Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Диагностика автомобилей газоанализаторами

Анализ содержания токсичных веществ в отработавших газах

Диагностирование технического состояния автомобильного двигателя и его систем с помощью газоанализатора – достаточно сложный процесс сопоставления тех или иных реальных (измеренных) параметров с оптимальными параметрами, удовлетворяющими требованиям экологических стандартов.
Чаще всего за основу оценки соответствия принимается соотношение количества топлива и воздуха в топливовоздушной смеси (ТВС). Корректируя это соотношение в ту или иную сторону можно существенно изменить количественное и качественное содержание вредных веществ в отработавших газах двигателей.

На рисунке 1 представлены зависимости содержания углеводородов (С_nН_m), окиси углерода (СО), кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) в выхлопных газах от состава топливовоздушной смеси (топливо/воздух).

Следует отметить, что в общем случае при обогащении топливовоздушной смеси в выхлопных газах возрастает содержание окиси углерода (СО), поэтому этот газ считают индикатором обогащения.
По аналогичным соображениям избыток в отработавших газах кислорода (О₂) служит индикатором обеднения смеси.

Рис. 1. Состав выхлопных газов в зависимости от соотношения воздух/топливо в смеси

Анализ содержания СО в выхлопных газах

Окись углерода (СО) – это газ, появляющийся в отработавших газах вследствие неполного окисления углерода топлива, что обычно является следствием недостатка кислорода в ТВС, т. е. обогащения смеси.
Окись углерода — ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха, который является чрезвычайно токсичным.
Возможные причины повышенного содержания окиси углерода в выхлопе следующие:

• неисправность систем вентиляции картера;
• засорение воздушного фильтра;
• неправильная регулировка оборотов двигателя на холостом ходу;
• повышенное давление топлива в системе питания;
• любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на богатых смесях.

При анализе состава отработавших газов однокомпонентным газоанализатором можно сделать вывод лишь о содержании в выхлопе окиси углерода (угарного газа).
Избыток окиси углерода (СО) в выхлопных газах означает, что в цилиндрах имеет место избыток топлива или недостаток кислорода. При этом образуется богатая смесь, и топливо сгорает не полностью.
Наиболее вероятными причинами избытка окиси углерода в системах питания, управляемых электроникой, могут быть:

• повышенное давление топлива (например, засорился обратный топливопровод);
• не исправен регулятор давления топлива (например, утечка через диафрагму);
• неисправность в системе улавливания паров топлива в баке;
• засорился воздушный фильтр или клапан в системе вентиляции картера.

Анализ содержания СО и С_nН_m в выхлопных газах

Двух- и многокомпонентные газоанализаторы позволяют более углубленно диагностировать причины чрезмерного содержания вредных веществ в отработавших газах, поскольку два компонента – окись углерода СО и углеводороды С_nН_m взаимно влияют на количественное содержание в выхлопе.
Основные причины повышенного содержания окиси углерода (СО) в отработавших газах рассмотрены выше.

Повышенное содержание С_nН_m — это признак неполного сгорания топлива, при этом двигатель работает неэкономично. Содержание углеводородов в выхлопных газах возрастает при дросселировании, при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топлива и воздуха в цилиндрах), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, — возникают его частые пропуски зажигания.
Выделение углеводородов вызывается неполным сгоранием смеси вблизи холодных стенок цилиндров, в переобогащенных зонах камеры сгорания, где недостаточное количество кислорода, некачественным распыливанием топлива и неудовлетворительным завихрением топливовоздушного заряда, а также при относительно низких температурах сгорания смеси (например, в режиме холостого хода).

После устранения неисправностей, связанных с повышенным содержанием С_nН_m, экономичность двигателя улучшается.
Следует помнить, что углеводороды (С_nН_m, этан, метан, этилен, бензол, пропан, ацетилен и др.) – это частички и компоненты несгоревшего топлива.
Углеводороды играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру. Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические углеводороды обладают отравляющими свойствами. Углеводороды (олефины) и оксиды азота при определенных метеорологических условиях активно способствуют образованию смога.

Наиболее часто увеличенное содержание углеводородов в выхлопных газах вызывается неполадками в системе зажигания, когда топливовоздушная смесь выбрасывается в выпускной тракт не сгоревшей.
При этом причинами увеличенного содержания углеводородов в отработавших газах чаще всего являются:

• загрязнение свечей;
• неисправность высоковольтных проводов;
• повреждения катушки зажигания;
• неисправность крышки или ротора распределителя;
• нарушение установочного угла опережения зажигания (слишком большой или малый);
• неисправность датчика положения коленчатого вала;
• неисправность электронного модуля зажигания.

Другой причиной может быть работа на переобедненной смеси, которая плохо воспламеняется.
Причиной чрезмерного обеднения смеси могут послужить следующие неисправности:

• утечка разрежения, например, через трещину в вакуумном шланге;
• негерметичность впускного тракта;
• негерметичность дроссельного патрубка или карбюратора;
• ослабла или сломана пружина выпускного клапана.

В непрогретом двигателе условия сгорания смеси неоптимальные из-за конденсации паров топлива на стенках цилиндров, что также приведет к содержанию С_nН_m в выхлопных газах выше нормы. Поэтому проверку и анализ выхлопа следует проводить на полностью прогретом двигателе.

Повышенное содержание окиси углерода СО и углеводородов СnНm в выхлопных газах возникает, если система питания подает в цилиндры двигателя богатую смесь, либо при переобогащении смеси из-за неисправностей в системе зажигания.

Например, если свеча загрязнена, искрообразования может не последовать, и несгоревшая топливовоздушная смесь поступит в выпускной тракт. Непрореагировавший кислород этой смеси будет принят датчиком кислорода как признак слишком бедной смеси, о чем он немедленно сообщит электронному блоку управления (ЭБУ). ЭБУ выдаст сигнал на обогащение смеси, искрообразование может еще более ухудшиться, а в выхлопных газах будет еще больше СО и С_nН_m. В этом случае следует искать неисправности в системе зажигания.

Как убедиться, что система управления двигателем работает в замкнутом режиме (с обратной связью от датчика кислорода)?

В системе управления впрыском топлива датчик кислорода выполняет функцию определителя концентрации кислорода в выхлопных газах и входит в состав электронного сравнивающего устройства (компаратора). На одном входе компаратора сигнал, фиксирующий текущий (фактический) состав рабоче смеси, на другом – электронный сигнал, соответствующий оптимальному (метрическому) составу смеси. Компаратор работает в режиме релейного регулирования, постоянно сравнивая значения сигналов.
Для проверки системы регулирования поступают следующим образом:

1. Подключают стрелочный вольтметр к выходу датчика кислорода, используя булавку или «break-out-bох» (если есть). 3апускают и прогревают двигатель. Сигнал на выходе датчика кислорода исправного прогретого двигателя на холостом ходу должен переключаться между уровнями 0,2… 0,8 В с частотой 4…1 Гц.
Стрелка вольтметра в режиме измерения установившегося постоянного напряжения должна слегка колебаться в районе 0,45 В.

2. Глядя на вольтметр, отсоединяют от впускного коллектора вакуумный шланг. Напряжение на выходе датчика упадёт ниже 0,3 В, это реакция на обеднение смеси из-за утечки разрежения. ЭБУ в режиме с обратной связью компенсирует избыток кислорода подачей дополнительного топлива, смесь, опять станет стехиометрической, стрелка вольтметра опять вернется к напряжению 0,45 В.

3. Наблюдая за стрелкой вольтметра, из баллона с пропаном выпускают немного газа перед воздухозаборником двигателя. На некоторое; время вольтметр покажет 0,8 В, индицируя богатую смесь. Затем ЭБУ отработает это возмущение, уменьшив, подачу топлива через форсунки.
Режим опять станет стехиометрическим, стрелка, прибора будет, колебаться в районе 0,45 В.

Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Диагностика автомобилей газоанализаторами

Анализ содержания кислорода и углекислоты в отработавших газах

Кислород (О₂) и двуокись углерода (СО₂) в выхлопных газах

Информации, получаемой от двухкомпонентного газоанализатора по содержанию компонентов СО и С_nН_m, может быть недостаточно для диагностирования состояния двигателя, к тому же эти газы влияют друг на друга в каталитическом нейтрализаторе.
В то же время повышенное содержание кислорода в выхлопных газах — это индикатор работы двигателя на обедненной смеси, поэтому контроль этого компонента в отработавших газах позволяет более полно и объективно диагностировать работу двигателя.

Кислород (О₂) – необходимый компонент топливовоздушной смеси, поскольку без кислорода в принципе невозможно горение никакого, даже самого пожароопасного и взрывоопасного топлива. Атмосферный воздух примерно на 21 % состоит из кислорода, и этого количества вполне хватает для сжигания топлива в цилиндрах двигателя при правильном составе топливовоздушной смеси.

Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0,5%. Более высокие значения свидетельствуют о неполноценном сгорании топлива, что может быть связано с плохой герметичностью впускного тракта, низким качеством топлива, перебоями в работе системы зажигания и др.
Как правило, повышенное содержание кислорода в выхлопных газах сопровождается и увеличением количества вредных компонентов из-за неполного окисления углерода и частиц несгоревшего топлива.

Следует иметь в виду, что негерметичность в выпускном тракте также приводит к повышенному содержанию кислорода в выхлопных газах, что может привести к ложному указанию на обеднение смеси за счет подсоса воздуха во впускном тракте. Поэтому чтобы быть уверенным в показаниях газоанализатора по параметру О₂, необходимо убедиться в исправности выпускного тракта.

Для этого следует сравнить показания газоанализатора на холостых оборотах и для режима 2500 оборотов в минуту, обращая внимание на следующее:

• если содержание кислорода высокое и на холостых и на высоких оборотах, значит в обоих случаях смесь бедная, что указывает на исправность выпускного тракта;
• если содержание кислорода мало на холостых оборотах и велико на высоких оборотах, можно сделать вывод, что выпускной тракт исправен, но в нем установлен нейтрализатор с инжекцией (дополнительной подачей) воздуха;
• если на холостых оборотах содержание кислорода велико, а на высоких оборотах мало — скорее всего, имеется небольшая утечка, незаметная при больших выбросах выхлопных газов в выпускном тракте.

Содержание двуокиси углерода (углекислота, СО₂) в отработавших газах — показатель эффективности процесса сгорания топлива в двигателе. Нормальное содержание двуокиси углерода в выхлопных газах должно составлять 12…17%.
Этот газ считается относительно безопасным, и в определенных дозах даже оказывает благотворное влияние на организм живых существ и растений.
При стехиометрическом (оптимальном) составе топливовоздушной смеси содержание СО₂ в выхлопных газах имеет максимальное значение, в случае обогащения или обеднения смеси содержание СО₂ в выхлопе уменьшается, а содержание угарного газа СО и углеводородов СН возрастает.
По этой причине само по себе значение содержания СО₂ не позволяет сделать вывод, бедная смесь или богатая, необходимо дополнительно учитывать показания по СО и СН.

При диагностики автомобиля установлено повышенное содержание окиси углерода

Предельно допустимое содержание оксида углерода (СО) и углеводородов (СН) в отработавших газах, для прохождения ГТО по ГОСТ Р 52033-2003

При отсутствии данных, установленных предприятием-изготовителем автомобиля (далее — данные предприятия-изготовителя):
значение nмин не должно превышать:
1100 мин-1 для автомобилей категорий М1 и N1,
900 мин-1 для автомобилей остальных категорий;
значение nпов устанавливают в пределах:
2500-3500 мин-1 для автомобилей категорий М1 и N1, не оборудованных системами нейтрализации,
2000-3500 мин-1 для автомобилей категорий М1 и N1, оборудованных системами нейтрализации,
2000-2800 мин-1 для автомобилей остальных категорий независимо от их комплектации.

Категория Мх (М1). Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми мест для сидения.
Категория М2. Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых не превышает 5 т.
Категория М3. Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест для сидения, максимальная масса которых превышает 5 т.

Легковые автомобили (категория M1)
АА — седан. Кузов — закрытый, с центральной стойкой между боковыми окнами или без нее. Крыша — жесткая, несъемная (часть ее при этом может открываться). Размещение сидений — не менее четырех мест для сидения не менее чем в двух рядах. Двери — две или четыре боковые; допускается также задняя дверь. Окна — не менее четырех боковых.

Примечание — Здесь и далее под термином «окно» понимают проем для стекол, который может состоять из одного или нескольких стекол (например, вентиляционное окно является элементом окна).

АВ — хэтчбек. Седан АА с открывающейся вверх задней дверью.
АС — универсал. Кузов — закрытый. Форма задней части кузова обеспечивает увеличенный внутренний объем. Крыша — жесткая, несъемная (часть ее при этом может открываться). Размещение сидений — не менее четырех мест для сидения не менее чем в двух рядах. Один или более рядов сидений могут иметь откидывающиеся вперед спинки или выполняться съемными, образуя грузовую платформу. Двери — две или четыре боковые и задняя. Окна — не менее четырех боковых.
AD — купе. Кузов — закрытый. Объем задней части кузова, как правило, ограничен. Крыша — жесткая, несъемная (часть ее при этом может открываться). Размещение сидений — не менее двух мест для сидения в одном или более рядах. Двери — две боковые; допускается также задняя дверь. Окна — два или более боковых.
АЕ — кабриолет. Кузов — со съемной или убирающейся крышей. Крыша — мягкая или жесткая, устанавливаемая не менее чем в двух положениях: в одном положении закрывает кузов, в другом — отводится (откидывается) назад. Размещение сидений — не менее двух мест для сидения в одном или более рядах. Двери — две или четыре боковые. Окна — два или более боковых.1)

1) Определения кузовов типов АА, AC, AD и АЕ — по международному стандарту ИСО 3833 [2].

AF — многоцелевое транспортное средство. Механическое транспортное средство иное, чем обозначенные кодами АА, АВ и АС, предназначенное для перевозки пассажиров и их багажа или грузов в одном отделении. Однако такое транспортное средство не считают относящимся к категории Ml если оно соответствует одновременно следующим требованиям:
1) число мест для сидения, помимо места водителя, не превышает шести.
Место для сидения признается существующим, если в транспортном средстве имеются доступные приспособления для крепления сидений.
Под доступными следует понимать приспособления, которые можно использовать. Для того чтобы приспособления для крепления не были «доступными», изготовитель должен физически исключить возможность их использования, например наварив на них пластины или установив на них постоянные заглушки, которые невозможно снять с помощью обычных инструментов.
2) выполняется условие
P — (M + N х 68) > N x 68,
где Р — технически допустимая максимальная масса груженого транспортного средства, кг; М- масса снаряженного транспортного средства, кг;
N — число мест для сидения, помимо места водителя.

Категория N1 Транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу не более 3,5 т.
Категория N2. Транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу свыше 3,5 т, но не более 12 т.
Категория N3. Транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов, имеющие максимальную массу более 12 т.

Комплектация автомобиля	Частота вращения коленчатого вала об/мин.	Оксид углерода, объемная доля, СО %	Углеводороды, объемная доля, СН млн-1
Автомобили категорий М1, М2, М3, N1, N2, N3, произведенные до 01.10.1986 г.	nмин	4,5	—
Автомобили категорий М1 и N1, не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов 2)	nмин	3,5	1200
	nпов	2,0	600
Автомобили категорий М2, М3, N2, N3, не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов2)	nмин	3,5	2500
	nпов	2,0	1000
Автомобили категорий М1 и N1, оборудованные двухкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов	nмин	1.0	400
	nпов	0.6	200
Автомобили категорий М2, М3, N2, N3, оборудованные двухкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов	nмин	1,0	600
	nпов	0,6	300
Автомобили категорий М1 и N1 с трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов и те же автомобили, оборудованные встроенной (бортовой) системой диагностирования3)	nмин	0,5	100
	nпов	0,3	100

Примечания
1) В эксплуатационных документах автомобиля предприятие-изготовитель указывает штатную комплектацию автомобиля оборудованием для снижения выбросов загрязняющих веществ (далее — вредные выбросы); предельно допустимое содержание оксида углерода, углеводородов и допустимый диапазон значений коэффициента избытка воздуха л.
2) Для автомобилей с пробегом до 3000 км нормативное значение содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах установлено технологическими нормами предприятия-изготовителя.
3) Дополнительные требования для автомобилей этой группы установлены в 4.3 и 6.4.3.

Значение коэффициента избытка воздуха l в режиме холостого хода на nпов у автомобилей, оборудованных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных предприятия-изготовителя. Если данные предприятия-изготовителя отсутствуют или не указаны, значение коэффициента избытка воздуха l должно быть от 0,97 до 1,03.

На автомобилях, оснащенных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов и встроенной системой диагностирования, перед измерением содержания СО и СН проверяют работоспособность двигателя и системы нейтрализации по показаниям диагностического индикатора, расположенного на приборной панели:
— при включении зажигания перед пуском двигателя диагностический индикатор должен быть включен или включаться на короткий промежуток
времени; при отсутствии соответствующего сигнала диагностического индикатора после включения зажигания дальнейшую процедуру проверки прекращают;
— после пуска двигателя диагностический индикатор должен выключиться; в случае, если диагностический индикатор при работе двигателя остается во включенном состоянии, дальнейшую процедуру проверки прекращают.

Коэффициент избытка воздуха, : : Безразмерная величина, представляющая собой отношение массы воздуха, поступившей в цилиндр двигателя, к массе воздуха, теоретически необходимой для полного сгорания поданного в цилиндр топлива, рассчитываемая по результатам измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобилей.

Система нейтрализации отработавших газов: Совокупность устройств, включающая в себя, как правило, каталитический нейтрализатор и функционально связанные с ним датчики и управляющие системы, обеспечивающая снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя в различных режимах.

Двухкомпонентная система нейтрализации отработавших газов: Система нейтрализации отработавших газов, обеспечивающая снижение содержания в отработавших газах, в основном, оксида углерода и углеводородов.

Трехкомпонентная система нейтрализации отработавших газов: Система нейтрализации отработавших газов с обратной связью (по коэффициенту избытка воздуха :), обеспечивающая снижение содержания в отработавших газах оксида углерода, углеводородов и оксидов азота.

Диагностический индикатор: Световой индикатор, расположенный на панели приборов автомобиля, со стилизованным изображением контура двигателя или надписями «Проверь двигатель» («Check engine»), «Обслужи двигатель» («Service engine soon») и т.п., информирующий водителя о появлении неисправностей в системах управления двигателем и нейтрализации отработавших газов.

Встроенная (бортовая) система диагностирования двигателя: Совокупность входящих в конструкцию автомобиля устройств, обеспечивающих своевременное информирование водителя о неисправностях в системах управления двигателем и нейтрализации отработавших газов, а также накопление этой информации в процессе эксплуатации.