סיבות לפליטה מוגברת של מזהמים

ככלל, פליטות מוגברות של גזים מסוג HC, CO ו-NO(x) מתרחשות בדרך כלל בתנאים הבאים (על גורמים נוספים ארחיב בהמשך):
* עודף HC נובע מהחטאת בעירה בגלל מערכת הצתה או בגלל תערובת עשירה/ענייה באופן מוגזם.
* עודף CO נובע מתערובת עשירה של אוויר/דלק.
* עודף של גז NO(x) נובע מטמפרטורות בעירה גבוהות.
כאשר מאבחנים באמצעות מכשיר ארבעה גזים או חמישה גזים, מתמקדים במציאת הסיבה להימצאות הגזים הנזכרים לעיל. לדוגמה, אם יש ערך גבוה של CO, צריך לבדוק את כל הגורמים שיכולים לגרום לעודף דלק או לחוסר אוויר. המידע בסעיפים הבאים יעזור לאתר במדויק את המערכות שיוצרות בעיית פליטה לפי סוג הגז.
סיבות לפליטה מוגברת של חלקיקי פחמן-מימני: כאמור, חלקיקי פחמן-מימני נוצרים בדרך כלל עקב החטאת בעירה. ברשימה הבאה כלולים הגורמים האפשריים להיווצרות של פליטה מוגברת של חלקיקי פחמן-מימני. כמו בכל רשימה של פיתרונות מהירים, נכללות בה רוב הסיבות להיווצרות חלקיקים אלה, אך לא כולן. להלן הסיבות הנפוצות לפי מחלקות ברכב:
* בעיות במערכת הצתה: תקלה במעגל הצתה משני או במעגל הצתה ראשוני או במערכת נטולת מפלג, או הספק חלש של סליל הצתה עקב תקלה בסליל או במעגל ראשוני.
* בעיות הנובעות מתערובת ענייה: אטם סעפת היניקה פרוץ או ציר המצערת שחוק.
* בעיות הנובעות מ-EGR: שסתום EGR תקוע במצב פתוח או זרימת EGR מוגזמת, או שסתום פיקוד ל-EGR חסום.
* מזרקים מוגבלים או קטנים מדי או מפויחים.
* בקרת חוג סגור מכוילת בטעות למצב עני.
* הזנת נתון שגוי למחשב: חיווי לא נכון של עומס מנוע, חום מנוע, חיישן חמצן או מצב מצערת.
* דליפה של גזי פליטה לאחר השסתום: מרווח שסתומים מהודק מדי או שסתום/תושבת שסתום שרופים.
* תזמון הצתה לקוי: כיוון תזמון בסיסי לקוי או ערך מיקום לקוי למחשב הניהול (חיישן גל ארכובה/גל זיזים מזייף או לא ממוקם היטב).
* חדירת גזים לבית הארכובה ("מנוע מנפח"):  טבעות בוכנה שחוקות או צילינדרים שרוטים.
* קומפרסיה נמוכה.
* משקעי פיח על שסתומי היניקה.
סיבות לפליטה מוגברת של פחמן חד חמצני CO: עודף בפחמן חד חמצני נוצר מכל סיבה שבגללה יחס התערובת אוויר/דלק הופך להיות עשיר מידי. הרשימה הבאה כוללת את הסיבות הנפוצות לכך:
* לחץ דלק גבוה מדי במזרקים.
* מזרקים מטפטפים.
* וסת דלק לא תקין (דיאפרגמה קרועה).
* מערכת קניסטר מלאה/לא תקינה.
* דלק באגן השמן.
* שסתום האוורור של בית ארכובה תקוע (או הצינור שלו).
* בקרת חוג סגור מכוילת בטעות למצב עשיר.
* הזנת נתון שגוי למחשב: חיווי לא נכון של עומס מנוע, חום מנוע, חיישן חמצן או מצב מצערת.
הערה: עקב ירידה ביכולת ההמרה של הממיר הקטליטי, עלייה בפליטת CO מובילה לירידה בפליטת גז ה-NO(x). לעתים די תכופות קורה שמתקנים תקלת CO, ועקב תקלה נוספת שקודם לא היה ניתן להבחין בה, נתקלים בעלייה בערך ה-NO(x), בעיקר תחת מאמץ.
סיבות לפליטה מוגברת של תחמוצות חנקןNO(x): עודף של גזים מסוג NO(x) ייגרם מעלייה בטמפרטורת הבעירה. סיבות אופייניות לכך הן:
* תקלות במערכת הקירור: ספיקת אוויר נמוכה במצנן, חוסר בנוזל קירור, מאוורר לא תקין, תרמוסטט תקוע במצב סגור או מוגבל וסתימות במצנן.
* תערובת ענייה במיוחד: אטם סעפת היניקה פרוץ או ציר מצערת שחוק.
* בקרת חוג סגור מכוילת בטעות למצב עני: הפעולה של חיישן החמצן לא תקינה, החיישן אטי או המתח גבוה.
* פעולה לא מספקת או לא תקינה של מערכת EGR: מעבר סתום חלקית, שסתום EGR לא מתפקד, שסתום פיקוד ל-EGR לא מתפקד, או מערכת ואקום ל-EGR לא תקינה.
* פעולת קידום ההצתה לא תקינה: הכיוון הבסיסי לא נכון, חיווי מיקום שגוי למחשב המנוע (חיישן גל ארכובה/גל זיזים מזייף או לא ממוקם היטב), פעולה לא תקינה של חיישן נקישות.
* משקעי פיח על שסתומי היניקה.

פליטת אדים

עד עתה עסקנו רק בפליטת מזהמים מצינור הפליטה של הרכב. חשוב להזכיר כי פליטת חלקיקי פחמן מימני נובעת גם ממערכות אוורור כגון מערכת PCV ומערכת הקניסטר, וכ-20% מפליטת חלקיקי הפחמן המימני מגיעים ממכל הדלק ומהקרבורטור (בכלי רכב ישנים). בגלל שהפליטה הזו מכילה חלקיקים אורגניים שתורמים לתופעת הערפיח, חשוב לנטר את פעולת המערכות המונעות את היווצרותה לא פחות מלנטר את איכות הבעירה.
כלי רכב מודרניים המצוידים בבקרת מזהמים משתמשים במכלי אחסון. מאחסנים בהם את אדי הדלק ושורפים אותם תוך כדי פעולת המנוע. כאשר המערכת הזו עובדת כשורה, אדי דלק לא יכולים לחמוק מהרכב אלא אם פתח התדלוק פתוח.

אבחון באמצעות מנתחי גזים

מכשירי ארבעה גזים ומכשירי חמישה גזים עשויים להיות שימושיים בפיתרון בעיות של זיהום אויר ושל אפיוני מנוע. מנתחי גזים מסחריים מנתחים כיום החל מגז אחד (CO) ועד חמישה גזים (CO, CO₂, HC, O₂ ו-NO(x)). כל חמשת הגזים, ובייחוד O₂ ו-CO₂, הם כלים מצוינים לאיתור תקלות ופיתרונן. השימוש במכשיר ניתוח גזים מאפשר לצמצם את הסיבות האפשריות לתקלה ולמקד את אזור האבחון. בנוסף, השימוש במכשיר מאפשר לבדוק את יעילות התיקון על ידי השוואה בין בדיקת הגזים לפני התיקון ובין בדיקתם אחריו.
במהלך האבחון יש לזכור את משוואת הבעירה הכימית: דלק (מימן, פחמן, גופרית) + אוויר (חמצן, חנקן) = דו-תחמוצת הפחמן + אדי מים + חמצן + פחמן חד-חמצני + חלקיקי מימן פחמני +תחמוצות חנקן + חומצות גופריתיות.
בכל אבחון יש לשאול את השאלות הבאות: מה הוא מאפיין התקלה? מה הם ערכי הפליטה שנמדדים (סרק, סרק מוגבר, תאוצה, תאוטה וכדומה)? אילו מערכות משנה עשויות לגרום לתופעה?

השפעות של משאבת אוויר משנית

בכלי רכב מודרניים, קיימת מערכת אספקת אוויר משנית, שתפקידה לספק חמצן לא שרוף לממיר הקטליטי כדי לשפר את תהליך ההמרה. מערכת זו מכניסה אוויר מן האטמוספרה אל בין המנוע לממיר הקטליטי. מערכת אוויר משנית מקטינה את תחמוצות הפחמן על ידי דילולו.

ניתוח של ערכי הפליטות של המזהמים

פליטת פחמן-מימני נמדדת במספר חלקיקים מתוך מיליון חלקיקים. HC הוא שאריות דלק בלתי שרוף, בדרך כלל כתוצאה מהחטאת בעירה. כאשר הבעירה לא מתרחשת או כאשר רק חלק מן התערובת נשרף, רמות ה-HC עולות.
חד-תחמוצת הפחמן נמדד באחוזים או בחלקיקים למאה. CO הוא תוצר לוואי של בעירה, לכן אם אין בעירה, אין היווצרות של CO. בהתבסס על קביעה זו, כאשר יש החטאת בעירה, חד-תחמוצת הפחמן שהיה נוצר בדרך כלל בתהליך הבעירה אינו נוצר. באופן כללי, ברכבי הזרקה, רמת CO גבוהה מעידה על כמות דלק גדולה מדי בתערובת שהמנוע מקבל.
תחמוצות חנקן נמדדות במספר חלקיקים מתוך מיליון חלקיקים. תחמוצות חנקן הן תוצר לוואי של בעירה, והן נוצרות בדרך כלל כאשר הבעירה היא בטמפרטורה של למעלה מ-1,370 מעלות צלסיוס. כל דבר שיגרום לטמפרטורת הבעירה לעלות, יגרום לעלייה ברמת הפליטה של תחמוצות החנקן. החטאת בעירה יכולה להעלות גם את רמת הפליטה, מכיוון שנוצרת בעירה משנית בממיר הקטליטי.
דו-תחמוצת הפחמן נמדדת באחוזים או בחלקיקים למאה. דו-תחמוצת הפחמן היא תוצר לוואי של בעירה יעילה ומושלמת. בעירה מושלמת תביא לתוצאות של כ-15.5% CO₂. רמות הפליטה של דו-תחמוצת הפחמן מושפעות מהיחס אוויר/דלק, מתזמון הצתה, ומכל דבר אחר שיש לו השפעה על יעילות הבעירה.
חמצן נמדד באחוזים או בחלקיקים למאה. כמות החמצן הנוצרת מושפעת מרמת הקִרבה של היחס אוויר/דלק ליחס סטויכיומטרי. ככל שהתערובת ענייה יותר, עולה כמות החמצן, וככל שהתערובת עשירה יותר, יורדת כמות החמצן. מכיוון שהחמצן נצרך בבעירה, יש כמויות קטנות מאוד ממנו בפליטה מן המנוע. אם יש החטאת בעירה, כמות החמצן תעלה מכיוון שהיא עוברת ללא שימוש בתא הבעירה.
גורם נוסף שיש להתייחס אליו בעת ניתוח של פליטת תחמוצות חנקן הוא שתי מערכות המשנה שנועדו לשלוט על פליטת תחמוצות חנקן: מערכת ה-EGR ולוכד ה-NO(x) המשולב בממיר. פליטת תחמוצות חנקן תעלה בעת כשל במערכת ה-EGR, או כשהיעילות של מערכות ההמרה תרד. יעילות הממיר בהפחתת ה-NO(x) קשורה לפעולה התקינה של החוג הסגור לשליטה על יחס תערובת. היעילות יורדת כאשר יש יותר מדי חמצן.

בדיקות לפני ממיר ואחריו

כאשר משתמשים במכשירי אבחון לגזי הפליטה, חשוב לזכור שפעולת הבעירה מתרחשת פעמיים לפני הגעתה לצינור הפליטה: בפעם הראשונה התערובת בוערת בתא השריפה. בעירה זו מגדירה את הרכב הגזים שמגיעים לממיר ואשר משפיעים על יעילות ההמרה באופן דרמטי. כאשר הגזים מגיעים לממיר התלת-דרכי, מתרחשים שם שני תהליכים כימיים במהלך הבעירה המשנית: הפחתה קטליטית וחמצון קטליטי.
הפחתה קטליטית: בתחילה, תחמוצות החנקן מתפרקות מפרודות החמצן שלהן. תהליך זה מתרחש רק אם כמויות מספקות של חד-תחמוצת הפחמן זמינות בשביל שהחמצן יתרכב איתן. התגובה הכימית של גזי הפליטה עם החומר הפעיל בממיר, בטמפרטורה הגבוהה הקיימת בו, גורמת להפחתה של תחמוצות חנקן ולחמצון של חד-תחמוצת הפחמן ויוצרת דו-תחמוצת הפחמן.
חמצון קטליטי: בהמשך התהליך, חלקיקי פחמן-מימני וחד תחמוצת הפחמן ממשיכים לבעור. הדבר מתרחש רק אם כמות מספקת של חמצן זמינה כדי להתרכב איתם. תגובה כימית זו יוצרת חמצון של מימן ופחמן וגוררת יצירה של אדי מים ודו-תחמוצת הפחמן.

ניתוח מטעה של גזים אחרי ממיר

כאשר פותרים בעיה של זיהום אוויר, מתמקדים בגזים הנפלטים מצינור הפליטה. לא חשוב לקבוע אם הבעירה היעילה התרחשה בזמן הבעירה במנוע או בממיר. כאשר פותרים בעיה של ביצועי מנוע, הממיר הקטליטי עשוי להסתיר בעיה של פליטת מזהמים או רמזים חשובים שיכולים לסייע לנו לאתר את התקלה במדויק. בדוגמאות הבאות מוצגים מצבים שבהם הקריאה אחרי הממיר עלולה להיות מטעה.
דוגמה 1: החטאת בעירה שולית תחת עומס גורמת לרכב מעין רתיעה. בדיקת הגזים אמורה להראות עלייה של HC ו-O₂ וירידה ב-CO₂, אולם ברגע שהגזים מגיעים לממיר הקטליטי, בייחוד לממיר יעיל, תהליך החמצון ממשיך. עודפי ה-HC מתחמצנים, מה שגורם לירידה ב-HC וב-O₂, ולעלייה ב-CO₂. בצינור הפליטה הנתונים ייראו תקינים לגמרי. נתוני ה-NO(x) בדוגמה זו יראו עלייה, בגלל הכמות הקטנה של חד-תחמוצת הפחמן והעלייה ברמות החמצן. הדבר נראה רק במכשיר חמישה גזים.
דוגמה 2: חור קטן באגזוז מעל לחיישן הלמבדה גורם לחיווי לא אמיתי של תערובת ענייה למחשב המנוע. כתוצאה מכך, המחשב מעלה את כמויות הדלק המוזרמות כדי להיכנס לטווח התקין. תלונת הלקוח תהיה עלייה של 20% בתצרוכת הדלק.
דוגמה 3: חסימה בצינור ההחזרה של הדלק גורמת לעליית לחץ דלק, וזו גורמת לתערובת עשירה מאוד ולעלייה של 20% בתצרוכת הדלק. למרות שפליטת חד-תחמוצת הפחמן עולה, הממיר הקטליטי מסוגל לחמצן את רובה לדו-תחמוצת הפחמן. התוצאה, ערכי פליטה תקינים, למעט חמצן, שערכו מאוד נמוך משתי סיבות: עלייה ב-CO גורמת לירידה בחמצן ביחס ישר, ומעט החמצן שנשאר נצרך כמעט לחלוטין בתהליך ההמרה. דוגמה זו ממחישה כיצד החמצן הוא האינדיקטור הטוב ביותר ליחס תערובת דלק/אוויר, ולא ה-CO, כאשר מודדים רכב המצויד בממיר.

כללים לניתוח גזי פליטה

* אם יש עלייה ב-CO, תהיה ירידה ב-O₂ ולהפך. CO הוא אינדיקטור לתערובת עשירה ו-O₂ - לתערובת ענייה.
* אם ה-HC עולה כתוצאה מהחטאת בעירה בתערובת ענייה, תהיה עלייה גם ב-O₂.
* CO₂ יירד אם אחד מהסעיפים המצוינים לעיל יתרחש כתוצאה מיחס אוויר/דלק לא תקין או מהחטאת בעירה.
* עלייה ב-CO לא גוררת בהכרח עלייה ב-HC. תוספת של HC תתרחש רק מהנקודה שתהיה בה החטאת בעירה עקב תערובת עשירה (CO בערך של 4%-3%).
* ערכים של HC גבוה, CO נמוך ו-O₂ גבוה באותו זמן מעידים על החטאת בעירה כתוצאה מתערובת ענייה (תיתכן גם באשמת EGR).
* ערכים של HC גבוה, CO גבוה ו-O₂ גבוה באותו זמן מעידים על החטאת בעירה כתוצאה מתערובת עשירה מאוד.
* ערכים של HC גבוה, CO נורמלי עד נמוך ו-O₂ גבוה באותו זמן מעידים על החטאת בעירה כתוצאה מתקלה מכנית או על בעיית הצתה.
* ערכים של HC נורמלי עד גבוה, CO נורמלי עד נמוך ו-O₂ גבוה באותו זמן מעידים על החטאת בעירה כתוצאה מקריאת אוויר שגויה או מתערובת ענייה.
כדי לוודא שערכי המדידה לא מדוללים באגזוז או שהמכשיר לא מכויל, מוסיפים את התוצאה של קריאת CO לקריאה של CO₂. מערכת לא מדוללת תמיד תקבל ערך הגדול מ-6%. לדוגמה, קריאת CO₂ היא 9%, קריאת CO היא 1%. מחברים את תוצאות הנתונים ומקבלים 10%. סימן שהקריאה הגיונית.
שימו לב: מערכת האוויר המשנית עלולה לדלל את התערובת בזמן הבדיקה אם היא לא מנותקת. למעשה, במנועים בעלי מערכת כזו, יהיו ריכוזי חמצן גבוהים בפליטה עקב כמות החמצן המוזרמת לאגזוז אחרי הבעירה.

גורמים המשפיעים על פליטה וביצועים

הגורמים הבאים תורמים לעלייה כוללת בפליטת המזהמים ולירידה בביצועי הרכב:
* חוסר בתחזוקה מתוזמנת: כשל במערכות המשנה או במספר תת-מערכות משניות.
* התעסקות לא מקצועית: הסרה של מערכות טיפול בזיהום אוויר, או שינויי מנוע, או שינויים במערכות טיפול בזיהום אוויר.
* שימוש בדלק המכיל עופרת או בתוספי דלק אשר אינם מתאימים למערכות חוג סגור.