Badanie spalin jest ważnym, ale często niedocenianym elementem diagnostyki pojazdów napędzanych silnikami spalinowymi. Większość właścicieli samochodów osobowych i kierowców kojarzy je z wizytą w stacji kontroli pojazdów, nieliczni byli kontrolowani na drodze przez policjantów wyposażonych w przewoźne analizatory. Dla mechaników samochodowych badanie składu spalin powinno być jedną z podstawowych procedur diagnostycznych wspomagających i kończących naprawę silnika.

W gruncie rzeczy wskazane byłoby badanie pod tym kątem każdego naprawianego pojazdu, bez względu na podstawową przyczynę wizyty w warsztacie. Lekarze nazwaliby je „badaniem przesiewowym”: krótka, trwająca zaledwie kilka minut procedura pomaga we wczesnym rozpoznawaniu problemów, które teraz niezauważone – w ciągu kilku miesięcy mogą doprowadzić do poważnej awarii albo spowodować istotny wzrost zużycia paliwa.

On Board Diagnostics II to nie wszystko

Teoretycznie zdiagnozowanie problemów z regulacją składu mieszanki paliwowo-powietrznej i reaktorem katalitycznym powinno być możliwe na podstawie komunikatów błędów i zamrożonych wartości pomiarów odczytywanych przez interfejs OBDII/EOBD. W rzeczywistości analizator spalin umożliwia wykrycie problemów, których OBDII nie sygnalizuje, albo takich, które badane przy pomocy wbudowanych sond dają niejednoznaczny obraz.
Komunikat błędu może zostać zarejestrowany zarówno w przypadku zmiany składu mieszanki wymagającego poważnej korekty, jak i w wyniku starzenia się i utraty parametrów sondy pomiarowej zainstalowanej w samochodzie. Zewnętrzny analizator, regularnie poddawany kalibracji, może być punktem odniesienia, ponieważ można bezpiecznie założyć, że daje prawidłowe odczyty.
Badanie spalin pobranych u wylotu rury wydechowej może służyć tylko do oceny zgodności składu spalin z normą określającą dopuszczalne wartości emisji. W tym przypadku na podstawie wyników pomiarów nie można określić stanu silnika ani wykonywać żadnych regulacji, ponieważ spaliny, zanim opuszczą układ wydechowy, są poddawane działaniu reaktora katalitycznego. Jeśli wyniki pomiarów mają być wykorzystane do regulacji silnika, trzeba je pobrać przed katalizatorem zmieniającym. W niektórych samochodach, zwłaszcza starszych, można znaleźć rurkę specjalnie w tym celu wspawaną w układ wydechowy.

Co mierzy analizator spalin?

Warsztatowe analizatory spalin mierzą zawartość, a dokładniej rzecz biorąc objętościowy udział tlenu cząsteczkowego (O2), dwutlenku węgla (CO2), tlenku węgla(CO), węglowodorów (HC). Niektóre potrafią zmierzyć także zawartość tlenku azotu (NO). Na podstawie tych wartości analizator oblicza kolejne: korygowaną zawartość tlenku węgla (CO- kor), wartość współczynnika lambda mieszanki paliwowo-powietrznej, czasami masę powietrza w spalanej mieszance w przeliczeniu na 1 kg paliwa (wartość współczynnika AFR).
Prawidłowe wykonanie analizy spalin wymaga także zmierzenia prędkości obrotowej silnika. Można to zrobić na wiele sposobów, w zależności od wyposażenia i konstrukcji analizatora spalin: najczęściej na podstawie tętnień w instalacji elektrycznej, analizy akustycznej dźwięków emitowanych przez silnik. Niektóre analizatory mierzą także temperaturę oleju silnikowego, kąt wyprzedzenia zapłonu, kąt zwarcia, napięcie czujnika tlenu.
W spalinach można wykryć wiele węglowodorów, jednak analizatory warsztatowe są skonstruowane w taki sposób, żeby reagowały przede wszystkim na zmiany zawartości heksanu o wzorze sumarycznym C6H14. Ponieważ udział poszczególnych węglowodorów jest zależny od rodzaju paliwa – dobrze, jeśli analizator wykorzystywany w warsztacie umożliwia wybór pomiędzy benzynami a innymi paliwami, gazem LPG i CNG. Rozszerza to zakres stosowania przyrządu, a jeśli warsztat zajmuje się montażem i regulacją instalacji gazowych, możliwość wyboru paliwa jest bezwzględnie konieczna.

Analizatory laboratoryjne i warsztatowe

Trzeba pamiętać, że istnieje wiele metod badania składu spalin. Każda z nich charakteryzuje się inną dokładnością, czułością, rozdzielczością i bezwładnością (czasem narastania wskazań). Ogólnie rzecz biorąc wyróżniamy dwie duże grupy metod badań: laboratoryjne i warsztatowe (techniczne). Metody laboratoryjne są bardzo dokładne, ale wykorzystanie ich w warsztacie samochodowym mija się z celem. Są zbyt kosztowne, wymagają ręcznego wykonywania wielu precyzyjnych czynności, co oznacza istotne wydłużenie czasu badania.
Na potrzeby warsztatów produkowane są analizatory o prostszej konstrukcji, większej niepewności pomiarowej, ale za to przeprowadzające pomiar automatycznie i szybko. Ich parametry całkowicie wystarczają do przeprowadzenia kontroli i regulacji silnika oraz reaktora katalitycznego.

Pomiar zadymienia (dymomierze)

Jeśli warsztat naprawia samochody z silnikami wysokoprężnymi (a dokładniej rzecz biorąc przeprowadza większe naprawy, remonty i regulacje tych silników), powinien być wyposażony w dymomierz. Ten przyrząd umożliwia sprawdzenie udziału cząstek stałych (sadzy) w wydychanych spalinach. Jej obecność wynika z innego niż w przypadku silników benzynowych składu paliwa (każde paliwo jest mieszanką wielu węglowodorów o różnych właściwościach), sposobu przygotowania mieszanki i przebiegu procesu spalania.
Zadymienie spalin wynika z obecności sadzy, czyli – chemicznie rzecz biorąc – nieszkodliwego węgla. Problem polega jednak na tym, że sadza doskonale absorbuje inne substancje powstające podczas pracy silnika wysokoprężnego, w szczególności węglowodory aromatyczne: fenantren, fluoranten, piren i chryzen. Są one uważane za związki silnie toksyczne i rakotwórcze, szczególnie złą opinię ma benzo(a)piren.
Dymomierz może być osobnym urządzeniem albo podzespołem analizatora spalin – dymomierza. Pomiar zadymienia może być wykonywany na kilka sposobów. W praktyce warsztatowej spotyka się dymomierze absorpcyjne i filtracyjne.
W dymomierzu filtracyjnym spaliny pobrane z układu wydechowego samochodu są przepuszczane przez wkład filtracyjny i powodują jego zaczernienie. Mierząc stopień zaczernienia filtra, określa się zawartość sadzy w spalinach. Ta metoda, stosunkowo długotrwała i kłopotliwa, jest coraz rzadziej stosowana w warsztatach.
Znacznie częściej można spotkać dymomierze absorpcyjne, w których pomiar zadymienia wykonuje się, wyznaczając stopień rozproszenia światła w strumieniu spalin. Urządzenie pomiarowe składa się z dwóch elementów: źródła światła i czujnika mierzącego jego natężenie. Zakłada się, że w czystym powietrzu do czujnika dochodzi całe światło wyemitowane przez źródło. Im więcej cząstek stałych będzie obecnych w spalinach, tym więcej światła ulegnie odbiciu i rozproszeniu. W rezultacie do elementu pomiarowego dotrze światło o mniejszym natężeniu. Zmiana natężenia jest proporcjonalna do zanieczyszczenia spalin.
Błędy wskazań mogą być spowodowane zanieczyszczeniem elementów optycznego układu pomiarowego, niedokładnym zerowaniem oraz różnicami w średnicy rury wydechowej. Często dymomierze wyposaża się w dwie końcówki używane odpowiednio dla rur wydechowych – o średnicy do 70 mm i powyżej. Drugi przypadek dotyczy przede wszystkim samochodów ciężarowych i maszyn napędzanych silnikami wysokoprężnymi.
Cykl pomiaru zadymienia wygląda następująco: odpowiednio rozgrzany silnik pracuje na biegu jałowym, następnie zwiększa się obroty tak, aby całkowicie wyłączyć urządzenie rozruchowe pompy wtryskowej. Potem zwiększa się prędkość obrotową silnika do wartości maksymalnej (pełna dawka paliwa) i utrzymuje na tym poziomie przez czas wystarczający do wykonania pomiaru. Potem prędkość obrotową zmniejsza się aż do uzyskania biegu jałowego. W jednym badaniu należy wykonać kilka cykli pomiarowych, sprawdzając rozrzut wyników. Ostateczną wartością zapisywaną w wynikach badania jest średnia arytmetyczna z czterech następujących po sobie pomiarów.

Bezpieczeństwo pomiarów

Podczas badania składu spalin trzeba pamiętać o zachowaniu zasad bezpieczeństwa. Pomiary przeprowadza się przy włączonym silniku, często niesprawnym, emitującym duże ilości toksycznych produktów, w dodatku pracującym na wysokich obrotach. Szczególnie niebezpieczny jest tlenek węgla: bezbarwny, bezwonny, łatwo wiążący się z hemoglobiną w czerwonych krwinkach. Pierwszym objawem zatrucia tlenkiem węgla może być utrata przytomności, uniemożliwiająca ucieczkę z niebezpiecznego pomieszczenia.
Stanowisko do pomiarów jakości spalin musi być dobrze wentylowane. Brak wentylacji spowoduje nadmierną koncentrację spalin w pomieszczeniu. Obecność spalin w powietrzu zasysanym przez badany silnik może mieć wpływ na skład spalin pobieranych z układu wydechowego.

Rachunek ekonomiczny

Czy opłaca się kupić analizator spalin? To zależy od skali i rodzaju działalności warsztatu. Analizator jest obowiązkowym wyposażeniem stacji diagnostycznych, jest też niezastąpiony w warsztatach montujących instalacje LPG. Mechanicy specjalizujący się w poważnych naprawach, remontach i tuningu silników powinni mieć go pod ręką. Natomiast w warsztatach bez konkretnej specjalizacji może być przydatny, ale koszt zakupu i eksploatacji stawia inwestycję pod znakiem zapytania.
Nowoczesny, wysokiej jakości analizator spalin kosztuje kilkanaście tysięcy złotych, choć można znaleźć urządzenia, których cena przekracza 30 tys. zł. Za kilka tysięcy można kupić używane urządzenie po przeglądzie i legalizacji. Ale to dopiero początek kosztów. Stacje diagnostyczne muszą co 6 miesięcy potwierdzać sprawność analizatorów, legalizując je, co kosztuje od stu kilkudziesięciu do 200 zł (jeśli badanie jest przeprowadzane w miejscu zainstalowania analizatora). W warsztatach prawdopodobnie nikt nie upomni się o świadectwo legalizacji, ale jeśli pomiar ma mieć sens, musi być wykonany sprawnym urządzeniem. W zależności od liczby wykonywanych pomiarów serwis do urządzenia trzeba zamówić co najmniej raz w roku, czasami co 6 miesięcy.
Najbardziej wrażliwym, najdroższym i jednocześnie narażonym na uszkodzenie elementem analizatora jest komora pomiarowa. Jej stan zależy od sposobu eksploatacji analizatora, w szczególności od utrzymania układu pomiarowego w czystości i zapewnienia drożności wszystkich elementów. Spaliny, zanim dotrą do komory pomiarowej, są przeprowadzane przez filtr, którego wkład trzeba regularnie wymieniać. Zanieczyszczenia skutkują grubymi błędami pomiarowymi, mogą też doprowadzić do uszkodzenia komory pomiarowej. W żadnym wypadku nie należy usuwać filtra – nawet po to, żeby wykonać „tylko jeden, jedyny pomiar” przed przekazaniem urządzenia do serwisu.
Naprawy, regulacje, wymiany filtrów i innych elementów powinny być wykonywane przez doświadczonych specjalistów znających procedury serwisowe, dysponujących dokumentacją techniczną i materiałami eksploatacyjnymi akceptowanymi przez producenta analizatora. Źle wykonana naprawa lub regulacja analizatora wprowadza do wyników pomiarów błędy, które trudno zauważyć na pierwszy rzut oka, ale ich obecność może narazić na szkody klientów warsztatu. Na przykład jeśli wyjadą samochodem ze źle ustawioną instalacją LPG.

Na co można liczyć, inwestując w analizator? Ceny badania spalin różnią się w zależności od lokalizacji warsztatu i charakteru klientów. Można przyjąć, że cena jednego badania wynosi około 20 zł. Instalatorzy LPG koszt zakupu i eksploatacji analizatora muszą rozliczać w cenie świadczonych usług, podobnie mechanicy naprawiający i regulujący silniki. Dla warsztatu, który nie specjalizuje się ani w jednym, ani w drugim, analizator może być czystym kosztem, bo wydatek 12 tys. zł na analizator „zwróci się” dopiero po 600 badaniach (nie licząc kosztów przeglądu i wymiany filtrów).
Można tu jednak dostrzec pewną niszę rynkową. Wiele wskazuje na to, że w najbliższym czasie pomiar jakości spalin zostanie potraktowany znacznie bardziej poważnie niż obecnie. Jeśli wzrośnie częstotliwość kontroli spalin przeprowadzanych przez policję na drogach, zwiększy się zainteresowanie właścicieli pojazdów ich stanem technicznym, także przed zakupem. W rezultacie może powstać zapotrzebowanie na szybkie, łatwo dostępne badanie spalin przenośnymi analizatorami u klienta, na giełdzie albo u osoby sprzedającej pojazd. Akceptowalny koszt takiego badania mógłby być znacznie wyższy niż wspomniane 20 zł. Dla nabywcy pozytywny wynik testu jest bardzo ważny, bo oznacza, że najprawdopodobniej nie będzie miał problemów na stacji diagnostycznej.

Piotr Kołaczek