Diagnostyka

Do pomiaru stężenia poszczególnych składników spalin wykorzystuje się analizatory, których budowa i zasada działania zależą od rodzaju mierzonego gazu oraz wymaganej przepisami dokładności pomiaru. Liczba, zakres i rodzaj mierzonych parametrów zależą od typu zastosowanego analizatora, przy czym wszystkie mogą być w większym lub mniejszym zakresie wykorzystane do celów diagnostycznych. Do diagnozowania oraz regulacji wtryskowego układu zasilania z katalizatorem, sterowanego sondą lambda, powinno się wykorzystywać analizatory czteroskładnikowe, które mierzą stężenie CO, CO2, CH i O2. Na podstawie zmierzonych wartości stężeń w oparciu o obliczenia określają one również współczynniki λ i AFR.

W poprzednich częściach artykułu opisano ogólną budowę i zasadę działania urządzeń przeznaczonych do badania koncentracji składników spalin w silnikach o zapłonie iskrowym (ZI). W tej części zostaną przedstawione wybrane rodzaje wieloskładnikowych analizatorów spalin różnych producentów.

AT 505 firmy Actia Atal
Moduł analizatora spalin firmy Actia Atal (rys. 1) jest nowoczesnym 4(5)-gazowym przyrządem przeznaczonym do kontroli emisji spalin oraz do badania i regulacji silników o zapłonie iskrowym. Umożliwia pomiar CO, CO2, CH i O2. Na podstawie wartości podanych składników oblicza współczynnik nadmiaru powietrza (λ) i skorygowaną zawartość tlenku węgla (CO)k. W wyposażeniu dodatkowym dostępna jest także opcja umożliwiająca pomiar NOX. Dokładność pomiaru urządzenia jest zgodna z rygorystycznymi wymaganiami klasy 0 OIML. Wprowadzony został do obrotu na podstawie dyrektywy MID. Z modułu analizatora spalin przez złącze USB dane przesyłane są do komputera osobistego (PC lub laptopa), z którym musi współpracować w celu przetworzenia, wyświetlenia, zapisania i wydrukowania wyników pomiaru. Przyrząd jest wyposażony w przystawkę AT 113 do pomiaru prędkości obrotowej silnika na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej samochodu (po przyłączeniu do zacisków akumulatora lub do gniazda zapalniczki) oraz temperatury oleju silnikowego. Analizator spalin stanowi część systemu modułowego Multi-Diag. Charakterystyczne cechy urządzenia: krótki czas nagrzewania (maksymalnie 10 min), mała masa modułu analizatora (5 kg), niewielkie wymiary oraz możliwość zasilania z sieci (230 V) lub instalacji elektrycznej pojazdu (12 V). Minimalne wymagania dotyczące komputera współpracującego z analizatorem: Windows 2000/XP, napęd CD ROM, HDD 1 GB, RAM 32 MB i złącze USB.
Oprócz tego firma Actia Atal wprowadziła na rynek inny model 4(5)-składnikowego analizatora spalin o nazwie Actigas Compact 505 (rys. 2). Wersja podstawowa tego przyrządu przeznaczona jest do kontroli stężenia składników spalin i diagnozowania silników o zapłonie iskrowym (zasilanych benzyną lub gazem). W skład Actigas Compact wchodzą: wbudowany komputer PC, ekran dotykowy LCD 8,9”, moduł analizatora AT 505 z sondą poboru spalin, wbudowana drukarka, pilot, zasilacz i kompletne oprogramowanie. Wyposażenie opcjonalne zawiera m.in.: moduł dymomierza AT 605, ergonomiczny wózek, moduł do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury oleju silnikowego, tester do kontroli ustawień silnika. Pozwala to na stworzenie kompleksowego stanowiska do badania składu spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym.
W ofercie firmy Actia Atal znajdują się również wielofunkcyjne stacje AT 857 (rys. 3) z centralnym układem sterowania, do którego można podłączyć różne urządzenia pomiarowe i diagnostyczne systemu modułowego Multi-Diag oraz stworzyć stanowiska diagnostyczne zgodne z potrzebami stacji kontroli lub obsługi pojazdów. Wersja Actigas 705 przeznaczona jest do kompleksowego pomiaru emisji z silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Ta stacja jest najbardziej rozbudowana, a składa się z: modułu analizatora spalin (AT 505), modułu dymomierza (AT 605) oraz przystawki do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika (AT 113). Natomiast wersja Actigas 505 stacji dostarczana jest bez dymomierza. Każde z tych stanowisk składa się ponadto z: ergonomicznego mobilnego stojaka z umieszczonym na nim 24-calowym monitorem, komputera PC, drukarki, klawiatury z myszą oraz bezprzewodowego pilota zdalnego sterowania (na podczerwień). W ramach wyposażenia opcjonalnego stacji dostępne są m.in.: interfejs diagnostyczny do komunikacji z systemem OBD, wibracyjny czujnik prędkości obrotowej silnika i zestaw do komunikacji bezprzewodowej modułu dymomierza.
Innym przykładem kompleksowego stanowiska do badania spalin tej firmy jest wielofunkcyjna stacja AT 196 (patrz rys. 3), w której do sterowania modułami analizatora spalin i dymomierza zastosowano tablet (zamiast komputera osobistego PC lub laptopa).

A 100 firmy Arcon
Wieloskładnikowy analizator spalin A 100 (rys. 4) wytwarzany przez firmę Arcon jest nowoczesnym mikroprocesorowym przyrządem pomiarowym, który spełnia wymagania dyrektywy MID i zapewnia dużą dokładność pomiaru (klasa 1 wg OIML). Służy do pomiaru stężenia CO, CO2, CH, O2 i opcjonalnie NOX w spalinach silników o zapłonie iskrowym zasilanych benzyną lub gazem (propan-butan, metan). Przyrząd oblicza także współczynnik składu mieszanki λ lub liczbę AFR oraz mierzy temperaturę oleju i prędkość obrotową silnika. Zaletami urządzenia są m.in.: niski pobór mocy (35 W), krótki czas nagrzewania (do 4 min), stabilność pomiarów i niewielkie wymiary gabarytowe. Analizator spalin A 100 standardowo wyposażony jest w sondę poboru spalin, sondy do pomiaru prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju, klawiaturę i drukarkę wewnętrzną. Analizator spalin A 100 firmy Arcon:
umożliwia przedstawianie wyników pomiarów na ekranie monitora trzema sposobami: w formie liczbowej, na wykresie słupkowym i w funkcji czasu,
zapamiętuje wyniki pomiarów w pamięci wewnętrznej, co pozwala na ich późniejszą analizę (na przykład przed naprawą pojazdu i po jej dokonaniu),
ma możliwość rejestracji wyników analizy spalin w czasie rzeczywistym, a następnie ich prezentacji na ekranie lub wydruku z badań,
umożliwia sporządzenie wykresów zarówno pojedynczych parametrów, jak i wykresów zbiorczych.

Analizator spalin wyposażony jest w wiele dodatkowych funkcji i może być stosowany nie tylko w stacjach kontroli pojazdów, ale także w warsztatach montujących instalacje zasilania gazem silników spalinowych, placówkach naukowo-badawczych oraz do badań pojazdów w warunkach drogowych (np. przez Inspekcję Transportu Drogowego i Policję). Do współpracy z analizatorem można stosować różne rodzaje drukarek i klawiatur. Analizator spalin A 100 firmy Arcon jest urządzeniem nowoczesnym, funkcjonalnym i odpowiadającym obecnie obowiązującym wymaganiom prawnym.
W ramach dodatkowego wyposażenia (opcjonalnie) producent oferuje: czujnik do pomiaru stężenia w spalinach tlenków azotu (NOX), dymomierz D 100, przystawkę OT 100 do bezprzewodowego pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika (w pojazdach ze złączem OBD), drukarkę zewnętrzną oraz mobilny stolik. Pozwala to na utworzenie kompleksowego stanowiska (rys. 5) do badania spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym.

BEA firmy Bosch
Znanym wytwórcą urządzeń do badania składu spalin silników spalinowych jest firma Bosch. W ofercie tego producenta znajdują się różne rodzaje analizatorów spalin (stacjonarne i przenośne). W stacjach kontroli pojazdów często spotyka się stacjonarne analizatory spalin typu BEA 250, dymomierze BEA 150 i kompleksowe stanowiska badania spalin BEA 350, łączące w sobie zarówno funkcję analizatora, jak i dymomierza, w których wykorzystano różne sposoby pomiaru prędkości obrotowej silnika. Urządzenia BEA można, w zależności od potrzeb, modułowo rozbudowywać. Dodatkowo mają one możliwość diagnozy za pomocą złącza OBDII/EOBD, co rozszerza zakres pomiarów (odczyt kodów usterek, napięcie sondy lambda, prędkość obrotowa silnika, temperatura oleju). Zaletami tego analizatora spalin są: krótki czas rozgrzewania (około 2 min), prosta obsługa, bardzo duża dokładność pomiaru (klasa 0 zgodnie z OIML), mobilność, łatwa konserwacja i wymiana filtrów, możliwość aktualizacji oprogramowania oraz rozbudowy o komory pomiarowe NOX (opcjonalnie). Wyniki pomiarów prezentowane są na kolorowym monitorze ciekłokrystalicznym. Oprócz tego termiczna drukarka wewnętrzna zapewnia otrzymanie wydruku z badań.
Kolejna rodzina analizatorów spalin BEA 460 firmy Bosch oferowana jest w trzech wariantach: BEA 460 Otto – analiza spalin w silnikach o zapłonie iskrowym, BEA 460 Diesel – pomiar zadymienia spalin w silnikach o zapłonie samoczynnym oraz BEA Kombi (rys. 6) – urządzenie kompleksowe, które pełni funkcję analizatora spalin i dymomierza. Bezprzewodowe połączenie urządzenia typu BEA 460 z oprogramowanym komputerem stacjonarnym lub z laptopem oszczędza miejsce i zapewnia mobilność stanowiska. Analizator dokonuje pomiaru stężenia czterech rodzajów gazów: CO, CO2, CH i O2 oraz obliczenia współczynnika nadmiaru powietrza λ. Opcjonalnie możliwy jest pomiar NOX. W obudowie umieszczone są wszystkie gniazda wtykowe. Czujniki osadzono głęboko, aby złącza wtykowe nie były narażone na wyłamanie. Wrażliwe części (filtry, sondy, wtyczki) są chronione przed uszkodzeniem. Analiza spalin jest wykonywana małym nakładem pracy i z dużą dokładnością. Obsługa urządzenia jest bardzo łatwa. Dużą zaletą tego analizatora jest krótki czas nagrzewania i szybki pomiar. Po połączeniu, w sposób przewodowy lub bezprzewodowy, z przyrządem diagnostycznym typu KTS możliwe jest badanie spalin pojazdów z OBDII/EOBD. Analizator można wyposażyć w różne dodatkowe moduły, które umożliwiają przeprowadzenie diagnozowania sterowania silnika przez system informacji [ESI]tronic.
Najnowsze systemy do badania spalin BEA 550 Uni firmy Bosch, oparte na łączności bezprzewodowej, dostępne są w kilku wersjach: BEA 550 Uni Otto – mobilny moduł analizatora spalin do pojazdów zasilanych benzyną i gazem, BEA 550 Uni Diesel – mobilny moduł dymomierza do pojazdów zasilanych olejem napędowym, BEA 550 Uni Kombi – mobilna stacja do badania spalin oraz BEA 950 Uni S1– uniwersalna stacja do badania spalin.
Wariant podstawowy tego systemu zawiera mobilny moduł 4/5-gazowego analizatora spalin BEA 060 (rys. 7) do dokładnego pomiaru CO, CO2, CH, O2 oraz NOX (w opcji), moduł do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika (BEA 030) oraz odpowiednie oprogramowanie. Analizator spalin sterowany jest z komputera osobistego PC lub laptopa przez złącze USB bądź bezprzewodowo (Bluetooth). Charakterystyczne cechy przyrządu to: niewielkie wymiary (414 x 330 x 280 mm) i ciężar (ok. 10 kg), łatwy pomiar prędkości obrotowej i temperatury silnika, wyposażenie dodatkowe umieszczone na przyrządzie, duża trwałość i niezawodność (filtr i wtyczki zabezpieczone przed uderzeniami) oraz łatwość obsługiwania (filtr dostępny z zewnątrz).
Natomiast wersja BEA 550 Uni Kombi (rys. 8) jest mobilną stacją do kontroli spalin przeznaczoną do urzędowych badań technicznych pojazdów. Ze swoją bezprzewodową łącznością (Bluetooth), zasilaniem z akumulatora oraz sondami niewymagającymi demontażu na czas transportu urządzenie jest w każdej chwili gotowe do kontroli i regulacji emisji spalin w pojazdach zasilanych benzyną, gazem i olejem napędowym. Mobilna stacja zawiera następujące elementy: moduł analizatora spalin BEA 060, moduł dymomierza BEA 070, moduł pomiaru prędkości obrotowej i temperatury BEA 030, oprogramowanie i walizkę na akcesoria. W opcji dostępne są: akumulator, stacja do ładowania dymomierza i moduł OBD (KTS 515).
Natomiast BEA 950 Uni S1 jest uniwersalną stacją do badania spalin w pełni przystosowaną do badania spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Wszystkie moduły pomiarowe (analizator spalin, dymomierz i inne), komputer PC, monitor 19” oraz drukarka A4 są umieszczone kompaktowo w wózku (rys. 9). O nowoczesności tego systemu świadczy także możliwość rozszerzenia o dodatkowe funkcje (np. diagnoza sterowników, instrukcje lokalizowania usterek, funkcje diagnoskopu serii FSA).

AGS-688 i AGS-690 firmy Brain Bee
Firma Brain Bee wytwarza analizator spalin AGS-688 (rys. 10), który został wyposażony w nowej generacji układ pomiarowy amerykańskiej firmy Sensors. Spełnia rygorystyczne kryteria unijne dotyczące dokładności pomiaru. 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 czterech rodzajów gazów: CO, CO2, CH i O2 i obliczania wartości współczynnika składu mieszanki (λ). Opcjonalnie może być urządzeniem 5-składnikowym i dodatkowo mierzyć zawartość NOX.
Do charakterystycznych cech tego mikroprocesorowego przyrządu należą: zwarta budowa i mała masa (około 5 kg) oraz duże możliwości pomiarowo-diagnostyczne. Dzięki możliwości podłączenia do zewnętrznego komputera uzyskano dostęp do dodatkowych programów diagnostycznych, na przykład pomiaru zawartości cząstek CH w oparach czynnika chłodzącego (co pozwala na ocenę stanu uszczelki głowicy). Dostępna jest również opcja ewidencjonowania wyników badania w formie plików. Przyrząd AGS-688 automatycznie wykonuje takie czynności, jak: zerowanie, test na obecność resztkowych węglowodorów, odprowadzenie kondensatu oraz kontrola czujnika tlenu i informowanie o jego zużyciu.
Wyposażenie standardowe analizatora spalin obejmuje: sondy poboru spalin i temperatury oleju silnikowego, indukcyjną sondę prędkości obrotowej silnika oraz wbudowaną drukarkę termiczną. Zasilanie przyrządu z instalacji elektrycznej o napięciu 230 V lub opcjonalnie 12 V umożliwia jego wykorzystanie w różnych warunkach drogowych (Inspekcja Transportu Drogowego, Policja). Analizator spalin można opcjonalnie wyposażyć w uniwersalny miernik temperatury oleju i prędkości obrotowej silnika MGT-300, który pozwala na bezprzewodowy pomiar prędkości obrotowej metodami wykorzystującymi tętnienie napięcia w instalacji elektrycznej lub przebieg drgań bloku silnika (czujnik wibracyjny).
Oprócz urządzenia samodzielnego typu AGS-688 (z wyświetlaczami) firma Brain Bee dostarcza również moduł analizatora spalin AGS-690 (rys. 11), który musi współpracować z komputerem zewnętrznym PC (laptopem). Przykładowo na rys. 12 przedstawiono jeden ze sposobów prezentacji wyników pomiaru składu spalin na ekranie monitora. W ofercie tego producenta znajduje się także kompleksowe stanowisko, które może składać się z analizatora spalin (AGS-688 lub AGS-690), modułu dymomierza (OPA-300), komputera zewnętrznego PC (laptopa) oraz mobilnego wózka. Na takim uniwersalnym stanowisku diagnostycznym można wykonać analizę spalin zarówno silników o zapłonie iskrowym (zasilanych benzyną lub paliwami alternatywnymi), jak i pomiar zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym.

Mega compaa GM3 i HG4 firmy Hella Gutmann
W ofercie Hella Polska znajduje się urządzenie mega compaa GM3 firmy Hella Gutmann, które jest połączeniem analizatora spalin i dymomierza. Jest ono przeznaczone do pomiaru składu spalin silników o zapłonie iskrowym lub zadymienia spalin w silnikach o zapłonie samoczynnym. Służy do pomiaru CO, CO2, CH i O2 oraz określenia wartości współczynnika λ. Mierzy również prędkość obrotową silnika (za pomocą różnych czujników) oraz temperaturę oleju silnikowego. Dzięki wbudowanemu dodatkowo modułowi OBD, który realizuje pełny tryb kontrolny przewidziany przez ten standard diagnostyczny, może być używane w stacjach kontroli pojazdów. Urządzenie zoptymalizowano pod kątem uproszczenia i skrócenia czasu trwania pomiarów. Nagrzewanie przed pomiarem trwa nieco dłużej niż 30 s, a czas reakcji na próbkę spalin jest mniejszy niż 15 s. Oprogramowanie analizatora jest intuicyjne, prowadzi operatora przez cały proces pomiaru, ogranicza możliwość nieprzestrzegania procedur i popełnienia 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 klawiatury membranowej. W razie potrzeby do analizatora można podłączyć typową klawiaturę komputerową, a obraz wyświetlać na zewnętrznym monitorze. Drukarka zapewnia otrzymanie protokołu z badań (format A4, papier ciągły). To kompleksowe stanowisko obejmuje m.in.: analizator spalin, dymomierz i tester diagnostyczny mega macs 55. Istotną cechą analizatora jest możliwość czyszczenia oraz wykonywania prac konserwacyjnych przez użytkownika bez obaw o rozkalibrowanie. Komora pomiarowa jest zaplombowana i niedostępna w czasie czyszczenia lub kalibracji.
Obecnie firma Hella Gutmann wprowadziła na rynek nowoczesny analizator spalin mega compaa HG4 (rys. 14). Przyrząd mierzy stężenie w spalinach CO, CO2, CH i O2, prędkość obrotową silnika i temperaturę oleju oraz oblicza współczynnik składu mieszanki λ. Analizator spełnia wymagania dyrektywy MID oraz zapewnia bardzo dużą dokładność pomiaru (klasa 0 wg OIML. Zaletami urządzenia są: szybki pomiar, prosta (intuicyjna) obsługa, niezawodność i wszechstronność. Charakterystyczne cechy urządzenia: zdalne sterowanie (Bluetooth), krótki czas nagrzewania, mała masa (około 5,5 kg), niewielkie wymiary (410 x 200 x 290 mm). Zasilanie analizatora: z sieci elektrycznej (100-240 V, 50-60 Hz).
Aktualna oferta tego producenta zawiera także mobilną stację compaa macs. Ta nowoczesna, przystosowana do przyszłościowych wymagań stacja jest optymalnym połączeniem urządzenia do badania spalin oraz uniwersalnego przyrządu diagnostycznego. Pełna kompletacja stanowiska compaa macs obejmuje następujące elementy (rys. 13):

• do badania składu spalin: analizator spalin mega compaa HG4, moduł dymomierza HG4-DMK, licznik cząstek stałych HG4-PCK, duży monitor ciekłokrystaliczny TFT, drukarka, dodatkowe akcesoria i wózek,
• do diagnozowania pojazdu: tester mega macs 66 lub mega macs 56.

Skompletowana w wymieniony sposób mobilna stacja compaa macs służy do badania składu spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym (niezależnie od normy emisji Euro), a także do diagnozowania pojazdów samochodowych.

dr inż. Kazimierz Sitek 

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