Загальні теоретичні відомості

Лабораторна робота № 1

«Контроль роботи двигуна внутрішнього згорання за показниками газоаналізатора»

Мета роботи: навчитись діагностувати двигун за показниками газоаналізатора.

Загальні теоретичні відомості

Бензин — це рідке вуглеводневе паливо, основні хімічні компоненти якого — вуглець С (84-86%) і водень Н (14-16%). Найбільш сприятливою умовою для займання добре перемішаної (гомогенної) паливно-повітряної суміші (ПП-суміші ) є співвідношення повітря (кг) і бензину (кг) рівне 14,7:1 (для високооктанових сортів бензину). ПП-суміш з таким співвідношенням

компонентів називається стехіометричною і з точки зору ефективності і повноти згорання бензину є ідеальною.

Якість ПП-суміші прийнято оцінювати коефіцієнтом (альфа) надлишку

де М ф -- фактично затрачене, а М т -- теоретична необхідна кількість маси повітря для повного згорання даної порції бензину.

Коли ПП-суміш стехіометрична, то М ф = М Т і коефіцієнт надлишку повітря =1. В цьому випадку ПП-суміш є "нормальною". Якщо ф М > Т М, то ПП-суміш збагачена повітрям, але називається "бідною" ПП-сумішшю, оскільки збіднена бензином ( >1). При ф М < Т М ПП- суміш називається "багатою", оскільки в ній має місце надлишок бензину в порівнянні із теоретичною нормою ( < 1). Будь-який бензиновий двигун може стійко працювати лише в строго певному інтервалі зміни якості ПП-суміші. Для двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) класичних конструкцій максимально допустимому збагаченню відповідає коефіцієнт надлишку повітря =0,75, при максимальному збідненні – =1,35.

 

У вказаному діапазоні коефіцієнт надлишку повітря має вирішальний вплив на

експлуатаційні показники роботи ДВЗ. На рис. 1.1 приведені залежності основних параметрів поршневого двигуна від зміни коефіцієнта надлишку повітря в бензиновій ПП-суміші.

 

Рис. 1.1. Залежність основних параметрів ДВЗ (1.а) та кількості компонентів СО, О2, СН, NОX, СО2 (1.б) від коефіцієнта

 

Газоаналізатори призначені для визначення параметрів вихлопних газів в стаціонарних умовах на випробувальному стенді. Як правило, визначають вміст наступних газів у вихлопі автомобіля: оксиду вуглецю СО, діоксиду вуглецю СО2, вуглеводнів СН і кисню О2. Газоаналізатор працює у вигляді окремого модуля з власним дисплеєм, але може підключатися через послідовний порт і до комп'ютерного мотортестера. Окрім концентрації СО, СО2, СН, О2 газоаналізатор може визначати коефіцієнт надлишку повітря і співвідношення повітря/паливо. Показники можуть зніматися до і після каталітичного нейтралізатора. Вміст оксиду вуглецю, діоксиду вуглецю, вуглеводнів визначаються інфрачервоними методами, з використанням властивостей різних газів по-різному поглинати інфрачервоне випромінювання. Вміст кисню визначається електрохімічними методами, використовується пристрій, аналогічний датчику кисню.

Розглянемо схему стандартного газоаналізатора, яка показана на рис. 1.2.

 

 

Рис. 1.2. Схема стаціонарного газоаналізатора

ИФИ – інфрачервоний випромінювач; ЭД – електродвигун; ДА – диск атенюатора; К1 – вимірювальна камера; К2 – приймальна камера; К3 – допоміжна камера; РМ – газовий витратомір; ЭБ – електронний блок; ЭМ – електронний монітор; К – коефіцієнт співвідношення повітря/паливо; - коефіцієнт надлишку повітря.

 

Інфрачервоний випромінювач ИФИ нагрівається приблизно до 900 °С. Його промені направляються рефлектором через обертаючий диск ДА із отворами і далі через вимірювальну камеру К1 в приймальну камеру К2. В приймальній камері, яка складається із двох герметичних порожнин (К2 і КЗ), які мають зв’язок між собою по з’єднаному каналу в витратомірі РМ,

міститься визначена концентрація газу СО. Газ в приймальній порожнині К2 поглинає інфрачервоне випромінювання, його температура збільшується і частина газу переходить в порожнину К3, що фіксується витратоміром. Обертання диска із отворами модулює потік інфрачервоного випромінювання, в результаті газ в приймальній камері періодично нагрівається і охолоджується. Показники витратоміру, що фіксують перехід газу із порожнини К2 в порожнину К3 і назад, є періодичним різнополярним сигналом у вигляді напруги. При введенні у вимірювальну камеру вихлопних газів, що містять СО, частина випромінювання в діапазоні, характерному для оксиду вуглецю, буде поглинута і вихідна

 

напруга витратоміру зміниться пропорційно вмісту СО у вихлопі. По такій же методиці визначають вміст СН і СО2. У новітніх газоаналізаторах (п'ятикомпонентних) визначається і концентрація оксидів азоту NOх.

Звичайна практика контролю роботи двигуна внутрішнього згорання – це перевірка складу вихлопних газів за допомогою чотирьох- або п'ятикомпонентного газоаналізатора. Для перевірки виконання норм на токсичність визначається вміст у вихлопних газах вуглеводнів (СН), оксидів вуглецю (СО), діоксидів вуглецю (СО2) і кисню (О2). Правильно експлуатований і своєчасно обслуговуваний автомобіль здатний відповідати нормам на токсичність з пробігом до 500000 кілометрів.

Вуглеводні (СН) -це компоненти незгорілого палива, їх вміст вимірюється в частинах на мільйон за об'ємом (РРМ або млн-1). Нормально працюючий двигун спалює в циліндрах практично все паливо, допустимий вміст СН має бути менше 50 РРМ. Найчастіше причиною збільшеного вмісту СН є пропуски в системі запалювання, коли незгоріле паливо починає поступати у випускний тракт.

Оксиди вуглецю (СО) - нестійка хімічна сполука, яка легко вступає в реакцію із киснем. СО - це отруйний газ без кольору, смаку і запаху. Вступаючи в легенях в реакцію із повітрям, позбавляє мозок кисню. Рівень СО у вихлопних газах для сучасних автомобілів не повинен перевищувати 0,5%. Надлишок СО у вихлопних газах означає, що в циліндрах має місце надлишок палива або недостача кисню. При цьому утворюється багата суміш і паливо згорає не

повністю.

Діоксид вуглецю (СО2) – це тривка хімічна сполука, поширена в природних газах, що містять його в кількості від декількох відсотків до практично чистого вуглекислого газу. Безбарвний, має кислуватий смак і запах. Є кінцевим продуктом окиснення вуглецю, не горить, не підтримує горіння і дихання.

Кисень (О2) - в повітрі його 21% і в циліндрах двигуна велика частина вступає в реакцію з паливом. Рівень кисню у вихлопних газах має бути низьким, не більше 1%. Підвищений вміст кисню у вихлопних газах - це індикатор

 

роботи на збідненій суміші.

Хід виконання роботи

Дану роботу проводили на прикладі ГАЗ- 3110 і вимірювали показники газоаналізатора вихлопних газів при певних обертах, і отримали наступні значення:

500 об/хв. – 1,5

800об/хв. – 3,4

1200об/хв. – 5,6

1500об/хв. – 6,6

Висновок: ми навчитись діагностувати двигун за показниками газоаналізатора, та вимірювати шкідливі речовини, які утворюються при згоранні пального.