A kipufogórendszer üzemi hőmérséklete és a kipufogógáz-elemzés
A modern gépjárművek kipufogórendszere nem csupán a káros anyagok eltávolítására szolgál, hanem a motor teljesítményére és a zajszint csökkentésére is hatással van. A kipufogórendszer megfelelő működése elengedhetetlen a környezetvédelmi előírások betartásához és a motor optimális teljesítményének eléréséhez. Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk a kipufogórendszer működését, a kipufogógáz-elemzés alapjait és a leggyakoribb problémákat.
A kipufogórendszer feladatai
A kipufogórendszer összetett feladatokat lát el:
- Csökkenti a robbanómotor általi égéstermék áramlási sebességét, lengését, hőmérsékletét és hangerejét.
- A katalizátorral felszerelt járművek esetében csökkenti és átalakítja a káros gázokat.
- Biztosítja, hogy a levegő és üzemanyag arány mindig a megfelelő szinten mozogjon.
- Elősegíti a motor alacsony üzemanyag-fogyasztását és a legmagasabb teljesítményét.
A kipufogógáz összetétele
A motorban lezajló folyamatok soha nem ideálisak, ezért a hengerben mellékreakciók is lejátszódnak. Ennek eredményeképpen az Otto-motor kipufogógáz-összetétele a katalizátor előtti térben a következő arányok szerint alakul (az adatok állandósult üzemre vonatkozó közelítő értékek):
- N2 (nitrogén): 78%
- CO2 (szén-dioxid): 10%
- H2O (vízgőz): 7%
- O2 (oxigén) és nemesgázok: 1%
- H2 (hidrogén): 0,05%
- CO (szén-monoxid): 3%
- NOx (nitrogén-oxidok): 0,1%
- SO2 (kén-dioxid): 0,01%
- Részecskék: 0,005%
- HC (szénhidrogének): 0,03-0,04%
A kipufogógáz-elemzés
Az Otto-motor diagnosztikában a kipufogógáz-elemző alapműszernek számít. Egy igazán használható készüléknek az alábbi égéstermék komponenseket kell tudni mérni, ráadásul pontosan:
- CO (szénmonoxid): térfogat százalékban mérjük
- HC (szénhidrogén): ppm-ben mérjük (parts per million)
- CO2 (széndioxid): térfogatszázalékban kerül kijelzésre
- O2 (oxigén): szintén térfogatszázalékban mérhető
- Lambda-érték: ez nem mért, hanem számított érték
A műszerrel mérhető még a motor percenkénti fordulatszáma és a motorolaj hőmérséklete is.
Kipufogórendszerek katalizátor nélkül
Ideális értékek és problémák
Egy hibátlan műszaki állapotú motor üzemmeleg állapotban már nagyon jó emissziós értékeket tud produkálni. A CO értéke 0,00 és 0,20 tf% között tartható, a HC 100-120 ppm alatt. Egy apró hiba esetén ezek az értékek nagyon durva mértékben, nagyságrendekkel romolhatnak.
Nézzük meg részletesebben az egyes komponensek ideális értékeit és a problémákat:
CO (szénmonoxid)
Szagtalan, íztelen, nem látható gáz, kis mennyiségben belélegezve felszívódik, nagyobb mennyiségben akár halált okozó méreg. Üzemmeleg motornál katalizátor előtt mérve alapjáraton értéke 0,5-1,5 % körüli, 30 éves konstrukciókon 2-3% környéki. Katalizátor után mérve jól működő rendszernél 0,00-0,30 tf% értékű.
Ha ez az érték nagyon durván eltér az ideálistól (pl. 6-8%), akkor elsősorban nem a katalizátor hibájára kell gondolnunk, hanem a befecskendező rendszer működési rendellenességére. Ha 1-1,5 %-os értéket mérünk, már felmerülhet a gyanú a katalizátorral kapcsolatban. Ilyenkor célszerű a katalizátor előtt mért értéket összehasonlítani a kat. után mért CO tartalommal. Még egyszerűbb a lambdaszonda jelvezetékén mért feszültség kiértékelése.
HC (szénhidrogén)
A nem tökéletes égés miatt el nem égetett üzemanyag részecskék mennyiségét mérjük. Valamennyi elégetlen szénhidrogén mindig van a kipufogó gázban, hibátlan, korszerű motornál a 20-30 ppm körüli érték jónak számít. A HC emisszió mérése a motordiagnosztikában azért nagy lehetőség, mert égési rendellenesség esetén a ppm-ben mért érték nagyságrendekkel megemelkedik.
Kipufogó tisztítás tippek és trükkök
Magas szénhidrogén kibocsátás okai lehetnek pl: gyújtás kimaradás, tömítettségi hibák, falls levegő, túl szegény keverék, túl dús keverék, elrakott vezérlés, sport vezértengely, kopott motor, stb.
CO2 (széndioxid)
Tökéletesen működő motornál, katalizátor UTÁN az értéke valamivel 15 tf% fölötti. Ezen az értéken belül az a kedvező, ha minél több van jelen a kipufogó gázban. Alacsony CO2 szint esetén ismét csak tökéletlen égéssel számolhatunk.
O2 (oxigén)
Néhány tized tf% jelenlét nem okoz gondot. Amikor viszont jelentős mennyiségű (több %) oxigént mérünk, az vagy keverékképzési hibára, vagy a kipufogó tömörzárási hibájára utal.
NOx (nitrogénoxid)
Robbanáskor, 1000°C fok feletti hőmérsékleten keletkezik. Szénhidrogénnel vegyülve a fotokémiai szmog kialakulásáért felelős. Csökkentésére különféle műszaki megoldások kerültek alkalmazásra, pl. a kipufogógáz egy részének bizonyos üzemi körülmények közötti égéstérbe visszavezetésére az EGR szelepen keresztül. Szerviz körülmények között általában nem mérjük.
Lambda érték (légviszony tényező)
A jobb gázelemzők már kijelzik a pillanatnyi lambda értéket. A lambda érték nem más, mint a valóságos keverési arány és a sztöchiometrikus (tökéletes égéshez elméletileg szükséges) keverési arány hányadosa. Ideális esetben tehát a lambda érték = 1,00. Ebből adódóan az egynél kisebb értéknél benzinben dús, az egynél nagyobb értékeknél viszont benzinben szegény keverékről beszélünk.
A mai korszerű benzinbefecskendező/motorvezérlő szerkezetek egészen pontosan az ideális mezőben tartják a keverési arányt, ez az ún. lambda ablak. Ilyenkor az aktuális lambda érték mondjuk 0,97 és 1,03 között (tehát nagyon szűk határok között) ingadozik.
A lambda=1 értéknél alacsony értéket mutat a CO, HC, NOx is (katalizátor UTÁN!). A benzinben kissé szegény keverékkel üzemelő motor kipufogógázaiban viszont a NOx aránya igen erőteljes mértékben megnő, ami a környezetet súlyosan károsítja.
A kipufogógáz-hőmérséklet-érzékelő
Az egyre szigorúbb kibocsátási jogszabályoknak köszönhetően a kipufogógáz-hőmérséklet-érzékelők, avagy jeladók egyre népszerűbbek a modern járművekben. A kipufogógáz hőmérséklet-érzékelője méri a kipufogógáz hőmérsékletét, és az információkat visszaküldi a motor vezérlő egységének (ECU), ami feldolgozza az adatokat.
A benzinmotorokban fő feladata a kulcsfontosságú elemek védelme a magasabb hőmérsékletektől. A dízelmotorokban a kipufogógáz hőmérséklet-érzékelőit használják a dízel részecskeszűrő (DPF) hőmérsékletének figyelemmel kísérésére, hogy a regeneráláshoz megfelelő hőmérsékletet állapítsanak meg, ezzel csökkentve a káros kibocsátást.
Kétféle kipufogógáz-hőmérséklet-érzékelő létezik: pozitív hőmérsékleti együttható (PTC) és negatív hőmérsékleti együttható (NTC). A különbség az, hogy miként mérik a hőmérsékletet.
A kipufogógáz-hőmérséklet-érzékelő meghibásodásának egyik leggyakoribb oka a túlzottan magas hőmérséklet, de az erős rezgések is meglazíthatják a belső csatlakozásokat.
A meghibásodás jelei
- Sikertelen kibocsátási teszt
- EGR-rendszer meghibásodása
- Hibakódok (pl. P0544, P0546, P2033, P247A, P0549, P2031)
Az érzékelő teszteléséhez használjunk mérőeszközt, és hasonlítsuk össze a leolvasott értékeket a diagnosztikai eszköz használatakor kapott adatokkal.
Hogyan teszteljünk egy kipufogógáz hőmérséklet-érzékelőt multiméterrel
A katalizátor
A katalizátor a kipufogórendszer legfontosabb eleme, melyet dízeles autóknál jobbára a részecskeszűrő is támogat. A katalizátor megfelelő működése magas hőmérsékletet kíván, így célszerű a motorhoz lehető legközelebb beépíteni.
A katalizátor benzines járművek és dízel autók esetén is fontos szereppel bír. A sikeres műszaki vizsga egyik feltétele a kipufogógáz megfelelő határértéken belüli mértéke. A katalizátor hiánya az autónk teljesítményét is jócskán visszavetné.
A gépjárművekbe épített katalizátornak hármas hatása van, mellyel három gázkomponensre hat. Míg a szénhidrogéneket és szénmonoxidot vízzé és széndioxiddá oxidálja, a nitrogénoxidokat nitrogénné és oxigénné redukálja. A folyamathoz minimum 400 Celsius fokra van szükség.
Hibás, vagy rosszul beállított motornál, vagy rossz oxigén szenzor (lambda szonda) esetén szintén nem képes végbemenni a folyamat.
A lambda szonda
A lambda szonda (hivatalos nevén oxigén szenzor) a katalizátor elé és után van építve. Feladata, hogy információt küldjön a „motorirányító agynak” arról, hogy a keverék szegény, vagy dús. A motorvezérlő szegény információra dúsításba, míg dús információra szegényítésbe kezd.
A manapság gyártott gépkocsikba szélessávú lambda szonda kerül beépítésre. Ennek előnye, hogy képes a kipufogógáz oxigéntartalmát megmérni.
A lambda szondákat általában fűtéssel látják el, ugyanis a lejátszódó folyamat egyik feltétele a min. 400 Celsius fok.
A kipufogórendszer karbantartása
A kipufogórendszer nagy igénybe vételnek van kitéve, ezért fontos a rendszeres ellenőrzés. A hibákat jobb megelőzni, hiszen a hibás kipufogórendszeren előforduló különböző repedéseken át mérgező gázok juthatnak a fülkébe.
A rendszeres használat természetes velejárója, hogy egy idő után a rögzítések megrongálódnak. A kipufogó klinika, azaz a műhely rendszeres ellenőrzése éppen ezért fontos.
A városi használat is erősebben igénybe veszi a kipufogórendszert, mivel a rövidebb utak alkalmával az indításkor keletkezett kondenzvíz nem tud távozni, helyette megül a kipufogó dob alján és savas vize rongálja a belső elemeket.
Hűtőfolyadék-melegítés kipufogógázzal
A Toyota mérnökei által tervezett rendszer a kipufogógáz hőjét hasznosítja a hűtőfolyadék melegítésére. A rendszer fő eleme a kipufogógáz-hőcserélő, mely a katalizátor és a középső kipufogódob között helyezkedik el a kipufogórendszerben.
A bemelegedési fázisban a kipufogógázban lévő hőmennyiség egy részét átadja a hűtőfolyadéknak, mely így hamarabb felmelegszik, és segít a motornak hamarabb elérni az üzemi hőmérsékletet.
A rendszer nem tartalmaz elektromos működtetésű elemeket, csak mechanikai jellegű hiba akadályozhatja a rendszer megfelelő működését.
A motor bemelegítése
A motor pontosan úgy viselkedik, mint a mi izomzatunk, illetve ízületeink. Egyszerűen igényli a szakszerű bemelegítést. Ha a hajtómű, illetve a benne keringő kenőanyag nem tud megfelelő szinten átmelegedni, akkor a motortérben és a kipufogórendszerben kicsapódó kondenzvíz nem képes elpárologni.
Benzinmotor esetében kerüljük az álló helyzetben történő járatást, még a legnagyobb zimankóban is. Néhány másodperces várakozás után induljunk el, és tanácsos az ilyenkor optimális, kétezres, kétezerötszázas fordulaton tartani a motort.
Dízel hajtóműnél viszont nem árt, ha egy-két percet állva várakozunk, miközben már beindítottuk a motort.
Összefoglalás
A kipufogórendszer megfelelő működése elengedhetetlen a motor optimális teljesítményének és a környezetvédelmi előírások betartásához. A rendszeres karbantartás és a kipufogógáz-elemzés segíthet a problémák korai felismerésében és megelőzésében.
tags: #kipufogó #üzemi #hőmérséklet