Szczelność układu wylotowego

Nieszczelność układu wylotowego a udziały objętościowe składników spalin 

Jeśli strumień spalin z silnika miesza się powietrzem wskutek: 

- nieszczelności układu wylotowego 

- wprowadzenia sondy poboru spalin analizatora do końcówki układu wylotowego, na za małą głębokość

- niewłaściwego montażu końcówki wyciągu spalin i sondy poboru spalin - końcówka wyciągu spalin jest założona na końcówkę układu wylotowego, ale sonda poboru spalin analizatora pobiera rozrzedzone powietrzem spaliny z rury wyciągu spalin, zamiast pobierać nierozcieńczone powietrzem spaliny z końcówki układu wylotowego to udziały objętościowe poszczególnych składników spalin maleją. 

Zjawisko to prezentuje rys. 1, a przyczynę omawia podpis. Problem ten jest istotny, gdy mierzona jest tylko zawartość tlenku węgla (CO) i na tej podstawie jest określany skład spalanej w silniku mieszanki. Wówczas pozornie niska zawartość tlenku węgla (CO) w rozrzedzonych powietrzem spalinach, jest myląca. Błędu tego można uniknąć: 

- sprawdzając szczelność układu wylotowego przed pomiarem - gdy jest on nieszczelny, pomiar składu spalin nie ma sensu

- montując prawidłowo sondę do poboru spalin w końcówce układu wylotowego

Pomocna w wykryciu rozrzedzenia spalin powietrzem jest korygowana zawartość tlenku węgla (COkor). 

Korekcja zawartości w spalinach tlenku węgla (CO) uwzględniająca nieszczelność w układzie wylotowym 

Jeśli przez nieszczelność, wpływa do układu wylotowego powietrze (rys. 18), to: 

- maleją udziały objętościowe tlenku węgla (CO) i dwutlenku węgla (CO2) w spalinach, bo powietrze zwiększa objętość spalin, nie zwiększając zawartości tych związków w sposób mierzalny dla analizatora 

- udział objętościowy tlenu (O2) zwiększa się, ponieważ powietrze składa się w ok. 21% z tlenu, więc po zmieszaniu ze spalinami jego zawartość w tej mieszaninie rośnie. 

Zmierzony przez analizator spalin udział objętościowy tlenku węgla (CO) w mieszaninie spalin powietrza, będzie niższy od udziału objętościowego tlenku węgla (CO) w spalinach nierozcieńczonych powietrzem. Niektóre analizatory spalin obliczają tzw. korygowaną zawartość tlenku węgla (COkor) w spalinach, która uwzględnia występowanie ewentualnego rozcieńczenia spalin powietrzem. Jest ona obliczana z wzoru: 

CO = CO*15/CO+CO2

Gdzie:

CO – mierzona przez analizator zawartość tlenku węgla w spalinach [%vol]

CO2 – mierzona przez analizator zawartość dwutlenku węgla w spalinach [%vol]

Jeśli:

- zawartość tlenku węgla (CO) i jego korygowana zawartość (COkor) są prawie równe (patrz na rys.2  - udziały objętościowe składników spalin nierozcieńczonych powietrzem) to znaczy, układ wylotowy i rurka poboru spalin analizatora są szczelne, a sonda poboru spalin włożona na prawidłową głębokość do końcówki układu wylotowego („prawie równe", bo należy pamiętać, że zawartości tlenku dwutlenku węgla są mierzone z określoną dokładnością); 

- zawartość tlenku węgla (CO) jest niższa od jego korygowanej zawartości (COkor) (patrz na rys. 2 - udziały objętościowe składników spalin rozcieńczonych powietrzem) to znaczy, że układ wylotowy lub rurka poboru spalin analizatora nie są szczelne, względnie głębokość montażu sondy poboru spalin w końcówce układu wylotowego jest za mała - należy usunąć przyczynę dopływania dodatkowego powietrza i powtórzyć pomiar; 

- zawartość tlenku węgla (CO) jest wyższa od jego korygowanej zawartości (COkor), to znaczy, że konwerter katalityczny ma wysoką sprawność. Można również ocenić szczelność układu wylotowego, 

rurki poboru spalin analizatora, lub prawidłowość osadzenia rurki poboru spalin, sumując zmierzone przez analizator spalin zawartości tlenku węgla (CO) dwutlenku węgla (C02). 

Jeśli suma:

- = 15 - to znaczy, że powietrze nie rozcieńcza spalin, a więc wyniki pomiaru są prawidłowe 

- < 15 - to znaczy, że powietrze rozcieńcza spaliny, w więc trzeba znaleźć przyczynę

- > 15 - to znaczy, że konwerter katalityczny ma wysoką sprawność. 

Nieszczelności układu wylotowego z konwerterem katalitycznym i czujnikiem zawartości tlenu w spalinach 

Każda nieszczelność w takim układzie wylotowym (A, B lub C, rys. 3), powoduje rozcieńczenie spalin powietrzem. Dodatkowo, powietrze wpływające przez nieszczelność A zakłóca pracę układu regulacji składu mieszanki. 

Jeśli nieszczelność jest mała, to czujnik tlenu (5) mierzy dodatkową ilość tlenu, która wpłynęła z powietrzem, a sterownik interpretuje ten fakt, jako wynik spalania mieszanki ubogiej, więc wydaje polecenie wzbogacenia mieszanki zasilającej silnik. Jeśli nieszczelność jest duża, to sterownik nie 

jest w stanie tak wzbogacić mieszanki, by sterownik uznał, że silnik spala mieszankę bogatą. Powinno to spowodować rejestrację kodu usterki w sterowniku silnika, informującego o (alternatywnie, zależnie od programu sterownika): 

- niemożności uzyskania mieszanki o wymaganym składzie 

- za ubogiej mieszance

Powietrze wpływające przez nieszczelności A i B zakłócają pracę konwertera katalitycznego. Wprawdzie lepiej usuwa on ze spalin tlenek węgla (CO) i węglowodory (HC) - patrz rys. 4 , ale znacznie gorzej usuwa ze spalin tlenki azotu (NOX) patrz rys. 5. Jeśli nieszczelność B jest za czujnikiem tlenu, ale blisko, to w wyniku tzw. przepływów zwrotnych spalin, tlen z powietrza wpływającego przez tę nieszczelność, może też zakłócić pracę układu regulacji składu mieszanki.  W układzie wylotowym silnika z systemem OBDII/EOBD, za konwerterem katalitycznym jest zamontowany drugi czujnik tlenu (niepokazany na rys. 3). W takim układzie tlen z powietrza wpływającego przez nieszczelności A i B może zakłócić też pracę tego czujnika, co jednak zostanie najprawdopodobniej wykryte przez system OBDII/EOBD, nastąpi rejestracja kodu usterki w sterowniku silnika.

Powietrze wpływające przez nieszczelność C (rys. 3) powoduje tylko rozcieńczenie spalin powietrzem.

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