Diagnostyka

Pomimo tworzenia coraz doskonalszych rozwiązań konstrukcyjnych samochodowych silników spalinowych i wprowadzania elektronicznych układów sterowania procesem tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej oraz samego spalania jej w cylindrach, spaliny i tak są nadal poważnym źródłem zanieczyszczeń środowiska naturalnego. Do toksycznych substancji chemicznych zawartych w spalinach zaliczyć trzeba z pewnością:
- tlenek węgla (CO),
- węglowodory (HC),
- tlenki azotu (NOX).

W związku z tym wprowadzane są nowe, coraz bardziej rygorystyczne, normy dopuszczające określoną (coraz mniejszą) zawartość toksycznych substancji chemicznych zawartych w spalinach. Obecnie obowiązujące przepisy dopuszczają dla pojazdów zarejestrowanych po raz pierwszy do 30.09.1986 roku zawartość tlenku węgla (CO) przy prędkości biegu jałowego do 4,5 proc. Dla pojazdów zarejestrowanych pomiędzy 1.10.1986 roku a 30.06.1995 roku dopuszczalna zawartość tego związku nie może już przekroczyć wielkości 3,5 proc. Z kolei dla pojazdów zarejestrowanych po 30.06.1995 roku zawartość tlenku węgla nie może przekroczyć:
- 0,5 proc. przy obrotach biegu jałowego;
- 0,3 proc. przy prędkości obrotowej w przedziale 2000-3000 obr./min.

Analizatory spalin jako urządzenia metrologiczne podlegają w trakcie użytkowania okresowej kontroli.

Urządzeniami stosowanymi do kontroli emisji toksycznych składników w spalinach są obecnie wieloskładnikowe analizatory spalin. Dokonują one w trakcie pomiaru analizy składu spalin i wykrywają ich udziałową zawartość.
Do mierzonych przez analizator składników spalin zaliczyć trzeba:
- tlenek węgla (CO),
- węglowodory (HC),
- dwutlenek węgla (CO2),
- tlen (O2).

Parametry te dotyczą pomiaru wykonywanego przy użyciu czteroskładnikowego analizatora spalin. W przypadku analizatorów spalin pięciogazowych, znacznie rzadziej stosowanych i nie wymaganych przy urzędowym wykonywaniu badania składu spalin, kolejnym składnikiem spalin podlegającym pomiarowi i kontroli są tlenki azotu (NOX). Analizator spalin w trakcie badania dokonuje z określoną dokładnością pomiaru stężenia podstawowych szkodliwych składników spalin, czyli tlenku węgla (CO) i węglowodorów (HC) oraz oblicza współczynnik nadmiaru powietrza l. Określenie stężenia tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO2) i węglowodorów (HC) odbywa się na zasadzie pomiaru absorpcji przez badany gaz promieniowania podczerwonego o określonej długości fal. Ponieważ pomiar ten jest selektywny, umożliwia niezależne sprawdzenie zawartości każdego ze składników w ich mieszance w spalinach z osobna. Czwarty, podlegający pomiarowi składnik spalin, czyli tlen (O2) mierzony jest za pomocą ogniwa elektrochemicznego. Ewentualny pomiar piątego składnika, czyli tlenków azotu (NOX), możliwy jest wyłącznie przy zastosowaniu w analizatorze dodatkowego ogniwa elektrochemicznego. Pomiar składu spalin przy użyciu analizatora pięciogazowego ma uzasadnienie wyłącznie wówczas, gdy jest wykonywany na hamowni podwoziowej. Zwiększona emisja szkodliwych związków tlenu z azotem występuje bowiem wyłącznie przy znacznych obciążeniach silnika.

Najnowsze konstrukcje analizatorów spalin wykonywane są w formie interfejsu do komputera, zapewniając tym samym wygodę i odpowiedni komfort pracy w trakcie badania składu spalin.

W trakcie wykonywania badania składu spalin z zastosowaniem analizatora zawartość tlenku węgla (CO) i tlenu (O2) i ich udział w spalinach określany jest w % objętości (% vol). Udział węglowodorów (HC) oraz ewentualnie tlenków azotu (NOX) jest również określany objętościowo, jednak ze względu na znacznie mniejszą ich zawartość wyrażany jest z zastosowaniem jednostki ppm (milionowa część).
Analizatory spalin poza pomiarem zawartości substancji toksycznych w spalinach, czyli tlenków węgla (CO) i węglowodorów (HC) oraz pozostałych nietoksycznych składników spalin tlenu (O2) i dwutlenków węgla (CO2), niezbędnych do otrzymania wiarygodnych wyników całościowych pomiaru, umożliwiają również określenie uzyskiwanych poprzez proces obliczeniowy innych parametrów bezwymiarowych przydatnych do oceny wyników pomiarów i wykonania czynności diagnostycznych silnika.
Należy do nich przede wszystkim współczynnik składu mieszanki l.
W przypadku gdy:
- l = 1 – mieszanka ma skład stechiometryczny, czyli na 1 kg paliwa przypada 14,7 kg powietrza;
- l > 1 – mieszanka jest uboga, czyli na 1 kg paliwa przypada więcej niż 14,7 kg powietrza;
- l < 1 – mieszanka jest bogata, czyli na 1 kg paliwa przypada mniej niż 14,7 kg powietrza.

Innym parametrem bezwymiarowym, który wykorzystuje analizator spalin w trakcie pomiaru, jest tzw. korygowana zawartość tlenku węgla (COkor), uwzględniająca ewentualne rozcieńczenie spalin powietrzem. Warunkiem przeprowadzenia prawidłowej i wiarygodnej analizy spalin jest zapewnienie szczelności układu wydechowego oraz normalnej temperatury pracy silnika, wynoszącej dla oleju 70OC. Konieczne jest również osadzenie sondy pomiarowej analizatora w rurze wydechowej pojazdu na głębokość co najmniej 30 cm. Cykl pomiarowy analizatora spalin przewiduje kilkakrotny pomiar najpierw przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika, a następnie przy prędkości obrotowej biegu jałowego. W celu otrzymywania wartości bieżącej temperatury oleju w trakcie wykonywania pomiaru składu spalin, analizator wykorzystuje czujnik temperatury oleju umieszczany w miejscu miarki poziomu oleju. Do odczytu prędkości obrotowej silnika stosowana jest zwykle (w starszych pojazdach) indukcyjna sonda obrotów zakładana na przewód zapłonowy jednego z cylindrów lub coraz częściej (ze względu na osłony silnika i brak dostępu) wykorzystywany jest uniwersalny czujnik obrotów, odczytujący prędkość obrotową silnika np. z biegunów akumulatora, wykorzystując zjawisko tętnienia instalacji elektrycznej. Ze względu na fakt, że obecnie analizator spalin poza pomocą w poszukiwaniu usterek silnika służy przede wszystkim do precyzyjnego określania składu spalin i zawartych w nich toksycznych dla środowiska naturalnego substancji chemicznych, w trakcie wykonywania okresowych badań kontrolnych pojazdu przeprowadzanych na Stacjach Kontroli Pojazdów oraz przy czynnościach montażowych i kontrolnych w warsztatach zajmujących się montażem gazowych instalacji zasilających podlega obowiązkowej kontroli metrologicznej.

Obecnie, zgodnie z obowiązującymi przepisami do obrotu mogą być wprowadzane wyłącznie analizatory:
- posiadające deklarację zgodności z dyrektywą MID,
- z ważną decyzją zatwierdzenia typu, wydaną do 29.10.2006 roku.

Przed wprowadzeniem do użytkowania analizator spalin musi być zgłoszony do legalizacji pierwotnej. Podlega on również obowiązkowi legalizacji wtórnej co 6 miesięcy użytkowania.

mgr Andrzej Kowalewski