Измерение состава выхлопных газов

Теперь стало стандартом измерять четыре основные составляющие выхлопного газа, а именно:

• угарный газ (СО)
• углекислый газ (СO2)
• углеводороды (СН)
• кислород (O2)

Модуль проверки выхлопных газов обычно оснащен своим собственным дисплеем, но может быть связан и с главным дисплеем анализатора. Как правило, в дополнение к информации о четырех газах на дисплей выводятся значения лямбда-фактора и качества смеси (отношение воздуха к топливу). Греческая буква «лямбда» обозначает идеальное отношение массовых частей воздуха и топлива (air to fuel ratio — AFR)- 14,7:1. Другими словами, только правильное количество воздуха обеспечивает сгорание всего топлива. В таблице ниже приведены типичный состав газов, лямбда и качества смеси для системы управления с обратной связью по лямбда- показателю, взятому до каталитического конвертера (или вообще без него) и после каталитического конвертера. Эти показатели приведены для современного двигателя, находящегося в превосходном состоянии (и используются в качестве примеров для контроля текущих данных).

Таблица. Показатели состава выхлопных газов, лямбда-фактора и качества смеси

Состав выхлопных газов — весьма критичное измерение и, следовательно, требует достаточной степени точности. С этой точки зрения для измерений СО, СО2 и СН наиболее пригодна инфракрасная измерительная техника. Каждый газ обладает только ему присущим поглощением инфракрасного излучения. Содержание кислорода измеряется электрохимическими средствами, аналогичными лямбда-датчику в автомобиле.

Рис. Способ измерения концентрации окиси углерода (СО)

СО измеряется так, как показано рисунке. Излучающий элемент, нагреваемый приблизительно до 700 «С при помощи отражателя создает пучок инфракрасного света. Этот пучок направляется сквозь диск-обтюратор и через ячейку с измеряемым газом к приемной камере. Эта герметично закрытая камера содержит газ определенной концентрации (в данном случае СО). Газ поглощает некоторую часть теплового излучения, и его температура увеличивается. Это вызывает увеличение объема таза и, следовательно, поток газа от камеры 1 к камере 2. Поток обнаруживается датчиком потока, который дает на выходе сигнал переменного тока. Выходной сигнал преобразуется и калибруется как нулевой уровень СО. Сигнал переменного токи возникает из-за прерывания инфракрасного излучения диском-обтюратором. Если бы диск не использовался, то поток от камеры 1 к камере 2 имел бы место только в тот момент, когда двигатель включался или выключался.

Если угарный газ, концентрация которого должна быть измерена, теперь прокачивать через ячейку определенных размеров, часть инфракрасного излучения будет поглощена прежде, чем оно достигает камеры приемника. Это изменит нагрев окиси углерода контрольного образца и, следовательно, измеряемый поток между камерами 1 и 2 изменится. Изменится сигнал датчика потока, и результат после преобразования будет отображен на дисплее. Аналогичный технический прием используется для измерения CO2 и СН. Пока без лабораторного оборудования и весьма тонких методов анализа невозможно измерить окислы азота (NOx), но разработка новых методов идет непрерывно.

Хорошие четырехгазовые анализаторы, как правило, обладают следующими особенностями:

• автономная установка, независимая от другого оборудования
• графические изображения одновременно до четырех значений, порядок индикации выбирается пользователем. Выбор для графического представления из набора СН, СО, СO2, O2 и скорости вращения (об/мин)
• пользователь может создать персонифицированные фирменные бланки для распечаток экрана
• используется недисперсионный инфракрасный метод (non-disopersiv infrared — NDIR) обнаружения (каждый газ характеризуется индивидуальной степенью поглощения инфракрасного света)
• изображение дисплея может быть зафиксировано или сохранено в памяти для будущей обработки
• повторная калибровка по нажатию кнопки (если используются калибровочный газ и регулятор)
• индикация концентрации составляющих выхлопного газа в режиме реального времени в форме численных значений или создание живых графиков параметров выхлопных газов в выбираемых диапазонах
• расчет и индикация лямбда-отношения (идеальное воздушно-топливное отношение приблизительно 14,7:1)
• индикация параметров вращения двигателя (об/мин) в числовой или графическом форме, а также индикация температуры масла в зависимости от текущего времени и даты
• индикация диагностических данных двигателя, получаемых от сканера
• работа от сетевого питания или от батареи 12 В

Точное измерение состава выхлопных газов требуется не только для ежегодного контроля выбросов, но является существенной информацией для того, чтобы гарантировать правильную настройку двигателя. В таблице приведены средние значения для типичного выхлопа. Отметим, что ядовитые выбросы малы по величине, но, тем не менее, остаются опасными.