Индикаторы выхлопных газов автомобилей

Отрицательное воздействие выхлопных газов автомобилей проявляется на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для здоровья людей концентрации этих газов. Особенно это важно в таких местах, где вследствие слабой циркуляции воздуха может происходить скопление выхлопных газов, например, в туннелях для автотранспорта. С целью индикации опасных концентраций ядовитых веществ там помещают сосуды с разными растениями. При большой концентрации газов концы листьев у ряда растений засыхают, а на самих листьях появляются светлые участки, лишенные хлорофилла. Эти показатели свидетельствуют о необходимости вентиляции в туннеле.

Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автомобилей комнатное растение традесканция. Французские ученые подметили, что окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания.

Индикаторы смога

Культурные растения под влиянием смога резко снижают урожайность: бобы – на 25, а помидоры – на 33 %. Между степенью повреждения растений от загрязнений (некроз, ожоги листьев, хлороз) и величиной урожая имеется вполне определенная количественная связь. Таким образом, культурные растения могут выступать в роли индикаторов загрязненности окружающей среды смогом.

С помощью гамма‑облучения японские исследователи вывели очень чувствительный к смогу сорт бегонии, который при первых признаках фотохимического смога (0,15 частей газа на миллион частей воздуха) покрывается пятнами. Если концентрация смога продолжает увеличиваться, то пятна на листьях вздуваются, а затем образуются сквозные отверстия.

Индикаторы озона

Одним из компонентов фотохимического смога является озон. Установлено, что разные сорта одного и того же растения неодинаково реагируют на загрязнение окружающей среды, подобно тому как существует сортовая реакция растений по отношению к вредителям, болезням, воздействию неблагоприятных условий. Некоторые сорта растений оказались чувствительными к определенным веществам, загрязняющим воздух. Фасоль сорта Пинто реагирует на избыток озона и пероксиацетилнитрата. Выведены сорта табака, отличающиеся по отношению к озону. Так, растения сорта BelB устойчивы, сорта BelC чувствительны, а сорта BelW₃ сильно чувствительны к нему.

В 1967 и 1968 гг. в отдельных районах ФРГ определяли загрязненность воздуха озоном на основе симптомов повреждения растений‑индикаторов. В качестве растения‑индикатора был использован табак сорта BelW₃. Установлено, что степень повреждения растений в условиях ФРГ была ниже, чем в США. Авторы исследований объясняют это тем, что в ФРГ концентрация озона в воздухе при проведении опыта была сравнительно невысокой. В связи с этим для учета влияния пониженных концентраций озона требуются сорта табака более чувствительные, чем растения сорта BelW₃.

Между тем в США в 1976 и 1977 гг. восьминедельные растения табака сорта BelW₃, выращиваемые в поле на о‑ве Нантакет, проявляли симптомы повреждения озоном, переносимым ветром с индустриальных районов Нью‑Йорка и Вашингтона через открытый океан,

В 1981 г. был предложен оригинальный метод учета повреждений индикаторных растений озоном, включающий два этапа:

1) фотографирование поврежденных листьев в поле;

2) проведение измерений на негативах с помощью телевизионной камеры, соединенной с вычислительной машиной.

Фотографирование листьев в поле производится в определенном положении с использованием подсветки. С помощью зеленого светофильтра получают негативы, на которых некротические участки выглядят как темные пятна на белом фоне. Негативы рассматривают в телевизионной системе. Размер поврежденной фракции листа подсчитывают с помощью малой вычислительной машины. Преимущество этого метода в том, что он объективен и что фотографирование можно производить прямо в поле, не повреждая растений. Исследовалась также реакция указанных сортов табака на озон в условиях культуры ткани. В этом случае культивировавшиеся на искусственной питательной среде кусочки тканей вскоре становились коричневыми в результате разрушения поверхностных клеток. Одним из характерных признаков действия озона на растения является ингибирование прорастания пыльцы. В связи с этим предложено использовать прорастающую пыльцу в качестве биотеста на озон. Указанные выше сорта табака оказались сильно различимыми и по скорости роста пыльцевых трубок в присутствии озона. Длина пыльцевых трубок у чувствительного сорта табака BelW₃ в присутствии озона была в два раза короче, чем у BelB.

Другой эффект действия озона – разрушение хлорофилла. В связи с этим некоторые исследователи предлагают простой и быстрый метод оценки повреждений озоном листьев фасоли сорта Пинто по убыли хлорофилла.

Японские исследователи предложили в качестве индикатора загрязнения окружающей среды озоном растения ипомеи сорта Scarlet O’Hara.

Выхлопные газы – индикатор состояния вашего автомобиля

Выхлопная система исправного автомобиля должна выпускать бесцветный дым. Иногда могут происходить небольшие отклонения от нормы, например, зимой непрогретый двигатель иногда выделяет выхлопные газы белого цвета. Необычный цвет выхлопа может свидетельствовать о повреждении, большом износе двигателя или поломке оборудования.
Цвет выхлопных газов является одним из определяющих факторов технического состояния автомобиля. Он может предупреждать владельца автомобиля, что настало время посетить механика, а потенциального покупателя перед покупкой подержанного автомобиля о проблемах, устранение которых может стоить немалых затрат. Но не стоит поддаваться преждевременной панике. Давайте начнем с основ.

Что такое выхлопные газы?

Выхлопные газы — это побочный продукт, образующийся в процессе сгорания топлива в двигателе. Состав выхлопных газов: оксид углерода, оксид азота, оксид серы, альдегиды, озон и углеводороды. Выхлопные газы удаляются из двигателя с помощью выхлопной системы. Она состоит из выпускного коллектора, каталитического нейтрализатора с лямбда-зондами (один расположен перед, а другой за катализатором), глушителя и выхлопной трубы. В современных дизельных двигателях применяются также фильтры твердых частиц. Выхлопная система заботится не только об удалении газов, но также об их очищении от вредных веществ.

Как уже упоминалось ранее, у машины, имеющей исправные двигатель и выхлопную систему, из глушителя должен выходить бесцветный дым. Какие компоненты придают ему окраску? Чаще всего это сажа и несгоревшие до конца частицы углеводородов.

Кратковременное изменение цвета не является признаком неисправности

Зимой непрогретый автомобиль с только что запущенным двигателем может выбрасывать газы белого цвета. Это происходит из-за того, что в системе выпуска отработанных газов собралась вода, которая после запуска двигателя начала медленно испаряться. Если белый дым пропадает после прогрева двигателя, например, после проезда нескольких километров, не нужно бояться неисправности.
В свою очередь, черные газы генерируются в автомобиле с дизельным двигателем, который был подвергнут мгновенной нагрузке. Чаще всего это происходит, когда водитель сильно давит на педаль газа. Если сразу после снижения нагрузки выхлопные газы теряют окраску, также не стоит беспокоиться.
Иногда дым черного цвета может появиться после заправки топливом (дизелем) ненадлежащего качества. Если после следующей заправки автомобиля на другой станции дым теряет черный цвет, то причин для беспокойства тоже нет.
Опасные цвета выхлопных газов
Если белый или черный цвет выхлопных газов сохраняется в течение длительного времени, то это является серьезным сигналом. Столь же опасны газы синего и коричневого цветов.

Черный дым

Выхлопные газы черного цвета выбрасывают чаще всего автомобили с дизельными двигателями. Они могут означать повреждение инжектора, в основном это происходит из-за слишком низкого давления впрыска или утечки топлива. Это предостережение для людей, которые покупают подержанный автомобиль. Стоит помнить, что форсунки стоят очень дорого, поэтому приобретение такого автомобиля с самого начала будет связано с очень большими расходами.

Иногда за черный цвет выхлопных газов ответственны изношенные шланги охладителя турбокомпрессора, то есть интеркулера. Тогда не только выхлопная труба выбрасывает черный дым, но и двигатель работает заметно громче.

Черный дым появляется также при работе неисправного

турбокомпрессора, в котором изношены или повреждены лопатки, ротор или турбинное колесо. В этом случае турбина не в состоянии прессовать нужное количество воздуха в цилиндры.
Автомобили с бензиновыми двигателями также могут дымить черными газами. Здесь чаще всего причиной является неправильно проведенный тюнинг двигателя. Причиной может быть неправильно установленный (слишком маленький) угол опережения впрыска, который изменяется именно во время тюнингования автомобиля.

Серый дым

Выхлопная система выбрасывает серые газы, когда двигатель получает слишком богатую топливную смесь. За топливно-воздушную смесь отвечает компьютер. Холодный двигатель для прогрева получает богатую смесь, в которой больше топлива, чем воздуха. С повышением температуры двигателя состав смеси изменяется, в ней уменьшается количество топлива.

Если авто выпускает серые газы, по-видимому, произошел сбой одного из датчиков, чаще всего это датчик температуры двигателя. Датчик передает в компьютер неверные данные, либо не передает их вовсе, а компьютер считывает их так, словно двигатель холодный. Вторым признаком этой неисправности, кроме серого дыма, является повышенный расход топлива.
В двигателях с турбонаддувом серые газы могут означать неисправность турбокомпрессора: происходит утечка моторного масла, которое попадает во впускной коллектор двигателя.

Синий дым

Может появиться из-за простоя автомобиля в течение длительного времени. В этом случае после прогрева двигателя синий дым исчезает. Но если это не происходит, нужно считаться с серьезным износом двигателя. Он приводит к чрезмерному сгоранию масла, поэтому чаще всего синие газы сопровождаются высоким его расходом. Двигатель должен потреблять масло, но его расход не должен превышать 1 л на 1000 км.
Изношенность в этом случае чаще всего касается повреждения поршневых колец и стенок цилиндров.

Белый дым

Может свидетельствовать о неисправности турбокомпрессора, из которого сочится масло, попадая во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания двигателя.
Белый цвет газов является также признаком повреждения прокладки под головкой двигателя. Эта неисправность имеет место особенно тогда, когда облако белых газов появляется при ускорении. Дополнительный признак неисправности в этом случае — падение мощности двигателя. Повреждение уплотнения приводит к попаданию в камеру сгорания охлаждающей жидкости.

Коричневый дым

Указывает на чрезмерный износ поршневых колец или стенок цилиндров (вызвано большим износом двигателя, недостаточной смазкой или попаданием в цилиндры грязи, например, песка во время замены свечей зажигания). В обоих случаях, кроме коричневого дыма, другими признаками неисправности являются снижение мощности двигателя и повышенный расход топлива и моторного масла.

Цвет выхлопных газов дает множество информации о техническом состоянии автомобиля. Нельзя игнорировать сигналы, подаваемые выхлопной системой, чтобы избежать многих серьезных расходов.

Приборы газового анализа выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания

Газовый анализ — это процесс установления качественного и количественного состава газовых смесей. Прибор для проведения газового анализа называется газоанализатором. Газоанализаторы бывают разными, и в сознании автомобилистов, прочно ассоциируются с определением токсичности выхлопных газов автомобиля.

Для этих целей газоанализаторы способны решать широкий диапазон задач по исследованию состояния двигателя и его систем. И, хотя контроль токсичности остается одной из основных функций газоанализатора, его диагностические способности настолько широки, что многие автосервисы используют газоанализаторы, как базовый инструмент диагностики.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, по сути, является преобразователем химической энергии топлива (бензина). Таким образом, он потребляя топливо и окислитель (кислород, из воздуха) в результате реакции горения (быстрого окисления) топлива, протекающей в камере сгорания,преобразует химическую энергию в механическую (вращение коленвала).

Однако, в результате горения образуются побочные химические продукты. Некоторые из них являются нейтральными по отношению к окружающей среде (кислород О 2 , углекислый газ СО₂, пары воды Н2О), а некоторые — вредными (оксид углерода СО, углеводороды CН, различные оксиды азота NО_Х).

Эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в первую очередь зависит от полноты сгорания топлива, которая, в свою очередь, зависит от многих факторов:

— от оптимальности соотношения топлива и окислителя (за это отвечают системы дозирования и расхода топлива и воздуха, «система впуска»);

— от тщательности перемешивания топливной смеси (зависит от состояния форсунок, конструкции впускного коллектора и камеры сгорания);

— от эффективности предварительного сжатия топливного заряда (определяется состоянием ЦПГ и ГРМ);

— от эффективности воспламенения (зависит от исправности всех элементов системы зажигания).

Малейшее отклонение от нормы или неправильность работы одной из систем двигателя приводит к понижению его эффективности и, вследствие чего изменяется концентрация побочных продуктов сгорания топлива, что сказывается на составе «выхлопа». Т.е. состав отработанных газов – это обобщенный параметр, своего рода индикатор, с помощью которого можно сделать вывод об эффективности работы двигателя, правильности и слаженности работы всех компонентов его основных систем: механической, системы зажигания, газораспределения и отведения газов.

Таким образом, становится понятно, чем обусловлено применение газоанализаторов для диагностики автомобилей.

Немножко истории

В конце 60-х годов в США был принят первый закон, который предусматривал контроль за токсичностью выхлопных газов автомобилей. Однако, газовый анализ применяли для исследования процессов в двигателях задолго до этого. Американцы были первопроходцами в борьбе за экологически чистый транспорт.

Первые газоанализаторы, которые применялись для регулировки двигателей, были однокомпонентными, то есть из целого ряда побочных продуктов сгорания топлива могли замерить только концентрацию СО.

Анализ СО позволял судить о соотношении пропорций в топливо-воздушной смеси, а значит, мог помочь в настройке карбюратора. Первые автомобильные газоанализаторы использовали эффект изменения электропроводности платиновой спирали в газовой среде оксида углерода.

К 70-м годам XX века, во времена, когда вредными выбросам автотранспорта, стало уделяться много внимания, благодаря достижениям науки и техники были созданы более современные, качественные двухкомпонентные газоанализаторы, которые дополнительно могли определять концентрацию еще одного вредоносного продукта сгорания — CН (не сгоревшие частицы углеводородов, входящие в состав топлива). Интересным является то, что содержание углеводорода (СH), а также оксида азота (NO_X) определяют в PPM — количестве частиц на миллион, а не в процентах, как все остальные газообразные компоненты. Кроме того, в те времена стал применяться другой, более точный метод определения концентрации, так называемое спектрометрирование выхлопных газов в инфракрасном диапазоне. В современных газоанализаторах до сих пор применяется данный принцип.

Дальнейшее совершенствование газоанализаторов происходило в результате постоянно ужесточавшегося контроля токсичности, а также повышения требований к прибору, как к диагностическому инструменту. Так, в результате модернизаций, появились трехкомпонентные газоанализаторы, которые позволяли дополнительно измерять концентрацию диоксида углерода СО₂. Это безопасный с точки зрения экологии газ без цвета и запаха — натуральный продукт сгорания углеводородов. Информация о концентрации СО₂ с точки зрения определения вредности выбросов в атмосферу не представляет ценности. Однако, такая информация полезна для диагноста, поскольку позволяет судить о полноте сгорания топлива даже в случае, если автомобиль оборудован нейтрализатором выхлопных газов.

Стоит отметить, что немалый импульс развитию приборов газового анализа дала повсеместная установка в выхлопной системе автомобилей каталитического нейтрализатора. Двухкомпонентные газоанализаторы, в изменившихся условиях оказались малоэффективными, поскольку не давали необходимого объема объективной информации о работе двигателя, ведь каталитические нейтрализаторы уменьшали концентрацию именно измеряемых ими параметров — СО и СН.

Современные четырехкомпонентные автомобильные газоанализаторы способны измерять концентрацию СО₂, СО, СН и О₂. При этом, замеры содержания первых трех компонентов выполняются при помощи спектрометрического метода, а концентрация кислорода определяется электрохимическим датчиком. В более сложных, пятикомпонентных приборах. реализована возможность определения содержания оксидов азота (NO_X).

Современные приборы позволяют расчетным путем определять исходный состав топливной смеси даже для двигателей, выхлопная система которых оборудована катализатором. Кроме того, совокупный анализ всех перечисленных параметров позволяет лучше понимать характер процессов, которые происходят в двигателе.

Современные приборы могут иметь стационарное и переносное исполнение, при этом встречаются модели с сетевым питанием, питанием от 12-вольтного автомобильного аккумулятора или комбинированным питанием. Таким образом, существует возможность выполнять замеры состава газов даже в движении автомобиля.

Удобство эксплуатации определяет, также, способ питания устройства. Например, комбинированное питание (сетевое и от 12-вольтового автомобильного аккумулятора) позволяет использовать газоанализатор в различных условиях. Например, при небольших габаритах газоанализатора появляется возможность измерять состав газов при движении автомобиля. Расшифровка записи изменения состава отработанных газов в различных режимах движения автомобиля дает абсолютно другую по качеству информацию для анализа и позволяет прояснить некоторые тонкости рабочих процессов двигателя, которые невозможно выяснить при стационарных испытаниях в боксе в без нагрузки.

Существуют, также, такие вспомогательные устройства, как: встроенный принтер, применяемый для распечатки результатов измерений, порт для подключения и совместной работы с ПК, дополнительные датчики, которые позволяют измерять частоту вращения двигателя и температуру масла.

Не лишними будут, также, наглядные индикаторы, удобные переключатели режимов и автоматизированные режимы подогрева, удаления конденсата, установки «нуля».

В России самыми известными и популярными газоанализаторами, применяемыми для контроля газов ДВС в автосервисах являются приборы серии «ГИАМ-29М» и «ИНФРАКАР-М».

1) «ГИАМ-29М» — это серия переносных автомобильных газоанализаторов, которые предназначаются для измерения содержания: оксида углерода (СО), диоксида углерода (СО₂), суммы углеводородов (СН), оксидов азота (NО), кислорода (О₂) в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. ГИАМ-29М имеет несколько исполнений, которые отличаются по количеству контролируемых газов, и главное, предназначаются для разных двигателей.

Так, например, «ГИАМ-29М-1 (-2)» предназначается для измерения содержания газов, перечисленных выше, за исключением оксидов азота (NO_X), в выхлопных газах карбюраторных двигателей, а также их настройки. Данные приборы имеют возможность измерения температуры масла, а также количества оборотов коленчатого вала бензиновых ДВС с принудительным воспламенением топлива.

«ГИАМ-29М-3 (-4)» — это переносной газоанализатор контроля отходящих газов судовых силовых установок ДВС. Данный прибор предназначается, помимо основных функций ГИАМ-29М-1 (-2), для вычисления суммарного объемного содержания оксидов азота (NOх), а также расчета коэффициента избытка воздуха по объему.

Измерение СО₂, СО, СН проводится по оптико-абсорбционному принципу, а О₂ и NOх по электрохимическому. Благодаря встроенному насосу, имеют принудительный забор пробы.

Газоанализаторы серии «ГИАМ-29» оснащаются цифровыми выходами RS-232 и USB, имеют возможность проведения измерения при отрицательных температурах, благодаря внутреннему подогреву, оборудованы дисплеем, на который выводятся результаты измерений, имеют степень защиты IP54 для ГИАМ-29М-1 (-2) и IP42 для ГИАМ-29М-3 (-4).

Оба прибора имеют небольшие размер и вес, а также два источника питания от сети переменного тока 220В и бортовой сети в 12В, благодаря чему могут с легкостью применяться в полевых условиях.

2) «Инфракар-М» — это серия переносных автомобильных газоанализаторов, которые предназначаются для измерения обьемной доли оксида углерода (СО), диоксида углерода (СО₂), углеводородов (CН) (в пересчете на гексан), кислорода (О₂) в выхлопных газах автомобилей с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания.

Во всех газоанализаторах серии «Инфракар-М» реализована возможность измерения частоты вращения коленчатого вала, а для исполнения «Т» ещё и возможность измерения температуры масла. На основании результатов измерений газоанализатор рассчитывает коэффициент избытка воздуха Лямбда.

Газоанализаторы «Инфракар-М» выпускаются в исполнениях для двух классов точности и имеют следующие характеристики:

«Инфракар М1»прибор II класса

«Инфракар М2» — прибор I класса (повышенной точности)