Диагностирование двигателя по токсичности и дымности

На состояние окружающей среды оказывают влияние различные неисправности двигателя и автомобиля в целом: износы цилиндро-поршневой группы; неисправности систем питания, зажигания и охлаждения; система выпуска отработавших газов; пробуксовка сцепления, неправильная регулировка тормозных механизмов и др.

Хотя состав отработавших газов (ОГ) зависит от технического состояния, все же основная задача диагностирования – это недопущение работы на линии автомобилей с повышенным содержанием вредных компонентов.

Общее количество различных химических соединений, присутствующих в отработавших газах двигателей составляет свыше двухсот наименований, а особенно вредными для окружающей среды являются соединения свинца, окись углерода СО, окислы азота NO_x, углеводороды С_nH_m, серные соединения и альдегиды.

Для определения объемных долей компонентов отработавших газов бензиновых двигателей могут использоваться различные методы: абсорбциометрический, термокондутометрический, оптический, термохимический и другие.

Наибольшее распространение получили анализаторы оптического типа, т.к. они позволяют оценивать основные токсичные компоненты: СО, СО₂, С_nH_m . Принцип их действия основан на различном поглощении лучистой энергии различными газами. Отработавшие газы через заборник 1 (рис.2.10), устанавливаемый в выхлопной трубе автомобиля под действием диафрагменного насоса 5 проходят через конденсатоотделитель, фильтрующие элементы 4, попадают в рабочую камеру 6 и далее в атмосферу.

Два источника инфракрасного излучения 8 и 9 через обтюратор 11 (револьверная диафрагма), приводимый во вращение от электродвигателя 10, создают равные прерывистые потоки инфракрасного излучения, проходящие через рабочую 6 и сравнительную камеру 7. Сравнительная камера заполнена воздухом (или азотом), который не поглощает это излучение. В рабочей камере 6 отработавшие газы поглощают из общего спектра инфракрасное излучение с определенной длиной волны. СО, например, поглощает лучи с длиной волны 4,7 мкм, а СО₂ – 4,3 мкм, и т.д.

1 – заборник; 2 – конденсатоотделитель; 3 – фильтр тонкой очистки; 4 – защитный фильтр; 5 – диафрагментный насос; 6 рабочая камера; 7 – камера сравнения; 8, 9 – инфракрасный излучатель с параболическими зеркалами; 10 – электродвигатель; 11 – абтюратор; 12 – приемник излучения; 13 – диафрагменный конденсатор; 14 – усилитель; 15 – регистрирующий прибор.

Рисунок 2.10 – Принципиальная схема инфракрасного оптического газоанализатора

В приемник 12, разделенный пополам диафрагменным конденсатором 13, в разные полости поступают два инфракрасных потока различной интенсивности. В результате повышается температура в полостях и, соответственно, давление. Под действием разности давлений конденсатор прогибается и изменяет свою емкость, которая преобразуется в электрические сигналы, усиливается усилителем 14 и индицируется прибором 15. Прибор позволяет определять процентное содержание СО. Более современные модернизированные приборы имеют две одинаковые измерительные схемы, через которые проходят отработавшие газы и измеряются соответственно СО, СО₂ и т.д.

Качество отработавших газов дизельных двигателей оценивают по дымности. Газообразные продукты сгорания моторных топлив прозрачны и бесцветны за исключением окислов азота. Поэтому изменение прозрачности и цвета отработавших газов свидетельствует о нарушении процесса сгорания и, соответственно, о неисправностях двигателя и его систем. Причем основным источником дымности является наличие в отработавших газах сажистых частиц.

В настоящее время имеют распространение дымомеры с фильтрацией отработавших газов и поглощением светового потока. В дымомерах с фильтрацией дымность определяется по степени потемнения фильтрованной бумаги, через которую пропускается определенный объем отработавших газов. Для забора отработавших газов из выхлопной трубы автомобиля используется насос-дозатор (рис.2.11), представляющий собой поршневой насос.

1 – заборник; 2 – адаптер; 3 – фильтр; 4 – поршень;

5 – возвратная пружина; 6 – ручка

Рисунок 2.11 – Схема насоса-дозатора

Фильтр 3 помещают в адаптер 2. С помощью рукоятки 6 поршень 4 перемещают в крайнее правое положение. Заборник помещают в выхлопную трубу при работе двигателя на нужном режиме и отпускают рукоятку. Под действием возвратной пружины 5 поршень перемещается в крайнее левое положение, прокачивая через фильтр примерно 0,0003 м³ отработавших газов за 1,5 секунды.

Фильтр извлекают и подвергают фотометрированию методами отражения или поглощения света (рис.2.12). При первом методе отражение света происходит с наиболее загрязненной стороны фильтра. Чем больше отражение света, тем меньше сажи находится в отработавших газах. Однако сажистые частицы осаждаются не только на поверхности фильтра, но и проходят сквозь него, поэтому метод не совсем точен. Этого недостатка лишен метод поглощения света, когда оценивается интенсивность светового потока при его прохождении через фильтр. Так как структура фильтров неоднородна, то необходимо дважды их фотометрировать до установки в адаптер и после пропускания через него газовой пробы.

а – метод отражения света б) метод поглощения света

1 – фотоэлемент; 2 – зеркальный отражатель; 3 – источник света; 4 – фильтр

Рисунок 2.12 – Схемы методов фотометрирования задымленных фильтров

Дымомеры с поглощением светового потока измеряют ослабление интенсивности света, проходящего через определенную толщину отработавших газов. По этому принципу работают дымомеры типа «Хартридж», «Clayton», ДО-1. Они измеряют ослабление интенсивности света, проходящего через слой отработавших газов, имеющих определенную толщину, или эффективную базу. Эффективная база – это толщина оптически однородного слоя эталонных газов, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же ОГ, заполняющих трубу дымомера в условиях измерения. Современные дымомеры имеют эффективную базу 0,43 м. Коэффициент ослабления светового потока (или дымность, %) характеризует степень ослабления света вследствие его поглощения и рассеивания отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера.

Оптический дымомер состоит из блока питания, блока индикации и измерительного блока (рис.2.13). При присоединении входного патрубка 13 в выхлопной трубе дизельного двигателя внутри корпуса измерительного блока 8 будет проходить поток ОГ. Свет от излучателя 9, проходя через столб ОГ, будет попадать на светоприемник 11, который фиксирует величину его ослабления и преобразует ее в эквивалентный электрический сигнал. Далее этот сигнал поступает в блок питания и индикации 1, где он преобразуется, усиливается и приводится к стандартным условиям испытаний. Измеренное значение дымности выводится на стрелочный индикатор 2. Для тарировки дымомера на патрубке 13 имеется ручка 12 со сменными светофильтрами. При полностью задвинутой ручке прибор должен показывать значение «0» дымности. При полностью выдвинутой ручке (положение 2) световой поток полностью перекрывается, и прибор должен показывать значение «100» процентов дымности. В среднем положении (на ручке положение «1») дымомер должен показывать какое-то среднее значение (для большинства дымомеров 44…52 %). При несоответствии показаний проводится настройка прибора. При испытаниях на дымность ручка 12 должна быть полностью задвинута.

1 - блок питания и индикации; 2 - стрелочный индикатор; 3 - лампа «отказ»; 4 -лампа «работа»; 5 - лампа «вкл»; 6 - тумблер «сеть»; 7 - удлинитель с рукояткой; 8 - измерительный блок; 9 - излу­чатель; 10 - набор светофильтров; 11 – светоприемник; 12 - ручка со сменными светофильтрами; 13 - патрубок для присое­динения к выхлопной трубе; 14 - соединительный кабель; 15 - потенциометр коррекции «100»; 16 - потенциометр коррекции «0»; 17 - сетевой кабель 12 В; 18 - сетевой кабель 220 В

Рисунок 2.13 - Схема дымомера ДО-1

Недостатком таких дымомеров является то, что они не оценивают абсолютную величину дымности (например, количество углерода в 1 м³ отработавших газов). Кроме того, степень поглощения светового потока зависит от размеров и конфигурации сажистых частиц в отработавших газах, что затрудняет тарировку дымомеров и снижает их точность.

Дымность определяется на двух режимах: режиме свободного ускорения и режиме максимальной частоты вращения.

При измерении дымности в режиме свободного ускорениядеся­тикратно повторяют циклы разгона двигателя с минимальной до мак­симальной частоты вращения быстрым, но плавным нажа­тием на педаль управления подачей топлива с отпущенного положе­ния до упора с интервалом между циклами не более 15 с. Значения замеряются на последних четырех циклах но максимальному откло­нению стрелки индикатора. За результат принимается среднее ариф­метическое четырех измерительных циклов. Измерения считаютсякорректными, если разница между измеренными четырьмя значения­ми не превышает 6 %.

При измерении дымности в режиме максимальной частоты вра­щения необходимо нажатьдо упора педаль управления подачей топлива и зафиксировать ее в этом положении. Дымность измеряют через 20...30 с после установления максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя. Результатом измерения считают среднее арифметическое, определенное по максимальным значениям дымности. Измерения считаются корректными, если разница между четырьмя измеренными значения­ми не превышает 6%.