Diagnostyka

Do pomiaru stężenia poszczególnych składników spalin wykorzystuje się analizatory spalin, których budowa i zasada działania zależy od rodzaju mierzonego gazu oraz wymaganej przepisami ekologicznymi dokładności pomiaru. W poprzednich częściach opisano ogólną budowę i zasadę działania urządzeń przeznaczonych do badania koncentracji składników spalin w silnikach o zapłonie iskrowym (ZI). W tej części artykułu przykładowo przedstawiono wybrane rodzaje wieloskładnikowych analizatorów spalin różnych wytwórców.

Mega compaa GM3 firmy Hella Gutmann
W ofercie urządzeń diagnostycznych Hella Polska znajduje się przyrząd Mega compaa GM3 firmy Hella Gutmann (rys. 1), który jest połączeniem analizatora spalin i dymomierza. To precyzyjne urządzenie służy do pomiaru składu spalin silników o zapłonie iskrowym lub zadymienia spalin w silnikach o zapłonie samoczynnym. Analizator spalin spełnia wymagania dyrektywy MID i zapewnia bardzo dużą dokładność pomiaru (klasa 0 wg OIML). Służy do pomiaru CO, CO2, CH i O2 oraz określenia wartości współczynnika λ. Mierzy również prędkość obrotową silnika (za pomocą różnych czujników) i temperaturę oleju silnikowego. Dzięki wbudowanemu dodatkowo modułowi kontrolnemu OBD (z certyfikatem Instytutu Transportu Samochodowego) może być używany na stacjach kontroli pojazdów. Moduł OBD realizuje pełny tryb kontrolny przewidziany przez ten standard diagnostyczny. Urządzenie zoptymalizowano pod kątem uproszczenia i skrócenia czasu trwania pomiarów. Nagrzewanie przed pomiarem trwa nieco więcej niż 30 sekund, a czas reakcji na próbkę spalin jest mniejszy niż 15 sekund. Oprogramowanie analizatora jest intuicyjne, prowadzi operatora przez cały proces pomiaru, ogranicza możliwość nieprzestrzegania procedur i pomyłek. Otrzymane wyniki pomiarów można archiwizować w pamięci wewnętrznej urządzenia (w bazie danych klientów) i odczytywać na każde żądanie.
Do komunikacji z analizatorem spalin służy ekran ciekłokrystaliczny TFT o przekątnej 10,4 cala i rozdzielczości 600 x 480 pikseli oraz zespół kilkusegmentowej klawiatury membranowej. W razie potrzeby do analizatora można dołączyć typową klawiaturę komputerową, a obraz wyświetlać na zewnętrznym monitorze. Drukarka zapewnia otrzymanie protokołu z badań (format A4, papier ciągły). Urządzenie Mega compaa GM3 stanowi optymalne połączenie analizatora spalin i uniwersalnego przyrządu diagnostycznego. W tej mobilnej stacji zintegrowane są: analizator spalin, dymomierz i wydajne urządzenie diagnostyczne (Mega macs 55). Inną cechą tego analizatora jest możliwość czyszczenia oraz wykonywania prac konserwacyjnych przez użytkownika bez obaw o rozkalibrowanie urządzenia. Komora pomiarowa jest zaplombowana i niedostępna w czasie czyszczenia lub kalibracji.

MGT i MET firmy Maha
Analizator spalin MGT 5 oferowany przez firmę Maha jest 4(5)-gazowym przyrządem do pomiaru koncentracji CO, CO2, CH, O2 oraz NOx (opcjonalnie) w spalinach silników o zapłonie iskrowym (zasilanych benzyną i gazem). Przyrząd oblicza współczynnik nadmiaru powietrza λ oraz mierzy prędkość obrotową silnika i temperaturę oleju. Analizator spełnia wymagania dotyczące jakości wykonania i dokładności pomiarów (klasa 0 wg OIML). Zatwierdzony do użytkowania na podstawie ustawy prawo o miarach (zatwierdzenie typu GUM). Może być zastosowany jako urządzenie stacjonarne lub przenośne (podczas badań trakcyjnych samochodów). W zależności od potrzeby, po uzupełnieniu wyposażenia, analizator może być stosowany jako:
- samodzielne urządzenie z zintegrowanymi wyświetlaczami diodowymi do pomiaru stężenia składników spalin silników ZI (rys. 2),
- jeden ze składników uniwersalnego stanowiska diagnostycznego (wspólnie z dymomierzem, zestawem komputerowym z monitorem i drukarką oraz mobilnym wózkiem) do badania składu spalin zarówno silników ZI, jak i ZS,
- element wyposażenia pomiarowego linii diagnostycznych, z możliwością pracy w sieci,
- element wyposażenia kontrolnego stanowiska hamowni podwoziowej do pomiaru składu spalin silników ZI (na biegu luzem i w stanie obciążenia).
Układ pomiarowy analizatora umieszczono w trwałej, metalowej obudowie, którą otacza osłona z tworzywa sztucznego z praktycznym uchwytem. Sonda poboru spalin jest wykonana ze stali nierdzewnej, a wąż doprowadzający spaliny został wzmocniony oplotem stalowym. Jest to urządzenie zwarte, o niewielkiej masie i wytrzymałej konstrukcji, które można dalej rozbudować po dodaniu:
- złączy szeregowych służących do połączenia analizatora z dymomierzem, komputerem zewnętrznym PC i linią diagnostyczną,
- modułów o różnorodnych funkcjach, co umożliwia współpracę z różnymi czujnikami prędkości obrotowej silnika (indukcyjne, wibracyjne itd.), sondą pomiaru temperatury oleju, systemem diagnostyki pokładowej OBD oraz sieciami wymiany danych (Eurosystem, ASA, Citrix).

Analizator firmy Maha zapewnia czytelne i przejrzyste przedstawienie wyników pomiarów na wewnętrznych wyświetlaczach diodowych LED, na ekranie monitora komputerowego lub na dwuwierszowym wyświetlaczu przenośnego terminalu (z wbudowaną klawiaturą i drukarką). Oprogramowanie zapewnia odpowiednie warunki obsługi urządzenia oraz dostarcza niezbędnych informacji pomiarowych i diagnostycznych. Dodatkowymi zaletami analizatora są: krótki czas nagrzewania (uzyskany dzięki zwartej konstrukcji komory pomiarowej), łatwa obsługa i wygodny dostęp do elementów podlegających wymianie (filtry, czujnik tlenu).
Najnowszą propozycją firmy Maha są analizatory spalin serii MET 6, które dostępne są m.in. w następujących wersjach:
- MET 6.1 – wieloskładnikowy analizator do pomiaru składu spalin silników zasilanych benzyną lub gazem (rys. 3),
- MET 6.3 – połączenie w jednej zwartej obudowie analizatora spalin MET 6.1 silników o zapłonie iskrowym i dymomierza MET 6.2 o dużej dokładności pomiaru zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym.
Analizator jest dopuszczony do obrotu na podstawie dyrektywy MID. Dzięki precyzji wykonania i powtarzalności wyników pomiaru spełnia wymagania klasy dokładności 0 zgodnie z OIML. Głównymi cechami tego przyrządu są: prosty przebieg pomiaru, niewielkie wymiary, mały ciężar i duża trwałość. Nadaje się do zastosowań mobilnych (możliwość zasilania z sieci elektrycznej pojazdu). Zastosowano tylko jedną sondę poboru spalin z zaciskiem dostosowanym do wszystkich typów silników. Analizator został wyposażony w niezbędne złącza takie, jak: Bluetooth do łączenia z modułem OBD i LAN/W-LAN do połączenia z komputerem PC (opcjonalnie komunikacja bezprzewodowa). Zainstalowano aktywny separator wody i nowe, łatwiejsze do wymiany filtry z sygnalizacją konieczności wymiany (odpowiedni komunikat). Urządzenie automatycznie wykonuje takie czynności, jak: zerowanie (przez filtr węgla aktywnego), test pozostałości węglowodorów CH, test szczelności (sterowany z poziomu menu, jeden raz dziennie).
Na rys. 4 przedstawiono przykład kompleksowego stanowiska do analizy spalin silników ZI i ZS składającego się z: analizatora spalin MET 6.1, dymomierza MDO 2 LON, monitora, drukarki, wózka i wyposażenia.


Smart Gas i Logic Gas firmy Magneti Marelli
W ofercie wyposażenia diagnostycznego firmy Magneti Marelli znajdują się urządzenia do badania koncentracji składników spalin silników motocykli, pojazdów osobowych i ciężarowych. Smart Gas (rys. 5a) jest samodzielnym analizatorem do badania spalin pojazdów zasilanych benzyną, gazem propan-butan i metan. Analizator służy do pomiaru stężenia czterech rodzajów gazów CO, CO2, CH i O2 oraz obliczenia wartości współczynnika składu mieszanki λ. Wyposażenie standardowe oraz opcjonalne analizatora obejmuje sondy: poboru spalin, temperatury oleju silnikowego i prędkości obrotowej silnika (różne sposoby pomiaru). Czas nagrzewania do pracy wynosi maksymalnie 3 minuty. Natomiast Logic Gas (rys. 5b) jest analizatorem spalin, który wymaga do pracy zastosowania zewnętrznego komputera PC lub laptopa. Obydwa urządzenia mają wbudowaną drukarkę, klawiaturę do wprowadzania danych, porty PC2 i Bluetooth, wyświetlacz LCD (podświetlany) i akumulator umożliwiający 4-godzinną pracę. Są to nowoczesne analizatory spalin o klasie dokładności 0 wg OIML. Zostały wykonane zgodnie z wymaganiami dyrektywy MID i mogą być stosowane na stacjach kontroli pojazdów, w warsztatach montujących instalacje zasilania gazem silników spalinowych oraz podczas wykonywania typowych czynności diagnostycznych.
Z kolei Smart Smoke i Logic Smoke to urządzenia do badania zadymienia spalin w silnikach o zapłonie samoczynnym. Pierwsze z nich jest samodzielnym dymomierzem, a drugie wymaga do pracy komputera zewnętrznego (PC lub laptop).

Eurogas i Totalgas firmy Motorscan
Analizator spalin Eurogas 8020 firmy Motorscan (rys. 6a) jest nowoczesnym, mikroprocesorowym urządzeniem umożliwiającym pomiar koncentracji CO, CO2, CH, O2 i NOx (opcjonalnie) w spalinach różnych rodzajów silników o zapłonie iskrowym (zasilanych benzyną lub gazem LPG i CNG). Istotną zaletą analizatora jest układ pomiarowy firmy Siemens, który charakteryzuje się dużą dokładnością (klasa 1 wg OIML) i stabilnością pomiarów, krótkim czasem nagrzewania (maksymalnie 5 minut) oraz niewielkimi rozmiarami. Zatwierdzony do użytkowania na podstawie ustawy prawo o miarach (zatwierdzenie typu GUM). Przyrząd oblicza współczynnik nadmiaru powietrza λ oraz mierzy prędkość obrotową silnika i temperaturę oleju (za pomocą sond znajdujących się w wyposażeniu). Analizator spalin standardowo wyposażony jest w drukarkę wewnętrzną, która pozwala na otrzymanie dwóch rodzajów protokołów z badań: wydruku stężenia zmierzonych gazów w spalinach i wydruku wyników pomiarów z diagnozą dotyczącą stanu elementów silnika.
Procedura zerowania i kalibracji uruchamiana jest każdorazowo w chwili włączenia zasilania przyrządu, a także może być zainicjowana w trakcie pomiaru przez diagnostę. Możliwe są dwa rodzaje kalibracji: automatyczna (wykonywana za pomocą symulacji elektrycznej) lub z wykorzystaniem gazu wzorcowego z butli. Podczas fazy nagrzewania analizator przypomina (pulsującym kodem cyfrowym) o konieczności wykonania próby szczelności układu poboru spalin. Próba ta może być również przeprowadzona po zakończeniu nagrzewania urządzenia. Każdorazowo w fazie nagrzewania przeprowadzany jest test na obecność węglowodorów w układzie zasysania spalin. Jeżeli zawartość CH przekroczy dopuszczalną wartość, urządzenie wyłącza się automatycznie, pokazując na wyświetlaczu odpowiedni kod. W przypadku nieszczelności w układzie wydechowym silnika analizator oblicza skorygowaną wartość tlenku węgla (CO)k, co pozwala uniknąć nadmiernych błędów podczas pomiarów.
Konstrukcja analizatora umożliwia jego współpracę z różnymi urządzeniami zewnętrznymi, jak: moduł dymomierza, komputer klasy PC, pilot zdalnego sterowania, drukarka zewnętrzna, modem do przesyłania danych. Podłączenie do analizatora modułu dymomierza umożliwia pomiar zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym. Integracja z komputerem zewnętrznym za pomocą złącza RS 232 pozwala na pokazanie wyników pomiaru na monitorze oraz ich wydrukowanie. Połączenie urządzenia z pilotem zdalnego sterowania umożliwia wprowadzanie danych do pamięci analizatora, a także wykonywanie pomiarów z miejsca kierowcy. Zaletą analizatora jest łatwa obsługa za pomocą przycisków umieszczonych poziomo w jednym rzędzie.
Nowszą odmianą analizatora spalin tego producenta jest urządzenie Totalgas 8050 (rys. 6b). Dzięki precyzji wykonania i powtarzalności wyników pomiarów urządzenie zaliczono do najwyższej klasy dokładności (klasa 0). Przyrząd został wprowadzony do obrotu na podstawie dyrektywy MID 2004/22/CE. Analizator służy do pomiaru stężenia 4 rodzajów gazów CO, CO2, CH, O2 i obliczania wartości współczynnika składu mieszanki λ. Opcjonalnie może być urządzeniem 5-składnikowym i dodatkowo mierzyć zawartość tlenków azotu (NOx). Firma Motorscan dostarcza również stanowisko wielofunkcyjne do kontroli składu spalin (rys. 7), które składa się m.in. z: analizatora spalin, modułu dymomierza, zestawu komputerowego z monitorem i drukarką oraz mobilnego wózka. Takie kompleksowe stanowisko umożliwia badanie toksyczności spalin silników o zapłonie iskrowym i o zapłonie samoczynnym.

Sun DGA 1500
Snap-on Diagnostics – producent urządzeń diagnostycznych, oprogramowania i systemów informatycznych wprowadził na rynek analizator spalin Sun DGA 1500. Jest to nowoczesny analizator spalin o klasie dokładności 0 wg OIML. Został wykonany zgodnie z dyrektywą MID i może być stosowany na stacjach kontroli pojazdów, w warsztatach montujących instalacje zasilania gazem silników spalinowych oraz podczas wykonywania typowych czynności diagnostycznych. Analizator jest dostępny w wersji 4- lub 5-gazowej (badanie spalin silników o zapłonie iskrowym), jako dymomierz (pomiar zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym) oraz w wersji kombi (połączenie analizatora z dymomierzem).
Urządzenie wyróżnia się ciekawym wyglądem zewnętrznym, nawiązującym do znanej rodziny analizatorów Sun MGA/DGA, które zdobyły sobie uznanie użytkowników. Bardzo interesującym rozwiązaniem jest zastosowanie zdalnego sterowania analizatorem za pomocą pilota. Dzięki temu zapewniono operatorowi szybszą i wygodniejszą obsługę na odległość. Widok strony czołowej analizatora spalin Sun DGA 1500 przedstawiono na rys. 8. Urządzenie może być również umieszczone na wózku w szafce.
Wyposażenie standardowe analizatora zawiera drukarkę termiczną, sondę do pomiaru temperatury oleju oraz sondę indukcyjną do pomiaru prędkości obrotowej silników o zapłonie iskrowym. Opcjonalnie dostępne są: moduły bezprzewodowe Bluetooth do uniwersalnego pomiaru prędkości obrotowej (wykorzystuje się zjawisko pomiaru tętnień napięcia w instalacji elektrycznej pojazdu) i temperatury oleju, moduł odczytu prędkości obrotowej i temperatury oleju z gniazda OBD, moduł Bluetooth do dymomierza oraz inne akcesoria.

Gasbox Autopower i Multipegaso firmy Texa
Włoska firma Texa ma w swojej ofercie różne urządzenia do kontroli spalin w silnikach o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Gasbox Autopower (rys. 9) to nowoczesny analizator spalin służący standardowo do pomiaru czterech składników spalin (CO, CO2, CH, O2) i obliczania współczynnika nadmiaru powietrza λ. W wyposażeniu dodatkowym dostępna jest opcja umożliwiająca pomiar NOx. Dokładność pomiaru jest zgodna z rygorystycznymi wymaganiami klasy 0 OIML. Został wprowadzony do obrotu na podstawie dyrektywy MID. Analizator ma niewielkie wymiary gabarytowe (460 x 200 x 250 mm), waży 15 kg i został wyposażony we własne zasilanie bateryjne umożliwiające pracę w trybie ciągłym do 8 godzin. Czas oczekiwania na gotowość do pracy wynosi 60 s od momentu włączenia. Urządzenie umieszczone jest na wózku i łączy się bezprzewodowo z komputerem zewnętrznym PC. Oprogramowanie umożliwia przeprowadzenie badań w sposób zgodny z aktualnymi przepisami. Dodatkowo oprogramowanie można wykorzystać do regulacji składu mieszanki silników zasilanych benzyną lub gazem. Za pomocą analizatora można wykonać test szczelności przestrzeni roboczej silnika. Oprogramowanie można zainstalować w komputerze pracującym z systemem Windows XP lub wyższym.
Natomiast Multipegaso to kompletna stacja wielozadaniowa (rys. 10), która może zarządzać pracą wszystkich urządzeń do analizy spalin. Składa się ze stalowego wózka i zawiera komputer PC z zainstalowanym systemem Windows 7 oraz monitor 17-calowy. W dolnej części wózka znajdują się wnęki na moduły analizatora spalin Gasbox i dymomierza Opabox, w których odbywa się ich automatyczne doładowanie. Inne elementy to uchwyt na przyrząd RC3 i drukarka. Dodatkowo stację Multipegaso można wyposażyć w oprogramowanie diagnostyczne. Stacja może komunikować się z dowolnym interfejsem Texa w sposób bezprzewodowy i przewodowy przez złącze USB.
Do pomiaru prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju należy użyć przyrządy RC3 lub RC2. Pierwszy z nich umożliwia uzyskanie tych parametrów w dwóch trybach: analogowym (z mikrofonu, pętli indukcyjnej lub czujnika piezoelektrycznego oraz sondy temperatury) lub cyfrowym (bezpośrednio ze złącza OBD). Dodatkowo RC3 może być wyposażony w oprogramowanie EOBD Scan Tool, czyli czytnik informacji diagnostycznych z systemu diagnostyki pokładowej. Przyrząd RC2 mierzy prędkość obrotową silnika i temperaturę oleju tylko metodą analogową. Zastosowanie przenośnego wyświetlacza Gasmobile ułatwia wykonanie analizy spalin. Wyświetlacz komunikuje się w sposób bezprzewodowy z analizatorem spalin, dymomierzem, czytnikiem prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Materiały informacyjne firm produkujących urządzenia do analizy składu spalin silników spalinowych.
2. Analiza spalin silników ZI. Pomiar zadymienia spalin silników ZS. Poradnik Serwisowy 3/2010.