Вимірювання складу вихлопних газів, Системи зниження токсичності автомобіля

Тепер стало стандартом вимірювати чотири основні складові вихлопного газу, а саме:

чадний газ (СО)
вуглекислий газ (СO2)
вуглеводні (СН)
кисень (O2)

Модуль перевірки вихлопних газів зазвичай оснащений власним дисплеєм, але може бути пов'язаний і з головним дисплеєм аналізатора. Як правило, на додаток до інформації про чотири гази на дисплей виводяться значення лямбда-фактора та якості суміші (відношення повітря до палива). Грецька буква «лямбда» означає ідеальне відношення масових частин повітря і палива (air to fuel ratio - AFR) - 14,7:1. Інакше кажучи, лише правильне кількість повітря забезпечує згоряння всього палива. У таблиці нижче наведено типовий склад газів, лямбда та якості суміші для системи управління зі зворотним зв'язком за лямбда-показником, взятим до каталітичного конвертера (або взагалі без нього) і після каталітичного конвертера. Ці показники наведені для сучасного двигуна, що знаходиться у чудовому стані (і використовуються як приклади для контролю поточних даних).

Таблиця. Показники складу вихлопних газів, лямбда-фактора та якості суміші

Склад вихлопних газів — дуже критичний вимір і, отже, потребує достатнього ступеня точності. З цього погляду для вимірювань СО, СО2 та СН найбільш придатна інфрачервона вимірювальна техніка. Кожен газ має тільки йому властиве поглинання інфрачервоного випромінювання. Вміст кисню вимірюється електрохімічними засобами, аналогічними лямбда-датчику в автомобілі.

Мал. Спосіб вимірювання концентрації окису вуглецю (СО)

ЗІ вимірюється так, як показано малюнку. Випромінюючий елемент, що нагрівається приблизнодо 700 «З допомогою відбивача створює пучок інфрачервоного світла. Цей пучок прямує крізь диск-обтюратор і через комірку з газом, що вимірюється, до приймальної камери. Ця герметично закрита камера містить газ певної концентрації (у разі СО). Газ поглинає деяку частину теплового випромінювання і його температура збільшується. Це викликає збільшення обсягу таза і, отже, потік газу від камери 1 до камери 2. Потік виявляється датчиком потоку, який дає сигнал сигналу змінного струму. Вихідний сигнал перетворюється і калібрується як нульовий рівень. Сигнал змінного струму виникає через переривання інфрачервоного випромінювання диском-обтюратором. Якщо диск не використовувався, то потік від камери 1 до камери 2 мав би місце тільки в той момент, коли двигун включався або вимикався.

Якщо чадний газ, концентрація якого має бути виміряна, тепер прокачувати через комірку певних розмірів, частина інфрачервоного випромінювання буде поглинена перш, ніж воно досягає камери приймача. Це змінить нагрівання окису вуглецю контрольного зразка і, отже, потік, що вимірювається між камерами 1 і 2 зміниться. Зміниться сигнал датчика потоку, і результат після перетворення буде відображено на дисплеї. Аналогічний технічний прийом використовується для вимірювання CO2 та СН. Поки що без лабораторного обладнання та дуже тонких методів аналізу неможливо виміряти оксиди азоту (NOx), але розробка нових методів йде безперервно.

Хороші чотиригазові аналізатори, як правило, мають такі особливості:

автономне встановлення, незалежно від іншого обладнання
графічні зображення одночасно до чотирьох значень, порядок індикації вибирається користувачем. Вибір для графічного представлення набору СН,СО, СO2, O2 та швидкості обертання (про/хв)
користувач може створити персоніфіковані фірмові бланки для друку екрану
використовується недисперсійний інфрачервоний метод (non-disopersiv infrared - NDIR) виявлення (кожен газ характеризується індивідуальним ступенем поглинання інфрачервоного світла)
зображення дисплея може бути зафіксовано або збережено у пам'яті для майбутньої обробки
повторне калібрування за натисканням кнопки (якщо використовуються калібрувальний газ та регулятор)
індикація концентрації складових вихлопного газу в режимі реального часу у формі чисельних значень або створення живих графіків параметрів вихлопних газів у діапазонах, що вибираються
розрахунок та індикація лямбда-відносини (ідеальне повітряно-паливне відношення приблизно 14,7:1)
індикація параметрів обертання двигуна (об/хв) у числовій або графічній формі, а також індикація температури олії в залежності від поточного часу та дати
індикація діагностичних даних двигуна, одержуваних від сканера
робота від мережевого живлення або від батареї 12 В

Точне вимірювання складу вихлопних газів потрібно не тільки для щорічного контролю викидів, але є суттєвою інформацією для того, щоб гарантувати правильне налаштування двигуна. У таблиці наведено середні значення для типового вихлопу. Зауважимо, що отруйні викиди малі за величиною, проте залишаються небезпечними.