2.6. Исследование влияния оборотов коленчатого вала двигателя на содержание выхлопных газов

Эксперименты проводятся на инжекторных двигателях ВАЗ или ГАЗ без кислородного датчика и катализатора.

Проверку содержания выхлопных газов проводят на оборотах холостого хода (800-850 об/мин) и на повышенных оборотах коленчатого вала двигателя (2500-3000 об/мин). Диагност должен понимать разницу в содержании компонентов выхлопных газов на этих режимах.

При проведении эксперимента изменяется частота вращения коленчатого вала двигателя с шагом 400 об/мин в диапазоне значений от 840 до 3200 об/мин. При фиксированных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя с использованием четырех компонентного газоанализатора «Инфракар М» измеряются значения компонентов выхлопных газов СО, СО₂, О₂, CH. Полученные значения записываются в таблицу. Для записи показаний может также использоваться программа "ИНФРАКАР-ГРАФИЧЕСКИЙ" в режиме построения графиков (рис. 14).

Рис. 14. Запись показаний газоанализатора.

Считывание данных с графика производится путем перемещения с помощью курсора красного визира. При этом в правом верхнем ряду окна отображаются значения измеряемых параметров.

На основе результатов эксперимента строится график зависимости компонентов выхлопных газов СО, СО₂, О₂, CH от частоты вращения коленчатого. В качестве примера на рисунке 15 приведена зависимость содержания СО и СН в отработавших газах для двигателя автомобиля ВАЗ 2110 от частоты вращения коленчатого.

Из рисунка 15 видно, что по мере увеличения частоты вращения коленчатого вала начинает плавно падать, достигая 0,2-0,3% на высокой частоте вращения. При этом СН плавно падает с исходного уровня, не превышающего 200 – 350 ррm. Это объясняется повышением температуры в камере сгорания из-за увеличения нагрузки.

Двигатель с приведенным характером изменения содержания СО и СН на холостом ходу при условии правильной установки угла опережения зажигания будет обеспечивать одновременно высокую мощность и низкий расход топлива.

Рис. 15. Зависимость содержания СО и СН от частоты вращения коленчатого вала для инжекторного двигателя.

2.7. Исследование влияния дефектов систем двигателя на содержание выхлопных газов

Целью эксперимента было определить, можно ли с помощью газоанализатора отыскать какие-либо неисправности в двигателе или заметно сузить круг возможных поисков.

Эксперименты проводятся с использованием четырех компонентного газоанализатора «Инфракар М».

Искусственным путём в двигателе и системы его управления последовательно моделировали наиболее характерные и часто встречающиеся дефекты и неисправности. После этого регистрировали состав выхлопных газов и сравнивали его с исходными, соответствующим нормальной работе двигателя. Были выбраны следующие возможные ситуации.

- неисправна свеча зажигания;

- раннее зажигание;

- позднее зажигание;

- подсос воздуха во впускной коллектор;

- полностью не работающая форсунка;

- форсунка «льёт»;

- не герметична выхлопная система.

В качестве примера в таблицах 1 и 2 представлены результаты экспериментов по определению состава выхлопных газов, полученные при испытании двигателя автомобиля ВАЗ 2110.

Результаты измерения состава выхлопных газов автомобиля без каталитического нейтрализатора.

Таблица 1

Параметр Неисправность	СО, %	СН, ppm	СО2, %	О2, %	λ
Рекомендуемые значения	1,0 – 1,5	150 – 400	13 – 14,5	1 – 2	0,9 – 1,1
Исходная регулировка	1,3	310	14	1,4	1,01
Неисправна свеча зажигания	0,4	2500	8,5	6,4	1,3
Раннее зажигание	2,5	1420	12,3	3,9	1,03
Позднее зажигание	1,9	280	14,3	1,6	1,04
Подсос воздуха во впускной коллектор	0,26	1200	12,1	5.8	1,28

Результаты измерения состава выхлопных газов автомобиля с каталитическим нейтрализатором.

Таблица 2

Параметр Неисправность	СО, %	СН, ppm	СО2, %	О2, %	λ
Рекомендуемые значения	0,05 – 0,3	5 – 75	14,0 – 15,5	0,1 – 0,25	0,98 – 1,05
Исходная регулировка	0,15	75	14,5	0,14	1,01
Неисправна свеча зажигания	0,25	840	10,5	5,8	1,4
Полностью не работающая форсунка	0,17	80	14,3	9,5	1,25
Форсунка «льёт»;	2,2	940	9,1	5	0,97
Не герметична выхлопная система	0,6	250	14,2	5-8	1, 3
Неисправность датчика температуры двигателя	4,4	450	12,1	2	0,8
Неисправность датчика температуры двигателя (короткое замыкание в цепи)	0,1	910	10,3	6,1	1, 15
Подсос воздуха во впускной коллектор	0,26	1200	9,1	7,1	1,49

После анализов результатов измерения содержания выхлопных газов двигателя автомобиля ВАЗ 2110 были сделаны следующие выводы:

1. Все вводимые неисправности вызывают увеличение выбросов углеводородов СН, кроме случаев позднего зажигания и при полностью не работающей форсунки. Это объясняется тем, что процесс сгорания смеси в отдельных или всех цилиндрах ухудшается, что приводит к отклонению состава выхлопных газов от нормативных значений;

2. Наибольшее количество углеводородов СН в выхлопных газах наблюдается при неисправности свечи зажигания (СН увеличилось более чем в 7 раз), при этом выбросы СО и СО₂ уменьшаются, так как нет полного сгорания топлива в цилиндре СО и СО₂ не образуется. Как показывает опыт диагностики к резкому увеличению содержания СН приводят и другие причины, например: нарушение фаз газораспределения, неправильные зазоры в клапанах, низкая компрессия в цилиндрах или в одном из цилиндров двигателя, не плотности в клапанах, попадание в камеру сгорания большого количества масла, например, через сальники клапанов или из-за неисправности цилиндропоршневой группы (выброс через систему вентиляции двигателя.

3. Угол опережения зажигания в значительной степени влияет на процесс сгорания топлива в двигателе, а, следовательно, и на выброс углеводородов.

На позднем зажигании при некотором росте СО заметно снизились выбросы углеводородов, потому что двигатель работает более плавно, условия сгорания топлива лучше, кроме того часть топлива догорает в выхлопной системе. Только чрезмерно «позднее» зажигание (далеко после ВМТ) может привести к нарушению воспламенения смеси в цилиндре и вызовет рост СН.

Установка более раннего зажигания, даже не выходя за пределы наиболее экономической работы двигателя, всегда приводит к росту СН. Слишком раннее зажигание приводит к перебоям в работе двигателя и значительному росту СО и СН, кроме того не эффективное сгорание топлива приводит к снижению содержания СО₂ и большому количеству кислорода не вступившего в реакцию горения. Необходимо обратить внимание диагноста, что при пропусках зажигания в цилиндрах двигателя происходит большой разброс показаний параметров выхлопных газов и газоанализатор некорректно рассчитывает значение λ. И расчётное значение λ, может значительно отличаться от действительного.

4. При наличие подсоса воздуха наблюдается сильное обеднение топливной смеси, что приводит к пропускам зажигания в цилиндрах и не равномерной работе двигателя, поэтому содержание углеводородов СН и кислорода О₂ резко увеличивается, а содержание СО₂ уменьшается. Из таблицы видно, что регулировка подачи воздуха на холостом ходу параметров почти не меняет, двигатель работает неустойчиво. При увеличении числа оборотов доля несанкционированного воздуха уменьшается, и параметры принимают нормальные значения. На двигателе с распределенным впрыском подсос воздуха можно зафиксировать по заниженному показанию датчика массового расхода воздуха.

5. При не герметичности выпускной системы через не плотности подсасывается, атмосферный воздух, смешивается с отработавшими газами, приводит к резкому увеличению кислорода в выхлопных газах, а содержание CO₂ в выхлопных газах изменится незначительно, так как в атмосферном воздухе содержание СО₂ не велико. Подсос воздуха обычно, сопровождается повышенной шумностью работы выхлопной системы, и в этом случае нет смысла производить измерения содержания выхлопных газов, так как показания будут не правдоподобными.

При анализе содержания выхлопных газов с каталитическим нейтрализатором автомобиля были сделаны следующие выводы:

1. Из таблицы видно, что каталитический нейтрализатор, дожигает СО и СН практически полностью превращая их в СО₂ и Н₂О, поэтому диагностирование по содержанию выхлопных газов вызывает определённые сложности. И для более точной диагностики требуется дополнительная информация о содержании других компонентах выхлопных газов СО₂ и О₂. Поэтому для диагностики автомобилей с каталитическими нейтрализатороми, необходимо использовать четырёх или пяти компонентные газоанализаторы.

Для диагностики исправности каталитического нейтрализатора можно воспользоваться следующим правилом: у исправного нейтрализатора в выхлопных газах содержание О₂ примерно равно содержанию СО. Если содержание О₂ превышает содержание СО и содержание СО выше 0,5%, то ресурс компонентов нейтрализатора израсходован;

2. В случае не работающей форсунке, топливо в цилиндр подаваться не будет, а количество воздуха поступающего в этот цилиндр остаётся прежним. Поэтому в выхлопных газах имеет место чрезмерно большое содержание кислорода и, и как следствие, запредельное значение лямбда. Снижается СО, CО₂ и СН изменяется незначительно;

3. Форсунка льёт – плохое распыление. Топливно-воздушная смесь получается неоднородной и сгорает не полностью, что приводит к повышению содержания СН и снижению содержания CО₂;

4. При обрыве в цепи датчика температуры охлаждающей жидкости наблюдается обогащение топливной смеси, а при коротком замыкании в цепи датчика, обеднение топливной смеси. В обоих случаях наблюдается повышение содержания СН и О₂.

При анализе возможных причин неисправностей, полученные результаты измерений содержания выхлопных газов можно разделить на две характерные группы.

Контрольные вопросы

1. Из каких основных компонентов состоит воздух?

2. Из каких основных компонентов состоит бензин?

3. Почему содержание диоксида углерода (СО ₂) принимают за критерий эффективности сгорания топлива?

4. Каких значений достигает СО₂ в выхлопных газах исправного двигателя?

5. Как в выхлопную систему попадает вода (Н₂О)?

6. Какие компоненты входят в состав выхлопных газов?

7. Какие компоненты выхлопных газов загрязняют атмосферу?

8. Какие компоненты выхлопных газов измеряют 4-х и 5-и компонентные газоанализаторы?

9. Как градуируются шкалы газоанализатора?

10. Какое соотношение топлива и воздуха принимают за стехиометрическую пропорцию?

11. Какие значения коэффициента избытка воздуха принимают при работе двигателя на бедной и богатой смесях?

12. Какие параметры измеряет газоанализатор «Инфрокар М»?

13. Как измеряется частота вращения коленчатого вала с помощью газоанализатора?

14. Как измеряется температура масла в картере двигателя с помощью газоанализатора?

15. Из каких основных систем состоит газоанализатор?

16. Из каких основных элементов состоят системы пробоотборника и пробоподготовки?

17. Из каких элементов состоит и как работает измерительный блок?

18. Как производится подготовка газоанализатора к работе?

19. Как производиться выбор типа двигателя (двух-четырёхтактный) для установки тахометра газоанализатора?

20. Как производится переключение режимов вычисления параметра «лямбда» для различных видов топлива?

21. В каких режимах в программе «Инфракар-графический» отображаются показания газоанализатора?

22. В каком режиме и как создаётся отчёт об анализе выхлопных газов?

23. Как отображаются показания газоанализатора в режиме «Диаграмма»?

24. Как приводится контроль норм токсичности содержания выхлопных газов в режиме «Диаграммы»?

25. Как отображаются показания газоанализатора в режиме «График»?

26. Как регулируется СО на автомобиле ВАЗ с инжекторным двигателем?

27. Как регулируется СО на автомобиле ГАЗ с инжекторным двигателем?

28. Как стоится график зависимости содержания выхлопных газов от коэффициента избытка воздуха?

29. Какие значения принимают компоненты выхлопных газов при стехиометрическом составе топливной смеси?

30. Как изменяются компоненты выхлопных газов при работе двигателя на бедной смеси?

31. Как изменяются компоненты выхлопных газов при работе двигателя на богатой смеси?

32. На какие две группы можно разделить результаты измерений содержания выхлопных газов?

33. Какие могут быть причины неисправности при высоком содержании углеводородов (СН)?

34. На каких двух режимах работы двигателя измеряют содержание выхлопных газов?

35. Как строится график зависимости содержания выхлопных газов от частоты вращения коленчатого вала двигателя?

36. Как изменяются компоненты выхлопных газов с увеличением частоты вращения коленчатого вала?

37. Как угол опережения зажигания влияет на содержание СН в выхлопных газах?

38. Как изменятся показания выхлопных газов при подсосе воздуха во всасывающий коллектор?

39. Как изменятся показания выхлопных газов при неисправности свечи зажигания?

40. Как изменятся показания выхлопных газов при полностью не работающей форсунке?

41. Как изменятся показания выхлопных газов, когда форсунка «льёт»?

42. Какие значения принимают компоненты выхлопных газов при работе исправного двигателя с катализатором?