1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest analiza spalin w samochodzie OPEL ASTRA 1.4 16V ZI 1999r.

2.Opracowania teoretyczne:

Podział składników spalin silnika ZI :

1. Toksyczne

1. tlenek węgla (CO)

b) węglowodory (HC)
c) tlenki azotu (NO_x)

2. Nietoksyczne

a) dwutlenek węgla (CO₂)
b) tlen (O₂)
c) azot (N₂)
d) para wodna (H₂O)

Ad. 1Toksyczne:

 Tlenek węgla (CO)

Jest produktem niedokończonego procesu spalania węgla (C), w komorze spalania silnika przy ograniczonej ilości powietrza. Jest gazem silnie trującym,bezbarwnym i bezwonnym, którego stężenie w spalinach może przekroczyć poziom nawet 10% (objętościowo). Stężenie od 0,10-0,20% tlenku węgla w ciągu 30 minut powoduje śmierć, gdyż tlenek węgla odbiera całą zawartość tlenu z krwi człowieka. Przy stężeniu objętościowym 0,01% tlenku węgla w ciągu dłuższego czasu mogą wystąpić przewlekłe lub ostre zatrucia. Łączy się z hemoglobiną 200-300 razy szybciej niż tlen, powodując zakłócenia procesu oddychania prowadząc do śmierci. Wysokie wartości (CO) wskazują na zbyt bogatą mieszankę paliwowo-powietrzną. W pojazdach posiadających katalizator tlenek węgla (CO) utlenia się przechodząc w dwutlenek węgla (CO₂) co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia emisji tlenku węgla w spalinach.

Węglowodory (HC)

Są to nie spalone lub częściowo spalone cząsteczki paliwa- związki szczególnie trujące o bardzo negatywnym działaniu na organizm człowieka. Najbardziej niebezpieczną grupą są węglowodory aromatyczne jednopierścieniowe, a wśród nich benzen, który w dużych stężeniach powoduje śmierć. Rozpuszczając się w tłuszczach mogą kumulować się tkankach ludzi i zwierząt. Węglowodory (HC) na analizatorach spalin mierzy się w jednostkach ppm (parts per milion)*.Oprócz rury wydechowej źródłem węglowodorów w samochodzie są też skrzynia korbowa silnika i zbiornik paliwa. W pojazdach posiadających katalizator utlenia on zawarte w spalinach węglowodory na dwutlenek węgla (CO₂) i parę wodną (H₂O).

Tlenki azotu (NOx)

Wielkość emisji tlenków azotu zależy od ciśnień i szczytowych temperatur (ponad 1800^oC) podczas procesu spalania w komorze silnika. W wyżej wymienionym procesie azot wchodzi w reakcję z tlenem tworząc tlenek azotu (NO) oraz niewielkie ilości dwutlenku azotu (NO₂) i podtlenku azotu (N₂O). Te związki azotu i tlenu wspólnie nazywamy tlenkami azotu i oznaczamy (NOx). Zaliczane są one do najbardziej toksycznych gazów spalinowych. Tlenek azotu (NO) jest gazem bezbarwnym, w organizmie ludzkim szybko reaguje z hemoglobiną, w tkankach utlenia się do (NO₂). Dwutlenek azotu w kolorze czerwono-brązowym o ostrym zapachu i trujących właściwościach występuje  zawsze w towarzystwie innych nitrogenów.W małych stężeniach wywołuje podrażnienie dróg oddechowych, przy stężeniu w powietrzu powyżej 0,38(mg/dm³) prowadzi do zatrucia śmiertelnego.W pojazdach posiadających katalizator  następuje redukcja tlenków azotu zawartych w spalinach- czyli odłączanie tlenu od tlenków azotu i uzyskanie czystego azotu (N₂). Zawartość tlenków azotu podaje się w (ppm).

W Polsce nie ma jeszcze przepisów nakazujących sprawdzanie tego składnika.

Jeżeli analizator spalin posiada możliwość sprawdzenia tlenków azotu (NOx) to  prawidłowy pomiar powinien odbywać się na hamowni podwoziowej (lub podczas próby drogowej), gdyż największe stężenie gazy te osiągają przy dużych obciążeniach silnika.

Ad.2 Nietoksyczne

Dwutlenek węgla (CO₂)

Jest gazem bezbarwnym nietoksycznym bez zapachu, niepalnym, cięższym 1,5 raza od powietrza. Nadmierny wzrost zawartości tego gazu w atmosferze powoduje tzw. Efekt cieplarniany. Powstaje jako produkt spalania węgla (C) w komorze spalania silnika. Dwutlenek węgla jest wynikiem bardziej efektywnego spalania. Im wyższa procentowo zawartość CO₂ w spalinach, tym efektywniej pracuje silnik Największe wartości stężenia osiąga CO₂ przy współczynniku nadmiary powietrza l=1, a więc dla mieszanki stechiometrycznej. Zawartość CO₂ jest podawana w jednostkach udziału objętości (% vol.).

W pojazdach posiadających katalizator, CO₂ utlenia pozostałe po procesie spalania tlenki węgla (CO) i węglowodory (HC). Powstaje zatem dwutlenek węgla (CO₂) i para wodna (H₂O). W najbliższym czasie mają obowiązywać nowe przepisy unijne ograniczające emisję CO₂ przez samochody, by w ten sposób przyczynić się do ogólnej redukcji tego gazu do atmosfery który jest współodpowiedzialny za groźne zjawisko klimatycznego ocieplenia.

Zakłada się, że najwłaściwsza zawartość dwutlenku węgla w spalinach dla pojazdów z układem wtryskowym, katalizatorem i sondą lambda to : 14,5-16,0 (% vol).

Tlen (O₂)

Jest gazem bezbarwnym, bez zapachu i smaku. Występuje w atmosferze w stanie wolnym stanowiąc 20,94 % objętości powietrza. Tlen jest bardzo potrzebny w procesie spalania - inicjuje reakcje tam zachodzące. W pojazdach posiadających katalizator tlen utlenia zawarte w spalinach CO i HC. Także sonda lambda reaguje na ilość tlenu w spalinach, przekazuje dalsze informacje do sterownika i układu wtryskowego. Zawartość O₂ w spalinach jest podawana w jednostkach udziału objętościowego (% vol). Wymagana (prawidłowa) zawartość tlenu w spalinach dla pojazdów z układem wtryskowym, katalizatorem i sondą lambda to 0,0 - 0,2 (% vol)

Azot (N₂)
Jest to gaz bezbarwny, bez zapachu i smaku - główny składnik powietrza (ok. 78%), dostaje się do komory spalania, a następnie do spalin.

Para wodna (H₂O)
Jest to końcowy produkt procesu spalania w silniku i utleniania w katalizatorze.

Jednostki emisji spalin

     Wartość emisji składników toksycznych może być podawana w następujących jednostkach:

a)       % vol (vol oznacza objętościowo) - informuje nas jaki procent objętości gazów spalinowych zajmuje określony składnik toksyczny;

b)       ppm (jest to skrót wywodzący się z j.angielskiego i w pełnym brzmieniu oznacza parts per million) - jedna jednostka ppm jest odpowiednikiem jednej milionowej części objętości czyli:

1 ppm = 0,000001 vol

 

Występują też inne zależności pomiędzy emisją wyrażaną w jednostkach ppm, a wyrażaną w procentowym udziale objętości :

100 ppm = 0,01% vol ; 10000 ppm = 1% vol

Jak widać z powyższych przeliczeń emisja na poziomie jednego ppm-a jest relatywnie niewielką emisją, gdyż dopiero emisja na poziomie 100 ppm oznacza, że emitowany składnik toksyczny zajmuje 0,01 % objętości gazów spalinowych

    Warunki wstępne i prawidłowa procedura pomiaru

- Temperatura nagrzania silnika jest niezbędna do otrzymywania prawidłowych  wyników pomiaru. Ponadto katalizator jak i sonda lambda zaczynają prawidłowo pracować także  w temperaturze od 300(^oC). Sprawdzanie temperatury silnika odbywa się za pomocą sondy, którą wkładamy w miejsce bagnetu miarki poziomu oleju. Sonda temperatury w wyposażeniu posiada tzw. „spławik” umożliwiający prawidłowo dobrać jej długość na taką samą jaką ma bagnet danego pojazdu.
Według wspomnianego Dziennika Ustaw silnik powinien być nagrzany do normalnej temperatury pracy (minimum 70^oC dla oleju silnikowego, minimum 80^oC dla płynu chłodzącego.

- Układ dolotowy silnika tj. filtr powietrza, kolektor odpowietrzania skrzyni korbowej, układ pochłaniania par paliwa oraz układ wydechowy (tłumiki i rury łączące) powinny być kompletne i szczelne.

- Sonda poboru spalin pracuje w bardzo ciężkich warunkach, narażona jest na agresywne działanie trujących związków oraz wysokich temperatur. Powinna być wprowadzona do rury wydechowej silnika bezpośrednio przed pomiarem na głębokość co najmniej 30cm i prawidłowo umocowana za pomocą posiadanego uchwytu. Prawidłowe zamocowanie sondy jest niezbędne, ponieważ podczas zwiększania prędkości obrotowej wysuwa się ona (lub całkowicie wypada) fałszując wyniki pomiarów. Ważnym elementem podczas dokonywania pomiaru spalin jest czas utrzymywania sondy w rurze wydechowej. Jeżeli mamy bardzo wysokie stężenie CO (nieraz przekraczające zakres przyrządu - szczególnie w starszych pojazdach) należy natychmiast wyjąć sondę z rury wydechowej. Powyższy „manewr” pozwoli przedłużyć żywotność analizatora a szczególnie  jego filtrów.

3.Wykaz narzędzi i przyrządów potrzebnych do zrealizowania ćwiczenia:

• Analizator spalin

• Samochód

4.Przebieg ćwiczenia:

Po otrzymaniu polecenia wprowadziliśmy samochód na halę. Przyprowadziliśmy analizator spalin, podłączyliśmy go do prądu i uruchomiliśmy. Odczekaliśmy około 20 min aby się rozgrzał. Po tym czasie uruchomiliśmy samochód i sondę analizatora włożyliśmy do rury wydechowej samochodu. Analizę przeprowadziliśmy na biegu jałowym i 2500obr/min na benzynie i LPG. Po przeprowadzeniu pomiarów odczekaliśmy ok. 30 min aby przyrząd ostygł i go wyłączyliśmy . Schowaliśmy do schowka, a samochodem wyjechaliśmy z hali. Po tym ćwiczeniu przyszliśmy do klasy.

5. Wyniki:

	Z danych		Z wyników
						benzyna		LPG
Obroty silnika	jałowy	2500	jałowy	2500	jałowy	2500
HC	100ppm	100ppm	10ppm	20ppm	85ppm	524ppm
CO	0,5%	0,3%	0,5%	0,3%	0,97%	0,16%
CO2	14,5%	16,0%	3,45%	7%	6,4%	5%
Temp. λ			Brak pomiaru	7%	6,4%	5%
O2	0,0 %	0,2%	13%	19%	19,06%	17%

6.Wnioski:

Samochód samochodzie OPEL ASTRA 1.4 16V ZI 1999r. ma dobrą analizę spalin na benzynie, natomiast gdy się przełączy na LPG ma za duże HC. Należało by mu wyregulować spalanie na LPG. Sprawdzić czy przepustnica się dobrze otwiera. Samochód nie spala LPG. Należy tą usterkę naprawić.

---