Analizatory spalin silników Zl

Typy analizatorów spalin

Dwa podstawowe to: laboratoryjne i warsztatowe.  Laboratoryjny analizator spalin mierzy zawartość w spalinach tych samych składników spalin co warsztatowy ale dodatkowo może mierzyć też inne, o istotnym wpływie na organizmy żywe i otoczenie.  W porównaniu z analizatorem warsztatowym:

- wykorzystuje inne metody pomiarowe

- mierzy z większą dokładnością i szybciej reaguje na zmiany składu spalin

- podaje zawartość poszczególnych składników spalin w innych jednostkach np. w gramach

Laboratoryjne analizatory spalin są niezbędne w pracach badawczo – rozwojowych silników oraz w badaniach homologacyjnych toksyczności spalin. Ich cena jest porównywalna z ceną dużego serwisu, z budynkami i wyposażeniem. Warsztatowy analizator spalin, w porównaniu z analizatorem laboratoryjnym, mierzy mniej dokładnie, wolniej reaguje na zmiany składu spalin (nie nadaje się do pomiarów szybko zmieniających się składów) ale jest wielokrotnie tańszy od niego i ma możliwości pomiarowe wystarczające do prac wykonywanych w serwisach. Warsztatowym analizatorem spalin nie można więc weryfikować  badań homologacyjnych czy prowadzić prac badawczo- rozwojowych na wymaganym dziś poziomie.  Nie jest przy tym ważne czy jest to warsztatowy analizator spalin czołowego producenta czy mało znanej firmy.

Możliwości pomiarowe wieloskładnikowych warsztatowych analizatorów spalin

Wieloskładnikowe warsztatowe analizatory spalin, nazywane też 4-ro lub 5-cio gapowymi analizatorami spalin:

- mierzą w spalinach udział objętościowy dwutlenku węgla (CO2), tlenku (CO), węglowodorów (HC), tlenu (O2) oraz dodatkowo tlenkuazotu (NO)

- na podstawie zmierzonych zawartości składników spalin obliczają: korygowaną zawartość tlenku węgla (CO- kor),wartość współczynnika lambda składu mieszanki, a w niektórych analizatorach również wartość współczynnika AFR (masa powietrza w spalanej mieszance, w przeliczeniu na 1 kg paliwa)

- mierzą prędkość obrotową silnika,temperaturę oleju silnikowego, a niektóre również kąt zwarcia, kąt wyprzedzenia zapłonu i napięcie czujnika tlenu

Pomiar zawartości węglowodorów (HC) przez warsztatowe analizatory spalin

Warsztatowy analizator spalin jest tak skonstruowany, aby przede wszystkim wykrywał w spalinach obecność węglowodoru typu heksan (C6H14). Jego zawartość w spalinach silnika ZI zasilanego benzyną,jest dobrą informacją  jakości procesu spalania. Obecność węglowodorów innych typów jest również wykrywana, ale pomiar ich zawartości jest obarczony dużym błędem. Mówimy więc, że mierzona przez warsztatowy analizator spalin zawartość węglowodorów (HC) w spalinach silnika zasilanego benzyną jest przeliczana na węglowodór o nazwie heksan (C6H14). Warsztatowy analizator spalin, w porównaniu do laboratoryjnego analizatora spalin, mierzy ok. 16% zawartości węglowodorów (HC) w spalinach. Wynika to z wykorzystania różnych metod pomiarowych w obu analizatorach.

Jeśli analizator spalin jest przewidziany również do pomiaru zawartości węglowodorów (HC) w spalinach silnika zasilanego gazem LPG lub CNG, musi mieć możliwość wyboru rodzaju paliwa: benzyna, gaz LPG lub gaz CNG. Zależnie od wybranego rodzaju gazu, powinien przeliczać zmierzone zawartości węglowodorów (HC):

- na propan (C3H8) - przy zasilaniu silnika gazem LPG

- na metan (CH4) - przy zasilaniu silnika gazem CNG

Dokładność pomiaru analizatorem spalin

Wartość mierzona wielkości mierzonej (WM, rys.7), np. zawartość tlenku węgla (CO) w spalinach, pokazywana przez wyświetlacz analizatora spalin, jest zawsze obarczona błędem pomiaru. Błąd to różnica pomiędzy rzeczywistą wartością wielkości mierzonej, np. rzeczywistą zawartością tlenku węgla (CO) w spalinach, a wartością mierzoną.

Nigdy nie znamy jednak wartości błędu danego pomiaru, dlatego nigdy nie poznamy rzeczywistej wartości wielkości mierzonej. Producent każdego urządzenia pomiarowego podaje tylko maksymalny błąd pomiaru: górny i dolny (rys. 1). Jeśli pomiar jest wykonywany prawidłowo a urządzenie sprawne to na pewno różnica pomiędzy rzeczywistą wartością wielkości mierzonej a wartością mierzoną (pokazywaną przez przyrząd pomiarowy) nie jest większa niż błąd pomiarowy górny lub błąd pomiarowy dolny, a więc rzeczywista wartość wielkości mierzonej, na pewno znajduje się w zakresie tolerancji. Górną i dolną granicę zakresu tolerancji można obliczyć dodając do wartości mierzonej (rys.1) odpowiednio błąd pomiarowy górny lub błąd pomiarowy dolny. Jak powyższą teorię przełożyć na praktykę - pokazuje rys.2 i omawia jego podpis.

Dla analizatorów spalin klas dokładności 0 i 1, są określone dwa rodzaje błędów: bezwzględne i względne. Ich wartości, dla każdej z klas analizatora, określa rekomendacja OIML. Powinny być podane w instrukcji obsługi analizatora. Błędy pomiarowe są podawane przeważnie nieprawidłowo, niezrozumiale, lub jako błędy pomiarowe są podawane rozdzielczości pomiaru.

Bezwzględny błąd pomiarowy, to błąd, którego wartość nie zależy od wartości mierzonej - patrz przykład na rys. 3. Względny błąd pomiarowy, to błąd, którego wartość zależy od wartości mierzonej. Jego wartość jest określana jako procent wartości mierzonej - patrz przykład na rys. 4.

To, czy w danym pomiarze uwzględniany jest błąd bezwzględny czy względny, zależy od wartości mierzonej. Przykładowo, dla pomiaru zawartości tlenku węgla (CO):

- jeśli wartość mierzona jest mniejsza niż 1,2%vol (tabela 1), to uwzględniany jest błąd bezwzględny

- jeśli wartość mierzona jest równa lub większa od 1,2%vol (tabela 1), to uwzględniany jest błąd względny

Rozdzielczość pomiaru analizatorem spalin

To najmniejsza zmiana wartości mierzonej, jaką może pokazać wyświetlacz lub wskaźnik wychyłowy analizatora spalin. Jeśli przykładowo rozdzielczość pomiaru zawartości węglowodorów (HC) wynosi  1ppm, to na wyświetlaczu możemy zobaczyć następującą zmianę zawartości węglowodorów (HC): 20, 19, 20, 21 ppm. Nie należy mylić rozdzielczości z dokładnością pomiaru.

Czas narostu wskazań analizatora

Aby analizator spalin określił zawartość danego składnika szkodliwego, spaliny muszą zostać zassane sondą pomiarową, przepłynąć przez przewód do komór pomiarowych (CO, CO2, HC) lub czujnika (O2),a następnie układ pomiarowy potrzebuje trochę czasu dla dokonania pomiaru.

Czas, od momentu włożenia sondy poboru spalin do końcówki układu wylotowego lub ustalenia się nowego składu spalin (np. po regulacji silnika, lub zmianę prędkości obrotowej silnika), do momentu pokazania przez wyświetlacz lub wskaźnik wychyłowy analizatora spalin 95% wartości mierzonej, nazywa się czasem narostu wskazań. Jest to minimalny czas,który należy odczekać, aby pokazywaną przez wyświetlacz lub wskaźnik wychyłowy wartość mierzoną, można zaakceptować jako wynik pomiaru. Czasy narostu wskazań analizatorów spalin klas dokładności 0 i 1, nie mogą być dłuższe niż:

- 15 sekund dla pomiaru zawartości CO, CO2 i HC

- 60 sekund dla pomiaru zawartości O2

Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułów „Analizatory spalin silników ZI” w dodatku technicznym do Wiadomości IC Analiza składu spalin silników ZI cz. 1 nr 28/Wrzesień 2008