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.

Trochę rzeczy o których instrukcja nie wspomniała
Dyskutowaliśmy o właściwościach podczerwieni do analizowania wydajności spalania, jak się okazuje
podczerwień jest nawet bardziej wszechstronna. Aby stwierdzić dlaczego silnik nie chce zapalić lub
gaśnie, przeprowadź test, ponów próbę zapalania (zacznij kręcić rozrusznikiem) z podłączonym
analizatorem.
To jest szybki sposób aby rozwiązać problem, czy przyczyną jest brak zasilania paliwem, czy zapłon. W
momencie, gdy kręcisz silnikiem, obserwuj co się dzieje ze wskazaniami HC. Jeśli wskazania są wysokie,
trzeba sprawdzić system zapłonowy oraz rozrząd, jeśli wskazania są niskie umieść swoją rękę nad
gaźnikiem lub wlotem powietrza i zakręć rozrusznikiem i sprawdzaj czy czujesz ssanie.
Małe podciśnienie z podniesionym poziomem HC jest dobrym wskaźnikiem niskiej kompresji i/lub dużego
zaciągania powietrza inną drogą (lub przedmuchów). Jeśli odczuwałeś "dobre" podciśnienie na ręce na
wlocie powietrza z małym poziomem HC, jest szansa, że problemem jest brak zasilania silnika paliwem.
Ten analizator jest również dobry do potwierdzenia diagnozy "wydmuchanej" uszczelki pod głowicą, lub
pękniętego bloku pomiędzy komorą spalania a układem chłodzenia. Po usunięciu korka chłodnicy (proszę
testuj to na zimnym silniku!!!) trzymaj końcówkę sondy tuż nad wlewem. Zapal silnik, jeśli pojawią się
bąbelki powietrza i będziesz miał wskazania CO i HC, to znaczy, że gazy wylotowe znalazły drogę i
dostają się do układu chłodzenia.

Co robić jeśli?
Jest oczywistym, że ten artykuł nie będzie w stanie odpowiedzieć na wszystkie twoje pytania, ale ja
próbowałem przewidzieć niektóre z nich, bazując na moich wcześniejszych doświadczeniach. Większość
Szpeców wytyka producentom samochodów, że nie zamieszczają oni specyfikacji. Może tak być, ale jeśli
popatrzysz na naszą dyskusję, czy ma to znaczenie?
My omawialiśmy w tym przykładzie silnik benzynowy 4 suwowy i żaden z producentów nie może
przypisywać sobie że to wymyślił. Pamiętaj - podstawowe zasady działania są te same. Tym, czym się
różnią samochody pomiędzy sobą jest to, jak dobrze samochód może utrzymać się w powyżej opisanych
granicach w dużym zakresie obrotów, w różnych warunkach obciążenia i jak długo.
Tu możesz dostrzec zalety technologii wielozaworowych, wyższość wtrysku paliwa nad gaźnikiem i co jest
sednem zapłonu elektronicznego.
Co jeśli odczyty nie są nawet bliskie tego, co jest wymagane, ale silnik wygląda, że jest OK? To jest tak
samo jak pytać się, co jest jeśli dostaję takie odczyty a samochód nawet nie zapalił? Ja myślę że nasuwa
się ostrzeżenie. Sprawdź czy układ wydechowy jest szczelny. Jakikolwiek wyciek będzie oceniony jako
pochodzący z silnika. Upewnij się, że test przeprowadzasz w normalnych temperaturach pracy i obroty
silnika są stałe!!!
Musisz zapamiętać, że warunki pracy przy zmieniających się obrotach nie muszą przestrzegać tych zasad,
inaczej samochód nie nadawałby się całkowicie do jazdy. Ostatecznie, upewnij się, że twój analizator jest
właściwie wykalibrowany i jest w dobrej kondycji. Nigdy nie wyłączaj swojego analizatora - niezależnie od
producenta - z gazami w komorze analizatora. Pozwól oczyścić się urządzeniu przez co najmniej 3 minuty
czystym powietrzem, przed wyłączeniem.

I jeszcze jedno.
Połóż kopię tego artykułu w bezpiecznym miejscu - wcześniej czy później będziesz potrzebował tych
informacji.