Gépjármű Diagnosztika. Szabó József Zoltán Főiskolai adjunktus BMF Mechatronika és Autótechnika Intézet

Gépjármű Diagnosztika Szabó József Zoltán Főiskolai adjunktus BMF Mechatronika és Autótechnika Intézet

4. Előadás Benzines gépjárművek emissziós vizsgálata, diagnosztikája

Az égési folyamat be- és kimeneti alkotórészei

A tökéletlen égés termékei

Átlagos városi kipufogó gáz összetétel (Europa teszt szerint)

λ = 0,97 – 1,03

Otto-motor kipufogógázának összetétele 1 – CO-kibocsátás jelleggörbe 2 – CH-kibocsátás jelleggörbe 3 – NOX-kibocsátás jelleggörbe 4 – Kibocsátás katalizátor nélkül 5 – Kibocsátás katalizátor esetén

Forrás: Műszaki Könyvkiadó

A benzinmotorok égéstermékei :

Az Otto-motorok munkahengerében az égési folyamat számos tényezőtől függ, lefolyása optimális esetben is csak közelíti a tökéletest, így a kipufogógázok a nitrogén, a széndioxid és a Víz mellett több-kevesebb elégetlen és köztes égési terméket tartalmaznak. A tökéletlen égés okozója lehet :

az oxigénhiány, az üzemanyag nem teljes elpárolgása és a hideg égéstér falak miatti lángkialvás. természetesen nagyobb légfeleslegnél is előfordulhat helyi oxigénhiány, ha a keverék nem homogén eloszlású.

A hiányos égés során elégetlen szénhidrogének, szénmonoxid, aldehidek, ketonok, karbonsavak és egyéb krakk-termékek maradnak illetve keletkeznek. Ehhez járulnak még a levegő nitrogénjéből magas hőmérsékleten képződő nitrogénoxidok, valamint a szándékosan bevitt benzinadalékokból keletkező vegyületek (például a korábban alkalmazott ólomadalékolásnál az ólomoxid).

Széndioxid (CO2)

Nem mérgező, közömbös gáz (a létrejöttéhez elfogyasztott nagymemyiségű oxigén és egyéb negatív hatásai miatt ma már fontos kérdés a CO2 kibocsátásának korlátozása is). Jól működő motornál a kipufogó gázok CO2 hányada 13... 15 %. Ha a 8%-ot sem éri el, akkor hibás a légfelesleg beállítása vagy égési problémák vannak. A CO2 hányad egyenesen arányos a légfelesleg tényezővel Q) és fordítva arányos a CO tartalommal. Tehát minél szegényebb a keverék, annál nagyobb a CO2 tartalom. 2000/min fordulatszám felett 1.. .2 %kal lesz nagyobb a CO2 tartalom az alapjárati értéknél.

Szénmonoxid (CO)

Színtelen, szagtalan, íztelen gáz, de az egészségre rendkívül ártalmas és veszélyes anyag. Tartós belégzése esetén már 0,3 % térfogatszázalék is halálos lehet. A kipufogó gázok CO tartalma szoros összefüggésben áll az alkalmazott légfelesleg Q.) mértékével. Nagyobb CO hányadot okoz a szükségesnél dúsabb keverék, mely az indítási keverékdúsítással, a forgattyúház szellőzés visszavezetésével és az alacsony alapjárati fordulatszámmal egyaránt összefüggésben lehet. Kisebb CO hányad hátterében szegény keverék-összetétel, vákuumszivárgás és kipufogó tömítetlenség egyaránt állhat. Kisebb CO (és CH) emissziónál nagyobb lehet a motor terhelhetősége, javul a motor hatékonysága. A sztöchiometrikus pont Q= 1) környezetében is előfordulhat magasabb CO emisszió, ha az egyes hengerek közötti keverékelosztás nem azonos és így egyes hengerek az optimálisnál dúsabb, mások pedig szegényebb keverékkel működnek. A kipufogógázok CO tartalma csak akkor alkalmas a légfelesleg azonosítására, ha a motor működése kifogástalan. Például egy beégett szelep, vagy egy hibás gyújtógyertya CO- mentes állapotot produkálhat és az utánszabályozás teljesen hamis eredményhez vezet

Szénhidrogének (CmHn)

Nitrogénoxid jelenlétében, napfény hatására oxidánsokat képeznek, melyek a nyálkahártyát ingerlik. Ugyanez a következmény van komoly károsító hatással a növényzetre. Négyütemű Otto-motoroknál szénhidrogének csak csekély mennyiségben lehetnek a kipufogó gázban. Mértékegységül nem is a százalékot, hanem ennek tízezredrészét, a ppm-et használják (egymilliomod rész). A CH-koncentráció minimális értéke λ= 1,1... 1,2 érték- nél van. Aránytalanul nagy CH-tartalom gyújtási hibák-nál, hibás előgyújtásnál, helytelenül beállított légfeleslegnél vagy mechanikai motorhibáknál fordul elő. Amemyiben a motor teljesítménye lecsökken, akkor minden esetben megnő a kipufogó gázok CH-tartalma. Túl szegény keveréknél a tökéletlen égés miatt túl sok szénhidrogén maradhat a kipufogó gázban, mely fekete füst formájában jelenhet meg nagyon szegényre állított alapjárati keveréknél.

Nitrogénoxidok (NOx)

A nitrogénmonoxid (NO) színtelen, szagtalan és íztelen gáz, de oxigén jelenlétében rövid idő alatt NO2-vé és NO3-má alakul át. A nitrogéndioxid vöröses-barna színű gáz (innen ered a „szmog” elnevezés), mérgező, a légzőszerveket ingerli és károsítja. Normális körülmények között a nitrogén semleges gázként kémiai változás nélkül halad át az égési folyamaton. Nitrogénoxid létrejöttéhez magas hőmérsékletre (legalább 1300 °C) és nagy sűrítésre van szükség. Teljes gázadásnál, nagy fordulatszámon ezek a feltételek teljesülnek és ilyenkor az NO gáz is megjelenik a kipufogó gázban. A nitrogénoxidok kezelésével kapcsolatban fokozza a nehézséget, hogy legnagyobb mennyiségben a λ =1 sztöchiometrikus légviszony környezetében jelenik meg.

A működés alapelve Az mindenki számára természetes, hogy a körülöttünk lévő tárgyakat különböző színűeknek látjuk. A

gázelemző készülék működése a különböző gázok eltérő energia elnyelő képességén alapul.

A működés alapelve A

nap fénye összetett, nem egy hullámhosszúságú fény.

Minden szín más-más hullámhosszúságú összetevőt jelent

A

látható fény spektruma. Alapszínei: vörös narancs sárga zöld kék ibolya

A működés alapelve

Az

ember a tárgyak által visszavert, általuk el nem nyelt fénysugarakat érzékeli

A működés alapelve A

tárgy azért látszik pirosnak, mert csak a piros fényt veri vissza, minden más összetevőt elnyel.


A kipufogó gáz összetevői az infravörös sugarakat engedik át különböző képpen.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

HC

CO

2 ,4 2 ,6 5 2 ,9 3 ,1 5 3 ,4 3 ,6 5 3 ,9 4 ,1 5 4 ,4 4 ,6 5 4 ,9 5 ,1 5 5 ,4 5 ,6 5 5 ,9

Minden gáz csak egy meghatározott hullámhosszúságú infravörös sugárzást nyel csak el.

A gázon áthaladó energiamennyiség %-ban


Az i n

CO2

frasu g

árzás

hullám

hossz a µm

-ben

A gázelemző készülék működése a különböző gázok eltérő energia elnyelő képességén alapul.

A készülék elvi felépítése kilépő sugarak útjába egy olyan szűrőt helyeznek el, amely AAAAkipufogógázt hűtés és szűrés után egy üvegfalú tartályba küvettán infravörös sugarakat bocsátanak át. küvettán áthaladó gáz a CO tartalomtól függően elnyeli a kilépő sugarak útjába helyezett infra érzékelő a sugárzás villamos jeleket egy elektronikai egység alakítja engedi továbbiát, az infravörös sugárzásnak csak azt a tartományát (küvettába) vezetik. sugárzás energiájának egy aalkalmassá. részét. energia csökkenését jellé alakítja.energiát képes amelyen az adott gáz villamos (CO) legnagyobb feldolgozásra és kijelzésre elnyelni. kipufogógáz bevezetés

üvegfalú mérő küvetta

infra szűrő

infraérzékelő elektronikus egység

infra-sugárzó (25-60µm)

kipufogógáz elvezetés

A készülék elvi felépítése Méréstechnikai okok miatt a sugárzó és a küvetta közé egy blendét helyeznek el,

kipufogógáz bevezetés


infra szűrő



lengő blende


A készülék elvi felépítése Méréstechnikai okok miatt a sugárzó és a küvetta közé egy blendét helyeznek el, amely a sugár útját ritmikusan megszakítja. kipufogógáz bevezetés


infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende




infra szűrő



lengő blende


A készülék elvi felépítése Ezzel azt érik el, hogy az infra érzékelőben lévő CO mérőgáznak. a változó felmelegedésből adódó nyomásváltozásait feszültségváltozássá lehet alakítani kipufogógáz bevezetés


infra szűrő



lengő blende


A készülék elvi felépítése A most bemutatott készülék csak egy gázösszetevő, a szénmonoxid (CO) mérésére alkalmas. Csak egy hullámhosszúságra érzékeny szűrője, és csak egy érzékelője van. kipufogógáz bevezetés


infra szűrő



lengő blende


A készülék elvi felépítése Ha több gázösszetevő (CO,CO2,HC) mérésére kívánjuk alkalmassá tenni, akkor több érzékelőt és több szűrőt (4,7µm, 4,3µm, 3,3µm)kell beépíteni. kipufogógáz bevezetés

infra-sugárzó (2,5-6,0µm)

infra szűrő üvegfalú 4,3µm mérő küvetta

lengő blende

CO2-infraérzékelő infra szűrő CO-infraérzékelő 4,3µm elektronikus egység

infra szűrő HC-infraérzékelő 3,3µm kipufogógáz elvezetés

A készülék elvi felépítése Ez a készülék azonban még mindig csak három összetevő mérését teszi lehetővé.

CO2 CO HC

A készülék elvi felépítése Ez a készülék azonban még mindig csak három összetevő mérését teszi lehetővé. Az oxigéntartalom mérését külön egységgel oldják meg. Ez az O2-szenzor

CO2 CO HC O2

A készülék elvi felépítése Így egy 4-gázelemző készüléket kaptunk, amellyel az Ottomotorok kipufogó gázának CO, CO2 HC, és O2 tartalmát állapíthatjuk meg. kiértékelő elektronika infra sugárzó

CO2 CO HC

lengő blende

O2 mérő küvetta

infraszürők

infra érzékelők

oxigénszenzor

Forrás: Bosch

COtartalom mé r é s

A kipufogó gázok szén-monoxid-koncentrációjának meghatározására több eljárás ismeretes. Ma már a különböző előírások csak az infravörös-abszorpciós eljáráson alapuló műszerek alkalmazását engedélyezik. A kijelzett érték a mért CO-koncentrációval egyenesen arányos. A beszívott kipufogó gáz a kondenzedény vízleválasztó és szűrőrendszerén áthaladva víz és koromszemcse mentesen kerül a műszerbe. Infravörös-abszorpciós elven működő műszerrel szén-dioxidkoncentráció is mérhető. Ebben az esetben a detektorba CO2gázt kell keverni.

CO-tartalom mérés - CO-mérő berendezés) Forrás: Bosch

• Az infravörös-abszorpciós gázelemző módszer azon alapul, hogy minden heteroatomos gáz a jellemző hullámhossztartományban nyeli el az infravörös sugárzást. • A szén-monoxid a 4,6 µm hullámhosszúságú sugarakat csökkenti — koncentrációjának megfelelő mértékben — és ezáltal saját maga felmelegszik. A szén-monoxid igen intenzíven nyeli el a sugarakat, ezért az infravörös-abszorpciós eljárással nagy pontossággal határozható meg.

1 – Egyenfeszültségű áramforrás 2 – Elektronikus erősítő 3 – Feszültségstabilizátor 4 – Érzékelő kamra 5 – Fémmembrán 6 – Fényrekesz 7 – Kipufogógáz 8 – Mérőküvetta 9 – Összehasonlító küvetta 10 – Szűrőküvetták 11 – Motoros hajtású fényrekesz 12 – Infravörös sugárforrások

Forrás: Bosch

CO mér és

A sugárzó a villamosan hevített izzószálak által kibocsátott infravörös sugarakat parabolatükörrel irányítja a 8 mérőküvetta felé. Ezt a sugárzást a 6 forgóblende periodikusan szaggatja. Az igy modulált infravörös sugárzás áthalad a nitrogénnel töltött 9 összehasonlító küvettán. A nitrogén az infravörös sugarakat nem nyeli el, Így ezen az oldalon változatlanul haladnak át. A mérőküvettán szivattyú hatására a vizsgálandó kipufogó gáz folyamatosan áramlik keresztül. A kipufogó gázban levő CO-molekulák az infravörös sugarakat koncentrációjuknak megfelelő mértékben csökkentik. A 8 mérőküvettán áthaladó, többé-kevésbé gyengített, és az összehasonlító küvettán áthaladó infravörös sugarak az 5 detektorba érkeznek. A detektort szén-monoxid és argon keverékével töltik, hogy az érzékelés a vizsgálandó gáz elnyelési sávjában menjen végbe. A detektorban elhelyezett fémmembrán és egy központi elektróda kondenzátort alkot, amelynek kapacitása a membrán hő hatására létrejövő elmozdulása következtében a CO koncentrációjával arányos. Az így létrejött feszültség erősítőn keresztül kerül a villamos kijelző műszerre.

Bosch típusú CO-mérő műszer 1 – Vevőkamra, V1 és V2 kiegyenlítő térfogatokkal 2 – Áramlásérzékelő 3 – Mérőküvetta 4 – Motoros hajtású fényrekesz 5 – Infravörös fényforrás

Forrás: Bosch

CH-mérésének módszere 1 – Szonda 2 – Durva szűrő (előszűrő) 3 – Vízleválasztó 4 – Finomszűrő 5 – Mágnesszelep 6 – Membránszivattyú 7 – Nyomáskapcsoló 8 – Biztonsági tartály 9 – Mérőkamra 10 – Edény

Forrás: Bosch

A szénhidrogének mérése

A kipufogó gáz szénhidrogén-vegyületeinek egyenkénti meghatározásához gázkromatográliás módszerek szükségesek. Belsőégésű motorok kipufogó gázainak méréséhez általában elegendő az összes szénhgidrogén-koncentráció meghatározása, amelyhez két eljárást szoktak alkalmazni: — az infravörös-abszorpciós elven működő és — a lángionizációs eljárást. Az infravörös-abszorpció elvén alapuló mérő esetében a műszert normál hexánra (C6H14) érzékenyítik. E műszerek működése megegyezik a szén-monoxid-koncentráció mérésénél használatos módszer elvével. Az ezen az elven működő műszerrel való szénhidrogén-koncentráció mérésekor a következőket kell szem előtt tartani. A normálhexánra érzékenyítése miatt, a műszer a szénhidrogének közül nagyrészt csak a parafinsorozat első néhány elemét mutatja ki, az olefnekre és az aromás szénhidrogénekre alig reagál. Ezért az infravörös-abszorpciós elven működő műszerek a dízelmotor kipufogó gázai szénhidrogén-tartalmának meghatározására nem alkalmasak. A módszer a kipufogó gáz nedvességtartalmára érzékeny, a vízgőztartalom változása mérési hibát okoz.

A lángionizációs detektor az infravörösabszorpciós elven működő mérővel ellentétben, a kipufogó gázban levő összes szénhidrogén koncentrációját méri. Azon az elven működik, hogy nagy hőmérsékleten (2000 ºK felett) az összes szénhidrogén hidrogénlángban ionizálódik. Elektródákra kapcsolt feszültség hatására ionizációs áram indul meg. A hidrogén levegőben való elégetésekor kipufogó gázt vezetünk, az ebben levő szénhidrogének ionizálódnak, és az ionizációs áram a szénatomok számától függően növekszik. Az áramváltozást erősítés után műszer indikálja, amely a szénhidrogénkoncentrációnak megfelelően van skálázva.

A szénhidrogének mérése

A nitrogén-oxidok pontos és folyamatos mérésére a kemilumineszcencia — elven működő gáz-analizátort használják. Működési módja azon alapul, hogy egy kémiai reakció fényemissziót gerjeszt, amely fotocellával mérhető. Részletesebben a következő folyamatok mennek végbe. A nitrogén-oxid (NO) kis nyomáson (0,3.. .0,8 kPa) az ózonnal (03) nitrogén-dioxiddá (NO2) oxidálódik, ilyenkor egy részéből (10%), gerjesztett elektronállapotú molekula keletkezik, amelyek nagy energiaállapotuk miatt fotonok (fénykvantumok) kibocsátásával azonnal nitrogén-dioxid-molekulákká alakulnak át. Az így keletkezett fotonáram a nitrogén-monoxid-koncentrációval arányos. Ezt az áramot felerősítve kijelző műszerbe vezetik.

A nitrogénoxidok (NOx) mérése

NOX-mérése

Forrás: Bosch

1 – Vákuumszivattyú 2 – Molekulaszűrő 3 – Referenciavezeték 4– Mennyiségszabályozó 5 – Szűrő 6 – Levegő 7 – Oxigén 8 – O3 generátor 9 – Kapilláris 10 – Reakciókamra 11 – Optikai szűrő 12 – Foton-sokszorozó 13 – Erősítő 14 – Műszer 15 – Kipufogógáz 16 – NO2/NO átalakító

Kipufogó gáz mérési eljárás menete

Egy jármű kipufogógáz-kibocsátását a típusvizsgálatnál görgős mérőpadon, előírt mérőberendezés segítségével állapítják meg. Ennek során a görgős mérőpadon adott menetciklust tesznek meg, és a mérőberendezés megállapítja a kipufogógáz-összetevőket.

A görgős mérőpadon végrehajtják a menetciklust. Ezalatt az elszívó kipufogógázt a megszűrt külső levegővel együtt egyenletes légáramlattal folyamatosan szívja. Ez azt jelenti, hogy mindig ugyanakkora mennyiségű kipufogógáz-levegő keveréket szív be. Ha a jármű több kipufogógázt termel (pl. egy gyorsító fázis alatt), akkor kevesebb külső levegő áramlik be, ha pedig kevesebb kipufogógáz keletkezik, akkor több külső levegő áramlik be. Ebből a kipufogógáz-levegő keverékből folyamatosan azonos mennyiségeket különítenek el, ésegy vagy több gyűjtőzsákba nyomják. Az összegyűjtött kipufogógáz-összetevőeket megmérik, a teljes „útszakaszra“ vonatkoztatják és gramm/kilométerben adják meg mennyiségüket.

Mintavétel a gyakorlatban

Europa teszt (menetciklus)

Europa teszt (menetciklus)

A dízelmotorok füstölésmérése, a Diesel füst definíciója

Forrás: Maróti Könyvkiadó

a dízel-füst a kipufogógázban abszorbeált mindazon szilárd és folyékony összetevők (aerosolok) összessége, amelyek elnyelik, megtörik vagy vissza- verik a fényt. Ezt a tulajdonságot extinkciónak is szokás nevezni, amely a kipufogógázra bocsátott fény abszorpciójóját (elnyelés) és a szórását jelenti együttesen.

DÍZEL MOTOR A füstölés mértéke a fenti definícióból kiindulva VIZSGÁLAT jellemezhető a füstoszlopra bocsátott ismert intenzitású fény A dízelfüst összetétele intenzitásának csökkenésével, 1 – Fényelnyelés hiszen ez a közegben 2 – Fénytörés I0 – Belépő fény intenzitása lejátszódó extinkcióval függ I – Átjutott fény intenzitása össze.

K – Abszolút fényelnyelési tényező


Az opacitás és az abszolút fényelnyelési tényező közötti összefüggés


Az opacitás és az abszolút fényelnyelési együttható közötti összefüggést Beer—Lamberttörvény írja le:


Az ismert I fényintenzitás értéke az L hosszúságú (optikai úthossz) füstön áthaladva I-re csökken. A csökkenés százalékos mértéke adja az átlátszatlanság vagy másnéven opacitás értékét, amely a füstölés mérőszámaként használatos

•Az extinkció mértéke több tényezőtől is függ. Ezek az alábbiak: • az átvilágított füstoszlop hossza (L optikai úthossz) • a füstoszlop termodinamikai állapotjelzői - hőmérséklet (T), nyomás (p) • a közeg abszolút fényelnyelési együtthatója (k, Im ‘1) amely ugyaincsak jellemző a füstölés mértékére, azaz füstölési mérőszámként hasznalatos

Opaciméterek csoportosítása 1 – Teljes áramú opaciméter 2 – Részáramú opaciméter


Részáramú opaciméter felépítése és működése

Forrás: Maróti Könyvkiadó Forrás: Maróti Könyvkiadó

1 – Hangtompító 2 – Kipufogócső 3 – Szondacső 4 – Szondatartó

A – Kiömlőnyílás E – Beömlőnyílás a mintavevő szondától V – Útváltó szelep a mérő és a kalibráló állás között D – Fényérzékelő L – Fényforrás M – Mérőkamra L= 430 mm mérőhosszal G – Fúvók a légfüggöny létrehozásához H – Fűtőszál

Elektronikus tanúsítvány a mérésről

A műszerrel szemben támasztott követelmények Reakcióidő értelmezése

Elektronikus csillapítás értelmezése



Az elektronikus csillapítás hatása A-modus – 50 ms-os jelfelfutás B-modus – 1000 ms-os jelfelfutás

Forrás: Maróti Könyvkiadó Forrás: Maróti Könyvkiadó

Méréstechnika

Füstölésmérés programja

A környezetvédelmi vizsgálatra vonatkozó hatósági előírások

Forrás: Műszaki Könyvkiadó

Dízel motorok vizsgálata

Dízel mérés opaciméterrel

Az ESC vizsgálati ciklus határértékei

Dízel Europa teszt

Dízel motor előírások változása

Időszakos és környezetvédelmi vizsgálatok

Környezetvédelmi vizsgálatok rendszere, előírásai 1. Környezetvédelmi vizsgálatok határideje 2. A környezetvédelmi vizsgálatok bizonylatolása

Otto-motoros gépjármű környezetvédelmi felülvizsgálatának tanúsítványa

Katalizátoros Ottomotoros gépjármű környezetvédelmi felülvizsgálatának tanúsítványa

Katalizátoros Ottomotoros gépjármű környezetvédelmi felülvizsgálatának tanúsítványa

Dízelmotoros gépjármű környezetvédelmi felülvizsgálatának tanúsítványa

A rendszeres környezetvédelmi felülvizsgálat igazolólap tartalma

Otto-motoros gépjármű „zöldkártyája”

A környezetvédelmi felülvizsgálat érvényességének plakettel

jelölése

Dízelmotoros gépjármű „zöldkártyája”

Gépjármű Diagnosztika. Szabó József Zoltán Főiskolai adjunktus BMF Mechatronika és Autótechnika Intézet

Recommend Documents