Савич Е.Л., Кручек А.С. Инструментальный контроль автотранспортных средств

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 1.14. Схема газоанализатора:

1 – газозаборный зонд; 2 – отделитель конденсата; 3 – фильтр тонкой очистки; 4 – защит-

ный фильтр;

5 – мембранный насос; 6 – источник инфракрасного излучения; 7 – синхрон-

ный электродвигатель;

8 – вращающийся диск модулятора; 9 – сравнительная камера; 10 –

лучеприемник инфракрасного излучения;

11 – усилитель; 12 – мембранный конденсатор;

13 – рабочая камера; 14 – индикаторный прибор

Отработавшие газы с помощью мембранного насоса

5 через газозаборный зонд 1

поступают в отделитель конденсата

2, где оседает вода. Затем в фильтрах 3 и 4 происхо-

дит очистка отработавших газов от твердых примесей, после чего газы поступают в изме-

рительную камеру

13. Сравнительная камера 9 заполнена инертным газом и закрыта. Ис-

точником инфракрасного излучения являются нихромные нагреватели, которые нагрева-

ются до температуры около 700 °С. Отражаясь от параболических зеркал, поток инфра-

красного излучения, периодически прерываемый обтюратором, приводимым во вращение

от синхронного электродвигателя

7, проходит через рабочую и сравнительную камеры.

Обтюратор необходим для обеспечения ритмичного прерывания инфракрасного излуче-

ния рабочей и сравнительной камер. В рабочей камере происходит поглощение инфра-

красного излучения определенного компонента отработавших газов в зависимости от его

концентрации. В сравнительной же камере этого не происходит, и возникает разница тем-

ператур и давлений

в обеих камерах. Вследствие этого изменяется емкость мембранного

конденсатора

12, расположенного между камерами лучеприемника. Сигнал с конденсато-

ра подается на усилитель

11 и далее на регистрирующий прибор. По такому принципу ра-

ботают газоанализаторы типа ГИАМ 27-01, ЕТТ фирмы «Бош» и др.

В более поздних конструкциях газоанализаторов, например АВГ-4 (рис. 1.15) при-

меняется метод измерения, частично отличающийся от рассмотренного выше. Анализи-

руемый газ после очистки проходит через измерительную проточную кювету

2, где опре-

деляемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соот-

ветствующих спектральных диапазонах (3,4; 3,9; 4,25 и 4,7 мкм). Инфракрасное излуче-

ние аналитических областей спектра определяемых компонентов, подаваемого от излуча-

теля

1, прерывается вращающимся диском обтюратора 3. Поток излучения характерных

областей спектра выделяется приемниками излучения интерференционными фильтрами

и преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные концентрации анализируе-

мых компонентов.

Рис. 1.15. Схема оптическая газоанализатора АВГ-4 (Россия):

1 – излучатель; 2 – кювета; 3 – обтюратор; 4 – приемники излучения с интерференцион-

ными фильтрами

Вместо четырех приемников может устанавливаться один (газоанализатор «Авто-

тест» (рис. 1.16)). Интерференционные фильтры в такой конструкции устанавливаются в

самом обтюраторе. Инфракрасное излучение аналитических областей спектра определяе-

мых компонентов, подаваемое от источника излучения

5 и проходящее через линзу 4, по-

очередно выделяется соответствующими интерференционными фильтрами

3, установ-

ленными на вращающемся диске обтюратора. Этот диск вращается с шагом (углом пово-

рота), равным каждому смонтированному в нем интерференционному фильтру.

Рис. 1.16. Функциональная схема газоанализатора «Автотест» (Россия):

1 – фотоприемник; 2 – проточная кювета; 3 – интерференционные фильтры; 4 – линза; 5 –

источник излучения

Кроме того, во вращающемся диске смонтирован «сравнительный» фильтр, которым ни

один компонент отработавших газов не поглощается.

В зависимости от концентрации определенного газа (углеводородов, диоксида уг-

лерода и оксида углерода) на выходе пироэлектрического приемника формируются по-

следовательные электрические импульсы, пропорциональные концентрации газа. Ампли-

туда сигналов дает информацию о концентрации

определяемых компонентов отработав-

ших газов. Анализ этих компонентов производится в режиме разделения (по очереди).

Чем больше концентрация в отработавших газах, тем меньше интенсивность излучения,

принятая фотоприемником. Эта информация преобразуется и проходит статистическую

обработку в микропроцессоре, а затем поступает на блок отображения информации.

Анализируемый газ после очистки проходит через измерительную проточную

оп-

тическую кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызыва-

ют его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах (3,4; 3,9; 4,25 и

4,7 мкм). Для исключения дополнительной погрешности от изменения температуры ок-

ружающего воздуха и анализируемого газа фотоприемник и оптическая кювета защище-

ны теплоизоляционными оболочками и термостатируются системами стабилизации.

После прохождения через кювету поток излучения

попадает на фотоприемник,

общий для всех проверяемых газов. Этот приемник преобразует интенсивность длины

волны компонента отработавших газов в электрический сигнал.

В современных многокомпонентных газоанализаторах типа «Автотест», «Инфакар

М-1т.01UPEx» (Россия), MGT 5 фирмы МАХА (Германия) кроме измерения содержания

оксида и диоксида углерода, углеводородов может определяться содержание кислорода

и оксидов азота NO, а также коэффициент избытка воздуха λ. Однако молекулы газа с

одинаковым количеством атомов не вызывают абсорбцию в инфракрасном диапазоне

спектра, поэтому для их измерения метод инфракрасного излучения неприемлем.

Концентрация кислорода определяется электрохимическим методом. Определение

содержания кислорода и NО

в газоанализаторах осуществляется химическим датчиком,

посылающим электрический сигнал, который пропорционален содержанию измеряемых

компонентов. В датчике кислорода содержатся измерительный и сравнительный электро-

ды, находящиеся в электролите и отделенные от анализируемого газа полимерной мем-

браной. На измерительном электроде кислород, продиффундировавший через мембрану,

электрохимически восстанавливается, и во внешней цепи возникает электрический ток,

сила которого пропорциональна парциальному давлению кислорода

в газе над мембра-

ной.

Общая схема многокомпонентного газоанализатора показана на рис. 1.17

Рис. 1.17. Схема многокомпонентного газоанализатора:

1 – зонд отбора проб отработавших газов; 2 – фильтр грубой очистки; 3 – отделитель кон-

денсата; 4 – вход воздуха; 5 – фильтр с активированным углем; 6 – электромагнитный

клапан; 7 –мембранный (газовый) насос; 8 – мембранный насос (насос конденсата); 9 –

датчик давления; 10 – газоанализатор GA1 (измерительные камеры СО

, СО); 11 – газо-

анализатор GA2 (измерительная камера СН); 12 – датчик атмосферного давления; 13 –

электрохимический сенсор О

; 14 – электрохимический сенсор NО; 15 – выход газа; 16 –

емкость для слива конденсата

Измеряемые отработавшие газы отбираются из системы выпуска автомобиля с по-

мощью зонда 1. Они закачиваются установленным в измерительном приборе мембранным

насосом 7 и подаются через фильтр 2 грубой очистки в отделитель 3 конденсата. Здесь,

прежде чем измеряемый газ очистится в следующем фильтре еще раз, отделяются грубые

загрязнения и конденсат водяных паров. Второй мембранный насос 8 откачивает конден-

сат в емкость 16 для слива конденсата.

Сначала измеряемый газ проходит через газоанализатор GA1 10. Здесь оп-

ределяется концентрация СО

и СО. Затем газ направляется в газоанализатор GA2 11, ко-

торый измеряет концентрацию СН. Прежде чем газ покинет измерительный прибор через

выход 15, он пройдет через электрохимические сенсоры 13 и 14, которые измеряют содер-

жание кислорода и оксида азота.

Когда происходит автоматическая юстировка прибора на «нуль» (так называемая

«продувка»), вход измерительной камеры переключается электромагнитным клапаном 6,

который установлен перед насосом 7, с отработавших газов на воздух.

Фильтр 5 с активированным углем на входе 4 защищает измерительный прибор от

проникновения углеводородов, содержащихся в окружающем воздухе.

Датчик давления

9 служит для проверки плотности всего газового тракта. Другой

датчик давления

12 регистрирует атмосферное давление, которое используется в расчетах.

Во многих странах нормируется коэффициент избытка воздуха λ. Это безразмерная

величина – отношение массы воздуха, поступающего в цилиндры двигателя при его рабо-

те, к массе воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания горючей смеси.

Этот коэффициент рассчитывается микропроцессором газоанализатора.

В зависимости от комплектации анализатор может

производить:

инфракрасный анализ CO, CO

, CH;

электрохимический анализ O

и NO;

расчет значений λ;

определение частоты вращения коленчатого вала двигателя;

индикацию и вывод результатов измерений в виде протокола, текущей даты и вре-

мени;

автоматическую коррекцию «нуля» при включении прибора и в дальнейшем по

требованию без отключения пробозаборной системы от выхлопной трубы автомобиля;

автоматическое отделение и эвакуацию конденсата из пробы газа

в системе пробо-

подготовки прибора;

контроль потока пробы и компенсацию изменений атмосферного давления;

измерения при отрицательных температурах окружающей среды (до −20 °С) при

наличии дополнительной системы подогрева проб измеряемого отработавшего газа.

Газоанализаторы могут выдавать информацию о проверяемых параметрах как не-

посредственно на переднюю панель прибора, так и на экран дисплея компьютера

при

комплексных проверках автомобилей. При использовании газоанализаторов на станциях

инструментального контроля выходные значения измеряемых компонентов выводятся на

экран дисплея (рис. 1.18) и автоматически заносятся в диагностическую карту.

Рис. 1.18. Экран дисплея с данными по составу отработавших газов бензинового

двигателя

Газоанализатор может обмениваться данными с программным обеспечением диаг-

ностической линии и импортировать туда результаты измерений.

При определении концентрации токсичных компонентов отработавших газов не-

обходимо определять частоту вращения коленчатого вала двигателя и температуру масла

в его картере. В некоторых газоанализаторах, например MGT 5

фирмы МАХА, могут

иметь разные способы считывания частоты вращения.

Заборное приспособление газоанализатора содержит гибкий зонд с зажимом для

удерживания на срезе выхлопной трубы, предварительный фильтр и шланг достаточной

длины для обеспечения доступа к выхлопной трубе (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Заборный зонд

В рукоятке зонда имеется заглушка, которая предназначена для закрытия зонда и приме-

няется при периодическом контроле герметичности заборного приспособления.

Определение частоты вращения коленчатого вала. Для определения частоты

вращения коленчатого вала используются нижеследующие датчики.

Зажим триггера. Сигнал частоты вращения регистрируется на кабеле зажига-

ния с помощью зажима триггера (рис. 1.20). Зажим индуктивно регистрирует сигнал вы-

сокого напряжения, который направляется от распределителя к любому цилиндру. Им-

пульсы передаются от зажима триггера к анализатору, где преобразуются в сигнал

часто-

ты вращения. Зажим необходимо располагать как можно ближе к свече зажигания и как

можно дальше от соседнего провода высокого напряжения свечи зажигания.

Рис. 1.20. Зажим триггера

Датчик светового барьера. Определение частоты вращения с помощью

датчика светового барьера (рис. 1.21) используется, когда отсутствует возможность пря-

мой регистрации сигнала на двигателе (например, сложно снять сигнал частоты вращения

коленчатого вала с помощью триггера или с катушки зажигания). На вращающуюся де-

таль (вентилятор, клиновой ремень или карданный вал) наносится

специальная отража-

тельная метка, и при вращении детали она регистрируется датчиком. Датчик светового

барьера должен располагаться таким образом, чтобы обороты могли регистрироваться без

помех (вибрации и т.п.). При подсчете частоты вращения коленчатого вала необходимо

учитывать передаточное отношение проверяемой вращающейся детали относительно ко-

ленчатого вала. Такой способ регистрации частоты вращения используется

редко.

Рис. 1.21. Датчик светового барьера

Зажим катушки зажигания. Сигнал частоты вращения снимается с кабеля

катушки зажигания с помощью зажима катушки зажигания. Зажим должен быть прикреп-

лен как можно ближе к катушке зажигания. Он индуктивно снимает сигнал высокого на-

пряжения, которое подводится к распределителю от катушки зажигания. Импульс переда-

ется дальше от зажима

к измерительной коробке и преобразуется здесь в сигнал частоты

вращения.

Датчик верхней «мертвой» точки

(через диагностический разъем). Как

уже упоминалось, начиная с 2000 г. на автомобилях обычно устанавливается стандартный

диагностический разъем. Регистрация сигнала частоты вращения с использованием соот-

ветствующей штекерной вилки по сигналу датчика верхней мертвой точки обеспечивает

очень точное измерение частоты вращения. Для распознавания импульса частоты враще-

ния он должен находиться в диапазоне между 30

мВ и 30 В.

Ротофон. Считывание частоты вращения может производиться с помощью ана-

лизатора звуковых колебаний, исходящих от двигателя во время его работы. При этом в

качестве датчика используется микрофон, который устанавливается рядом с выхлопной

трубой транспортного средства. Недостатком данного способа является невысокая точ-

ность измерения и повышенные требования к звукоизоляции зоны

испытаний.

Датчик вибрации двигателя. Это один из наиболее широко используемых

в настоящее время датчиков для считывания частоты вращения. Его работа основана на

частотном анализе вибрации двигателя при его работе. Датчик при этом имеет магнит, с

помощью которого он устанавливается на стальную и жестко соединенную с блоком ци-

линдров деталь двигателя.

К недостаткам следует отнести повышенные требования к от-

регулированности и равномерности работы двигателя.

Датчик импульсов тока генератора. Этот датчик также достаточно ши-

роко распространен благодаря его простоте и надежности. При этом частота вращения

считывается по колебаниям тока зарядки генератора. Для проведения измерения клеммы

датчика подключаются к клеммам аккумуляторной батареи.

В связи с необходимостью обязательного контроля температурного режима двига-

теля при проверке состава отработавших газов газоанализаторы могут снабжаться специ-

альными датчиками определения температуры масла. Такой датчик представляет собой

специальный щуп, который вставляется в систему

смазки вместо щупа для измерения

уровня масла. Поскольку масляные щупы имеют разную длину в датчиках температуры

имеются специальные пробки, позволяющие адаптировать датчики. Длина датчика может

изменяться в пределах 100…1500 мм.

ТО и подготовка газоанализатора к работе (на примере MGT5 (МАХА)). Еже-

дневно проводится проверка герметичности заборной системы. Для этого зонд закрывает-

ся специальной заглушкой, и в заборном приспособлении создается разрежение. При этом

процессе проверяется вся линия всасывания, включая зонд. Во время процедуры провер-

ки, продолжающейся примерно 20 с, спад давления не должен превышать 230 мбар.

Для подготовки газоанализатора к

работе его необходимо прогревать. В зависимо-

сти от температуры окружающей среды время прогрева газоанализатора до рабочего со-

стояния составляет 0,5…10,0 мин. По завершении фазы прогрева происходит автоматиче-

ская регулировка газоанализатора относительно температуры окружающего воздуха, ко-

торая называется

регулировкой «нуля».

Если в системе газоанализатора осталось некоторое количество отработавших га-

зов, результаты измерения могут быть искажены. Поэтому в газоанализаторе автоматиче-

ски проводится проверка остаточных газов (СН). В случае отрицательных результатов

проверки (наличие СН), в первую очередь необходимо проверить интервал замены

фильтра и сам фильтр, затем шланги и зонд, которые могут быть

загрязнены.

Периодически (по мере загрязнения) необходимо заменять фильтры. Интервалы

между заменами зависят от окружающих условий, а также от количества и интенсивности

проверок и определяются на основании анализа статистических данных. Например,

фильтр с активированным углем может меняться через 1–5 лет. При замене фильтров де-

лается соответствующая отметка, свидетельствующая об обновлении информации.

1.3.2. Анализаторы отработавших газов дизелей (дымомеры)

Общие положения. Для дизельных двигателей, находящихся в эксплуатации, ос-

новным нормируемым параметром является дымность отработавших газов. В настоящее

время дымность дизельных двигателей определяется с помощью анализаторов отрабо-

тавших газов (дымомеров), работающих на использовании принципа определения погло-

щения света отработавшими газами. Основным измеряемым параметром дымности явля-

ется натуральный показатель ослабления светового потока

K (м

−1

), вспомогательным –

коэффициент ослабления светового потока

N (%).

Принцип измерения дымности отработавших газов в дымомерах основывается на

том, что отработавший (дымовой) газ дизельного двигателя обладает определенной сте-

пенью черноты и в зависимости от ее интенсивности пропускает меньше света, чем воз-

дух. Это свойство используется в приборе для измерения дымности отработавших газов

посредством абсорбционной фотометрии.

Общая схема дымомера показана

на рис. 1.22. Отработавшие газы поступают в из-

мерительную камеру, вытянутую в длину. С одной стороны камеры расположен источ-

ник, с другой стороны – приемник света (фотодиод).

Рис. 1.22. Схема дымомера

Источник представляет собой светоизлучающий диод, который испускает свет с

длиной волны 675 нм. Длина световой волны адаптирована под абсорбционную характе-

ристику дымового газа. На противоположной стороне камеры фотодиод принимает по-

ступающий свет. В зависимости от черноты дыма изменяется степень прохождения света,

падающего на фотоэлемент. Для защиты стекол дымомера от

осадков отработавших газов