Service Training 04.09.09 Karsten Kunckel Miguel Lopez Sistema Automotriz SRL Lima,PERU
Contenido
Emisiones de motores a gasolina
Analizadores de gases
Emisiones de motores diesel
Opacimetros
Mantenimiento
Inicio de mediciones a mayor escala 1999
Inicio de mediciones de emisiones
Publicación de la norma de LMPs
Analizadores y Opacímetros Opus Suecia
Analizador de Gases y Opacimetro Bosch Alemania
Analizadores y Opacimetros Maha Alemania
Importación de equipos hasta el año 2008 Empresa Importadora
Marca de Equipo
Procedencia
Cant. %
American Industrial Trading Mueller Bem
Francia
21
2.73%
Autorex Peruana S.A.
Alemania
77
10%
Corea
5
0,65%
Inglaterra
10
1,3%
Bosch, Maha
CTM Tecnología y Control SPTC SA Electronica Infra EIRL Brain Bee Iga Igardi rdi Herra erram mient ienta as S.A. S.A.
Tratos EIRL
Alfa Alfa Test Test,, Prot Prote ech, ch, Brasil, Italia, 67 Snap On Estados Unidos AVL, Pierburg Austria, 468 Hermann Alemania Orient China 13
Z.Fleischmann y CIA SAC
Opus, Ferret
Sistema Automotriz SRL
Suecia, Estados Unidos
88
8,7%
60,78 % 1,69% 11,43 %
Emisiones Motores a gasolina
Contenido
Contaminantes
Efecto de contaminantes
Lambda
Condiciones de prueba
CO corrected
Causas de excesos de limites
Gasoline combustion (λ = 1) ECE R-15.04 + EUDC test cycle
Admisión: peso - %
CO2 17.7% H2O 7%
O2 19.8% N2 + Ar 73.9% Combustible 6.3%
Contaminantes
N2 + Ar 73.9%
1.4%
Escape: peso - %
Combustion de gasolina (λ = 1) - escape contaminantes sin/ con catalysador de 3 vías
Contaminantes
CO2 17.7% H2O 7.0% N2 + Ar 73.9%
sin cat 1.4%
con cat 0.014...0.14%
71% CO 12% HC 17% NOX
Emision de contaminantes sin y con catalizador
Emisiones de un motor moderno a gasolina
) 12 e r u s s e r 10 p e v i t c % e f f - 8 e n a O e C m s 6 e k e a n r o i b ( s
r i 4 a m b E 2 P E M B 0 0.4 8 0 0 0 0
CO
BMEP
3600
1200
3000
1000
NOx HC
BSFC
m m p p p 2400 800 p x O C 1800 N 600 H s s e e n n o o 400 i i s 1200 i i s m m E E 200 600 0
0.6
0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
1.4
0
350 300 250 200
) n o i t p h m u s W n k / o c g l e - f u c i C f i F c S e B p s e k a r b (
Potential of danger engine exhaust combustion components
NOX (Oxidos nitrosos) NO, NO 2
tóxico
Influencia en la salud: - dificulta la respiración y causa daños pulmonares pulmonares (NO, NO 2) - bloquea el transporte del oxigeno en la sangre (NO) (NO) - concentración máx. en centros de trabajo: 5ppm
clima:
- lluvia ácida
smog:
- influye en la generacion de ozono
(según normativa)
- influye en la generacion de smog
corrosión:
- muy corrosivo en metales - causa daños en monumentos monumentos (lluvia (lluvia ácida)
Potential of danger engine exhaust combustion components
HC (Hidrocarburos)
Mezcla de diferentes componentes con
composición variable, dependiendo del combustible
componentes tóxicos: - aromataticos, formaldehidos
efectos en salud: - cancerígenos (formaldehidos)
smog :
- influye en la generación de smog (aldehidos)
clima:
- efecto invernadero (metano)
Potential of danger engine exhaust combustion components
CO2 Bioxido de Carbono
No presenta peligro para la salud humana
Efecto invernadero, influye en el clima mundial, incrementa la temperatura atmosférica.
CO Monoxido de Carbono
Nocivo
Letal: bloquea el transporte del oxigeno de la sangre Concentración máxima máxima en lugares de trabajo: 30 ppm (dependiendo de la legislación de cada país).
Potential of danger engine exhaust combustion components
Partículas
tóxico
Carbón, plomo
- aromaticos, formaldehidos, - mutagénico (plomo) - cancerigenos, PAH (Polycyclic aromatic hydrocarbons)
Influye en el smog
- partículas incrementan la opacidad
Definición del factor Lamda
Cant. de aire efectivamente disponible en la cámara de combustión Lambda (λ) =
Lambda > 1: Lambda = 1:
Lambda < 1:
Cantidad de aire necesaria para completar la combustión completa de la gasolina disponible en la cámara c ámara de combustión
Exceso de aire, mezcla pobre Cantidad exacta de aire para la combustión completa (mezcla estequiometrica) Exceso de gasolina, mezcla rica
Emisiones versus valor Lambda s e Gasoline Engine Emissions n o i s i m E
s e n o i s i m E
NOx HC
Emisiones antes del catalizador
CO
NOx
CO
HC
O2
O2
Emisiones despues del catalizador
l window (0.97 - 1.03)
e j a t l o V
valor lambda λ
0.9
1.0 Air excess ratio - λ
1.1
Funcionamiento del circuito Lambda
Inyección
ECU
Fuel Aire Motor
λSonda
Lamda
Catalizador de tres vías
Tubo de escape
Mezcl. Rica 0.9 volts
Mezcla Pobre 0.1 volts
CONDICIONES BÁSICAS PARA REALIZAR UNA MEDICIÓN DE EMISIONES Trabajos de mantenimiento realizados según las recomendaciones del fabricante
Adecuada temperatura temperatura de motor (Aceite = min 70°C)
Temperatura adecuada de convertidor catalítico (si corresponde)
No hay ingresos de aire falso en el sistema de admisión ni escape
Condiciones de prueba según lo que el fabricante - no debe marcar fallas en el diagnóstico interno (check engine, memoria) - consumidores adicionales apagados (luz, aire, etc)
Dilución de aire en el Sistema de Escape
Emisiones 100% Dilución de aire 30% Emisiones reales
CO2
n o i t a r t n e c n o C
Emisiones falseadas por dilución de aire
14,7%
CO
CO calculado
9,8%
0,3%
0,2% 7% O2
0% COCorr.= COMeas. x O2
COReal:
0,3%
: 7%
CO2 : 9,8% CO
: 0,2%
COCorr.= 0,2% x COCorr.= 0,3%
15 (COMeas. + CO2 Meas. ) 15
(0,2% + 9,8%)
Causas prinicpales de emisiones elevadas
Falta de mantenimiento /afinamiento
Cableado defectuoso
Mal contacto
Sonda de oxigeno
Convertidor catalítico
Carburador / válvulas de inyección
Defectos mecánicos
Sistema de escape
Analizador Analizador de gases AVL HGA 400 AVL Serie 4000/4000l
Karsten Kunckel
Sistema Automotriz SRL Lima PERU
Table of Contents
Principios de medición
Cálculo Lambda
Diagrama pneumatico
AVL DiGas 4000
Medicion absoluta no dispersiva por radiación infrarroja (NDIR) % 100 n o 75 i s i m s n 50 a r t e d e 25 j a t n e 0 c r o P 2.5
Absorcion máxima: CO : 4.7 µm HC : 3.3 µm CO2 : 4.3 µm 3.0
3.5
4.0
4.5
Longitud de onda - µm
5.0
5.5 6.0
Porcentaje de transmisión / concentración CO
0
% n ó i s i m s n a r t e 50 d e j a t n e c r o P
100
λ
0
2
4
6
CO = 4.7 µm
8
10
Analizador de gases λ
= f (CO, CO 2, HC, O2) Colector de muestras
Detectores IR HC Filtros IR CO CO2
Electronics
Sensor O2 Fuente infrarroja
Obturador oscilante Entrada de gas
Salida de gas
La vida útil usual de un sensor de oxígeno es de 1 a 3 años. La vida útil se reduce por las siguientes causas:
Temperatura Temperatura inadecuada de trabajo <1...>50°C
Temperatura Temperatura inadecuada de almacenamiento <20...>50°C
Humedad de medio ambiente alta > 90%
Agua o condensaciones en el sensor sens or de oxigeno
Contaminación por aceite (motores de dos tiempos, motores con alto consumo de aceite)
Contaminación por plomo
Defecto mecánico
Evaporación de agua, condensación por cambios de temperatura bruscas
Concentración de CO2 en el sensor (purgar analizador de gases)
Los sensores de O2 no deben ser guardados por más de 6 meses
La vida útil de Sensor Nox es de 200000 ppm/h. La vida útil se reduce por las siguientes causas:
Temperatura Temperatura inadecuada de trabajo <1...>50°C
Temperatura Temperatura inadecuada de almacenamiento <20...>50°C
Humedad de medio ambiente alta > 90%
Agua o condensaciones en el sensor sens or NOx
Contaminación por aceite (motores de dos tiempos, motores con alto consumo de aceite)
Contaminación por plomo
Defecto mecánico
Evaporación de agua, condensación por cambios c ambios de temperatura bruscas
Concentración de CO2 en el sensor (purgar analizador de gases)
Los sensores de NOx no deben ser guardados por más de 3 meses
Cálculo Lambda según la fórmula Brettschneider
Lambda = A1 . A2 with
21
A1 = 21 + 50 µ x
.
the following simplifications are done, x = Ambient air humidity in kg water vapour / kg air A1 = 1 WCV = Ratio of water to carbon (fuel) OCV = Atomar ratio of oxygen to carbon in the fuel HCV = Atomar ratio of hydrogen to carbon in the fuel K = Water-gas equilibrium constant K1 = Conversion factor for NDIR-HC-values (in ppm n-Hexan) to FID-equivalent values (% vol C1) ≈ 6. 10-4 NO = Nitrogen monoxide ≈ opp. at idle
8 0 0 0 0
=0 = 0.0175 = 1.7261 = 3.5
CO/CO2 K + CO/CO2
CO2 + CO/2 + O2 +NO/2 + (H CV /4 .
A2 =
= very low
K K + CO/CO2
OCV 2
) . (CO2 + CO) -
(1 +H CV /4 - OCV /2) . (CO2 + CO + K1 . HC)
W CV 2
.
(...)
Cálculo Lambda simplificado según la formula Brettschneider
Simplified λ calculation CO2 + CO/2 + O 2 + (HCV/4
λ=
.
K K + CO/CO2
-
OCV 2
(1 + H CV /4 - O CV /2) . (CO2 + CO + K1 . HC)
) . (CO2 + CO)
Diagrama neumático de analizador de 5 gases Sistema neumático Cal gas in Zero gas in
Sample in (probe)
Sistema de medición Sensor de presion Sample Cell CO, CO2, HC
Sol 1
Filtro 5 µm
Sensor de presión
Bomba lado A
Filtro de papel 5 µm
Bomba lado B
Filtro de papel 5 µm
Trampa de agua
sensorO 2
sensor NOx Condensate out
Salida de gases
AVL DiGas 4000
ESTACIÓN DE DIAGNÓSTICO DIX
ANALIZADOR DE GASES HGA 400
Technical data Display:
High resolution LC Display, graphics capability with background lighting
Printer:
Internal printer CENTRONICS-interface for external PC printer
Keyboard:
Internal function keys, socket for PC keyboard
Interface:
RS 232, PCMCIA
Operating Temperature:
5...45 °C*
Operating Voltage:
230 V AC ± 10% / 110V AC ± 10%
Power Consumption:
60 VA DiGas / 90 VA DICOM
Standards/Approvals:
⊂∈,
OIML R99 class 1, ECR R 24, IEC 801-1/2/3/4,
national approvals Dimension (w x h x l)
432 x 230 x 470 mm
Weight:
16.0 kp DiGas / 17.7kp DiCom
Measurement data Measurement Range
Resolution
CO:
0...10 % Vol
0.01 % Vol
CO2:
0...20 % Vol
0.1 % Vol
HC:
0...20000 ppm
1 ppm
NOx:
0...5000 ppm
1 % ppm
O2:
0...25 % Vol
0.01 % Vol
λ-calculation:
0...9,999
0,001
λ-sensor
0...5 V
0,04 mV
Oil temperature:
0...150 °C
1 °C
Ignition angle TDC sensor:
-60...100 °CA
0,1 °CA
Ignition angle stroboscope:
0...60 °CA
0,1 °CA
Dwell angle:
0...100 %
1,0 %
Engine speed:
250...9990 rpm
10 rpm
voltage:
PRECISIÓN DE EQUIPOS SEGÚN OIML Errores máximos permisibles Absoluto o relativo (Siempre se considera el mayor) Clase 00
CO
CO2
O2
HC
Abso Absolu luto to
± 0.02 0.02 % vol vol
± 0.3 0.3 % vol vol
± 0.1 0.1 % vol vol
± 4 ppm ppm vol vol
Relativo
±5%
±5%
±5%
±5%
Clase 0
CO
CO2
O2
HC
Abso Absolu luto to
± 0.03 0.03 % vol vol
± 0.5 0.5 % vol vol
± 0.1 0.1 % vol vol
± 10 ppm ppm vol vol
Relativo
±5%
±5%
±5%
±5%
Clase 1
CO
CO2
O2
HC
Abso Absolu luto to
± 0.06 0.06 % vol vol
± 0.5 0.5 % vol vol
± 0.1 0.1 % vol vol
± 12 ppm ppm vol vol
Relativo
±5%
±5%
±5%
±5%
Diesel Emissions 04.09.09 Karsten Kunckel Sistema Automotriz SRL Lima/PERU
Table of Contents
Emisiones de Motores Diesel
Principios de Medición
Condiciones Básicas
Influencias en la Medición
Causas de límites de medición elevadas
Opacity measurement
Hollín
Opacidad - % - m-1
„humo negro"
aceite
„humo azul“ (< 180°C)
Hidrocarburo combustible
Agua
„humo azul“ + „humo blanco“ (< 100°C) „humo blanco“ (< 70°C)
Particulado diesel – carbon core, with condensed and absorbed substances
(Isopropanol/agua)Solubles
(CH2Cl2)-Componentes solubles (bá (b ásicamente hidrocarburos) combustible
azufre aceite
Carbó Carbón agua
Material insoluble (metales y otros)
Polar organic y material inorganico
Comparison of Diesel exhaust gas measurement methods
Gravedad
Papel filtrante
Opacidad, Absorción
g/m3
FSN
% , m-1
peso
reflectivo óptico
extinsión de luz
Acondicionamiento antes de iniciar la prueba de emisiones
Se realizaron todos los trabajos de mantenimiento según las recomendaciones del fabricante
Temperatura de aceite adecuada (aprox = 80°C)
Se realizó acondicionamiento del sistema de escape (recorrido ( recorrido del vehículo a revoluciones áltas)
Condiciones de prueba según la recomendación r ecomendación del fabricante - sistema de autodiagnóstico no indica fallas (check engine) - ralentí y corte de gobernador según las especif. de fábrica - consumidores adicionales apagados (luz, AC, etc.)
Influencias en el resultado de las mediciones
Engine Temperature Influence on measured Absorption Coefficien Coef ficientt K (Peak ( Peak Value) Value) 90
4,00
80
3,50
] C ° [ T 70 e r u t a r 60 e p m e T 50 l e O
3,00
2,50
2,00
40
1,50
30
1,00
1
Number
35
] m / 1 [ K t n e i c i f f e o C n o i t p r o s b A
Influencia en el resultado de las mediciones
Idle Speed Influence on measured Absorption Coeffizien Coeffiz ientt K (Peak (Peak Value) 4
] 3,5 m / 1 [ 3 K t n e 2,5 i c i f f e 2 o C n 1,5 o i t p r o 1 s b A 0,5
0
Influencia en el resultado de las mediciones
Speed Manipulation Influence on measured Absorption Coefficient K (Peak Value) 4
3,5
m / 1 [ 3 K t n e i 2,5 c i f f e 2 o C n1,5 o i t p r o 1 s b A0,5 0
Causas de emisiones elevadas
Filtro de aire
Inicio de inyección/ injection timing device
Recirculación de gases de escape
Full load manifold pressure compensator (LDA)
Cold start accelerator
Toberas
Compresión
Humo azul (guías de válvula / turbo)
Precamaras dañadas
Opacimetro Diesel AVL DiSmoke4000 AVL DiCom 4000
Karsten Kunckel
Sistema Automotriz SRL Lima/PERU
Contenido
Principios de medición
Funcionamiento
AVL DiSmoke 4000
AVL DiCom 4000
Accesorios
Referencias
Principios de medición Temperatura de ambiente T - [K] Presión de ambiente
p - [p a ]
Velocidad de emisiones (Presión dinámica) Open end (presión atmosférica)
Opacimetro Diametro de tubo de escape Sonda de escape (diametro, longitud, Cámara de temperatura) medición
Opacimetro (longitud efectiva, tiempo de llenado cam. de medicion Filtrado electrónico)
Principios de medición
I
Principios de medición Beer - Lambert T - K p - pa
Lampara I0
I Detector
Absorción de luz Oscurecimiento
K - m -1
L - m
Extinción de luz = Absorción + Oscurecimiento Os curecimiento I0 I K - m-1 L - m T0 - K p0 - pa p - pa N - %
... ... ... ... ... ... ... ...
Intensidad de luz entrada Intensidad Intensidad de luz salida Coeficiente de absorción Longitud de medición Temperatura de ambiente 1,013.155 pa, presión normada Presión de ambiente Opacidad
I I0
T0.p -K. L. =e T.p0
= (1- N ) 100
T0.p
N = 100. (1-e -K. L. T.p0
)
Fig. I
Principios de medición Relació Relación Opacidad
Coeficiente de Absorció Absorci ón
10 9 8 1 -
Longitud de cá cámara de medició medición 0.430 m
7
m – 6 n o 5 i c r o 4 s b A 3
2 1 0
0
1 0 10
20
30
40 50 60 Opacidad – %
7 0 70
80
90
100 Fig. II
Opacidad, principios òpticos 100
100% (550 - 570 nm)
% 80 y t i v i t i s 60 n e s l a r t c 40 e p S 20
Halogen light at 3000K
Detector + Filter 4%
10 300 Ultraviolet
400
500
600
700
800
nm Infrared
Medición de lineraridad z u l a l e d d a d i s e t n I
r o r r e y t i r a e n i L
2 1 p p m a m L a L Calculated L1 L2
Nonlinear range
Linear range
1 p m a L 2 p m a L
2 + 1 p m a l d e r u s a e M
Lamp 1 + 2 measured
Detector signal L1 + L2
Fig. V
Opacity chamber Serie 4000 measuring mode
Fresh Air
Emission Engine Emission
Fresh Air
Opacity chamber Serie 4000 cleaning mode
Fresh Air
AVL DiSmoke 4000
AVL DiSmoke 4000 opacity chamber
Technical data Display:
High resolution LC Display, graphics capability with background lighting
Printer:
Internal printer CENTRONICS-interface for external PC printer
Keyboard:
Internal function keys, socket for PC keyboard
Interface:
RS 232, PCMCIA
Operating Temperature:
5...45 °C
Operating Voltage:
230 V AC ± 10% / 110V AC ± 10%
Power Consumption:
60 VA
Standards/Approvals:
⊂∈,
Dimension (w x h x l)
432 x 230 x 470 mm, (395 x 285 x 136 mm)
Weight:
11.0 kp, (3,5 kp)
ECR R 24, IEC 801-1/2/3/4, national approv.
Measurement data
Measurement Range
Resolution
Opacity:
0...100 %
0.1 %
Absorption (K-Value):
0...99.99 m-1
0.01 m-1
Acceleration Time:
0...5 s
0.05 s
Oil Temperature:
0...150 °C
1 °C
Timing Angle TDC Sensor:
-60...100 °CA
0,1 °CA
Timing Angle Stroboscope:
0...60 °CA
0,1 °CA
Engine Speed:
250...9990 rpm
10 rpm
Interfaces to host computers
Task:
Solution:
Transmission of results
standard ISOTEC
Integration into workshop network
asanet Germany Giegnet France
AVL DiSmoke 4000 benefits
One single probe for all exhaust pipes diameter
Truck adapter for vertical Exhaust Pipes
Patented automatic linearity check (without Calibration Filters)
Up-gradeable to a DiCom 4000
Automatic option detection
Highest stability due to industrial components.
AVL DiSmoke 4000 Feature
State of the art opacity chamber
Equal design to Hartridge opacimeter, but much newer ne wer
Homologated according to EC-R24
Excellent integrated RPM adaptations (AVL DiSpeed 490, Clamp On Transducer)
Reference opacimeter in several countries.
AVL DiCom4000
AVL DiGas 4000 Light 4- and 5-Gas Emission Tester for Petrol Engines
Measurement data
Measurement Range
Resolution
CO:
0...10 % Vol
0.01 % Vol
CO2:
0...20 % Vol
0.1 % Vol
HC:
0...20000 ppm
1 ppm
NOx:
0...5000 ppm
1 ppm
O2:
0...25 % Vol
0.01 % Vol
λ-calculation:
0...9,999
0,001
Oil Temperature:
0...150 °C
1 °C
Engine Speed:
250...9990 rpm
10 rpm.
Interfaces to host computers
Task:
Solution:
Transmission of results
standard ISOTEC
Transmission of results & basic remote operations
extended ISOTEC
Integration into workshop network
asanet Germany Giegnet France
AVL DiGas 4000 Light benefits
EASYLOGIC user guide
E-OBD and workshop NETWORK prepared
Designed for MOBILE USE
PCMCIA interface for fast software update
NO-channel upgrade
Automatic option detection
Calibration once a year
Highest stability due to industrial components
Fast readiness and short time of reaction
Easy to maintain due external filters and pump
AVL DiSpeed 490 Universal speed Measurement for Diesel and Petrol Engines
AVL DiSpeed 490 signal processing Structure borne and air borne noise signal
Generated speed pulses
Mantenimiento y Reparación
04.09.09 Karsten Kunckel Sistema Automotriz Lima, Peru
Periodic Maintenance AVL DiCom 4000
Periodic Maintenance AVL DiCom 4000
Periodic Maintenance AVL DiCom 4000 Control Unit:
Check using software
- Raw data from 4- gas measuring instruments unit ok ?
- O2 Sensor is ok ?
- NO Sensor is ok ?
Visual inspection
If necessary update setpoint data and software
Enter the maintenance log book
Cleaning
Replace particulate filter (see manual)
Check O- ring paper filter
Visual inspection of probe and hose
Leak check
Calibration
Periodic Maintenance AVL DiCom 4000 Sensor Unit:
Visual check - Silicon seal - Leaks in housing - Housing components (cracks, faults) - Closure fittings, snap mechanism of optical elements - Electrical plug connections and cables - Probe hose, probe clamp Function check - Test function of fan - Test function of heating - Check changeover valve - Clean the optical elements (by wiping) - Linear check
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
Annual Calibration interval Recommend Calibration Gas Concentration CO: 0,9 ... 8,5 % CO2: 5 ... 15 % HC: 140 ... 1700 ppm Vol. (Hexane) 280 ... 3400 ppm Vol. (Propane)
6 l Calibration gas required for one Calibration 0,5 bar Calibration Gas Pressure while calibration
5- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
4- Gas Calibration
5- Gas Calibration
Annual Calibration interval Calibration sequence: 1. Calibration of the NOx channel 2. 4- Gas Calibration Recommend Calibration Gas Concentration NO: 300 ... 1000 ppm Vol. (900 ppm recommended)
6 l Calibration gas required for one Calibration 0,5 bar Calibration Gas Pressure while calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
5- Gas Calibration
AVL Service Screen
AVL Service Screen
SISTEMA AUTOMOTRIZ
04.09.09 Karsten Kunckel
