Szczelność układu wylotowego silnika o zapłonie iskrowym ZI jest ściśle związana z analizą jego spalin. Może być ona przeprowadzana metodą pomiarowo-obliczeniową, stosowaną jako narzędzie do regulacji i diagnostyki silników. Jednak rozwój konstrukcji silników, spowodował jednocześnie zmniejszenie możliwego jej wykorzystania. Według opinii niektórych konstruktorów, wprowadzając systemy diagnostyki pokładowej standardu OBDII/EOBD, nie ma już ona zastosowania w serwisach samochodowych i stacjach kontroli pojazdów. Praktyka wykazała, że systemy diagnostyczne nie są dostatecznie dopracowane, szczególnie jeżeli chodzi o diagnozowanie szczelności układu wylotowego, a także niektóre inne usterki w samochodach. Oprócz takich opinii są też i odmienne, według których właśnie analiza spalin jest niezbędna, aby wykryć prawie wszystkie uszkodzenia.
W opinii autora opracowania „Analiza składu spalin silników ZI cz.1 Kompendium praktycznej wiedzy” mgr inż. Stefana Myszkowskiego, jeżeli samochód pochodzi z lat dziewięćdziesiątych (albo jest młodszy) i posiada system diagnostyczny standardu OBDII/EOBD to przeprowadzenie analizy spalin wyjątkowo pomaga w diagnostyce prowadzonej z wykorzystaniem testera diagnostycznego. Jest to jedyna metoda diagnostyczna pozwalająca określić skład spalin, tym bardziej że jest ona zależna od czynników, których elektroniczne systemy diagnostyczne nie potrafią jeszcze rozpoznać.
Systemy diagnostyczne OBDII/EOBD
Na desce rozdzielczej samochodów zamontowano kontrolki. Wyświetlają się one, aby poinformować kierowcę o działającej funkcji np. światłach bądź kierunkowskazach. Natomiast inne ostrzegają przed zbliżającym się problemem. Również są takie, które sygnalizują brak ładowania akumulatora lub problem z ciśnieniem oleju w silniku. Za działanie tego typu powiadomień odpowiada właśnie system On-Board Diagnostics w skrócie OBD. Jest to zdolność pojazdu do samodzielnej diagnostyki i wykrywania usterek w jak najwcześniejszej fazie.
Systemy OBD-I pierwszej generacji
Najpierw był OBD-I pierwszej generacji, który pochodził z lat 60. i 70. ubiegłego stulecia. Wówczas powstały pierwsze auta z modelami systemów autodiagnostycznych. Rozwój ich nastąpił w wyniku działalności Kalifornijskiego Urzędu Ochrony Zasobów Powietrza (California Air Resources Board). Stworzył on przepisy mające na celu obniżenie emisji szkodliwych związków do atmosfery. W wyniku tego powstała m.in. koncepcja opisywanego OBD, czyli systemu podstawowej pokładowej diagnostyki. Zgodnie ze stosownymi przepisami każdy nowy samochód musiał być wyposażony w taki system, żeby go dopuszczono do sprzedaży. Ten przepis zaczął obowiązywać w 1988 roku i obejmował OBD-I pierwszej generacji.
Systemy te były niedoskonałe i bazowały na sterowniku silnika, który kontrolował pracę najważniejszych podzespołów i elementów odpowiedzialnych za emisję spalin. W tym systemie wszelkie występujące i rozpoznane nieprawidłowości były zapisywane w pamięci w postaci błędów. Natomiast najpoważniejsze problemy sygnalizowały lampki kontrolne MIL (Malfunction Indicator Light).
Systemy OBD-II (drugiej generacji)
Wraz z upływem lat i rosnącymi wymaganiami w zakresie ochrony środowiska oraz rozwojem technologicznym samochodów opracowano kolejną wersję systemu OBI tj. OBD-II (drugiej generacji), który stał się obowiązkowy na amerykańskim rynku w 1996 roku. Wymóg ten najpierw zastosowano dla aut z silnikami benzynowymi, a rok później rozszerzono go na modele wyposażone w jednostki wysokoprężne.
Systemy ODB II / EOBD
Wkrótce podobne wymogi wprowadzono w Europie poprzez wdrożenie systemu EOBD (European On-Board Diagnostic), który dostosowano do europejskich przepisów. Jego stosowanie jest obowiązkowe od 2000 roku dla aut z silnikami benzynowymi. Tymczasem auta napędzane silnikami Diesla zaopatrzono w obowiązkowe systemy EOBD w roku 2003. Praktycznie wygląda to tak, iż wszystkie samochody wyposaża się w charakterystyczne 16-stykowe złącze nad pedałami. Poprzez podpięcie czytnika oraz dzięki standaryzacji formatu kodów błędów aktualnie każdy kierowca jest w stanie samodzielnie zdiagnozować wiele usterek. Inwestując zatem w najprostsze urządzenie diagnostyczne wydaje niewielką kwotę pieniędzy.
Niektórzy badacze i fachowcy uważają, że połączony system ODB II/EOBD jest doskonałym narzędziem diagnostycznym. Niezbędna jest jednak do pełnego jego wykorzystania procedura, która zapewnia powtarzalność wyników. Opracowano takie procedury umożliwiające wykrywanie usterek przy pomocy skanerów diagnostycznych.
Szczelność układu wylotowego silnika ZI, a jego nieszczelność
Szczelność układu wylotowego silnika o zapłonie iskrowym ZI jest głównym czynnikiem mającym podstawowy wpływ na prawidłową pracę określonych zespołów i elementów tego układu. Dotyczy to zespołu regulacji składu mieszanki, o ile w układzie wylotowym jest zamontowany jeden, lub więcej czujników tlenu, konwertera katalitycznego, pomiaru składu spalin oraz ewentualnej regulacji układu zasilania.
Pisząc o szczelności układu wylotowego nie można pominąć ewentualnej jego nieszczelności w aspekcie udziałów objętościowych składników spalin. Jest to powiązane z sytuacją, gdy strumień spalin z silnika miesza się z powietrzem z powodów nieszczelności układu wylotowego. Następny przypadek wynika np. z wprowadzenia sondy poboru spalin analizatora do końcówki układu wylotowego, na za małą głębokość. Dodatkowo może ona wynikać z niewłaściwego montażu końcówki wyciągu spalin i sondy ich poboru.
Mieszanka paliwowo-powietrzna — szczelność układu wylotowego
Nie sposób nie wspomnieć o powstaniu mieszanki paliwowo-powietrznej w omawianym procesie przy założeniu szczelności układu wylotowego. Jeżeli paliwo jest w postaci płynnej tj. benzyna, gaz LPG lub LNG to zgodnie z wszelkimi regułami, zanim stanie się mieszanką paliwowo-powietrzną, musi przejść w stan gazowy. Ciekłe paliwo się nie spala. Jest to wyjątkowo istotne dla benzyny, w przypadku której nie zawsze są warunki, aby jej wszystkie frakcje odparowały. Następuje to np. podczas uruchamiania silnika, następnie nagrzewania go i szybkiego zwiększania jego prędkości obrotowej podczas przyspieszania samochodu.
Wówczas paliwo wraz ze spalinami usuwa prawidłowo działający układ wylotowy. Paliwo tworzy z powietrzem mieszankę, w której są składniki powietrza. Należą do nich tlen O2, który jest utleniaczem dla składników paliwa, następnie azot N2 niebiorący udziału w procesie spalania. Pełni on jednak ważną rolę gazu roboczego.
Podstawową wielkością charakteryzującą skład mieszanki paliwowo-powietrznej jest współczynnik λ składu mieszanki. Oblicza się go z określonego wzoru. Ponadto ma on wartość bezwymiarową. Dodatkowo jest on wielkością charakterystyczną dla określonego paliwa, oraz zależy od jego składu chemicznego.
Natomiast teoretyczną masę powietrza potrzebną do spalenia 1 kg paliwa oblicza się na podstawie stosownego równania chemicznego. Zatem obliczona teoretyczna masa powietrza potrzebna do spalenia:
- benzyny w ilości 1 kg wynosi 14,7 kg powietrza,
- 1 kg gazu LPG (propan 50% / butan 50%) wynosi 15,5 kg powietrza,
- 1 kg gazu CNG wynosi 17,2 kg powietrza.
Jeżeli chcesz dowiedzieć więcej, zachęcamy do lektury drugiej części artykułu.
