Skład spalin cz. 1

Pozwolę sobie na zamieszczenie moim zdaniem bardzo wartościowego opracowania o składnikach gazów spalinowych silnika benzynowego. Jest to "przedruk" przedruku via net.

4 Gazy - teoria i jeszcze trochę...

Niestety zanim Szpec będzie mógł przenieść skład spalin na określone osiągi, oszczędność, lub elastyczność, Szpec musi wiedzieć jakie są składniki spalin, skąd one pochodzą i dlaczego się tam pojawiają. Identyfikacja składników to jest ta łatwiejsza część. Z wielu chemicznych kombinacji które składają się na typowe gazy wydechowe, tylko 4 z nich dają przydatną informację. Tymi gazami są - węglowodory (hydrocarbons) HC, tlenek węgla (carbon monoxide) CO, tlen (oxygen) O2 i dwutlenek węgla (carbon dioxide) CO2. Piąty składnik - tlenek azotu (oxides of nitrogen) NO - jest obecny ale mierzenie go na etapie serwisowym jest nie praktyczne i nie ekonomiczne.

Co to jest HC???
Pierwszą grupą gazów którą mierzymy są węglowodory HC. Węglowodory odpowiadają za foto-chemiczny smog, który podrażnia oczy i zawiera znane substancje rakotwórcze. Złą wiadomością jest to, że HC są obecne we wszystkich produktach bazujących na ropie naftowej (benzyna, oleje silnikowe, oleje przekładniowe, diesel itp.)
Składniki, które są stworzone z kilku atomów wodoru H i węgla C, mogą dostać się do atmosfery na dwa sposoby. Pierwszy - przez parowanie, drugi i najczęstszy - przez ich obecność w spalinach.
W momencie pomiaru spalin analizatorem (z próbnikiem na podczerwień), HC wskazuje ilość niedopalonego paliwa w częściach na milion (Parts Per Million) ppm które "uciekły" z procesu spalania.
Co powoduje niedopalanie HC???? Podczas procesu spalania, każde zgubienie zapłonu (bez znaczenia z jakiego powodu) będzie przyczyniało się do wyższych niż normalnie wskazań HC. Typową przyczyną wysokiego poziomu HC są: brak iskry, niewystarczający czas trwania iskry, niewłaściwy moment zapłonu, problemy z zapaleniem mieszanki oraz uszkodzenie mechaniczne ( zbyt niski stopień sprężania). Jako dodatek do tego, niewłaściwy skład mieszanki przyczynia się również do wyższych odczytów HC niż normalne.
Mieszanka zbyt bogata (za dużo paliwa) lub zbyt uboga (za dużo powietrza) nie będzie ulegała całkowitemu spaleniu.

Co to jest CO???
Po zrozumieniu podstaw HC, następnym gazem którym się zajmiemy jest tlenek węgla CO. Tlenek węgla jest wysoko toksycznym gazem (mierzonym jako procent ilości spalin) który formuje się w komorze spalania w momencie gdy jest tam za mało tlenu O2 aby podczas procesu spalania mieszanki paliwowej utworzyć CO2.
W przeciwieństwie do HC, CO może się utworzyć tylko jeśli miał miejsce proces spalania. Aby zilustrować to stwierdzenie, załóżmy, że skład mieszanki (powietrze/paliwo) jest właściwy ale na świecach zapłonowych nie przeskoczyła iskra w wyniku uszkodzonej cewki zapłonowej. To w momencie odpalania silnika będzie powodowało wskazania HC poza górnym zakresem, w momencie gdy odczyt CO będzie na poziomie zero (bo nie zachodzi proces spalania). Inny przykład. Załóżmy że skład mieszanki został ustawiony na bardzo bogaty i mieszanka próbuje się spalić. W tym wypadku oba odczyty HC i CO będą wysokie. Aby zrozumieć dlaczego, musimy przyjrzeć się końcowemu rezultatowi procesu spalania bardzo bogatej mieszanki. W momencie gdy jest więcej paliwa niż powietrza, występuje niedobór tlenu, co przyczynia się do nie całkowitego dopalenia i tworzy się CO.
Kolejnym składnikiem nie całkowitego spalenia są małe cząsteczki paliwa, które są wykrywane w spalinach jako HC.

Przed rozpoczęciem poszukiwań przyczyny.....
Przed rozpoczęciem poszukiwań przyczyny wysokich odczytów CO, zanotuj, że jakakolwiek przyczyna zwiększająca ilość paliwa (bez kompensacji ilości powietrza) lub ograniczająca ilość powietrza (bez kompensacji ilości paliwa) wlatującego do komory spalania, będzie uwidaczniało się tworzeniem się podwyższonego CO.
Częstymi przyczynami takiej mieszanki i związanych z nią wysokich odczytów CO są: "zabity" filtr powietrza, zacięte ssanie, wewnętrzny wyciek paliwa, niewłaściwe ustawienie pływaka, zacięty system PCV, bogate ustawienie biegu jałowego, brudny gaźnik lub cieknące wtryskiwacze.
Podsumowując, odczyty HC odnoszą się do tego, jak dobrze silnik spala mieszankę, gdy CO jest wskaźnikiem jak poprawnie paliwo i powietrze jest zmieszane i spalone.
Potrzeba analizowania 4 gazów.
Katalizatory spalin zostały wprowadzone w USA i niektórych krajach Europy w połowie lat 70, głównie aby zredukować emisje CO i HC. Katalizator łączy O2 i CO i HC w wodę H2O i dwutlenek węgla CO2.
Przez umieszczenie katalizatora po stronie wydechowej, wydajność silnika, zużycie paliwa i elastyczność samochodów jest najmniej pogorszona. Niestety takie położenie katalizatora stanowi główny problem, gdy chcemy odczytać wskazania składu spalin, które odzwierciedlają wydajność silnika.
Jeśli katalizator robi to co powinien, może on sprawić, że źle działający silnik będzie miał odczyty jak sprawny, przez chemiczną redukcję HC i CO, przed tym jak opuszczą one rurę wydechową. Jeśli chodzi o wydajność, to wartości odczytane za katalizatorem nie są dokładnie tym, co Szpec chciałby zobaczyć.
Aby obejść problem wpływu katalizatora na HC i CO, producenci odkryli sposób odczytu zawartości dwóch gazów, które nie są zafałszowane przez katalizator: O2 i CO2. Jak się okazało, CO2 jest w rzeczywistości lepszym wskaźnikiem wydajności silnika niż łącznie CO i HC.

HC, CO, CO2, O2
Tak jak CO, również CO2 i O2 są wyrażane jako procent objętości spalin. Generalna zasada, silnik pracuje najbardziej wydajnie, gdy CO2 jest w najwyższym stężeniu (poziom pomiędzy 12-15% jest pożądanym zakresem).
CO2 będzie miało max na danej wartości bez względu czy samochód ma, czy nie ma katalizatora, co czyni CO2 doskonałym wskaźnikiem wydajności spalania. Gdy tylko zawartość CO2 jest określona, Szpec może szybko ustalić jak wydajnie silnik działa przez eksperymentowanie ze składem mieszanki. Umieść swoją rękę nad wlotem powietrza do gaźnika i obserwuj, co się stanie. Jeśli wskazania CO2 podskoczą , to znaczy, że silnik nie pracuje tak wydajnie jak jest to możliwe, i dalsze poszukiwania są wymagane aby odkryć przyczynę dlaczego. Odwrotnie, jeśli CO2 spadną, to znaczy, że silnik obecnie pracuje w najlepszych warunkach, przed dokonaniem jakichś zmian.
Generalną zasadą jest, niższe niż normalne wskazania CO2 są spowodowane przez niewłaściwy skład mieszanki lub gubienie zapłonów. Z drugiej strony tlen O2 jest dobrym wskaźnikiem czysto pracującego silnika. Jednakże, O2 ma dyskusyjną wartość diagnostyczną. Gdy silnik pracuje na ubogiej mieszance, ilość O2 będzie wzrastać proporcjonalnie do wzrostu ilości powietrza w mieszance (coraz uboższa mieszanka). W momencie, gdy punkt gubienia zapłonów z powodu zbyt ubogiej mieszanki zostanie osiągnięty, poziom O2 będzie wzrastał bardzo szybko wraz ze wzrostem ilości wypadniętych zapłonów.
Można zweryfikować wypadanie zapłonów z powodu zbyt ubogiej mieszanki przez obserwację dodatkowo HC i CO. Jeśli poziom CO jest niski a poziom HC jest wysoki i niestabilny (impulsowy), znajdujesz się w obszarze gubienia zapłonów z powodu zbyt ubogiej mieszanki. Normalny silnik na wolnych obrotach (biegu jałowym) powinien dawać odczyty pomiędzy 0.5 do 4%. Wszystko powyżej 4% jest mieszanką za ubogą plus "wypadające" zapłony. Poniżej 0.5% znaczy, że marnujesz paliwo.

Szukając powiązań
Kiedy jesteśmy gotowi zrobić pomiary składu spalin, szukanie związków jest znacznie ważniejsze niż zwykłe zbieranie i zapisywanie danych. Jeśli jesteś zakręcony, właśnie planuję wyjaśnienie. Przypuśćmy, że dokonując pomiaru składu spalin na wolnych obrotach otrzymaliśmy następujące wskazania: CO=1.2%, HC=200PPM, CO2=7,2% i O2=7,2%. Teraz, gdy mamy te dane, co one znaczą?
Wykorzystując wskazówki dane wcześniej, możesz naszkicować jakieś wnioski, ale gdy dojdzie do interpretacji tych wyników, czy są dobre czy złe, nie ma ściśle określonej i szybkiej w użyciu skali, względem której można interpretować wyniki.
Co nam pozostaje? A co z powiązaniami (dlatego poświęciliśmy tak dużo miejsca opisując składniki spalin). Ponieważ nie ma nic drastycznie złego z odczytem zawartości HC i CO, zignorujemy je w tej chwili i skoncentrujemy się na CO2 i O2. Po szybkiej ocenie wskazań, powinieneś dojść do wniosku, że CO2 jest niższe niż normalne (zakres pomiędzy12-15%) i O2 jest bardzo wysoki (powinien być 0.5% do 4%).
Ponieważ wysokie wskazania O2 oznaczają ubogą mieszankę, pierwszą rzeczą do zrobienia jest sprawdzenie twojej diagnozy. Spróbuj wzbogacić mieszankę przez umieszczenie kawałka tkaniny ponad wlotem powietrza, otworzeniem ssania, lub symulacją zimnego rozruchu (w samochodach z wtryskiem) i obserwuj co się stanie. Jeśli O2 zacznie spadać i CO2 wzrastać, wtedy twoja początkowa diagnoza była dobra. Od tego momentu zacznij szukać przyczyny ubogiej mieszanki. Jeśli silnik zareaguje inaczej niż się spodziewałeś, lub nie interpretujesz wskazań poprawnie, lub zmieniłeś nie tą składową (bardziej zubożyłeś w momencie gdy miałeś wzbogacić), lub też nie rozumiesz do końca relacji pomiędzy składem spalin a działaniem silnika. W ostatnim przypadku przejrzyj część o składzie spalin.
Dołączony graf streszcza relacje zachodzące pomiędzy CO2, CO i O2. Zacieniony obszar oznacza "punkt stochiometryczny", który jest zdefiniowany jako teoretyczny stosunek masowy powietrza do paliwa, przy którym mieszanka ulega całkowitemu spaleniu.
Ten punkt to stosunek 14.7:1 oznacza, że 1kg paliwa potrzebuje do całkowitego spalenia 14.7 kg powietrza. Na lewo od tego punktu oznacza bogatą mieszankę, na prawo oznacza ubogą mieszankę. Zauważysz, że maksymalna efektywność spalania jest związana z najwyższymi odczytami CO2.

c.d.n.