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.

Liczba, zakres i rodzaj mierzonych w analizie parametrów zależy od typu zastosowanego analizatora, przy czym wszystkie mogą być w większym lub mniejszym zakresie wykorzystane dla 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 przykładowo przedstawione wybrane rodzaje wieloskładnikowych analizatorów spalin różnych wytwórców.

A 100 firmy Arcon
Wieloskładnikowy analizator spalin A 100 wytwarzany przez firmę Arcon jest nowoczesnym, mikroprocesorowym przyrządem pomiarowym, który spełnia obowiązujące 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: niski pobór mocy (35 W), krótki czas nagrzewania (do 4 minut), stabilność pomiarów i niewielkie wymiary gabarytowe. Analizator spalin A 100 (rys. 1) standardowo wyposażony jest w sondę poboru spalin, sondy do pomiaru prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju, klawiaturę i drukarkę wewnętrzną. Analizator spalin 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.

W ramach wyposażenia dodatkowego (opcjonalnie) producent oferuje czujnik do pomiaru stężenia tlenków azotu (NOx), drukarkę zewnętrzną i stolik. Analizator wyposażony jest w różne dodatkowe funkcje i może być stosowany nie tylko w stacjach kontroli pojazdów, ale także w warsztatach montujących instalacje zasilania gazem silników spalinowych, placówkach naukowo-badawczych i do badań pojazdów w warunkach drogowych (Inspekcja Transportu Drogowego, Policja). Analizator spalin A 100 firmy Arcon jest urządzeniem w pełni nowoczesnym, funkcjonalnym i odpowiadającym aktualnym normom.

AT 505 firmy Actia Atal
Analizator spalin AT 505 firmy Actia Atal (rys. 2) 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 tych składników oblicza współczynnik nadmiaru powietrza lambda 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 zewnętrznego, z którym musi współpracować w celu przetworzenia, wyświetlenia, zapisania i wydrukowania wyników pomiaru. Przykład sposobu prezentacji wyników analizy spalin na ekranie monitora przedstawiono na rys. 3. Przyrząd mierzy prędkość obrotową silnika m.in. na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej samochodu (po przyłączeniu do zacisków akumulatora) oraz temperaturę 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. 4). 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”, analizator AT 505 z sondą poboru spalin, wbudowana drukarka, pilot, zasilacz i kompletne oprogramowanie. Wyposażenie opcjonalne zawiera między innymi: dymomierz AT 605, ergonomiczny wózek, moduł do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika, tester do kontroli ustawień silnika. Pozwala to na utworzenie kompleksowego stanowiska do badania składu spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym.
W ofercie firmy Actia Atal znajdują się również zintegrowane, komputerowe stanowiska diagnostyczne, tak zwane stacje kombi. Odmiana AM 705 takiego stanowiska jest najbardziej rozbudowana i składa się z analizatora spalin (AT 505), dymomierza (AT 605) oraz modułu do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika (AT 113). Natomiast wersja AM 505 stacji kombi dostarczana jest bez dymomierza. Każde z tych stanowisk składa się ponadto z: ergonomicznego wózka z umieszczonym na nim 19-calowym monitorem, komputera PC, drukarki, klawiatury z myszą oraz bezprzewodowego pilota zdalnego sterowania (na podczerwień).

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 zestawy kompleksowe BEA 350 (rys. 5), 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 minut), prosta obsługa, bardzo duża dokładność pomiaru (klasa 0 zgodnie z OIML), łatwa konserwacja i wymiana filtrów, możliwość aktualizacji oprogramowania i rozbudowy o komory pomiarowe NOx (opcjonalnie) oraz mobilność. 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 (rys. 6), oparta na łączności bezprzewodowej, 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 – urządzenie kompleksowe, które pełni rolę 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.

AGS-688 firmy Brain Bee
Firma Brain Bee wytwarza analizator spalin AGS-688 (rys. 7), 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 lambda. 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 kontrolę 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, co umożliwia jego wykorzystanie w warunkach drogowych (Inspekcja Transportu Drogowego, Policja). Analizator spalin można opcjonalnie wyposażyć w uniwersalny miernik temperatury oleju i prędkości obrotowej silnika MGT-300, który umożliwia 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, który musi współpracować z komputerem zewnętrznym PC (laptopem). Przykładowo na rys. 8 przedstawiono sposób prezentacji wyników pomiaru składu spalin na ekranie monitora. W ofercie tego producenta znajduje się także stanowisko kompleksowe, które może składać się z analizatora spalin (AGS-688 lub AGS-690), modułu dymomierza (OPA-300), komputera zewnętrznego PC (laptopa) i mobilnego wózka (rys.9). Takim uniwersalnym stanowiskiem diagnostycznym można wykonać analizę spalin zarówno silników o zapłonie iskrowym (zasilanych benzyną lub paliwami alternatywnymi), jak i pomiar zadymienia spalin silników o zapłonie samoczynnym.

CAP 3201 firmy Capelec
Analizator spalin CAP 3201 firmy Capelec jest nowoczesnym przyrządem pomiarowym, który spełnia wymagania dyrektywy MID i zapewnia bardzo dużą dokładność pomiaru (klasa 0 wg OIML). Spełnia również wszelkie wymagania niezbędne do stosowania w stacjach kontroli pojazdów. Zaletą urządzenia jest prosta, intuicyjna obsługa, niezawodność i wszechstronność. Analizator służy do pomiaru zawartości CO, CO2, CH, O2 i opcjonalnie NOx oraz określania wartości współczynnika λ. Oprócz tego mierzy prędkość obrotową i temperaturę oleju silnikowego. Prędkość obrotowa silnika mierzona jest zarówno tradycyjną sondą, jak i na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej (opcja), po podłączeniu się do zacisków akumulatora lub gniazda zapalniczki. Przyrządem można sterować za pomocą przycisków umieszczonych na płycie czołowej poniżej ekranu wyświetlacza, z dowolnego komputera zewnętrznego klasy PC, a także z bezprzewodowych sterowników lub pilota IR.
Urządzenie może pracować w trybie pomiaru urzędowego (stacje kontroli pojazdów) i w trybie pomiaru ciągłego, który umożliwia diagnozowanie oraz regulację silnika. Analizator spalin posiada wbudowaną drukarkę termiczną, umożliwiającą wybór rodzaju protokołu z badań. Do istotnych cech analizatora należą: zwarta i wytrzymała konstrukcja, wyświetlacz LCD z dużym ekranem o wysokiej rozdzielczości, interaktywna klawiatura, krótki czas nagrzewania (poniżej 5 minut) i łatwa obsługa. Przyrząd automatycznie wykonuje takie czynności, jak: zerowanie (co 30 min.), usuwanie kondensatu, kompensacja zmian ciśnienia powietrza oraz test zawartości resztkowych CH.
Analizator spalin ma strukturę modułową, co pozwala na jego rozbudowę – od samodzielnego urządzenia do stanowiska składającego się ze współpracujących ze sobą modułów obejmujących też dymomierz i certyfikowany czytnik EOBD/OBDII (zastosowano przewodowe i bezprzewodowe formy komunikacji). Wszystkie elementy znajdują się na mobilnym wózku. Takie uniwersalne stanowisko diagnostyczne zostało pokazane na rys.10 i służy do badania spalin w silnikach o zapłonie iskrowym i samoczynnym.
Wyposażenie opcjonalne analizatora umożliwia komunikację bezprzewodową (Bluetooth) zarówno z dymomierzem, jak i podczas pomiaru prędkości obrotowej silnika oraz temperatury oleju przez złącze OBD (takie rozwiązanie eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych sond). Dodatkowe wyposażenie zawiera także klawiaturę.

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.