Equipos de medición de gases

Thomas Schimpl, Klaus Schulte 08/04/23 |

Sistema Automotriz SRLLima,PERU

Service Training

08.04.23

Karsten Kunckel

Miguel Lopez


Emisiones de motores a

gasolina

Analizadores de gases

Emisiones de motores

diesel

Opacimetros

Mantenimiento

Contenido


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. Bosch, Maha Alemania 77 10%

CTM Tecnología y Control SA

SPTC Corea 5 0,65%

Electronica Infra EIRL Brain Bee Inglaterra 10 1,3%

Igardi Herramientas S.A. Alfa Test, Protech, Snap On

Brasil, Italia, Estados Unidos

67 8,7%

Sistema Automotriz SRL AVL, Pierburg Hermann

Austria, Alemania

468 60,78%

Tratos EIRL Orient China 13 1,69%

Z.Fleischmann y CIA SAC Opus, Ferret Suecia, Estados Unidos

88 11,43%


EmisionesMotores a gasolina


Contaminantes

Efecto de contaminantes

Lambda

Condiciones de prueba

CO corrected

Causas de excesos de

limites

Contenido


Gasoline combustion ( = 1) ECE R-15.04 + EUDC test cycle

Admisión: peso - %

Escape: peso - %

O2 19.8%

N2 + Ar 73.9%

Combustible 6.3%

CO2 17.7%

H2O 7%

N2 + Ar 73.9%

Contaminantes 1.4%


Combustion de gasolina ( = 1) - escape contaminantes sin/ con catalysador de 3 vías

Contaminantes

con cat 0.014...0.14%

sin cat 1.4%

CO2 17.7%

H2O 7.0%

N2 + Ar 73.9%

71% CO

12% HC

17% NOX

Emision de contaminantes sin y con catalizador


Emisiones de un motor moderno a gasolina

80000

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

NOxCO

HC

12

10

8

6

4

2

0

BMEP

BSFC

350

300

250

200

1.41.1

3600

3000

2400

1800

1200

600

0

1200

1000

800

600

400

200

0

0.9E

mis

ion

es

NO

x -

pp

m

Em

isio

nes

HC

-

pp

m

BS

FC

-

g/k

Wh

(bra

ke

sp

ec

ific

fu

el

co

ns

um

pti

on

)

Em

isio

nes

CO

-

%

BM

EP

-

bar

(b

rak

e m

ea

n e

ffe

cti

ve

pre

ss

ure

)


Potential of dangerengine exhaust combustion components

tóxico

Influencia en la salud:

- dificulta la respiración y causa daños pulmonares (NO, NO2)

- bloquea el transporte del oxigeno en la sangre (NO)

- concentración máx. en centros de trabajo: 5ppm (según normativa)

clima: - lluvia ácida

smog: - influye en la generacion de ozono

- influye en la generacion de smog

corrosión: - muy corrosivo en metales

- causa daños en monumentos (lluvia ácida)

NOX (Oxidos nitrosos) NO, NO2



componentes tóxicos: - aromataticos, formaldehidos

efectos en salud: - cancerígenos (formaldehidos)

smog : - influye en la generación de smog (aldehidos)

clima: - efecto invernadero (metano)

HC (Hidrocarburos) Mezcla de diferentes componentes con

composición variable, dependiendo del

combustible



No presenta peligro para la salud humana

Efecto invernadero, influye en el clima mundial, incrementa

la temperatura atmosférica.

CO2 Bioxido de Carbono

CO Monoxido de Carbono

Nocivo

Letal: bloquea el transporte del oxigeno de la sangre

Concentración máxima en lugares de trabajo: 30 ppm

(dependiendo de la legislación de cada país).



tóxico - aromaticos, formaldehidos,

- mutagénico (plomo)

- cancerigenos, PAH (Polycyclic

aromatic hydrocarbons)

Influye en el smog - partículas incrementan la

opacidad

Partículas Carbón, plomo


Definición del factor Lamda

Lambda > 1:

Lambda < 1:

Exceso de aire, mezcla pobre

Cantidad exacta de aire para la combustión completa (mezcla estequiometrica)

Exceso de gasolina, mezcla rica

Cant. de aire efectivamente disponible en la cámara de combustión

Cantidad de aire necesaria para completar la combustión completa de la gasolina disponible en la cámara de combustión

Lambda () =

Lambda = 1:


Gasoline Engine EmissionsNOx

CO

O2

HC

Emisionesantes del catalizador

Em

isio

nes

NOxCO

O2

HC Emisiones despues del catalizadorE

mis

ion

es

Air excess ratio - 1.0 1.10.9

valor lambda

l window (0.97 - 1.03)

Vo

ltaj

eEmisiones versus valor Lambda


Funcionamiento del circuito Lambda

Tubo de

escape

Catalizador de tres vías

ECU

Sonda Lamda

Aire

Inyección

Motor

Fuel


Sonda de Oxigeno (Sonda Lambda)

Mezcl. Rica0.9 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 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 reales

Emisiones 100%

CO calculadoEmisiones falseadas por

dilución de aire

COReal: 0,3%

O2 : 7%

CO2 : 9,8%

CO : 0,2%

COCorr.= COMeas. x15

(COMeas. + CO2 Meas.)

COCorr.= 0,2% x 15

(0,2% + 9,8%)

CO2 14,7%

O2 0%

9,8%

0,2%

7%

CO 0,3%

Co

nce

ntr

atio

n

Dilución de aire 30%

COCorr.= 0,3%


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 de gases AVL HGA 400

AVL Serie 4000/4000l

Karsten Kunckel

Sistema Automotriz SRL

Lima PERU


Principios de medición

Cálculo Lambda

Diagrama pneumatico

AVL DiGas 4000

Table of Contents


Medicion absoluta no dispersiva por radiación infrarroja (NDIR)

CO2 : 4.3 µm

CO : 4.7 µm

HC : 3.3 µm

Absorcion máxima:

100

75

50

25

0

2.53.0

3.54.0

4.55.0

5.56.0

Po

rcen

taje

de

tra

ns

mis

ion

- %

Longitud de onda - µm


Porcentaje de transmisión / concentración CO

0

50

1000 2 4 6 8 10

Concentración de CO - %

CO = 4.7 µm

Po

rcen

taje

de

tra

ns

mis

ión

- %


Analizador de gases

Obturadoroscilante

Salida de gasEntrada de gas

Detectores IR

Filtros IRColector de muestras

Fuente infrarroja

Electronics

HCCO

CO2

Sensor O2

= f (CO, CO2, HC, O2)


Vida útil del Sensor de Oxigeno

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 inadecuada de trabajo <1...>50°C

Temperatura inadecuada de almacenamiento <20...>50°C Humedad de medio ambiente alta > 90% Agua o condensaciones en el sensor 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


Vida útil del Sensor de NOx

La vida útil de Sensor Nox es de 200000 ppm/h.La vida útil se reduce por las siguientes causas:

Temperatura inadecuada de trabajo <1...>50°C Temperatura inadecuada de almacenamiento <20...>50°C Humedad de medio ambiente alta > 90% Agua o condensaciones en el sensor 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 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

80000

Lambda = A1 . A2 with the following simplifications are done,

x = Ambient air humidity in kg water vapour / kg air = very lowA1 = 1WCV = Ratio of water to carbon (fuel) = 0OCV = Atomar ratio of oxygen to carbon in the fuel = 0.0175HCV = Atomar ratio of hydrogen to carbon in the fuel = 1.7261K = Water-gas equilibrium constant = 3.5K1 = 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

A1 = 21

CO/CO2 21 + 50x .

K + CO/CO2

A2 =

CO2 + CO/2 + O2 +NO/2 + (HCV/4 . - ) . (CO2 + CO) - . (...) K + CO/CO2

K OCV

2

WCV

2

(1 +HCV/4 - OCV/2) . (CO2 + CO + K1 . HC)


Cálculo Lambda simplificado según la formula Brettschneider

Simplified calculation

=

CO2 + CO/2 + O2 + (HCV/4 . K

K + CO/CO2

OCV -

2 ) . (CO2 + CO)

(1 + HCV/4 - OCV/2) . (CO2 + CO + K1 . HC)


Diagrama neumático deanalizador de 5 gases

Sol 1

Sensor de presión

Sensor de presion

SampleCell CO, CO2, HC

Bomba lado A

Bomba lado B

Filtro 5 µm

Zerogas in

Calgas in

Sample in (probe)

Condensate out

Salida de gases

sensorO2

Sistema neumático Sistema de medición

sensorNOx

Filtro de papel 5

µm

Trampa de agua

Filtro de papel 5 µm


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 printerCENTRONICS-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 % Vol0.01 % Vol

CO2: 0...20 % Vol0.1 % Vol

HC: 0...20000 ppm1 ppm

NOx: 0...5000 ppm1 % ppm

O2: 0...25 % Vol0.01 % Vol

-calculation: 0...9,9990,001

-sensor voltage: 0...5 V0,04 mV

Oil temperature: 0...150 °C1 °C

Ignition angle TDC sensor: -60...100 °CA0,1 °CA

Ignition angle stroboscope: 0...60 °CA0,1 °CA

Dwell angle: 0...100 %1,0 %

Engine speed: 250...9990 rpm10 rpm


PRECISIÓN DE EQUIPOS SEGÚN OIML

Errores máximos permisibles

Absoluto o relativo (Siempre se considera el mayor)

Clase 00 CO CO2 O2 HC

Absoluto ± 0.02 % vol ± 0.3 % vol ± 0.1 % vol ± 4 ppm vol

Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 %



Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 %



Relativo ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 5 %



Lima/PERU

DieselEmissions

08.04.23

Karsten Kunckel


Emisiones de Motores

Diesel

Principios de Medición

Condiciones Básicas

Influencias en la Medición

Causas de límites de

medición elevadas

Table of Contents


Opacity measurement

Opacidad - % - m-1

Hollín

Agua

Hidrocarburo

„humo azul“ (< 180°C)

„humo azul“ + „humo blanco“

(< 100°C)

aceite

combustible

„humo negro"

„humo blanco“ (< 70°C)


Particulado diesel – carbon core, with condensed and absorbed substances

Polar organicy material inorganico

Carbón

agua

aceite

combustible

azufre

(CH2Cl2)-Componentes solubles(básicamente hidrocarburos)

Material insoluble(metales y otros)

(Isopropanol/agua)-Solubles


Comparison of Diesel exhaust gas measurement methods

g/m3 FSN % , m-1

peso reflectivo óptico extinsión de luz

Gravedad Opacidad, AbsorciónPapel filtrante


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

del vehículo a revoluciones áltas)

Condiciones de prueba según la recomendación 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.)


Engine Temperature Influence on measured Absorption Coefficient K (Peak Value)

30

40

50

60

70

80

90

Oe

l T

em

pe

ratu

re T

[°C

]

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

Ab

so

rpti

on

Co

eff

icie

nt

K [

1/m

]

Influencias en el resultado de las mediciones

Result can differ depending on the engine air/fuel system

1 35Number


Idle Speed Influence on measured Absorption Coeffizient K (Peak Value)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Ab

so

rpti

on

Co

eff

icie

nt

K [

1/m

]Influencia en el resultado de las mediciones



Speed Manipulation Influence on measured Absorption Coefficient K (Peak Value)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Ab

so

rpti

on

Co

eff

icie

nt

K [

1/m

]Influencia en el resultado de las mediciones



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


Lima/PERU



Funcionamiento

AVL DiSmoke 4000

AVL DiCom 4000

Accesorios

Referencias

Contenido


a


Temperatura de ambiente

Presión de ambiente

Velocidad de emisiones(Presión dinámica)

Open end(presión atmosférica)

Sonda de escape(diametro,longitud,temperatura)

Opacimetro (longitud efectiva, tiempo de llenado cam. de medicionFiltrado electrónico)

T - [K]

p - [pa]

Diametro de tubode escape

Opacimetro

Cámara de medición



I



Beer - Lambert

Detector

OscurecimientoL - m

I0 I

K - m -1

Lampara

Absorción de luz

T - Kp - pa

Extinción de luz = Absorción + Oscurecimiento

I0 ... Intensidad de luz entradaI ... Intensidad de luz salidaK - m-1 ... Coeficiente de absorciónL - m ... Longitud de mediciónT0 - K ... Temperatura de ambientep0 - pa ... 1,013.155 pa, presión normadap - pa ... Presión de ambienteN - % ... Opacidad

I

I0= e -K. L. = (1- )N

100

T0.p

T.p0

T0.p

T.p0N = 100. (1-e )-K. L.

Fig. I



1010 20 30 40 50 60 7070 80 90 10000

1

2

3

4

5

6

7

88

9

10

00

Opacidad – %

Ab

sorc

ion

–

m-1

Relación Opacidad Coeficiente de Absorción

Longitud de cámara de medición 0.430 m

Fig. II


Opacidad, principios òpticos

100

80

60

40

20

10

nm

100%(550 - 570 nm)

400300 500 600 700 800

4%

Detector + Filter

Halogen lightat 3000K

Ultraviolet Infrared

Sp

ectr

al s

en

siti

vit

y -

%


Medición de lineraridad

Detector signal

CalculatedL1

L2L1 + L2

Lamp 1 + 2measured

Mea

sure

d la

mp

1 +

2

Lam

p 2

Lam

p 1

Lam

p 1

Lam

p 2

Lin

eari

ty e

rro

r

Inte

sid

ad d

e la

luz

Linear range Nonlinear range

Fig. V


EmissionEngine

Fresh Air

Emission

Fresh Air

Opacity chamber Serie 4000measuring mode


Fresh Air

Opacity chamber Serie 4000cleaning mode


AVL DiSmoke 4000


AVL DiSmoke 4000 opacity chamber


Technical data

Display: High resolution LC Display,graphics capability with background lighting

Printer: Internal printerCENTRONICS-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: , ECR R 24, IEC 801-1/2/3/4, national approv.

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)


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

Integration into workshop network

standard ISOTEC

asanet GermanyGiegnet 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

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 Light4- and 5-Gas Emission Tester for Petrol Engines


Measurement dataMeasurement Range Resolution

CO: 0...10 % Vol0.01 % Vol

CO2: 0...20 % Vol0.1 % Vol

HC: 0...20000 ppm1 ppm

NOx: 0...5000 ppm1 ppm

O2: 0...25 % Vol0.01 % Vol

-calculation: 0...9,9990,001

Oil Temperature: 0...150 °C1 °C

Engine Speed: 250...9990 rpm10 rpm.


Interfaces to host computers

Task: Solution:

Transmission of results

Transmission of results & basic remote operations

Integration into workshop network

standard ISOTEC

extended ISOTEC

asanet GermanyGiegnet 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 490Universal speed Measurement for Diesel and Petrol Engines


AVL DiSpeed 490 signal processing

Structure borne and air borne noise signal

Generated speed pulses


Sistema Automotriz Lima, Peru

Mantenimientoy

Reparación

08.04.23

Karsten Kunckel


Periodic Maintenance AVL DiCom 4000



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

Control 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

Sensor Unit:


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


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


AVL Service Screen


SISTEMA AUTOMOTRIZ

08.04.23

Karsten Kunckel

Equipos de medición de gases

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