اختبار غازات العادم

Exhaust Emission Test

تحليل غازات عادم سيارات البنزين:

غازات العادم:

السيارات التي ليست بحالة جيدة تخرج ملوثات يمكن أن تزيد عن 10 مرات مقدار الملوثات التي تخرجها السيارات مثيلتها والتي بحالة جيدة. العديد من الدول تسن قوانين تتطلب إجراء اختبار غازات العادم بشكل دوري. هذا لضمان بأن السيارات تعمل بحالة جيدة وأن نظام منع التلوث بالسيارة يعمل بكفاءة عالية.

يمكن عن طريق ملاحظة لون ورائحة دخان العادم الحكم على أداء المحرك, حيث إنه يعطي انطباع عن حالة المحرك ويستخدم في تشخيص بعض أعطال المحرك.

 

الإنبعاثات الأساسية من أنبوب العادم (نواتج الاحتراق) هي:

غاز النيتروجن (N₂),

غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂),

بخار الماء (H₂O).

هذه الانبعاثات في الغالب ليست ضارة ولكن غاز ثاني أكسيد الكربون يعتبر من الغازات التي تساهم في عملية رفع درجة حرارة الجو global warming (ظاهرة الإنحباس الحراري (green house effect).

أول أكسيد الكربون (CO), وهو غاز لا رائحة له ولا لون وهو غاز سام. يسبب الوفاة خلال 30 دقيقة في حالة وجوده بالهواء بنسبة تركيز منخفضة 0.3% كنسبة حجمية من الهواء بالغرفة. يظهر بالعادم نتيجة الاحتراق داخل المحرك يتم بشكل غير كامل (نتيجة ظروف التشغيل, أو عطل). وهو في العادة يظهر نتيجة نقص في الهواء بالشحنة أو زيادة مقدار الوقود.

هيدروكربون (HC) (مركب عضوي متطاير VOC’s)- وهو ناتج في الغالبية من الوقود الغير محترق والذي يتبخر (عند تفاعله مع ضوء الشمس يؤدي إلى تكون مستوى عالي من الأوزون). الهيدروكربون  الموجود بالعادم هو وقود لم يتم احتراقه.

أكاسيد النيتروجين (NO , NO₂) والتي يطلق عليها اختصارا نوكس (NO_x) والتي تساهم في ضباب الدخان (smog) والأمطار الحمضية (acid rain).

للحد من مشكلة الانبعاثات الضارة من السيارة فقد تم إضافة نظام لمنع التلوث وهو مركب في معظم السيارات الحديثة, مثل الحفاز (catalytic converter). وهو مصنوع من طبقة رقيقة من مجموعة معدن البلاتنيوم على شكل براويز العسل (honeycomb). بحيث أن السطح الخارجي للحفاز يمثل مساحة كبيرة تساوي مرتين مساحة ملعب كرة القدم. وعند مرور غازات العادم خلاله يحدث تفاعل كيميائي لا تدخل في المادة المصنع منها ولكن تعمل على تحفيز التفاعل (لهذا سمي الحفاز). وفيه يتحول أول أكسيد الكربون والهيدروكربون والنوكس إلى غازات غير ضارة (ماء, ونيتروجين, ثاني أكسيد الكربون).

تركيبة غازات العادم خلال ظروف التشغيل المختلفة:

 

جهاز فحص غازات العادم Exhaust gas analyzer:

جهاز فحص غازات العادم هو جهاز اختبار يقوم بقياس المحتويات الكيميائية لغازات العادم (قياس الانبعاثات الناجمة من الاحتراق داخل محرك السيارة). هذا الجهاز يعتبر أداة قيمة لتشخيص الأعطال.

يركب انبوب جهاز الفحص (الحساس) probe (sensor) في مخرج أنبوب العادم. مع عمل المحرك وخروج غازات العادم يبين الجهاز كمية الملوثات والغازات المكونة لعادم السيارة. يمكن للفني استخدام تلك النتائج للتعرف والحكم على حالة المحرك والأنظمة الأخرى للمحرك.

جهاز تحليل غازات العادم يعتبر وسيلة تشخيص والتي عن طريقها يمكن التعرف على:

- مشاكل المغذي (الكربراتير) أو نظام الحقن

- المشاكل الميكانيكية للمحرك

- تسرب التخلخل

- مشاكل نظام الإشعال

- مشاكل نظام تهوية علبة عمود المرفق الإيجابي positive crankcase ventilation PCV

- انسداد منقي (فلتر الهواء)

- عطل نظام حقن الهواء

- مشاكل في نظام التحكم في التبخر evaporative control system

- مشاكل نظام التحكم عن طريق الحاسب

- حالة الحفاز catalytic

غازات عادم المحرك تحتوي على مكونات كيميائية والتي تتغير نسبتها مع كفاءة الاحتراق. بعض هذه المكونات تكون ضارة كا الهيدروكربون HC, وأول أكسيد الكربون, وأكاسيد النيتروجين NOx. وبعضها هو ناتج طبيعي من عملية الاحتراق وليس ضار, غاز ثاني أكسيد الكربون CO₂, اكسجين O₂, وماء H₂O. قياس نسب مكونات غازات العادم (مخلفات الاحتراق) يمكن الحكم على عمل حالة المحرك والأنظمة المساعدة له وكفاءة نظام منع التلوث بالسيارة.

أنواع جهاز تحليل غازات العادم:

- جهاز يقيس عدد 2 من غازات العادم (ثنائي القياس), يقيس مقدار الهيدركربون HC و أول أكسيد الكربون CO.

مع تطور السيارات كثير من أنظمة التحكم بالملوثات أضيفت للسيارة أدت إلى تقليل نسبة انبعاث أول أكسيد الكربون والهيدروكربون فأصبحت نسب تلك الملوثات بالعادم لا تدل على حالة تشغيل المحرك. قام مصنعي جهاز تحليل غازات العادم بإضافة قياس عدد 2 غاز أخر من مكونات العادم, وهما الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الذان يتأثران تأثير قليل بعمل أجهزة التحكم في الملوثات, ولذلك يمكن استخدام قراءتهما للحكم على حالة المحرك.  

- جهاز يقيس عدد 4 من غازات العادم (رباعي القياس), يقيس مقدار الهيدركربون HC و أول أكسيد الكربون CO بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون CO₂, والأكسجين O₂. مع أن الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ليسا من الغازات السامة ولا تعتبر من الملوثات, ولكن عن طريق نسبهم بغازات العادم  تعطى معلومات قيمة عن كفاءة الاحتراق وعمل أنظمة المحرك.

- جهاز يقيس عدد 5 من غازات العادم, قياس أكاسيد النيتروجين NO_x إلى تضاف إلى ما سبق من قياسات.

أجراء الاختبار:

الاحتياطات:

يجب أجراء الاختبار في مكان جيد التهوية.

يجب الوصول بالمحرك إلى درجة حرارة التشغيل (رفع سرعة المحرك ما بين 2000- 3000 لفة لعدة دقائق حتى يصل حرارة زيت المحرك إلى 80 درجة مئوية, يتم قياس درجة حرارة الزيت بمقياس حرارة من خلال عصا قياس مستوى الزيت, أو عن طريق استخدام مقياس درجة الحرارة للمحرك من بعد, أو ملاحظة الوصول إلى نقطة تشغيل مروحة التبريد الأوتوماتيكية في حالة عدم توفر مقياس حرارة. 

يجب التأكد من إدخال أنبوب الجهاز بالكامل داخل أنبوب العادم

في حالة قياس سيارة ذات ناقل حركة ذاتي يجب الحيطة حتى لا ترتفع درجة حرارة الناقل

قياس الهيدروكربون HC:

يقيس جهاز تحليل غازات العادم مقدار الهيدروكربون بجزء من مليون parts per million (ppm). قراءة الجهاز 100 تعني أن هناك 100 جزء من الهيدروكربون في كل 1,000,000 جزء من غازات العادم. السيارات القديمة تكون القراءةppm  400 في حدود المسموح ولكن السيارات الحديثة يجب أن تكون في حدود ppm  100, في حالة زيادة القراءة عن ذلك فإن ذلك يعني وجود بنزين غير محترق مع غازات العادم. يجب الرجوع إلى كتالوج السيارة لمعرفة الحدود المسموح بها لكل نوع سيارة.  (أقل من 100 في السيارات المجهزة بنظام التحكم في الملوثات, أقل من 400 في السيارات بدون نظام التحكم في الملوثات تقريبا)

* يحسب التلوث الناتج من المركبة (السيارة) بمقدار جم/ميل أو جم/ كيلومتر.

زيادة قراءة الهيدروكربون عن القيم المسموح بها بالمواصفات تدل على:

-         خليط غنى أو فقير (مشاكل بالكربراتير أو نظام حقن الوقود)

-         توقيت إشعال غير سليم (مشاكل في الموزع, والحاسب, الحاجة إلى عملية ضبط)

-         مشاكل بالمحرك (ضغط منخفض) (تسريب للغازات, مشاكل بحلقات المكبس, صمام محروق, تلف حابك رأس الاسطوانات)

-         مشاكل بنظام التحكم في الملوثات (تلف نظام التهوية الأجبارية لعلبة المرفق PCV, تلف الحفاز, تلف نظام التحكم في التبخر)

-         مشاكل في نظام الإشعال (أخفاق إشعال) (تلف شمعات الإشعال, شرخ لغطاء الموزع, دائرة مفتوحة في دائرة شمعا ت الإشعال)

-         تهريب في التخلخل

 

قياس أول أكسيد الكربون CO:

يقيس جهاز تحليل غازات العادم غاز أول أكسيد الكربون كنسبة حجمية من غازات العادم. 1% تعني بأن واحد بالمائة من حجم غازات العادم يكون من غاز أول أكسيد الكربون. وجود أول أكسيد الكربون بغازات العادم دليل على احتراق غير تام لخليط الشحنة مع الهواء, وذلك لعدم توفر الأكسجين بالخليط خلال الاحتراق. في حالة أن قراءة الجهاز أعلى من المواصفات فيجب البحث عن الأسباب المسببة لها. قراءة الجهاز لقيمة أول أكسيد الكربون مرتبطة بنسبة الهواء للوقود بالخليط. القراءة العالية لمقدار أول أكسيد الكربون تدل على أن الخليط غني. القراءة المنخفضة لمقدار أول أكسيد الكربون تدل على أن الخليط فقير. (في حدود 0.5 – 1.0% للسيارات بنظام التحكم في الملوثات و 3% للسيارات بدون نظام التحكم في الملوثات)

زيادة قراءة أول أكسيد الكربون عن القيم المسموح بها بالمواصفات تدل على:

-         مشاكل مع نظام الوقود- كمية الوقود عالية (انسداد منقي الهواء (فلتر الهواء)- تلف حاقن وقود- ضغط عالي عن المعدل لنظام الحقن- عوامة ذات ضبط عالي بالكربراتير- إنسداد في مسمار نزف الهواء- عدم ضبط نظام التقويم على البارد (الشفاط)- تلف حساس المحرك- مشاكل في وحدة التحكم الإليكترونية)

-         مشاكل في نظام التحكم في الملوثات (أي مشكلة في نظام التحكم في الملوثات تؤدي إلى زيادة نسبة أول أكسيد الكربون)

-         مشاكل في توقيت الإشعال (تقديم كبير في الشرارة- تلف نظام تقديم الإشعال)

-         ضبط غير سليم لسرعة الحمل الخالي  (سرعة بطيئة) (ضبط خاطئ للكربراتير أو نظام الحقن)

-         زيت محرك ملوث أو يحتاج إلى تغيير

 

زيادة عالية في قراءة الهيدروكربون مع زيادة عالية في قراءة أول أكسيد الكربون تدل على :

-         نظام تهوية جبري لا يعمل

-         خليط غني

-         التصاق صمام سخونة الهواء (heat riser valve) في وضع الفتح

-         مضخة الهواء لا تعمل أو مفصولة

-         زيت المحرك ملوث بالوقود

 

قياس الأكسجين O₂:

يقيس جهاز تحليل غازات العادم رباعي القياس مقدار الأكسجين بالحجم الموجود بغازات العادم (نسبة حجمية). القراءة الفعلية للأكسجين تكون في حدود 1 و 7%. يحتاج الحفاز إلى الأكسجين لإتمام حرق الهيدروكربون وأول أكسيد الكربون بالعادم. عدم توفر الأكسجين بالعادم يؤدي إلي خروج الملوثات بدون معالجة.

يضاف الأكسجين إلى غازات العادم عن طريق نظام حقن الهواء air injection system أو نظام دفق الهواء Air pulse system. مع إضافة الهواء تقل نسبة الملوثات من الهيدروكربون  وأول أكسيد الكربون. ونتيجة لذلك يمكن استخدام قراءة الأكسجين للحكم على حالة تشغيل المغذي, نظام حقن الوقود, نظام حقن الهواء, الحفاز, ووحدة التحكم الإليكترونية.

وجود الأكسجين في غازات العادم هو دليل قاطع على أن الخليط فقير LEAN air-fuel ratio. والخليط قد يكون فقير لدرجة أن يؤدي إلى فقد الاحتراق misfire, وبذلك ترتفع قيمة قراءة الأكسجين بشكل كبير. وهذه تعتبر طريق دقيقة لبيان حالة الخليط الفقير.

 

زيادة عالية في قراءة الأكسجين عن الحد المسموح به بالمواصفات تدل على:

-         فقد الإشعال

-         خليط فقير

-         تسرب في التخلخل

-         ضغط تسليم وقود منخفض عن المسموح

-         تلف حاقن الوقود (كمية وقود قليلة)

-         تلف حساس نظام دخول الشحنة

 

قلة في قراءة الأكسجين عن الحد المسموح به بالمواصفات تدل على:

-         خليط غني

-         انسداد منقي الهواء

-         تلف حاقن الوقود (كمية وقود كبيرة)

-         ضغط تسليم وقود مرتفع عن المسموح

-         تلف حساس نظام دخول الشحنة

 

قياس ثاني أكسيد الكربون CO₂:

جهاز تحليل غازات العادم الرباعي يمكن أن يقرأ مقدار ثاني أكسيد الكربون في غازات العادم بنسبة بالحجم. وفي المعتاد تكون قراءة ثاني أكسيد الكربون أكثر من 8%. ثاني أكسيد الكربون الذي هو ناتج عن عملية الاحتراق كما إنه عند التنفس يخرج ثاني أكسيد الكربون خلال عملية الزفير. ولكن ثاني أكسيد الكربون ضار بالبيئة. في حالة قياس ثاني أكسيد الكربون وأظهرت النتائج زيادة قيمة ثاني أكسيد الكربون عن قيمة الأكسجين فإن ذلك يدل على أن الخليط غني.

 

قلة قراءة ثاني أكسيد الكربون عن الحد المسموح به بالمواصفات تدل على:

-         تسرب في نظام العادم

-         خليط غني

قياس أكاسيد النيتروجين NO_x:

جهاز تحليل غازات العادم خماسي القياس يمكنه قياس مقدار أكاسيد النيتروجين (نوكس) بالعادم. ويقاس مقدار أكاسيد النيتروجين بجزء من مليون ppm. غازات أكاسيد النيتروجين ضارة بالبيئة.

 

زيادة قراءة أكاسيد النيتروجين عن الحد المسموح به بالمواصفات تدل على:

-         عطل في نظام تدوير غازات العادم EGR

-         خليط ضعيف (نسبة أعلى من 14.7 ولمبدا 1.0)

-         تقديم للشرارة

-         مسخن الهواء ثابت في وضع التسخين

-         عدم وجود أو تلف مسار الهواء البارد

-         وجود رواسب في الاسطوانات

-         عطل في الحفاز

نتائج قياس جهاز تحليل غازات العادم:

                                   + قراءة الهيدروكربون تتغير تغيير كبير اعتماد على عمر المحرك وحالته ودرجة حرارة المحرك

 

 تحديد مشاكل أداء المحرك عن طريق تجميع قراءات قياس قيم جهاز تحليل غازات العادم: 

 

 

 

تحليل غازات عادم سيارات الديزل:

تحتوي غازات العادم لمحركات الديزل على نسبة عالية من أكاسيد النيتروجين عن محركات البنزين, كما يظهر الدخان particulates matter بغازات العادم بشكل ظاهر. وهو يتكون من ذرات من الكربون, ويؤدي إلى تقليل الرؤية reduction of visibility.

يجرى فقط اختبار الدخان smoke test, على عادم السيارات المسيرة بالديزل.

أنواع الاختبار:

-         اختبار قياس كثافة الدخان smoke density.

-         اختبار قياس (عتامة) عدم الشفافية opacity of the smoke. العتامة تقاس كنسبة مئوية (مقدار التخفيض في قوة شعاع ضوء, يمر خلال الدخان(.

 

احتياطات القياس:

يجب أجراء الاختبار على سيارة بحالة تشغيل جيدة, يكون المحرك في درجة حرارة التشغيل العادية (قد لا يكون كافي الوصول لدرجة حرارة التشغيل والسيارة واقفة).

طريقة أجراء الاختبار:

-         السيارة تكون واقفة,

-         وصندوق التروس في وضع الحياد,

-         يعمل تسارع في سرعة المحرك  accelerationبدون وجود حمل خارجي للسرعة القصوى التي يعمل عندها منظم السرعة  maximum governed speed

-         يوضع حساس القياس في أنبوب العادم

-         تأخذ قيمة قراءة العداد

قياس مقدار كثافة الدخان بالعادم Exhaust smoke density:

يعتبر المحرك بحالة جيدة (ينجح في الاختبار) في حالة أن القراءة 1.5 m^-1 أو أقل بعد التسارع الأول. في عدم النجاح في الاختبار يتم عمل عدد 2 تسارع, ويجب أن يكون المتوسط في الثلاث قراءات أقل من 2.5 m^-1 للمحركات التي بها شاحن تربو. و 3.0 m^-1 للمحركات التي بها شاحن تربو.

By convention, smoke density is expressed on a per meter basis (m^-1). The smoke density is a function of the number of smoke particles per unit gas volume, the size distribution of the smoke particles, and the light absorption and scattering properties of the particles

قياس مقدار عتامة الدخان Opacity بالعادم:

يعتبر المحرك بحالة جيدة (ينجح في الاختبار) في حالة القراءة 55% للسيارات قبل سنة 1991, 40 للسيارات موديل 1991 وما بعدها.

The exhaust smoke level is measured in terms of a percentage (%) opacity. As the amount of particulate matter in the exhaust increases, the opacity of the exhaust also increases. A clear exhaust has 0% opacity and a black exhaust that blocks out all light has 100% opacity.

 

مواقع ذات علاقة:

www.direct.gov.uk

www.CleanAirForce.com

http://www.ukmot.com/

http://www.ratwell.com/mirror/interro/techgas.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Exhaust_gas