Жидкое моторное топливо используется для ДВС, в своем составе содержит углерод, водород и в малых количествах кислород, азот и серу, поэтому при идеальном сгорании топлива с воздухом (состав воздуха: азот - 78.03 %, кислород - 20.99, углекислый газ - 0.04, водород и другие инертные газы, примерно 0.94 %) в продуктах сгорания должны быть лишь азот (N2), углекислый газ (СО2), вода (Н2О).
Однако реальный состав отработанных газов (ОГ) намного сложнее.
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) имеется несколько источников выбросов вредных веществ, основными из которых являются три: топливные испарения, картерные и отработанные газы.
Отработанные газы - основной источник токсических веществ ДВС - это гетерогенная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателя в его выпускную систему.
Практика контроля работы ДВС - проверка состава выхлопных газов с помощью четырех- или пятикомпонентного газоанализатора.
Для проверки выполнения норм на токсичность определяется содержание в выхлопных газах углеводорода (СН), окиси углеводорода (СО), двуокиси углерода (СО2).
Правильно эксплуатируемый и своевременно обслуживаемый автомобиль способен удовлетворить нормам на токсичность с пробегом до 500000 километров.
Углеводороды (СН)- это компоненты несгоревшего топлива, их содержание измеряется в частях на миллион по объему (РРМ или млн ).
Нормально работающий двигатель сжигает в цилиндрах практически все топливо, допустимое содержание СН должно быть менее 50 РРМ.
Бензин является канцерогеном.
Повышенное содержание СН может объясняться, например, большим потреблением масла через слабые уплотнительные кольца поршней.
Чаще всего увеличенное содержание СН вызывается неполадками в системе зажигания. При этом следует проверить: свечи; высоковольтные провода; крышку и ротор распределителя (если они имеются); синхронизацию зажигания; катушки зажигания.
Окись углерода (СО) - неустойчивое химическое соединение, легко вступающее в реакцию с кислородом, дающую двуокись углерода СО2. СО - ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха. Вступая в легких в реакцию с воздухом, лишает мозг кислорода.
Уровень СО в выхлопных газах для современных автомобилей с впрыском топлива не должен превышать 0.5 %.
Возможные причины повышения содержания СО следующие:
- неисправность системы вентиляции картера;
- засорение воздушного фильтра;
- нарушение оборотов двигателя на холостом ходу; - повышенное давление топлива;
- любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на богатых смесях.
Двуокись углерода (СО2) - результат соединения углерода из топлива с кислородом. Допустимое содержание 12 - 15 %. Высокие значения свидетельствуют о хорошей работе двигателя. Низкий уровень СО2 говорит о том, что топливная смесь богатая или бедная. Повышенная концентрация СО2 в атмосфере способствует развитию парникового эффекта.
.
Кислород (О2) - в воздухе его 21 %, и в цилиндрах двигателя большая часть вступает в реакцию с топливом. Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0.5 %. Более высокие значения, особенно на холостом ходу, означают утечку во впускном тракте.
Состав отработавших газов ДВС зависит не только от типа используемого вида топлива, но и от типа организации и совершенства рабочего процесса двигателя. Поэтому, характеризуя состав ОГ различных типов двигателей, указывают обычно достаточно широкие пределы содержания компонентов (табл. 1).
Примечание: в ОГ двигателей содержатся также: свинец, кремний, медь, кальций, цинк, фосфор, марганец, хром, натрий, барий, железо, никель и ряд других веществ, входящие в состав присадок смазочного масла, либо являющиеся продуктами износа деталей двигателя, попадающие КС вместе с маслом.
Горение топлив происходит при различных значениях соотношения топлива и воздуха, а также при различных давлениях в КС.
Изменение давления в КС приводит к изменению пределов воспламенения топливовоздушных смесей, что в свою очередь обуславливает изменение состава продуктов сгорания и тем самым - состава ОГ. В таблице 2 представлены данные по изменению указанных пределов для случая горения смеси природного газа с воздухом.
Следует обратить внимание на то, что нижний предел воспламенения, т.е. воспламенение бедных топливом смесей, изменяется очень незначительно.
В тоже время верхний предел воспламенения, т.е. воспламенение богатых топливовоздушных смесей, увеличивается существенно.
Для условий использования газообразных смесей в двигателях внутреннего сгорания повышение давления в цилиндре двигателя позволяет успешно сжигать обогащенные топливовоздушные смеси. Если при атмосферном давлении верхний предел содержания газа в смеси14.2 %, то для условий двигателя при повышении давления сжатия до 3.0…4.0 МПа верхний предел содержания газа может быть увеличен до 40…45 %.
Для повышения эффективности диагностирования экономических качеств автомобиля, а также снижения трудоемкости диагностирования в НИИАТе исследована принципиальная возможность и разработана методика количественной оценки расхода топлива по косвенным параметрам.
В качестве косвенных параметров топливной экономичности принят анализ состава отработавших газов.
Данный метод основан на измерении величин отдельных компонентов продуктов сгорания, концентрации которых в значительной степени зависят от технического состояния двигателя и его систем, влияющих на полноту сгорания топлива. Наиболее полное представление дает анализ ОГ на содержание окиси углерода (СО), углекислого газа (СО2) и углеводородов (СmHn).
Проверка содержания окиси углерода на холостом ходу позволяет контролировать качество приготовления топливной смеси системой холостого хода карбюратора. Проверка системы на холостом ходу, но при повышенной частоте вращения, позволяет в некоторой степени контролировать работу главной дозирующей системы и других вспомогательных устройств карбюратора.
Содержание окиси углерода при этом является информативным и технологичным параметром, но характеризует нарушения в регулировке и техническом состоянии двигателя лишь при работе на обогащенных топливо - воздушных смесях.
Объясняется это тем, что при работе на обедненных смесях содержание окиси углерода в отработавших газах незначительно.
Из-за недостаточной информативности содержания окиси углерода при обедненных смесях, в качестве диагностического параметра целесообразно выбрать концентрацию углеводородов в ОГ, поскольку любое незначительное нарушение процесса сгорания в цилиндрах приводит к резкому повышению их выбросов.
Определить только по концентрации СО, является ли регулировка двигателя оптимальной, невозможно.
Замер же концентраций окиси углерода и углеводородов позволяет не только регулировать двигатели в соответствии с требованиями ГОСТов, но и получать оптимальную регулировку по устойчивости работы и экономичности.
По концентрации углеводородов можно судить о нарушении рабочего процесса не только вследствие неправильного отрегулированного состава топливной смеси, но и других причин, в частности, из - за неисправности системы зажигания.
При проверке систем питания и зажигания на режимах холостого хода можно определить большинство возможных неполадок.
Однако некоторые из них, особенно те, которые относятся к работе главной дозирующей системы и экономайзера (эконостата) карбюратора, более четко проявляются при работе под нагрузкой.
Поэтому, если на АТП есть стенд для определения тягово-экономических качеств автомобиля, после проверки на холостом ходу целесообразно выполнить проверку систем питания и зажигания под нагрузкой. В качестве проверочных могут быть приняты те же режимы, на которых проверяются тяговые качества автомобилей.
Исследуя влияние неисправностей систем питания и зажигания на токсичность отработавших газов, КАДИ совместно с Госавтоинспектором получены данные по изменению концентрации окиси углеродов (СО) и углеводородов (СН) при наличии неисправностей и нарушений регулировок систем питания и зажигания.
Определены ориентировочные пределы концентраций СО и СН, соответствующие нормальному техническому состоянию систем питания и зажигания, а также установлены возможные причины, вызывающие отклонение содержания токсичных веществ от этих пределов.
Возможные неисправности, которые можно определить, зная конкретные отклонения, концентрации СО и СН на холостом ходу:
- 1. засорение воздушных жиклеров системы холостого хода;
- 2. повышенный уровень топлива в поплавковой камере;
- 3. неплотное прикрытие иглой выходного отверстия системы холостого хода;
- 4. неправильная регулировка привода воздушной заслонки;
- 5. малое открытие винтов качества системы холостого хода;
- 6. малые зазоры между электродами свечей зажигания;
- 7. ранний угол опережения зажигания;
- 8. неисправность зажигания;
- 9. поздний угол опережения зажигания;
- 10. неисправный вакуумный автомат опережения зажигания;
- 11. заедание клапана экономайзера в открытом состоянии;
- 12. применения главных топливных жиклеров с большей пропускной способностью;
- 13. засорение воздушных жиклеров главной дозирующей системы.
А неисправности систем питания и зажигания, которые могут вызвать отклонение концентраций СО и СН от указанных пределов под нагрузкой:
- 1. применения главных топливных жиклеров с большей пропускной способностью;
- 2. засорение жиклера или канала экономайзера;
- 3. заедание клапана экономайзера в открытом состоянии;
- 4. раннее включение экономайзера.
Использование концентрации СО и СН в отработавших газах бензинового двигателя в качестве диагностических параметров позволяет выявить практически все возможные неисправности систем питания и зажигания.
