Контакты
Главная / Украшаем стены

Газоанализатор определяет. Виды газоанализаторов. Разновидности газоанализаторов в зависимости от физических принципов работы

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы классифицируют по типу на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н 2 , Не, Аг, СО 2 в газовых смесях, содержащих N 2 , О 2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение т-ры при окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величина связана с числом молейМ окислившегося компонента и тепловым эффектом соотношением: , где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Магнитные газоанализаторы. Этот тип применяют для определения О 2 . Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О 2 , объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О 2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10 -2 - 100%. Наиболее распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор).

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкости газовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока.

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избирательном поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух различных атомов.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N 2 , O 2 , СО 2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемыхконцентраций обычно 10 -2 -100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10 -6 %).

Люминесцентные газоанализаторы. Вхемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивностьлюминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют для измерения концентраций токсичных примесей (напр.,оксидов азота, О 2 , С1 2 , CS 2 , O 3 , H 2 S, NH 3 , HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодического действия. Большое число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определения О 2 , СО, SO 2 , H 2 S, NH 3 и др.

Ионизационные газоанализаторы. Действие основано на зависимости электрической проводимости газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру, на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах.

Газоанализатор – это измерительный прибор, предназначенный для определения концентрации определенных компонентов в газовых смесях. Он может работать в ручном или автоматическом режиме. Результат измерений выражается в процентном соотношении концентрации или просто сообщается о критическом превышении установленной нормы определенного вещества в воздухе или другой газовой среде. Устройство предназначено для измерения содержания отдельного компонента и не может реагировать на превышение концентрации другого.

Разновидности устройств по функциональным возможностям

Газоанализаторы разделяют на несколько видов в зависимости от их функционального предназначения. Они производятся в виде:

  • Индикатора.
  • Течеискателя.
  • Сигнализатора.

Приборы индикаторного типа предназначены для кратковременного измерения с целью определения концентрации определенного компонента в газовой среде. Такие устройства зачастую представлены переносными портативными моделями.

Газоанализаторы в виде течеискателей также являются портативными. Они предназначены для поиска течи в газовых трубах. С помощью такого устройства можно точно определить поврежденный участок, через который осуществляется утечка в атмосферу. Прибор работает практически по принципу индикатора, но анализирует не общий объем газа в помещении, а охватывает ограниченное пространство вокруг чувствительного элемента. Прикладывая прибор к трубе, осуществляется сканирование газа вокруг ее стенок с целью выявления участка, где превышение концентрации будет максимальным.

Зачастую такие приборы оснащаются взрывозащищенным корпусом, что исключает образование искры способной воспламенить среду, если идет анализ повреждения труб с горючими газами. Течеискатели часто можно встретить у работников жилищных управляющих компаний, которые проверяют герметичность подключения , и к трубам. Это компактные и легкие приборы, позволяющие осуществлять анализ воздуха на наличие примесей природного газа за считанные секунды.

Газоанализаторы в виде сигнализаторов осуществляют непрерывный анализ состава газовой среды. Они представлены стационарным оборудованием, которое закрепляется неподвижно. При получении данных с превышением допустимых показателей прибор сигнализирует об этом на пульт управлении, в результате чего осуществляется звуковой или световой сигнал. Пульт управления может автоматически перекрыть подачу газа или включить дополнительную вентиляцию.

Существуют анализаторы, которые оснащены собственным световым и звуковым оборудованием для сообщения об опасности. Отдельные устройства идут в комплекте с электроклапаном, который при срабатывании прибора перекрывает трубу. При этом автоматические процессы происходят без участия пульта управления, что позволяет отказаться от его использования.

Виды газов, на которые реагируют анализаторы

Газоанализатор может иметь разнообразную конструкцию, которая реагирует на любое газовое вещество. К самым востребованным устройствам относятся приборы, которые откалиброваны для измерения концентрации следующих видов газов:

  • Сероводород.
  • Пропан.
  • Метан.
  • Окись углерода.
  • Кислород.
  • Диоксид серы и пр.
Бытовой газоанализатор

Согласно требованиям законодательства, газоанализаторы устанавливаются в обязательном порядке на промышленных объектах, а также котельных. В помещениях, где работают отопительные системы, применяются приборы, которые анализируют концентрацию углекислоты, а также горючего газа. На производстве, где существует риск выброса других разновидностей газа, также устанавливаются анализаторы, реагирующие на подобные вещества. В бытовых помещениях наличие подобного оборудования необязательно. При этом использование газоанализаторов существенно повышает безопасность. Предлагаемое производителями оборудование для бытовых помещений не требует подключения к пульту управления. Это снижает затраты на оснащение помещения чувствительными датчиками и системами управления.

В домашних помещениях применяется два типа оборудования – для горючих и угарных газов. Приборы, которые реагируют на горючие смеси, устанавливаются в тех помещениях, где имеются потребители газа. Такие устройства являются стационарными. Они закрепляются на стене вблизи с возможным источником утечки, и с помощью проводов соединяются с электроклапаном, установленным на выходе газовой трубы или на выходе баллона. При превышении допустимой концентрации газа устройство подаст звуковой и световой сигнал, а также даст команду электроклапану перекрыть подачу.

Более распространенными являются бытовые устройства, реагирующие на угарный газ. Его образование происходит при горении обычного газа, дров, угля и любых других предметов. Подобные устройства при обнаружении превышения концентрации окиси углерода выдают звуковой и световой сигнал. При наличии принудительной вентиляции, прибор подсоединяется к ее управлению. Он включает вытяжку, что осуществляет обновление воздуха в помещении. Если устройство устанавливается в помещении с современным отопительным котлом, то срабатывание датчика приводит к перекрытию подачи кислорода в камеру сгорания. Это позволяет прекратить горение и предотвратить увеличение концентрации угарного газа.

Бытовые устройства работают непрерывно. Частота анализа воздуха в помещении осуществляется с периодичностью 5-60 секунд. Перед тем как концентрация опасных веществ в воздухе достигнет критического уровня, бытовой газоанализатор издает предупредительные сигналы, сообщающие о значительном увеличении опасных веществ. Это позволяет заранее среагировать и устранить проблему до того как сработает аварийный сигнал и последует запуск автоматических процессов.

Зачастую бытовой газоанализатор является комбинированным и имеет чувствительные датчики, которые реагируют на несколько веществ. Обычно это три компонента – метан, пропан-бутан и оксид углерода.

Подобные устройства будут уместными для установки в следующих помещениях:
  • В квартирах и домах.
  • Гаражах.
  • Котельных.
  • Хранилищах баллонов с газом.

Разновидности газоанализаторов в зависимости от физических принципов работы

В зависимости от физического принципа, по которому осуществляется анализ газовой среды для выявления отдельных компонентов, существует больше 10 разновидностей газоанализаторов. Не существует полностью универсальной конструкции, которая бы позволяла анализировать состав любых смесей. Для одних разновидностей газов используется один физический принцип, в то время как для других он не действенный или небезопасный.

Выделяют следующие популярные виды газоанализаторов:
  • Термокондуктометрические.
  • Пневматические.
  • Магнитные.
  • Инфракрасные.
  • Ионизационные.
  • Ультрафиолетовые.
  • Люминесцентные.

Термокондуктометрические реагируют на теплопроводность смеси. Данные устройства анализируют насколько эффективно осуществляется передача температуры в газовой среде. Подобное оборудование подходит в тех случаях, когда уровень теплопроводности у основного газа и примесей, которые нужно выявить, существенно отличается.

Пневматические анализируют вязкость смеси, которая присутствует в помещении. Данные приборы не имеют электрических компонентов, поэтому их можно использовать на взрывоопасных объектах. Механические элементы прибора не создают искру, поэтому риск воспламенения газа исключается.

Магнитный газоанализатор используется для анализа кислорода. Подобные приборы используются в различных высокотехнологических механизмах, в которых проводится подготовка газовой смеси для сжигания. По данному принципу работает лямбда-зонд, который монтируется в выхлопной системе современных автомобилей. Устройство определяет концентрацию кислорода в выхлопных газах, что позволяет оценить, насколько эффективно прогорело топливо.

Инфракрасные облучают газовую среду инфракрасными лучами, после чего чувствительные датчики реагируют на уровень поглощения молекулами вещества излучаемого света. Такие устройства имеют взрывозащищенный корпус, поэтому часто используются с взрывоопасными веществами. По данному принципу работает значительная доля лабораторного и промышленного оборудования.

Ионизационный газоанализатор проверяет электропроводимость и ионизованных газов. При наличии примесей электропроводимость отличается, что фиксируется прибором и отображается в процентном выражении концентрации. Подобные устройства могут работать только с теми газами, которые не могут воспламеняться.

Ультрафиолетовые работают по схожему принципу с инфракрасными, за тем исключением, что осуществляют облучение ультрафиолетовыми лучами. Данные приборы также анализируют интенсивность поглощения молекулами измеряемой среды направленных на них лучей.

Люминесцентный газоанализатор измеряет люминесцирующие свойства газов. Эти свойства отличаются в зависимости от концентрации определенных примесей. Данные устройства являются не столь распространенными, поскольку существуют намного более простые технологии производства оборудования, работающие по другому принципу, которые позволяют получить данные с такой же точностью, но с меньшими затратами на изготовление анализатора.

Бывает также прочее оборудование, работающее по другим физическим принципам. Оно является менее распространенным, поскольку затратное в производстве, или требует обслуживания. Зачастую подобные газоанализаторы работают по химическому принципу и требуют заправки приборов реагентами, которые после израсходования нужно доливать. Такие приборы применяются для специфических газов, которые другими способами не анализируются.


Газоанализаторы - это оборудование, которое помогает точно измерять качественный и количественный состав газа. Принцип действия газоанализатора не очень сложный, но у каждого вида оборудования есть свои особенности. Лучше всего эти моменты может отразить схема газоанализатора. В этой статье мы рассмотрим как общий принцип действия, так и работу некоторых моделей газоанализаторов.

Общий принцип работы

Принцип действия основан на поглощении особыми реагентами составляющих веществ. Это происходит в особой последовательности. Если принцип действия автоматический, то измерение происходит постоянно, а, значит, никаких перерывов не происходит. Это удобно тем, что физико-химические показатели газовой смеси фиксируются точно, что также возможно и при взаимодействии с отдельными компонентами вещества.


Анализ различных газовых смесей используют предприятия металлургической, химической и теплогенерирующей промышленностях. Данные, которые дают понять о количестве определенных компонентов, нужны для управления процессом для того, чтобы впоследствии его оптимизировать и отладить его работу.

Газоизмерительное оборудование включает в себя модели разных типов. Они отличаются друг от друга некоторыми параметрами и принципом работы.

Их работа основана на том, что теплопроводность газовой смеси зависит от того, какие компоненты входят ее состав. Такой газоанализатор имеет следующие основные детали:

  1. Измерительная ячейка в виде цилиндрического канала, который сделан из материала высокой теплопроводности и заполнен анализируемым газом.
  2. Нагревательный элемент, который располагается внутри канала и запитан от источника напряжения.

Ячейка заполняется воздухом. Если значение тока стабильное, то нагревательный элемент будет иметь определенную температуру, в таком случае тепло, полученное элементом, и тепло, которое оно отдает материалу канала, будут между собой равны.

Если канал заполнен не воздухом, а газом, который отличается теплопроводностью, нагревательный элемент будет иметь другую температуру. В том случае, если теплопроводность газа превышает теплопроводность воздуха, температура элемента будет ниже, если же не превышает, а становится ниже, то температура элемента повысится.

Оптические устройства

Основа работы данного типа устройства заключается в том, что поток излучения поглощается различными газами селективным путем. В инфракрасной части спектра обычно осуществляется изменение селективного поглощения, так как именно в это месте наблюдается селективность поглощения.


Такой газоанализатор имеет:

  1. Источник инфракрасного излучения;
  2. Камеры двух оптических каналов, который отличаются лишь внутренним содержанием: сравнительная камера заполнена чистым воздухом, а рабочая камера постоянно продувает контролируемую газовую смесь; поток инфракрасного излучения поступает в эти камеры.
  3. Фильтровальные камеры.

Поток излучения при проходе через объем второй, рабочей камеры, теряет часть энергии. Такого не происходит при переходе через сравнительную камеру. Оба потока излучения после этого попадают в фильтровальные камеры, где находятся неизмеряемые компоненты смеси газа. В этом месте энергия, соответствующая спектру, поглощается полностью.

Термохимические газоанализаторы

Такие устройства определяют энергию выделяемого тепла тогда, когда в смеси газов проходит химическая реакция. Принцип работы основан на процессе окисления газовых компонентов. Однако, применяются дополнительные катализаторы, такие как мелкодисперсная платина и марганцево-медный катализатор.


Специальный терморезистор помогает измерить возникающую температуру. Этот прибор меняет свое сопротивление, что зависит от температуры, что способствует изменению проходящего тока.

Электрохимические газоанализаторы

Такая модель предназначена для того, чтобы определять токсические газы. Ее особенность в том, что она может использоваться во взрывоопасных зонах. Это устройство компактное, энергосберегающее и малочувствительное к механическим воздействиям.

Основой работы данных газоанализаторов является явление электрохимической компенсации. Это означает, что выделяется специальный реагент, реагирующий с каким-то определенным компонентом смеси. Есть несколько типов электрохимических газоанализаторов:

  • потенциометрические; их цель – измерять отношение напряженности поля;
  • электро-кондуктометрические; они реагируют на изменения напряженности и тока;
  • гальванические; чувствительны к изменению электропроводности.

Как видим, принцип работы газоанализаторов не сложен, однако один тип устройства отличается от другого, так как преследует различные цели. Газоанализаторы – полезные устройства, позволяющие определить состояние газа на данный момент в помещении, что позволит поддерживать здоровье человека на приемлемом уровне.

На современном диагностическом участке газоанализатор является одним из базовых приборов.

Назначение газоанализатора

К сожалению, в сознании многих специалистов автосервиса газоанализатор по-прежнему ассоциируется с регулировкой карбюратора. Это не так.

Конечно, контроль токсичности отработанных газов (ОГ) - важная функция автомобильного газоанализатора, но, тем не менее, далеко не единственная.

Прибор способен решать широкий круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем, являясь богатейшим источником диагностической информации. Можно с уверенностью утверждать, что газоанализатор - один из основных инструментов диагноста.

Как врачу для постановки диагноза необходимы анализы пациента, так и диагносту нужны данные "анализа", чтобы выявить "болезни" двигателя, ведь состав ОГ напрямую зависит от его состояния.

Эволюция газоанализатора

Первые образцы газоанализаторов, применявшиеся для регулировки двигателя, из всей совокупности компонентов ОГ измеряли только концентрацию оксида углерода СО. Приборы были однокомпонентными.

Анализ концентрации СО позволял сделать вывод о качественном соотношении топливно-воздушной смеси и применялся в основном при регулировке карбюраторов. Такие газоанализаторы имели стрелочное отображение результатов анализа и работали на принципе измерения электрической проводимости платиновой спирали в среде оксида углерода.

К 70-м годам прошлого века остро встал вопрос необходимости контроля автомобильных токсичных выбросов. Уровень развития техники тех лет позволил создать двухкомпонентные автомобильные газоанализаторы, способные измерить концентрацию еще одного вредного компонента - несгоревшего топлива, обозначаемого СН. Эти приборы работали на принципе спектрометрирования исследуемых газов в инфракрасном диапазоне, который используется по настоящее время.

Дальнейшее развитие автомобильных газоанализаторов привело к появлению трех-, четырех- и даже пятикомпонентных приборов, позволяющих измерить концентрацию не только названных выше оксида углерода СО и углеводородов СН, но и диоксида углерода СО 2 , кислорода О 2 и оксидов азота NО x , а также рассчитать соотношение воздух-топливо в исходной топливно-воздушной смеси.

Спектрометрический блок газоанализатора: принцип действия

Принцип действия спектрометрического блока газоанализатора основан на эффекте частичного поглощения энергии светового потока, проходящего через газ.

Молекулы каждого газа представляют собой колебательную систему, способную поглощать инфракрасное излучение в строго определенном диапазоне волн. Если через колбу с газом пропустить стабильный инфракрасный поток, то часть его будет газом поглощена. Более того, будет поглощена в основном только некоторая часть спектра потока, называемая абсорбционным максимумом данного газа. Чем выше концентрация газа в колбе, тем большее будет наблюдаться поглощение.

Тот факт, что разные газы обладают разными абсорбционными максимумами, позволяет измерить концентрацию газов в смеси, измеряя поглощение соответствующей длины волны. Иначе говоря, определить концентрацию каждого из газов в ОГ можно, анализируя снижение интенсивности светового потока в части спектра, соответствующей абсорбционному максимуму данного газа.

Спектрометрический блок прибора устроен следующим образом

Через измерительную кювету, представляющую собой трубку с закрытыми оптическим стеклом концами, прокачиваются предварительно отфильтрованные отработанные газы. С одной стороны трубки расположен излучатель. Он представляет собой нагреваемую электрическим током спираль, температура которой строго стабилизируется. Излучатель генерирует стабильный поток инфракрасного излучения.

С противоположной стороны трубки устанавливаются светофильтры, которые из всего потока выделяют необходимые длины волн, соответствующие абсорбционным максимумам исследуемых газов.

После прохождения светофильтров поток попадает в приемник инфракрасного излучения. Приемник измеряет интенсивность потока и вырабатывает информацию о концентрации газов в смеси.

Таким способом определяется концентрация СО, СН и СО 2 . В дальнейшем смесь газов из измерительной кюветы поступает последовательно в датчики электрохимического типа, вырабатывающие электрический сигнал, напряжение которого пропорционально концентрации кислорода О 2 и оксидов азота NО x .

В современном приборе замер концентрации СО, СН и СО 2 выполняется описанным спектрометрическим методом, а концентрации кислорода O 2 и оксидов азота NO x - электрохимическими датчиками.

Обработка сигналов датчиков и спектрометрического блока в современном газоанализаторе выполняется электронной схемой, построенной на базе микропроцессора.

На дисплей прибора информация о содержании СО, CO 2 и O 2 выводится в процентах, а СН и NO x - в так называемых ppm (parts per million), «частей на миллион». Такое обозначение связано с крайне низкой концентрацией названных компонентов в ОГ и неудобством использования процентов для обозначения их количества. Соотношение между процентами и ppm выглядит следующим образом:

10 000 ppm = 1%

Поэтому количество, например, СН в ОГ типичного двигателя составляло бы около 0.001%-0.01%. Оперировать в работе такими цифрами сложно, в результате принято использовать именно ppm.

Газоанализатор - прибор сложный, и его качество определяется точностью и надежностью компонентов, в первую очередь спектрометрического блока.

Конструктивно и технологически спектрометрический блок настолько сложен и специфичен, что его производство на должном с точки зрения качества уровне освоено лишь несколькими фирмами во всем мире.

Производители непосредственно газоанализаторов используют уже готовые спектрометрические блоки, встраивая их в свои приборы. Такой подход себя оправдывает, и в приборе, произведенном в России, Италии или Корее можно обнаружить спектрометрический блок, сделанный в Японии или Америке.

Спектрометрический блок - дорогое устройство, составляющее заметную часть в стоимости прибора.

При эксплуатации очень важно обеспечить его долговечность. Механические частицы, сажа и влага, оседая на стенках блока, приводят к значительному дрейфу его показаний и даже к его полной неработоспособности.

Поэтому, прежде чем попасть в измерительный блок, отработанные газы проходят подготовку, которая производится, как правило, в несколько этапов:

  • грубая очистка отработанных газов. Выполняется фильтром, установленным на входе в прибор либо в ручке зонда забора пробы. Отфильтровываются крупные механические частицы и сажа.
  • отделитель влаги. Он может быть самых разнообразных конструкций. Назначение - отделить от потока газов капли влаги, конденсирующиеся на внутренних поверхностях зонда и соединительного шланга и удалить их. Удаление производится автоматически либо вручную оператором путем периодического слива конденсата из накопителя.
  • фильтр тонкой очистки. С его помощью производится окончательная фильтрация от мельчайших механических частиц. Фильтров может быть установлено несколько, последовательно друг за другом.

Что нужно знать при эксплуатации газоанализаторов

Особенность конструкции прибора накладывает отпечаток на его эксплуатацию и рекомендации по уходу за ним. Как правило, эксплуатация автомобильного газоанализатора не представляет большой сложности и выполняется одним оператором.

Перед выполнением измерений необходимо произвести коррекцию нуля прибора, для чего нажать на лицевой панели соответствующую кнопку. Часть газоанализаторов выполняют коррекцию нуля автоматически через заданный промежуток времени, в этом случае вмешательство оператора не требуется.

Для снятия показаний нужно установить зонд в выхлопную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм и зафиксировать его зажимом. Столь значительная глубина требуется для того, чтобы исключить подсос в зонд атмосферного воздуха и получение недостоверных показаний.

Далее необходимо запустить измерение и дождаться установившихся показаний на табло прибора. Длительность процесса установки показаний обычно составляет от 15 до 45 секунд и зависит от длины шланга и конструкции пневматического тракта, которая может значительно различаться у приборов разных производителей.

Основываясь на многолетней практике эксплуатации газоанализаторов, можно дать следующую рекомендацию.

После каждого замера следует отключить шланг с зондом от прибора и продуть его в обратную сторону сжатым воздухом с целью удаления конденсата. Чаще всего при этом наблюдается весьма значительное выделение влаги. Конечно, встроенный отделитель влаги свою функцию выполняет, но, тем не менее, следование данной рекомендации представляется как мера, повышающая вероятность безотказной работы прибора.

Обслуживание газоанализатора сводится в основном к периодической замене фильтров тонкой и грубой очистки. Рекомендации по их замене приводятся в руководстве по эксплуатации конкретного прибора.

Очень важно обратить внимание на следующий момент: фильтры тонкой очистки, применяемые в газоанализаторах, отличаются от бензиновых фильтров и использование последних в газоанализаторах недопустимо.

Также важно следить за тем, чтобы фильтры были сухими. Намокшие фильтры необходимо либо просушить подачей воздуха в направлении против нанесенной на корпус стрелки, либо заменить.

Анализ состава отработанных газов

Самый главный тезис, который необходимо озвучить перед изложением методики анализа состава отработанных газов, заключается в следующем.

Для грамотного и правильного анализа требуется абсолютное понимание того, откуда в составе ОГ появляется тот или иной компонент.

Нужно четко представлять течение процессов в цилиндрах и выпускном тракте двигателя, происходящие при этом химические превращения и базироваться на этом понимании.

При таком подходе диагност начинает думать и грамотно анализировать состав ОГ, видя причинно-следственные связи. Подход типа «если состав ОГ такой-то - то имеет место дефект такой-то» не представляется конструктивным и рассматриваться не будет.

Прежде всего, вспомним из школьного курса химии состав атмосферного воздуха. Это потребуется для правильного понимания происходящих в цилиндрах и в выпускном тракте двигателя процессов.

Остальные газы, в основном инертные, присутствуют в малых количествах и в нашем случае большой роли не играют, как, впрочем, и аргон. Цифры, очень близкие к приведенным, можно увидеть на табло газоанализатора, если запустить измерение «на свежем воздухе».

Итак, в цилиндрах двигателя сгорает рабочая смесь.Реакция окисления углеводородов топлива происходит по следующей схеме:

СН + О 2 => СО 2 + Н 2 О.

Напомним, что состав смеси принято оценивать коэффициентом избытка воздуха λ. Он представляет собой отношение реального количества воздуха, поступившего в цилиндры, к теоретическому количеству, необходимому для полного сгорания топлива. Смеси, в которых количество воздуха совпадает с теоретически необходимым, называются стехиометрическими. В этом случае λ=1. Если количество воздуха больше необходимого, то смесь принято называть бедной, и коэффициент находится в диапазоне λ=1.0...1.3. Более бедная смесь перестает воспламеняться. Если же воздуха меньше необходимого, то смесь называют богатой. Такая смесь характеризуется значением λ=0.8...1.0.

Казалось бы, при сгорании стехиометрической смеси отработанные газы должны состоять из углекислого газа СО 2 , водяного пара Н 2 О и азота N 2 . Но на практике все происходит иначе. Под действием высокой температуры в цилиндре двигателя азот и кислород вступают в реакцию, в результате которой образуются оксиды азота. Совокупность этих оксидов обозначается NO x и отображается пятикомпонентными газоанализаторами. Образование NO x сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода. Основным компонентом в смеси оксидов азота является монооксид NO. Покинув цилиндры двигателя, он окисляется в атмосфере до диоксида NО 2 , который гораздо более токсичен и, соединяясь в атмосфере с водяным паром, образует кислотные дожди.

Кроме того, в ОГ всегда содержатся углеводороды СН. Они представляют собой исходные или распавшиеся молекулы топлива, которые не принимали участия в сгорании, а также продукты распада моторного масла. Углеводороды появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в защемленных объемах вроде пространства между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

Часть СН выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндров. На такте рабочего хода и выпуска происходит их выделение из пленки. Аналогичный эффект поглощения паров топлива наблюдается и на нагаре, покрывающем стенки камеры сгорания.

Далее, в ОГ обязательно присутствует продукт неполного сгорания топлива — оксид углерода СО (угарный газ). Он образуется в основном во время реакции сгорания при недостатке кислорода, поэтому основное влияние на образование СО в бензиновых двигателях оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО.

Следует отметить, что данный компонент является, пожалуй, самым опасным с точки зрения воздействия на человеческий организм. Угарный газ не имеет цвета и запаха, но при вдыхании соединяется с гемоглобином крови и при высокой концентрации может вызвать смертельный исход.

Конечно же, в составе ОГ неизбежно окажется и не вступивший в реакцию кислород. Следует отметить, что кислород может оказаться в составе ОГ не из цилиндров двигателя, а из атмосферного воздуха, поступающего через места нарушения герметичности выпускного тракта.

Каталитический нейтрализатор

Многочисленные исследования показали, что улучшение процесса сгорания, оптимизация управления составом смеси и углом опережения зажигания не позволяют снизить токсичность ОГ хотя бы до уровня, обеспечивающего выполнение норм Евро II, не говоря о более высоких требованиях.

Для решения проблемы было предложено использование дополнительной обработки ОГ в выпускном тракте двигателя. Устройства, выполняющие такую обработку, называются каталитическими нейтрализаторами.

Основными частями каталитического нейтрализатора являются:

  • корпус из жаропрочной нержавеющей стали
  • блок-носитель, представляющий собой сотовую структуру из керамики или гофрированной фольги толщиной 0.1..0.5 мм
  • прослойка с пористой структурой из оксида алюминия
  • активный каталитический слой

Блок-носитель состоит из нескольких тысяч тонких каналов, сквозь которые протекают отработанные газы. Каналы керамического или металлического блока-носителя покрыты очень пористой прослойкой. Благодаря этому полезная площадь поверхности каталитического нейтрализатора увеличивается приблизительно в 7 000 раз, что обеспечивает необходимый массоперенос между ОГ и активным катализатором. На прослойку наносится каталитически активный слой.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет каталитически активный слой из платины (Pt), родия (Rd) и палладия (Pd). Название «трехкомпонентный каталитический нейтрализатор» говорит о том, что в одном корпусе одновременно и параллельно протекают три химические реакции превращения.

Для нормального течения этих реакций в нейтрализаторе необходимо поддерживать высокую температуру в пределах 400…800°С. При более низких температурах эффективность нейтрализатора невелика, а при температуре свыше 1000°С наступает термическое разрушение активного слоя и даже спекание сот блока-носителя.

Не вдаваясь в подробности протекающих на поверхности активного слоя химических реакций, можно привести лишь упрощенные окончательные их результаты:

  • NO x восстанавливаются до чистого азота N 2 с выделением при этом свободного кислорода O 2
  • СО окисляется до СO 2 , при этом расходуется кислород O 2
  • углеводороды СН окисляются до СO 2 и Н 2 О, при этом тоже расходуется кислород O 2

Отличительной особенностью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора является то, что для его полноценной работы необходима работа двигателя на стехиометрической топливно-воздушной смеси. Объясняется это следующим. Только при λ = 1 получается состав ОГ, в котором свободного кислорода, выделившегося при восстановлении оксидов азота, достаточно для полного окисления СО и СН до СO 2 и Н 2 О.

Этот факт настолько важен, что его следует повторить: полноценное функционирование каталитического нейтрализатора возможно только в том случае, если двигатель работает на стехиометрической смеси.

В литературе даже используется термин «окно катализации», под которым подразумевается диапазон значений λ, при которых нейтрализатор способен выполнять свою функцию. Строго говоря, этот диапазон смещен от стехиометрии в сторону богатой смеси, и находится примерно в пределах λ = 0.98..0.99. Поддержание состава смеси в заданном диапазоне возложено на систему управления двигателем, для чего в ее состав введен датчик концентрации кислорода в ОГ.

Также необходимо упомянуть о двигателях с непосредственным впрыском топлива. Такие двигатели в некоторых режимах могут работать на сверхбедных смесях, что ведет к значительному повышению доли оксидов азота NO x . Поэтому для нейтрализации NO x в выпускной тракт устанавливается еще один катализатор, так называемого накопительного типа.

Для более полного понимания работы каталитического нейтрализатора был проведен следующий эксперимент.

Был взят автомобиль ВАЗ 2112, оснащенный ЭБУ VS5.1 с прошивкой V5D07X09, поддерживающей регулировку подачи топлива с диагностического оборудования.

  1. Нейтрализатор присутствует. Были зафиксированы показания СО, CO 2 , O 2 , СН и λ при изменении регулировочного коэффициента в диапазоне от −0.250 до +0.250.
  2. Вместо нейтрализатора установлена труба-вставка, и измерения проведены повторно.

Результаты отображены на графиках. Сплошная линия соответствует замеру с нейтрализатором, прерывистая — без него.

Графики строились вручную, с небольшой интерполяцией. Следует отметить один нюанс — по какой-то причине прибор показал неверное значения CO 2 при измерении с нейтрализатором. Вероятно, это произошло из-за длительной работы двигателя при низкой частоте вращения и, соответственно, снижения температуры нейтрализатора. С этой оговоркой можно обратить внимание на полученные результаты и проанализировать их:

Первое, что бросается в глаза, — значение λ в обоих случаях практически совпало.

В диапазоне богатых смесей точки вообще образовали одну линию, в диапазоне бедных смесей наблюдается расхождение на уровне погрешности измерения. И лишь на самых бедных смесях разница заметна, но, вероятно, в том диапазоне просто невозможно корректное вычисление λ.

Вывод: независимо от наличия или отсутствия нейтрализатора рассчитанное значение λ остается одним и тем же. Собственно, по-другому и не могло быть, ведь значение λ характеризует только работу двигателя, неважно, с нейтрализатором или без него.

Очень любопытно ведет себя значение СН. Без нейтрализатора наблюдается классическая зависимость. С нейтрализатором картина интереснее. Он сильно влияет в диапазоне бедной смеси. Около стехиометрии наблюдается характерная впадина, соответствующая окну катализации. Причем при небольшом обогащении смеси относительно стехиометрии происходит очень резкий скачок значения СН, и далее оно почти сравнивается со значением, полученным без нейтрализатора.

То же самое можно сказать и о графиках СО. Совершенно четко прослеживается диапазон в районе стехиометрии, где эффективность работы нейтрализатора максимальна, и графики соответственно максимально разнятся.

Графики CO 2 тоже имеют академический вид. Количество CO 2 в составе ОГ в случае с нейтрализатором больше. Объясняется это тем, что последний превращает в CO 2 содержащиеся в ОГ углеводороды и угарный газ. При отклонении от стехиометрии как в сторону обеднения, так и в сторону обогащения смеси, количество CO 2 уменьшается.

Это очень важный момент: максимальное количество CO 2 в составе ОГ приблизительно соответствует стехиометрической смеси .

Расчетный коэффициент λ

Отдельного разговора заслуживает коэффициент избытка воздуха λ. Следует четко понимать, что значение λ, отображаемое на дисплее прибора, представляет собой не реальный, а расчетный коэффициент. Он вычисляется процессором газоанализатора исходя из количества различных компонентов в составе ОГ. Вычисление производится по так называемой формуле Бертшнайдера:

Формула приведена в качестве справочного материала и подробно разбираться нами не будет.

Расчетное значение λ будет соответствовать реальному значению только в случае, если выпускной тракт двигателя полностью герметичен, а измерительные элементы газоанализатора откалиброваны. В том случае, если выпускной тракт негерметичен (имеются подсосы атмосферного воздуха), то расчетное значение λ может оказаться не только неверным, но и превышающем все разумные пределы. Объясняется это тем, что в формуле Бертшнайдера используется содержание кислорода в ОГ, и любое появление лишнего кислорода приводит к значительной погрешности вычисления этого коэффициента.

Состав ОГ исправного двигателя

Учитывая все вышесказанное, необходимо озвучить состав отработанных газов исправного двигателя. Следует заранее оговориться, что в дальнейшем речь пойдет о работе с четырехкомпонентным прибором, так как пятикомпонентные, отображающие помимо прочего количество NO x , на участках диагностики практически не применяются из-за высокой цены. Цифры, которые будут приведены ниже, получены из многолетнего опыта применения газоанализаторов.

Прежде чем назвать их, заострим внимание на следующем моменте.

Подавляющее большинство современных бензиновых двигателей оснащено каталитическим нейтрализатором отработанных газов. Поэтому составы ОГ такого двигателя и двигателя, не оснащенного нейтрализатором, будут значительно отличаться. Исходя из этого соображения, представляется наиболее правильным рассматривать состав ОГ в выпускном тракте до нейтрализатора и после него. Эти цифры - эталон, от которого делаются все последующие выводы, можно сказать, это основа газоанализа. Их нужно запомнить и постоянно держать в голове. Итак,

Состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя в выпускном тракте до каталитического нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.1)

Состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя, при исправном и прогретом каталитическом нейтрализаторе, в выпускном тракте после нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.2)

Более низкие значения СО и СН во втором случае объясняются течением химических реакций в нейтрализаторе. Процентное содержание кислорода также снизилось вследствие его расходования в реакциях окисления. Количество же диоксида углерода CO 2 возросло вследствие окисления СО.

Здесь мы не видим оксидов азота NO x , но нельзя забывать, что в нейтрализаторе они восстановились до чистого азота и утратили вредное влияние на окружающую среду. Обратите внимание на то, что значение λ в обоих случаях равно 1.

Рассмотренные параметры газоанализа - эталонные, это то, что будет на табло прибора при полностью исправном, прогретом двигателе, работающем на стехиометрической смеси. Теперь поговорим об отклонениях, которые встречаются на практике и об анализе состава ОГ в этих случаях.

Негерметичность выпускного тракта

Не следует забывать, что движение газов в выпускном тракте носит сложный волновой характер, и зоны давления чередуются с зонами разрежения.

Когда место негерметичности тракта оказывается в зоне давления, отработанные газы вырываются наружу с характерным звуком (тракт «подсекает»), а когда в зоне разрежения - в выпускной тракт поступает атмосферный воздух. А теперь вспомним его состав. Даже если подсос незначителен, то содержание O 2 в ОГ увеличится очень сильно, ведь в воздухе его почти 21%, а в ОГ около 0.5%. В то же время CO 2 в воздухе мало, и количество этого газа в составе ОГ изменится не так значительно. То же самое можно сказать о содержании СО и СН.

В случае подсоса воздуха в выпускной тракт имеет место неестественно большое количество O 2 в составе ОГ. Можно утверждать, что первый параметр, который необходимо оценить при анализе состава отработанных газов, - это именно содержание кислорода . Если оно превышает 1.5..2%, то присутствует подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт.

Дальнейший анализ не имеет смысла без устранения дефектов тракта. Нужно оговориться, что большое количество кислорода в составе ОГ будет наблюдаться и при пропусках воспламенения, но для них характерно большое количество несгоревшего топлива, и спутать две этих ситуации практически невозможно.

Конечно, при наличии подсоса анализировать остальные параметры состава ОГ попросту бессмысленно. Отметим лишь, что расчетный коэффициент λ в такой ситуации приобретает запредельные значения. Косвенно они тоже указывают на описываемый дефект.

Богатая смесь

В этом случае λ ‹ 1, воздуха в смеси меньше необходимого для полного сгорания. Несложно прийти к выводу о том, что при недостатке кислорода сгорание происходит не полностью и в ОГ содержится больше СН, чем при стехиометрической смеси. Содержание СО возрастет по этой же причине. Количество CO 2 станет меньше, чем при работе на стехиометрической смеси, ведь топливо сгорело неоптимальным образом. Поэтому состав ОГ двигателя, работающего на обогащенной смеси без нейтрализатора, выглядит приблизительно так: (табл.3)

Нужно отметить, что при наличии каталитического нейтрализатора незначительное обогащение смеси по составу ОГ можно и не обнаружить, но любое серьезное отклонение приведет к выходу из окна катализации и явному уходу состава ОГ от нормы. В этом случае цифры на табло прибора будут похожими на приведенные выше.

Применительно к современным двигателям в качестве причин богатой смеси можно назвать повышенное давление топлива, дрейф характеристики ДМРВ, поступление топлива через неплотную мембрану вакуумного регулятора давления (на системах с обратным сливом топлива).

Причиной может быть и неисправный ДТОЖ, подобный дефект легко обнаруживается по показаниям сканера. Отдельно следует упомянуть такой хитрый дефект, как подсос воздуха в выпускной тракт перед сигнальным датчиком кислорода. В такой ситуации атмосферный кислород регистрируется датчиком, что приводит к значительному обогащению смеси и даже возникновению соответствующего кода неисправности.

Еще один источник лишнего топлива в смеси - моторное масло.

Здесь следует сделать небольшое отступление. Дело в том, что масляная пленка на зеркале цилиндра играет далеко не последнюю роль в формировании рабочей смеси и процессах, происходящих в камере сгорания. Если по какой-либо причине двигатель долго работал на слишком богатой смеси либо просто запустился не с первого раза, что очень часто бывает зимой, то в масло попадает бензин.

Можно предположить, что несгоревший бензин стекает по стенкам цилиндров или просто проникает через замки поршневых колец. Так или иначе, но бензин в масло попадает, и надо принять это как реальность. Какими путями он поступает в дальнейшем в камеры сгорания - есть два предположения. Пары бензина вместе с картерными газами движутся по системе вентиляции картера и смешиваются во впускном коллекторе с воздухом. Но, как показывает практика, если отсоединить шланги вентиляции картера от впускного коллектора, то смесь обедняется незначительно. Однако после замены моторного масла все приходит в норму.

Отсюда становится возможным сделать вывод: молекулы топлива попадают в камеру сгорания из масляной пленки на стенках цилиндров. Ведь стенки смазываются разбрызгиванием, и при каждом ходе поршня пленка масла обновляется. Описанное явление ни в коем случае не должно вводить диагноста в заблуждение: если после неудачной попытки зимнего запуска наблюдается богатая смесь либо заниженный коэффициент коррекции подачи топлива, то это абсолютно нормальное явление. В такой ситуации есть смысл рекомендовать замену моторного масла во избежание повышенного механического износа двигателя и снижения рабочих свойств самого масла.

Бедная смесь

Такая смесь характеризуется значением λ › 1 и избыточным количеством воздуха. Несложно прийти к выводу, что при избытке в смеси воздуха количество остаточного кислорода в ОГ возрастет. Количество СН изменится незначительно, ведь одна из причин появления паров топлива в ОГ заключается в гашении пламени в защемленных объемах, и это не зависит от состава смеси. Заметно снизится значение СО. Связано это прежде всего с избытком кислорода и окислением СО до CO 2 . Несмотря на это, процент CO 2 относительно стехиометрической смеси снизится вследствие общего увеличения количества газов. Конечно же, расчетный коэффициент λ окажется выше 1. Состав ОГ двигателя, работающего на обедненной смеси и не оснащенного нейтрализатором, приведен ниже (табл.4):

В качестве причин бедной смеси современного двигателя можно назвать, прежде всего, подсос воздуха в задроссельное пространство. Путей много: это и вакуумный усилитель тормозов, и разрушение уплотняющих прокладок впускного коллектора, износ пары ось-втулка дроссельной заслонки, старение резиновых уплотнений форсунок и регулятора холостого хода. Локализовать место подобного дефекта можно с использованием генератора дыма.

Помимо подсоса воздуха, причиной обеднения смеси могут являться пониженное давление топлива вследствие износа бензонасоса или засорения топливного фильтра и магистрали, снижение производительности форсунок, неверные показания ДМРВ.

Обнаружить работу на бедной смеси двигателя, оснащенного каталитическим нейтрализатором, довольно сложно. Дело в том, что при выходе из окна катализации в сторону обеднения нейтрализатор продолжает оказывать значительное влияние на состав ОГ. В этом случае необходимо воспользоваться значением CO 2 и оценить эффективность сгорания в целом.

Высокое содержание СН

У двигателя без нейтрализатора нормальное значение этого параметра - 100..200 ppm. Если на табло прибора видим СН, равный 300..400 и более, это повод искать причину, по которой бензин попросту не сгорает, другими словами, имеют место пропуски воспламенения.

Причин таких пропусков можно назвать много. Изношенные или неисправные свечи, высоковольтные провода, дефектный модуль зажигания, не отрегулированные тепловые зазоры клапанов, пониженная компрессия, неисправная форсунка. Причем все это — как в одном, так и в нескольких цилиндрах. Еще одна причина повышенного содержания в ОГ паров топлива — неплотный или начинающий прогорать выпускной клапан. В этом случае на такте сжатия часть топливного заряда попросту выталкивается в выпускной тракт. Двигатель при этом может работать вполне нормально, и остальные параметры газоанализа будут в норме. Приведенная ниже таблица содержит пример состава ОГ реального двигателя без нейтрализатора, имеющего дефектные свечи (табл.5):

Все остальные системы двигателя заведомо в полном порядке. Проанализируем полученные данные.

Повышенное содержание в ОГ паров топлива говорит о том, что последнее попросту не сгорает.

Высокое содержание кислорода вкупе с высоким же количеством СН позволяет сделать предположение о пропусках. Откуда появляется кислород? Из цилиндров двигателя, которые при пропусках попросту выбрасывают атмосферный воздух, смешанный с парами топлива. СО 2 ниже нормы, что тоже говорит о ненормальном сгорании. Ну и расчетный коэффициент λ — прибор рассчитывает его, исходя помимо прочего и из содержания кислорода. Именно пропуски воспламенения и наблюдались на исследуемом двигателе, они были хорошо слышны у среза выхлопной трубы.

В случае двигателя без нейтрализатора при возникновении пропусков особых проблем, кроме повышенного выброса токсичных веществ, нет. Но на двигателях, оснащенных нейтрализатором, пропуски воспламенения приводят к его недопустимому разогреву. Несгоревшие пары топлива в смеси с кислородом воздуха вступают на поверхности блока-носителя в реакцию, вызывая выделение большого количества теплоты. Температура блока-носителя и корпуса нейтрализатора повышаются до значений 1000°С и более. Это явление очень опасно и может привести, например, к возгоранию сухой травы под днищем автомобиля либо к повреждению прилегающих к нейтрализатору элементов.

На практике неоднократно наблюдалось расплавление шумоизоляции салона, разрушение изоляции прилегающих к кузову электрических проводов и короткое замыкание в них.

Но в первую очередь пропуски воспламенения и последующий перегрев нейтрализатора приводят к разрушению последнего. В керамическом блоке-носителе происходит спекание сот, вызывая при этом повышение газодинамического сопротивления выпускного тракта.

Если блок-носитель выполнен из стальной фольги, как правило, его спекания не происходит, но разрушается каталитический активный слой, и нейтрализатор перестает выполнять свою функцию. Так или иначе, но пропуски воспламенения в двигателе, оснащенном нейтрализатором, представляют собой очень опасное явление.

В связи с этим современная система управления двигателем ведет мониторинг пропусков и при их обнаружении отключает неисправный цилиндр.

Анализ количества СО 2

Как уже упоминалось выше, этот компонент ОГ представляет собой продукт самого полного сгорания топлива. Чем лучше сгорело топливо в цилиндрах двигателя (и «догорело» в нейтрализаторе), тем выше будет количество СО 2 в составе ОГ.

Данное утверждение может оказаться несправедливым применительно к двигателю с непосредственным впрыском бензина в цилиндры при работе на сверхбедной смеси. Но в настоящий момент речь идет о более массовых двигателях с впрыском в коллектор. У исправного двигателя, не оснащенного нейтрализатором, в ОГ содержится примерно 14% СО 2 , у оснащенного - 16%. Называя эти цифры, сложно утверждать, что именно их вы увидите на табло своего прибора. Лучше всего посмотреть, каковы будут показания у того прибора, который вы используете, и оперировать в своей работе именно ими. Но общий принцип анализа от этого не изменится.

Получив значение СО 2 , следует его оценить

Если оно примерно совпадает со значением, максимально достижимым для данного типа двигателей (см. табл. 1,2), то можно сделать вывод, что проблем с подачей топлива и формированием топливно-воздушной смеси нет. Напротив, снижение количества СО 2 должно насторожить, ибо это признак проблемы.

Конечно, газоанализатор не укажет на неисправный датчик или элемент, но он подскажет направление поиска дефекта или хотя бы укажет на его наличие.

В практике автора были случаи, когда по всем параметрам работа двигателя вроде бы укладывалась в норму, но количество СО 2 в ОГ говорило о наличии проблемы. В итоге дефект обнаруживался, и принимались меры к его устранению. Именно этот критерий позволяет оценивать работу двигателя, оснащенного нейтрализатором, не обращаясь к значениям СО и СН, которые в этом случае близки к нулю и не несут информации.

Контроль состояния каталитического нейтрализатора

Современные электронные блоки управления двигателем контролируют состояние нейтрализатора и выставляют в случае снижения его эффективности соответствующий код неисправности. Однако приговаривать весьма дорогостоящий узел к замене на основании только выставленного блоком кода не представляется разумным.

Необходимо убедиться в правильности диагноза, и в этом случае газоанализатор - единственный прибор, способный вам помочь. Методика оценки работоспособности нейтрализатора основана на принципе его работы. Так как свою функцию он начинает выполнять только при достаточно высокой температуре и работе двигателя на стехиометрической смеси, необходимо прогреть двигатель до включения вентилятора и при помощи сканера убедиться в том, что петля обратной связи по датчику кислорода замкнута. Затем производится анализ состава ОГ.

В первую очередь выполняется проверка состава ОГ при работе двигателя на частоте вращения холостого хода. Если нейтрализатор исправен, состав ОГ будет соответствовать приведенному выше эталонному для двигателя с нейтрализатором (табл. 2). В том случае, если наблюдается увеличенное содержание СО (0.1%...0.6%) и СН (50…200 ppm), а также сниженное количество СО 2 , нейтрализатор утратил свою работоспособность.

Если же никаких проблем нет и цифры на табло соответствуют эталону, следует увеличить частоту вращения примерно до 4000 rpm и повторно снять показания газоанализатора.

Идея методики такова. При малом потоке ОГ, характерном для низкой частоты вращения, нейтрализатор успевает полноценно обработать вредные компоненты. При большом потоке на высокой частоте вращения его эффективности может не хватить. Поэтому критерием исправности нейтрализатора может считаться его способность обеспечить эталонные параметры состава ОГ при высокой частоте вращения.

Ради интереса можно провести следующий эксперимент. Подключаем газоанализатор к выхлопной трубе холодного двигателя, запускаем двигатель и следим за составом ОГ. Можно четко отследить первоначальную работу двигателя на обогащенной смеси, затем постепенное изменение параметров в сторону стехиометрической смеси и, наконец, смещение параметров к эталонным для двигателя с нейтрализатором.

Такие эксперименты очень полезны, так как они наглядно связывают теорию работы двигателя и системы управления с практическими результатами его работы, наблюдаемыми с помощью приборов.

Газоанализ и диагностика: краткие итоги

В работе с газоанализатором необходим творческий подход.

Здесь нельзя пользоваться никакими алгоритмами. Нужно критически оценивать цифры на табло прибора и размышлять о том, почему они именно такие, откуда появился тот или иной компонент.

Самые основные, базовые моменты анализа состава ОГ были нами рассмотрены, теперь дело за практикой и наработкой вашего собственного опыта.

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами .

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.

2. Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.

3. Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач – это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания), Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).