O prawidłowości przebiegu procesu spalania w tłokowym silniku spalinowym świadczy skład oraz koncentracja poszczególnych składników spalin. Miarą niedoskonałości tego procesu jest natomiast masowy lub objętościowy udział w wydalanych spalinach tych składników, których obecność świadczy o niezupełnym lub niecałkowitym spalaniu (CO, CH, C).

Metoda badania toksyczności spalin
Analiza spalin jest diagnostyczną metodą pomiarową (stosowaną w czasie badania silników o zapłonie iskrowym), która umożliwia dokładne określenie ilości poszczególnych składników spalin w wydalanych do otoczenia gazach spalinowych. Pomiar ten polega na ilościowym określeniu objętościowego udziału składników spalin w mieszaninie gazów spalinowych metodami opartymi na własnościach fizycznych lub chemicznych poszczególnych składników wchodzących w skład mieszanin gazowych. Objętościowy udział mierzonych składników spalin określa się w procentach (% obj., % vol.) lub w milionowych częściach całkowitej objętości gazów spalinowych (ppm obj., ppm vol.). Jednostka, w której mierzy się dany składnik spalin, zależy od poziomu jego stężenia w gazach spalinowych. Natomiast poziom stężenia poszczególnych składników spalin zależy od wielu czynników konstrukcyjnych oraz eksploatacyjnych silnika.

Metodą analizy spalin mierzy się następujące składniki spalin:
- tlenek węgla CO,
- dwutlenek węgla CO2,
- węglowodory CH,
- tlenki azotu NOx,
- tlen O2.

Pomiędzy składem i natężeniem emisji gazów spalinowych oraz zmieniającymi się w procesie eksploatacji parametrami układów silnika i jego stanem technicznym istnieje ścisły związek wyrażający się zmianą składu spalin. Tak więc ilościowe określenie udziału poszczególnych składników spalin metodą analizy ich składu w gazach spalinowych silnika o zapłonie iskrowym podczas pracy w określonych warunkach pozwala ocenić:
- stopień toksyczności spalin,
- współczynnik składu mieszanki.

Stopień toksyczności spalin określony jest na podstawie pomiaru stężenia produktów niezupełnego spalania tlenku węgla CO i węglowodorów CH, aby:
- w silnikach z elektronicznym wtryskiem benzyny i katalizatorem oraz sondą lambda umożliwić ocenę zdatności silnika i układu zasilania paliwem,
- w silnikach gaźnikowych oraz z wtryskiem paliwa w czasie pracy silnika na biegu jałowym sprawdzić i wyregulować poziom stężenia tlenku węgla w spalinach,
- w oparciu o pomiar stężenia węglowodorów ocenić ogólny stan techniczny silnika i wyregulować właściwie, zwłaszcza w częściowo zużytych silnikach gaźnikowych, odpowiedni poziom stężenia tlenku węgla w spalinach i zapobiec tym samym regulacji gaźnika na zbyt ubogą mieszankę (nadmierne zubożenie mieszanki powoduje wzrost stężenia CH).

Współczynnik składu mieszanki paliwowo-powietrznej (λ i AFR) określany jest na podstawie pomiaru stężenia dwóch: CO2 i CO, trzech: CO2, CO i CH lub czterech składników spalin: CO2, CO, CH i O2 metodą pośrednią na podstawie zależności matematycznych, uwzględniających mierzone stężenie wskazanej ilości składników spalin. Przyjęta w obecnie używanych przyrządach do analizy spalin metoda do określania składu mieszanki, w której zlicza się ilości CO2, CO, CH i O2, oparta jest na wzorach Brettschneidera lub Spindta. Charakteryzuje ją wysoka dokładność, ponieważ zapewnia ona takie same wyniki pomiarów przed i za katalizatorem spalin. Pomiar współczynników λ i AFR w czasie pracy silnika na biegu jałowym i biegu luzem z tak dużą dokładnością pozwala sprawdzić charakterystykę pracy układu zasilania paliwem i ocenić funkcjonowanie zespołów regulujących skład mieszanki na biegu luzem w pełnym zakresie prędkości obrotowych.
W silnikach gaźnikowych można sprawdzić i ocenić działanie:
- poszczególnych urządzeń gaźnika: układu kompensacyjnego, urządzenia biegu jałowego, urządzenia wzbogacającego, pompki przyspieszającej, zaworu hamowania silnikiem,
- układu dolotowego: filtra powietrza, układu przewietrzania skrzyni korbowej.

W silnikach z wtryskiem benzyny można sprawdzić i ocenić działanie układu sterowania składem mieszanki zarówno na biegu jałowym, jak i przy wyższych prędkościach obrotowych silnika na biegu luzem (bez obciążenia) oraz działanie sondy lambda i katalizatora spalin.
Głównym celem wykonywanej na stacjach i stanowiskach diagnostycznych analizy spalin jest:
- zmierzenie rzeczywistej wartości emisji toksycznych składników spalin,
- sprawdzenie stanu technicznego układu zasilania paliwem,
- sprawdzenie funkcjonowania układu sterowania składem mieszanki,
- sprawdzenie funkcjonowania urządzeń ograniczających emisję toksycznych składników spalin,
- dokonanie regulacji pracy silnika na biegu jałowym.

Warunki techniczne analizy spalin
Analizę spalin w celach diagnostycznych wykonuje się na stojącym pojeździe z włączonym sprzęgłem i dźwignią zmiany biegów w położeniu neutralnym podczas pracy silnika na biegu luzem. Urządzenie rozruchowe i wszystkie odbiorniki energii elektrycznej powinny być wyłączone, a hamulec postojowy włączony. W rurę wydechową badanego silnika wprowadza się sondę poboru spalin połączoną przewodem elastycznym z analizatorem spalin. Przed pomiarami analizator spalin musi być przygotowany do pracy zgodnie z wymaganiami jego instrukcji obsługi. Przyrząd i jego układy pomiarowe muszą być nagrzane do odpowiedniej temperatury, zapewniającej wymagane wartości stabilności wskazań, a ponadto muszą być cechowane i korygowane przed każdym pomiarem. Sprawdzeniu podlega również szczelność wszystkich połączeń między sondą poboru spalin i analizatorem. Istotne znaczenie mają również stan cieplny silnika i zagłębienie sondy w rurze wydechowej.
Zmiana stanu cieplnego silnika zmienia warunki tworzenia się i spalania mieszanki, co wpływa na wyniki pomiarów analizy spalin, dlatego pomiary należy prowadzić na silniku nagrzanym o ustalonym stanie cieplnym. Stopień nagrzania silnika ocenia się na podstawie temperatury cieczy chłodzącej lub oleju w układzie smarowania. Obecnie stosowane analizatory spalin wyposażone są w mierniki prędkości obrotowej oraz temperatury oleju silnikowego, które przed pomiarami należy podłączyć do silnika zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi.
Minimalna głębokość wprowadzania sondy do rury wydechowej (rys. 1), zapewniająca uzyskanie maksymalnych wskazań analizatora, zależy od prędkości obrotowej silnika n, przy której prowadzi się pomiary. Podczas badań wykonywanych w celu kontroli stanu i lokalizacji uszkodzeń silnika (szczególnie układu zasilania paliwem) powinna ona wynosić [1]:
- 800 mm dla n = 650 obr./min.,
- 650 mm dla n = 750 obr./min.,
- 500 mm dla n = 1000 obr./min.,
- 400 mm dla n = 1500 obr./min.,
- 100 mm dla n = 2500 obr./min.