SUN Maskin
Öppettider mån-fre 08.00-17.00
Telefon vxl +46 (0) 54-85 00 75
sun@sunmaskin.se

SUN Avgasskola

Allmänt

Denna avgasskola är närmast avsedd som teknisk information och är inte någon bruksanvisning för våra 4- och 5-gasmätare.

Att förstå värdet av avgasanalys

Använd ditt avgasinstrument för att skaffa data till diagnoser av motorproblem och göra nödvändiga reparationer. Först då kommer det fulla värdet av att förstå avgasanalys stå klart för dig.

Innehåll

Idealmotorn

Kunde man konstruera den "ideala" förbränningsmotorn, vore det en motor som förbränner sitt bränsle fullständigt. Biprodukterna vid förbränningen (avgaserna) i denna teoretiska idealmotor skulle bli koldioxid (CO2) och vattenånga (H2O). Se bild nedan.

Tyvärr är ingenting perfekt. I verkligheten när flamfronten skickas iväg av gnistan och träffar de relativt svala cylinderväggarna, kyls en del av bränslet av vilket resulterar i ofullständig förbränning. Om förgasare eller insprutningssystem är dåligt inställda, blir luft/bränsleförhållandet felaktigt för att en fullständig förbränning skall kunna ske.

Verklighetens motor

Det grundläggande förhållandet mellan de fem förbränningskomponenterna är:

  • HC (Kolväte = bränsle)
  • CO (kolmonoxid)
  • O2 (syrgas)
  • CO2 (koldioxid)
  • NOx (kväveoxid)

Förhållandet kan variera mellan motorer, beroende på ålder, kondition och motortemperatur. Dålig inställning av förgasare, insprutning och tändläge påverkar också märkbart detta förhållande.

Avgaser

Kolväten

Kolväten är oförbränt eller delvis förbränt bränsle. Höga kolvätenivåer (mätt i miljondelar, ppm) i avgaserna är ofta relaterade till problem i tändsystemet; defekta tändstift, dåliga tändkablar, felaktigt tändläge eller slutningsvinkel, vacuumläckor eller felaktigt luft/bränsleförhållande, som förorsakar oriktig förbränning och höga HC-värden.

Kolmonoxid

CO bildas när syret inte räcker till under förbränningen. Höga kolmonoxidnivåer (mätt i procent av avgaserna) kan förorsakas av för fet blandning, lågt tomgångvarv, felaktig flottörnivå, igensatt luftfilter, dåligt fungerande PCV-ventil eller felaktigt inställd förgasning eller insprutning. Låga syrgasnivåer tyder på att det finns mer bränsle än som kan förbrukas med det syre som är tillgängligt. Detta kan kallas syrebrist. Lösningen är att minska mängden bränsle.

Koldioxid

CO2 (mätt i procent av avgaserna) är en viktig ledtråd för att ställa diagnos på hur effektiv förbränningsprocessen är. Kolmonoxid (en del kol på en del syre) blir resultatet om det finns för litet syre vid förbränningsprocessen. Koldioxid (en del kol, två delar syre) blir resultatet vid en mer effektiv förbränning. Ju större andel CO2 i avgaserna, desto effektivare arbetar motorn. Ett värde på 13-15% ansesidealiskt, med CO och HC på eller nära noll och syrgas inom 1-3%.

Syrgas

O2 (mätt i procent) visar hur väl inställd förgasaren är. Om syrgasinnehållet mäts då luft/bränsleförhållandet ändras från fet till mager, eller från mager till fet, visar ett hopp i värderna på åtminstonde 0,5% vid den punkt där övergången sker mellan fet och mager. O2-mätning kan också användas för att upptäcka vacuumläckor och tändningsproblem som ger upphov till misständning samt felaktiga provvärden på grund av att avgasgivaren inte är korrekt insatt och/eller att avgassystemet läcker. Syrgasvärden på 1,5% eller mindre anses idealiska med HC och CO på eller nära noll och CO2 inom 13-15%.

Kväveoxider

Ungefär 80% av luften vi andas består av kväve (N), övriga ca 20% är syre. En förbränningsmotor förbrukar syrgas (O2) när den går och släpper ut kvävetsom avgaser. Kväveoxider (NOx) bildas när förbränningstemperaturen överstiger 1370oC. Även om NOx-föreningarna inte direkt påverkar motorns gång, förorsakar de under vissa atmosfäriska förhållanden smog tillsammans med oförbränt bränsle (HC). Det är av detta skäl som NOx (mätt i gram per kilometer) används när en bil skall typgodkännas.

En del av lösningen när det gäller att hålla NOx under kontroll har varit en anordning som kallas EGR-ventil (för avgasrecirkulation) för att sänka förbränningstemperaturen genom att recirkulera avgaserna tillbaka till förbränningskammaren. Mekanikern/teknikern kan inte göra mycket för att styra utsläppen annat än att se till att motorn och EGR-ventilen (om sådan finns) fungerar som de skall.

Katalysator

En katalytisk renare är en anordning som liknar en ljuddämpare och sitter i avgassystemet mellan grenröret och ljuddämparen. Den består av en kammare där en kemisk reaktion äger rum för att förvandla giftiga och skadliga gaser till mindre skadliga. Vanligast förekommande är en trevägskatalysator som förvandlar cirka 90% av CO, HC och NOx från motorn till C=2, N (kväve) och H2O (vatten).

En typisk katalytisk renare består av ett ytterskikt av rostfritt stål med keramiska material inuti, formade som en vaxkaka. Från början är materialet täckt av ett tunnt skikt av aluminiumoxid, vilket gör att materialets area ökar till ungefär tre fotbolls- planers storlek. Sedan täcks ytan med en liten mängd (2/3 gram) av ädelmetallerna platina och rodium. Platina påskyndar oxideringen av CO och HC, medan rodium reducerar NOx.

En katalysator arbetar bara på maxeffekt om bränsleblandningens luft/bränsleförhållande ligger på den stochiometriska punkten (14.7:1) och katalysatorns arbetstemperatur ligger mellan 400 och 800 grader. Vid temperaturer under 300 grader fungerar inte katalysatorn och vid temperaturer mellan 800 och 1000 grader bryts ädelmetallerna ner. Över 1000 grader förstörs katalysatorn snabbt. En svår motorstörning som en misständning kan få temperaturen att stiga upp till 1400 grader, vilket får substratmaterialet att smälta. Blyad bensin och för mycket restolja kan också skada katalysatorn.

För att hålla rätt styrka på blandningen (AFR) har de flesta bilar med katalytisk avgasrening elektronisk bränsleinsprutning eller elektronisk förgasarkontroll. Dessa system kan vara av typ "Open loop" där tonvikten ligger på en korrekt inställd och underhållen motor eller "Closed loop", som använder en Lambda-sensor för att förse den elektroniska styrenheten (ECU) med uppgifter för att hålla ett korrekt luft/bränsleförhållande. De flesta fordon använder elektronisk bränsle- insprutning med "Closed loop".

Lambda

Lambda är en siffra som på ett enkelt sätt visar hur mycket luft som finns i den förbrända bränsleblandningen. När Lambda är lika med ett (1,00) betyder detta att luften precis räcker för att bränslet skall förbrännas helt och att det inte finns något syreöverskott. Alla värden över 1,00 visar ett överskott av luft (mager blandning) och ett värde under 1,00 visar att luften inte räcker till (fet blandning). Lambda är direkt relaterat till luft/bränsleförhållandet med idealiskt AFR (14.7:1) vid Lambda 1,00.

Lambdasensor

En Lambdasensor är en keramisk anordning som sitter i avgassystemet på motorsidan av den katalytiska renaren. Den består av en kropp av keramiskt material, vars yta har platinaelektroder fulla av porer. En elektrod påverkas av den omgivande luften och den andra av avgaserna. När mängden syrgas på elektrodernas båda sidor skiljer sig åt, bildas en spänning. Lambda-sensorns uppgift är alltså att ta reda på hur mycket syrgas som finns bland avgaserna och förse den elektroniska styrenheten med det resulterande spänningssvärdet.

Den elektroniska styrenheten utvärderar signalen från Lambdasensorn och ökar eller minskar mängden bränsle för att bibehålla korrekt luft/bränsleförhållande eller Lambda 1,00. En "Closed loop" arbetar med cirka tio cykler inom Lambda-fönstret 0,97 till 1,03. Arbetsspänningen är 0 till 0,8 Volt, där Lambda 1,00 är 0,5 Volt. Lambda-sensorn fungerar inte under 250 grader C. Under den temperaturen arbetar systemet som en "Open loop" (ingen styrning). För att skyda på processen, är en del Lambda-sensorer förvärmda. Detta ser man på att det går tre kablar till Lambda-sensorn i stället för en.

Att använda lambdamätning

Alla SUN:s 4- och 5-gasanalysatorer är försedda med båda Lambda- och AFR-mätning. Använd metod för Lambda-mätning bygger på Spindt-formeln, som tar hänsyn till CO, HC, CO2 och O2. Denna formel har använts för att den är mest omfattande och tillåter Lambda- (AFR-) mätning både före och efter katalysatorn med samma resultat. Man räknar med att majoriteten av Open loop kommer att ha ett avgasuttag före katalysatorn så att bränsleblandningen kan ställas in precis på den stoichometriska punkten.Vid Closed loop är det en del tillverkare som sätter ett uttag före katalysatorn. För att testa ett fordon med katalysator och/eller Lambdasensor bör motorn köras vid 3000 rpm i cirka tre minuter för att man skall vara säker på att den nått arbetstemperatur.Om man studerar avgasvärdena, ser man hur de förändras när katalysatorn börjar arbeta.

Typiska värden med LAMBDA-styrning (Closed Loop)
EXAKT INSTÄLLT CO HC CO2 O2 LAMBDA AFR
Före katalysatorn 0,6 120 14,7 0,7 1,00 14,7
Efter katalysatorn 0,2 12 15,3 0,1 1,00 14,7

Märk att CO, HC och O2 alltid minskar, medan CO2 alltid ökar.
Lambda/AFR är lika före och efter katalysatorn.

Typiska värden för ett system med Open Loop
EXAKT INSTÄLLT CO HC CO2 O2 LAMBDA AFR
Före katalysatorn 0,6 110 14,7 0,7 1,00 14,7
Efter katalysatorn 0,1 15 15,2 0,1 1,00 14,7
FET BLANDNING
Före katalysatorn 2,5 300 12,4 0,2 0,96 14,2
Efter katalysatorn 1,8 90 13,9 0,0 0,96 14,2
MAGER BLANDNING
Före katalysatorn 0,15 185 12,9 4,2 1,10 16,1
Efter katalysatorn 0,03 80 13,4 3,6 1,10 16,1
Variationsområde för avgasvärden

MED KATALYSATOR UTAN KATALYSATOR
CO 0,05% till 0,5% 0,5% till 1,5%
HC 5 ppm till 30 ppm 50 ppm till 350 ppm
CO2 14,5% till 15,5% 13% till 15,5%
O2 0,1% till 2,0% 0% till 2,0%
LAMBDA 0,97 till 1,03 0,9 till 1,1
AFR 14,4/15,0 till 1 14,5/16,0 till 1
LAMBDA som diagnoshjälpmedel
LAMBDA =
mindre än 1,00
CO = Låg
HC = Hög
CO2 = Låg
O2 = Hög
= Misständning
LAMBDA =
1,00
CO = Låg
HC = Låg
CO2 = Låg
O2 = Hög
= Avgasläckage
LAMBDA =
0,80–1,00
CO = Hög
HC = Hög
CO2 = Låg
O2 = Låg
= Fet blandning
LAMBDA =
1,00–1,20
CO = Låg
HC = Hög
CO2 = Låg
O2 = Hög
= Mager blandning

Luft/bränsleförhållandet

Fordon med katalytiska avgasrenare och datorstyrda luftsystem har gjort det svårare att ställa in bränslesystemet för dagens och morgondagens fordonstestare. Den nya datorstyrda motorn håller luft/bränsleförhållandet nästan perfekt, men bara om systemets givare fungerar på ett korrekt sätt. Koldioxid (CO2) och syrgas (O2) är nycklarna till en riktig inställning av elektroniska förgasare och insprutningssystem. Det är viktigt att komma ihåg att biprodukterna vid förbränning (avgaserna) beror på förhållandet mellan luft och bränsle.

Den stoichiometriska punkten är ett luft/bränsleförhållande på 14,7 till 1 (då förbränns bränsleblandningen mest effektivt).

MÄRK! Denna punkt kan variera något på grund av olikheter i bränslets sammansättning.

Stoichiometriska punkten:

• CO och O2 är lika vid denna punkt.
• HC- och CO-utsläpp är lägst och CO2 högst vid stoichiometriska punkten
(CO2 är en indikator på effektiv avgasförbränning).
• NO har värde 1700 till 2500 ppm vid denna punkt (utan EGR-ventil).

NO har värde 500 till 1000 ppm vid denna punkt (med EGR-ventil).

Mager blandning

• Hög HC indikerar mycket mager blandning och misständning.
• O2 är indikerar bättre en mager blandning än enbart HC.
• Hög O2 indikerar mycket mager blandning.
• NO är högst när CO och HC är lägst.

Insprutningssystem skall inte kunna ge felaktiga testresultat.

Fet blandning

• Låg O2 indikerar en fet blandning.
• Hög CO visar på en bränsle/luftblandning som är rikare än vid den stoichiometriska punkten.
• Höga HC tal betyder vanligtvis höga halter av bränsleblandning som ej förbrännts.

Luft/bränsleförhållandet kan variera och bidrar till olika effekter i fordonet:
FÖRHÅLLANDE RESULTAT
MYCKET MAGER BLANDNING Dålig motorkapacitet
Glödtänder under jämn hastighet
Brända ventiler
Brända kolvar
MAGER BLANDNING Låg bensinförbrukning
Lågt avgasutsläpp
Försämrad motorkapacitet
Viss tendens till knackningar och smällar
STOICHIOMETRISKA PUNKTEN Högsta prestanda (Lamda = 1,00)
FET BLANDNING Bra motorkapacitet
Omfattande utsläpp
Hög bensinförbrukning
Inga knackningar
MYCKET FET BLANDNING: Hög bensinförbrukning
Glödtänder
Minskar luftföroreningar
Oljan förorenas
Svarta avgaser
Förstör katalysatorn

De farliga föroreningarna

CO Koloxid Är en lukt- och färglös gas som bildas vid all förbränning. Den försämrar blodets förmåga att transportera syre till kroppens olika vävnader.
HC Kolväten Är en grupp ämnen som dels är rester från ofullständig förbränning av bensin, dels släpps ut då bensin avdunstar. Vissa är cancerframkallande.
CO2 Koldioxid Är ofrånkomlig så länge vi förbränner fossila bränslen och är direkt beroende av hur mycket vi förbrukar. Därför bör vi sträva efter att minska bränsleförbrukningen så mycket som möjligt.

Avgaskontroll vid svensk bilprovning

Vid besiktning görs kontroller av avgasreningen både beträffande koloxidhalt och funktion hos de avgasrenande komponenterna och på bilar med katalysator från 1989 års modell och senare mäts även kolväten. Katalysator och motor måste vara driftsvarm vid kontrollen. Gränsvärden för personbilar med katalysator är mycket låga. Bara 0,5 volymprocent CO koloxid och 100 ppm volymprocent HC kolväten vid tomgång. Prov utföres även vid förhöjt varvtal 2000 - 3000 varv, resultatet för Lambda skall vara mellan 0,985 - 1,035 och max 0,3% CO.

Anm. På grund av att det finns tekniska olikheter bland fordonen på marknaden så finns idag ett stort antal anvisningar som avviker från de generella reglerna.

Tillverkarens åtaganden för katalysatorbilar

Vid anmärkning på avgasreningen på 1989 års modeller och senare skall tillverkare svara för reparation av fel utan kostnad för bilägaren. Åtagandet gäller upp till 5 år eller 8000 mil beroende på vilket som först uppstår.

Utrustning för avgasrening kontrolleras och på bilar från 1975 års modell och senare utföres en översiktlig kontroll av att utrustningen är rätt monterad samt en funktionskontroll av vissa komponenter. Även om bilen klarar utsläppsgränserna kan den bli underkänd.