), не оборудованных катализаторами. Некоторое время назад наиболее распространёнными были однокомпонентные газоанализаторы для определения содержания оксида углерода СО. Введение норм выбросов по экологическим стандартам ЕВРО не только СО, но и других составляющих отработанных газов стимулировало выпуск и использование многокомпонентных газоанализаторов для оценки их состава. При помощи обычных автомобильных газоанализаторов можно выполнять диагностику и регулировку либо бензиновых, либо дизельных двигателей. Универсальные газоанализаторы позволяют диагностировать и выполнять регулировку и бензиновых, и дизельных ДВС.

Экологические стандарты ЕВРО

Евростандарты вводятся ЕЭК (Европейской Экологической комиссией) ООН и регулируют нормы содержания оксида углерода (СО), оксидов азота (NO), углеводородов (СН), и других вредных веществ. Начиная с экологического стандарта ЕВРО1, введённого в 1992 году, нормы постепенно ужесточаются, при этом системы нейтрализации выхлопных газов должны соответствовать определённому экологическому классу (экологическим нормам автомобиля) в зависимости от срока его эксплуатации. Всего классов — 6, от 0-го до 6-го. Двигатели автомобилей, оснащённые катализаторами и полностью отвечающие экологическим стандартам ЕВРО, регулирующие содержание вредных примесей в выхлопных газах автомобилей и спецтехники нуждаются в применении многокомпонентных газоанализаторов, более точных и дорогих. Методики измерений одно- и многокомпонентными газоанализаторами автомобильных выхлопов несколько отличаются друг от друга.

Состав выхлопных газов

Отработанные газы, выводимые из камеры сгорания на такте выпуска, имеют в своём составе токсичные и нетоксичные компоненты (всего — около 200), которые можно объединить в несколько групп в зависимости от химического состава, свойств и характера воздействия на окружающую среду и организм человека:

• Нетоксичные компоненты. Это естественные составляющие атмосферного воздуха (например, водяной пар Н2O).
• Угарный газ (оксид углерода СО). Выделяется при неполном сгорании топлива, имеет ярко выраженное отравляющее воздействие. Степень отравления зависит от его концентрации и продолжительности воздействия на человека. При дозах свыше 1 % возможна потеря сознания и смерть.
• Оксиды азота NO и диоксиды азота NO2. Считаются более опасными, чем угарный газ. При окислении оксида азота кислородом воздуха образуется диоксид азота — газ тяжелее воздуха, собирается в нишах и углублениях и весьма опасен при техобслуживании автомобилей. Влияет на слизистую оболочку и на ткани лёгких, при длительном воздействии возможно заболевание бронхитом и нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы.
• Ароматические углеводороды (соединения вида СxHy). Образуются также при неполном сгорании топлива. Неправильная регулировка двигателя, позднее зажигание и пониженная температура в камере сгорания приводит к появлению дыма. Углеводородные соединения токсичны, влияют на сердечно-сосудистую систему и являются сильными канцерогенами.

Остальные компоненты автомобильных выхлопов (альдегиды, сернистые соединения, свинец) не менее вредны для организма человека. Правильная и своевременная регулировка и наладка двигателя при помощи автомобильных газоанализаторов позволит намного снизить содержание вышеперечисленных вредных веществ в отработанных газах автомобиля.

Пути снижения вредных автомобильных выбросов

Сокращения объёма вредных выбросов в выхлопных газах автомобилей можно достичь при помощи:

• правильной организации дорожного движения;
• применения альтернативных видов топлива;
• установки каталитических нейтрализаторов в системы выпуска автомобилей;
• применения гибридных конструкций автомобилей.

В большой степени на содержание токсичных примесей в выхлопных газах влияет техническое состояние и регулировка двигателей. При неправильной регулировке вредные выбросы бензиновых двигателей могут увеличиться в 2, а дизельных — в 20 раз.

Устройство и принципы работы автомобильных газоанализаторов

Простой автомобильный однокомпонентный газоанализатор предназначен для измерения содержания в выхлопных газах только оксида углерода СО, главным образом использует способ дожигания не полностью сгоревших компонентов в выхлопных газах. Дожигание СО выполняется в измерительной камере прибора при помощи специальной нагретой нити, при этом изменение температуры нити и характеризует содержание СО в газах. Точность показаний такого газоанализатора невелика и зависит во многом от содержания ещё одного компонента — углеводорода СН.

Определение содержания вредных веществ в отработанных газах современными многокомпонентными газоанализаторами для автомобиля производится без использования химических реактивов, в основном тепловым (инфракрасным) способом измерения. Метод основан на принципе измерения величины поглощения теплового излучения различными составляющими выхлопных газов. В конструкцию газоанализаторы встроены инфракрасные излучатели и приёмники излучения. Между ними расположены измерительные элементы, в которые подаётся анализируемая смесь. По величине снижения интенсивности инфракрасных лучей, проходящих через газ и поступающих на приёмник, можно определить концентрацию какого-либо компонента в составе газовой смеси.

Помимо измерительных, в газоанализаторе имеются трубки с образцовой газовой смесью. Они служат для непрерывного сравнения степени поглощения теплового излучения в образцовой смеси и в анализируемом газе. Значение этой разницы преобразуется в цифровой или аналоговый вид и передаётся на показывающее или регистрирующее устройство. Перед началом измерений, во избежание появления дополнительных погрешностей газоанализатор необходимо прогреть. Отбор газа производится газозаборной трубкой (зондом). Для очистки поступающих на анализ отработанных газов от сажи, твёрдых частиц и капель воды в трубке предусмотрена установка сменных фильтров и влагоотделителей. Для принудительного прокачивания исследуемых газов по измерительным трубкам используется встроенный насос. Градуировка шкал автомобильных газоанализаторов для О2, СО и СО2 обычно выполняется в процентах, для СН — в миллионных долях (ч.н.млн, ppm), т.е. 1000 ч.н.млн = 0.1%. Таким образом, опытный мастер, используя газоанализатор автомобильных выхлопов, на основании полученной полной информации о процессе сгорания топлива в двигателе сможет сделать правильные выводы о возможных причинах его нарушения.

Типы и сферы применения автомобильных газоанализаторов

Современные комбинированные автомобильные газоанализаторы, кроме определения состава отработавших газов, способны диагностировать и предоставлять дополнительную информацию о технических параметрах двигателя (температура масла, число оборотов двигателя, начало работы ТНВД, момент зажигания, коэффициент избытка воздуха и др.). Газоанализаторы могут дополнительно оснащаться печатающим устройством, интерфейсом для передачи данных на компьютер или синхронизируемый принтер.

В зависимости от условий использования автомобильные газоанализаторы подразделяются на:

• стационарные — предназначены для работы в стационарных помещениях;
• транспортируемые — используются в передвижных лабораториях;
• переносные — для работы вне помещений;
• блочно-модульные — системы, перемещаемые на специальных тележках и не привязанные к определённому месту.

Переносной и транспортируемый газоанализатор автомобильный имеет возможность выполнять анализы и измерения на ходу. Автомобильные газоанализаторы используются на станциях техобслуживания, пунктах инструментального контроля при техосмотрах, в автопарках и автохозяйствах — везде, где необходим контроль и регулировка бензиновых и дизельных ДВС.

Источник статьи: http://moscow.armagaz.ru/stati/avtomobilnye-gazoanalizatory

Принцип работы автомобильного газоанализатора

Автомобильный газоанализатор является одним из базовых приборов на современном диагностическом участке автосервиса. Хотя газоанализатор в сознании многих специалистов автосервисов по прежнему ассоциируется с регулировкой карбюратора, он может выполнять широкий круг задач. Контроль токсичности отработанных газов – важная, но не единственная функция автомобильного газоанализатора.

Анализ здесь начинается с измерения концентрации токсичных газов выхлопа автомобиля, благодаря этой информации можно судить о состоянии двигателя автомобиля и его систем. Как врачу для того, чтобы выставить диагноз пациенту, нужны результаты его анализов, так и диагносту двигателя необходимы данные «анализа» о содержании выхлопа, для того, чтобы выявить «болезни» и неисправности двигателя, поскольку от его состояния напрямую зависит состав выхлопных газов.

Первые газоанализаторы, применявшиеся для регулировки карбюраторных двигателей, из целого ряда компонентов отработанных газов измеряли только концентрацию оксида углерода (CO), т.е., были однокомпонентными приборами. Анализируя концентрацию CO можно было сделать вывод лишь о качественном соотношении топливно-воздушной смеси. Первые газоанализаторы работали по принципу измерения электрической проводимости чувствительного элемента — платиновой спирали в среде оксида углерода. При этом, результаты анализа отображались на стрелочном индикаторе.

Вопрос о необходимости контроля токсичности автомобильных отработанных газов назрел только к 70-м годам XX века. Уровень развития науки и техники тех лет позволил разработать двухкомпонентные автомобильные газоанализаторы, для измерения концентрации не только оксида углерода, но и ещё одного токсичного компонента – не сгоревшего топлива (углеводородов CH). Такие приборы работали уже по принципу спектрометрирования исследуемых газов в инфракрасном диапазоне. Принцип спектрометрирования используется и в настоящее время.

Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению трех-, четырех-, и даже пятикомпонентных газоанализаторов, которые помимо оксида углерода CO и углеводородов СН, могли измерять концентрацию кислорода О₂, диоксида углерода СО₂ и оксидов азота NО_X. Такие приборы могли рассчитывать, также, соотношение воздух-топливо в исходной топливно-воздушной смеси.

Как же работают современные автомобильные газоанализаторы?!

Как уже было упомянуто выше, в настоящее время, для измерения концентрации СО, СН и СО₂ используется принцип спектрометрирования. Спектрометрический блок современного газоанализатора работает по принципу частичного поглощения энергии светового потока, который проходит через газ. Молекулы любого газа представляют собой колебательную систему, которая способна поглощать инфракрасное излучение только в строго определенном диапазоне волн. Таким образом, если через колбу с газом пропускать стабильный инфракрасный поток, то часть его будет поглощена газом. Более того, в таком случае поглощена будет только та небольшая часть всего спектра светового потока, которую называют абсорбционным максимумом данного газа. При этом, чем концентрация газа в колбе выше, тем большее будет наблюдаться поглощение.

Измерить концентрацию того или иного газа в газовой смеси путем измерения поглощения соответствующей длины волны, позволяет тот факт, что разным газам соответствуют разные абсорбционные максимумы. Таким образом, определить концентрацию каждого из газов в выхлопе двигателя можно измеряя снижение интенсивности светового потока в той части спектра, которая соответствует абсорбционному максимуму определенного газа.

Спектрометрический блок прибора работает следующим образом:

Через измерительную кювету, которая представляет собой трубку с закрытыми оптическим стеклом концами, прокачивают отработанные газы, предварительно отфильтрованные и очищенные от сажи и влаги. С одной стороны трубки устанавливается излучатель, который представляет собой спираль, нагреваемую электрическим током, температура которой строго стабилизируется на одной отметке. Такой излучатель генерирует стабильный поток инфракрасного излучения.

С другой стороны измерительной кюветы устанавливают светофильтры, которые из всего потока излучения выделяют те длины волн, которые соответствуют абсорбционным максимумам исследуемых газов. Поток, после прохождения светофильтров, попадает в приемник ИК-излучения, который измеряет интенсивность этого потока и преобразует её в информацию о концентрации газов в выхлопе автомобиля.

Поскольку данный метод применим только для измерения концентрации СО₂, СО и СН, то на следующем этапе смесь выхлопных газов из измерительной кюветы поступает последовательно на датчики электрохимического типа для измерения кислорода O2 и оксидов азота NOX. При этом, электрохимические датчики вырабатывают электрический сигнал с напряжением, пропорциональным концентрации кислорода и оксидов азота.

Таким образом, выполняется замер концентрации всех значимых газов: СО, СН и СО₂ –психрометрическим методом, О₂ и NО_X – электрохимическими датчиками. Обработка сигналов со спектрометрического блока и электрохимических датчиков в современном газоанализаторе выполняется при помощи микропроцессорной электронной схемы.

После обработки сигналов, информация о содержании газов выводится на экран прибора: СО, СО₂ и О₂ — в процентах, а СН и NО_X — в ppm (parts per million), «частей на миллион». Обозначение в ppm связано с тем, что концентрация таких газов в выхлопе крайне мала, и поэтому неудобно использовать проценты для обозначения их количества.

Соотношение между процентами и ppm можно описать следующим равенством:

Так, например, в отработанных газах обычного двигателя внутреннего сгорания легкового автомобиля содержание CH составляет около 0.001%-0.01%. Сложность использования в работе таких значений и предопределило массовое распространение ppm в качестве единицы обозначения концентрации.

Газоанализатор – это сложный прибор, качество которого, в первую очередь, определяется точностью и надежностью спектрометрического блока. Спектрометрический блок – это самая сложная и дорогая часть прибора, поэтому, при эксплуатации очень важно создать условия для его сохранности и долговечности. Сажа, влага и другие механические частицы, оседая на стенках блока, приводят к заметному разбросу показаний спектрометрического блока, а в конечном итоге – к его поломке. Поэтому, до того, как попасть в измерительный блок, выхлопные газы должны пройти специальную подготовку, которая состоит, как правило, из нескольких этапов:

— грубая очистка отработанных газов. Выполняется при помощи фильтра, который устанавливается на входе в прибор, либо непосредственно в зонде забора пробы. На этом этапе выхлопные газы очищаются от сажи и других крупных механических частиц.

— очистка отработанных газов от влаги. Производится при помощи отделителя влаги, который может иметь самые разнообразные конструкции. На этом этапе от потока газов отделяются, а затем удаляются капли влаги, которые конденсируются на внутренних поверхностях зонда, а также соединительного шланга. Удаление конденсата из накопителя производится либо автоматически, либо вручную оператором.

— тонкая фильтрация. При помощи фильтра тонкой очистки производится окончательная фильтрация мельчайших механических частиц. Фильтров тонкой очистки может быть несколько, при этом, они устанавливаются последовательно друг за другом.

Источник статьи: http://www.gasdetecto.ru/podderzhka/stati/princip-raboty-avtomobilnogo-gazoanalizatora/