-1-
Řízené vznětové systémy
VŘ
AUTOR: IHR Technika s.r.o. Diagnostika emisních systémů pro SME (stanice měření emisí), dodatkovým programem na CD ROM (Workshop od firmy VIVID)
1
-2-
Úvod Tento školící materiál nesupluje učebnici pro učňovskou školu oboru automechanik, autoelektrikář apod., ani střední nebo vysoké vzdělání v oborech příbuzných, nýbrž je navázáním opravárenské teorie a praxe na jmenované základní znalosti z oboru se specializací na kontrolu stavu motoru ve vztahu na jeho funkčnost tak, aby nedocházelo než k přiměřenému poškozování ovzduší tak, jak stanoví výrobce při homologaci vozidla, popř. současně platná národní legislativa. Vozidla pohybující se v silničním provozu jsou vybavena širokou škálou systémů řízení motoru, které však mají velmi mnoho společných znaků. Systémy vycházejí z několika základních řešení, které se postupem času a s ním souvisejícími modernizacemi rozvětvily do mnoha kombinačních variant. Výrobci tyto varianty popisovaly a dodnes popisují ve svých dokumentacích pouze zevrubně a velmi nedostatečně. Důkazem toho jsou prakticky denní zápolení s hledáním závad podle chybových hlášení řídící jednotky, což staví dnes potupně diagnostiku do pasivní pozice vyměňování dílů zkusmo tak, jak naznačuje opravdu velmi "děravá" diagnostika v dílenských příručkách, vedoucí obsluhu v základních krocích bez hlubších rozborů a bez použití komfortní měřící techniky. Tak se postupem času stalo, že se vývoj kvalitních přístrojů náročných na kvalifikaci obsluhy pozastavil kvůli snaze připravit universální strom vedení obsluhy hledáním příčiny závady pomocí sériové diagnostiky. Toto konání podporoval výrobce ve víře, že sériová diagnostika bude nahrazovat měření fyzikálních veličin stále rostoucím objemem sledovaných sfér řízení motoru a chybových kódů. Ve skutečnosti je tomu dnes naopak. Výsledkem několikaleté praxe se stále "dokonalejšími" obsáhlými funkcemi sériové diagnostiky je, že nákladně vyvíjené software nejen že nestačí pokrýt skutečně se vyskytující závady na vozidlech, ale mnohdy zapletou hlavu i samotnému výrobci, který pouze s jeho vlastní diagnostikou na hledání závad v praxi nevystačí. Obsluhu všech možných variant měření průměrný mechanik nezvládá, takže výrobce připravuje pro obsluhu strom vedení diagnostikou. Paradoxně jej tyto předem připravené úkony odnaučují logicky myslet, takže mechanik svědomitě sleduje "strom" výběrových menu v diagnostice, a přitom používá metody, které praxe ověřila jako nanejvýš nespolehlivé (viz např. ohmické měření vysokonapěťových kabelů). Přicházející trend se vrací k vyššímu nároku na odbornost mechanika - opraváře, který si poradí s návody na měření všech parametrů nikoliv pomocí čtení diagnostického rozhraní, nýbrž nástroje, který mu poskytuje mnohem vyšší jistotu pravdivosti naměřených výsledků. Díky popularitě a rozšířením počítačového vybavení do nejcivilnějšího sektoru se stal přístup k přístrojům, kterými před 20 lety disponovaly pouze nejvyspělejší laboratoře, zcela standardní záležitostí. Přístroje jsou koncipovány pro snadnou obsluhu a obsahují mnohdy integrovaný informační software. Autoři takového software- poskytovatelé seřizovacích a kontrolních hodnot, se specializují tyto informace koncentrovat do stále obnovovaných databází mezi jinými i pro účely kontrol emisního chování motorů. Jakou úlohu by měla splňovat pravidelná kontrola emisního chování vozidla? Pro technika SME je v zásadě pouze nutné, aby jednotlivé systémy rozeznal, a při kontrole emisních vlastností vozidla v provozu se soustředil na odhalování závad, které poškozují ovzduší a životní prostředí jako takové, a vozidlo nevyhovující předepsanému stavu vyřadil z provozu vystavením negativního protokolu o kontrole emisního chování vozidla. K detailnímu ověření bezvadné funkce systému řízení motoru, především pozorování chování jeho komponentů slouží diagnostické přístroje pro paralelní měření, především motortester s digitálním paměťovým osciloskopem. Emisní chování vozidla v provozu se historickým vývojem ověřovalo analyzátorem výfukových plynů až doposud v chodu na volnoběh a zvýšených otáčkách bez zátěže. Od doby, kdy se pro preciznější dávkování směsi využívá regulace její bohatosti pomocí zpětné informace o zbytkovém kyslíku ve výfuku, a pro snížení škodlivin ve výfukových plynech katalyzátor, byly zavedeny čtyřprvkové analyzátory výfukových plynů s výpočtem vzdušného čísla lambda. Ty umožňují vedle kontroly obsahu škodlivých složek sledování kvality samotného hoření. Předepsaná kontrola paměti závad u vozidel z let výroby před rokem 2000 je lichá, protože je v dílenských dokumentacích pouze rámcově popisovaná a sama o sobě zachytí pouze hrubé chyby, tyto mnohdy dokonce mylně interpretuje, ale většinu závad nechá stejně bez povšimnutí (například většinu odchylek analogově měřících komponentů nelze softwarově kontrolovat). Kontrola obsahu zákonem určených škodlivých látek ve výfukových plynech je však minimem, které pro zjištění emisního chování vozidla v provozu nestačí. Ke kontrole účinnosti katalyzátoru by měla v první řadě patřit kontrola regulační smyčky okruhu lambda, která je nanejvýš vhodná hlavně pro zachování funkčních vlastností katalyzátoru po dobu jeho očekávané životnosti. Proto by minimální dodatkovou výbavou každé emisní stanice mělo být zařízení, kterým lze uzavření regulační smyčky v regulačních režimech kontrolovat. Pro zajištění vyšší účinnosti emisních kontrol je žádoucí nejen zařízení, které dokáže zjišťovat poruchy řídícího systému motoru, ale i dostatečné vzdělání obslužného personálu, který svou odbornost potvrdí testem znalostí, a který ručí za kvalitu kontrolních mechanizmů stanice tak, aby nedocházelo k projití defektního vozidla s kladným výsledkem kontroly emisního chování. Jen tak lze předpokládat, že emisní systémy vyhovujících vozidel vybavené dočišťováním škodlivin katalýzou (oxidačně redukční systémy) budou plnit svou funkci, a tak minimálně poškozovat životní prostředí. Vzhledem ke zvládnutí spektra vozidel vybavených shora popsanými systémy omezující výskyt škodlivin ve výfukových plynech, musí emisní technik ovládat bezpečně teorii i praxi měření veličin a testovací metodiky na všech těchto vozidlech. K zvládnutí kontrolních mechanizmů valné většiny systémů bez potřeby speciálních návodů, které stejně dílenské příručky mnohdy nedostatečně obsahují, bude sloužit obsah tohoto školícího 2
-3-
materiálu, který je výsledkem mnohaletého sledování diagnostických metod renomovaných výrobců diagnostických přístrojů ve spolupráci s popředními výrobci motorových vozidel. Systémy tvorby směsi, které postupem času doplňovaly nové a novější mechanické, hydraulické, pneumatické, elektronická či jiné i kombinované prvky tvoří seznam o nevelkém objemu, a lze se s nimi v tomto školícím materiálu detailně seznámit, hlavně pak s metodikou kontroly jejich bezvadné funkce. K detailním informacím vedle základních principielních znalostí poslouží databáze v tištěné či elektronické podobě, které jsou na trhu v českém, nebo cizím jazyce.
Historie Diesel: • 1897
První vznětový motor schopný chodu představen u společnosti MAN
• 1910
Britský patent na „hydraulicky řízené vstřikování paliv do vznětových motorů technickým šéfem Vickers Werke „James Mc Kechni“
• 1923
První pohonná jednotka pro nákladní vozy postavena u Benz-MAN
• 1927
Bosch vstřikovací čerpadlo vhodné pro sérii nákladních vozidel
• 1936
Na veletrhu IAA v Berlíně představuje Daimler Benz 260 D
• 1975
První velkosériová výroba rozdělovacích čerpadel VW Golf
• 1978
První vznětový motor s přeplňováním pro osobní vozidla představen spol. Daimler-Benz
• 1986
První elektronicky regulované vstřikování BMW
• 1989
První přímo vstřikovaný motor v osobním vozidle Audi
• 1990
První katalyzátor se vznětovým motorem (VW)
• 1995
Zavedení paliva Biodiesel (VW)
• 1996
Magnetickými ventily ovládané radiální čerpadlo Bosch (VP 44)
• 1997
První Common–Rail v osobním voze spol. Fiat (Alfa 156)
• 1998
První jednotka „čerpadlo tryska“ (Pumpe-Düse)v motoru osobního vozu VW
• 2000
Sazový filtr (filtr pevných částic) Peugeot
• 2004
3. Generace Common Rail s Piezo Injektory
3
-4-
Příprava pro provedení emisního testu vozidla se vznětovým motorem: • • • •
vozidlo je po pravidelné údržbě, všechny servisní práce dle plánovaných servisních intervalů provedeny provozní teplota motoru (např. 80°C teplota oleje) výfukový systém je kondicionován (teplý výfuk, profouknut přípravnou akcelerací, zbaven usazených sazí) splněny všechny podmínky k testu emisí dle výrobce o žádné chyby v paměti závad o volnoběžné a regulační (přeběhové) otáčky dle výrobcem vozidla předepsaných údajů o přídavné agregáty a spotřebiče vypnuty (nestanoví-li výrobce jinak)
Vlivy stavu motoru na výsledky kouřivosti: • • • • • • • • •
vzduchový filtr počátek vstřiku recirkulace výfukových plynů AGR (EGR) regulace plnícího tlaku zařízení pro obohacení při studeném startu vstřikovací trysky komprese modrý kouř (netěsnosti na všech olejových těsněních) poškození vířivé komůrky (nepřímý vstřik paliva)
4
-5-
Porovnání systémů benzín / diesel (zážehový motor / vznětový motor) Benzín
Diesel
Vnější/vnitřní tvorba směsi (stlačování směsi)
Vnitřní tvorba směsi (stlačování vzduchu)
Cizí zdroj zápalu (elektrická jiskra)
Vlastní zdroj zápalu (samovznícení)
Kvantitativní (množstevní) regulace
Kvalitativní (poměr) regulace
Stejnoobjemové hoření (isochorické)
Stejnotlaké hoření (isobarické)
Homogenní směs
Nehomogenní směs
Otáčky 4.000 – 10.000/min.
Otáčky 1.500 – 6.000/min
Kompresní poměr 6 – 13:1
Kompresní poměr 15 – 25:1
Poměr směsi se vzduchem vyjádřený číslem lambda okolo čísla 1
Poměr směsi se vzduchem vyjádřený číslem lambda vždy nad číslo 1
Kompresní tlaky 8 – 18 bar
Kompresní tlaky 30 – 55 bar
Kompresní teploty 400 – 600°C
Kompresní teploty 700 – 900°C
Maximální expanzní tlaky 30 – 60 bar
Maximální expanzní tlaky 65 – 90 bar
Maximální teplota při hoření 2500°C
Maximální teplota při hoření 2500°C
Teplota výfukových plynů 600 – 1000°C
Teplota výfukových plynů 500 – 600°C
Spotřeba 7-10l/100km
Spotřeba 5-8l/100km
Složení směsi před katalyzátorem hodně CO, málo HC a NOx
Složení směsi před katalyzátorem hodně NOx a sazí, málo HC a CO
Podtlak v sání cca 0,3 bar (volnoběh 0,6bar)
Podtlak v sání téměř žádný
Stupeň účinnosti 22 – 35 %
Stupeň účinnosti 35 – 45 %
Teplota samovznícení paliva 500 – 600°C
Teplota samovznícení paliva 350 – 380°C
Bod vzplanutí od -21°C
Bod vzplanutí 55 – 100 °C
Palivo odolné klepání oktanové číslo 91 až 99 ROZ
Snadno vznětlivé palivo Cetanové číslo min. 51 CZ
Tlaky Common Rail a přímý vstřik PD: Tlaky systémů (moderní diesel) Tlaky v barech Common Rail (CR) 1350 Pumpe Düse (PDE)/Unit Injector 2050 System (UIS)
2. generace 1600 2200
Rozděl.čerpadlo
2000 (VP44)
dle typu až do 1800
5
(PLD 2000 bar)
3. generace 1800 bar (2004)
-6-
Rozložení složek kouře:
Přehled metod měření:
6
-7-
Proč délka komory 430 mm? Obsah kouře v cylindrickém prostoru měřený metodou pohlcování světla má exponenciální závislost. Pro přesnost měření a jednoduchost výpočtu je volena délka komory opacimetru tak, aby se délka sloupce plynů s obsahem pevných částic pohybovala v téměř lineární závislosti délky na koeficientu absorpce. Hlavní roli zde hraje pohlcení a rozptyl.
Proč zelené světlo?
Zelené světlo pracuje ve vlnové délce 550-570nm. Detektor naladěný na tuto frekvenci (filtr) dosahuje v této vlnové délce 100% spektrální cotlivosti. Únava diody nebo změna jejího zbarvení je při kalibraci rozpoznána a tím je zabráněno zkreslení měření stárnutím diody (vysvícenost). V grafu je porovnání bílého halogenového světla, které se pohybuje v oblasti vlnové délky v daleko širším pásmu. Tento fakt má vliv na přesnost přístroje.
Princip – Beer Lambertova rovnice
7
-8-
Měřící princip a popis komory opacimetru
Měření kouřivosti v módu A a v módu B: Volná akcelerace zrychluje otáčky z volnoběžných do přeběhových cca 1 sekundu. V této době, odlišné dle stavby zejména velikosti a výkonu motoru, dosahuje kouřivost svého dynamického vrcholu. U motorů s turbodmychadlem je vrchol kouřivosti vyšší a ostřejší než u motorů atmosférických proto, protože turbodmychadlo svou hmotností zpočátku brzdí prudký vzestup otáček. V této chvíli se též tvoří dynamické tlakové vlny v sacím potrubí tvořeny otevíráním ventilů, a snímače nasávaného vzduchu starších generací zde zanášejí do sdělení o množství nasávaného vzduchu poměrně velkou chybu (dnes existují již snímače vzduchu s rozpoznáním pulsace v sání). Aby byla zachycena kouřivost věrně jak proběhla, zprostředkovává módus A křivku netlumeně s vzorkováním cca 0,03 s. Proto je křivka daleko vyšší a zachytí i velmi krátké úseky s vysokou hodnotou kouřivosti. Naprotitomu křivka B je uměle tlumeným průběhem kouřivosti tak, jak by jej ukázal analogový přístroj s tlumenou ručičkou na škále (původní přístroj Cartridge - GB), a jak jej někteří výrobci sami ještě předepisují. Volba A nebo B je určena pro každý typ výrobcem a tuto informaci obsahuje databáze hodnot pro měření ME.
8
-9-
Vliv teploty motoru na výsledky testu
Vliv volnoběžných otáček na výsledek testu
Vliv manipulace s otáčkami na výsledek testu
9
- 10 -
Emise:
10
- 11 -
Princip funkce spalovacího motoru a z něj vyplývající filosofie měření (zážehový a diesel)
Z pohledu chování obou typů motorů, kdy jeden pracuje teoreticky za stálého tlaku (diesel) a druhý za stálého objemu (benzín), se závady ovlivňující životní prostředí hledají hůře na zážehovém motoru, jsou však na chodu motoru mnohem lépe rozpoznatelné, než závady vznětových motorů. Vznětový motor již z principu zapaluje směs samovznícením při vnikání paliva do horkého komprimovaného vzduchu. Pouhým dodržením úhlu vstřiku, stupně komprese, množství paliva je pak směs zapálena. Fakt, že vznětový motor zapaluje směs v jakémkoliv množství (tedy i s přebytkem vzduchu) je právě motor vznětový velmi zřídka napaden výpadky v zapalování směsi, jako tomu často bývá u motorů zážehových. Vznětový motor bojuje spíše s nadměrnými teplotami a výskytem oxidů dusíku, které komfort jízdy ovlivňují jen nepatrně. Odtud přichází i praxe, že vznětové motory navštěvují opravny se stížnostmi na nezápaly během chodu motoru jen ojediněle. Chyby vznětových motorů by se daly charakterizovat spíše ztrátou výkonu, nadměrnou kouřivostí, těžkostmi při startu nebo nemožností motor vůbec nastarovat, popř. trvalým výpadkem jednoho z válců.
Zážehový motor je z hlediska jeho principu, kdy jen perfektně připravenou směs zapaluje cizí zdroj, mnohem více napaditelný, a to z mnoha směrů. Např. netěsnost sání, která u atmosférického vznětového motoru nevyvolá kromě změny ve výkonu nebo zvýšené kouřivosti téměř žádný jiný efekt, chová se u zážehového motoru dramatičtěji. Škrtící klapka nebo ventil nastavovače volnoběžných otáček začne překotně zasahovat a měnit chaoticky otáčky, protože netěsnost sání zapříčiňuje nehomogennost směsi proudící do jednoho nebo více válců, následkem toho se mění předstih (reakce na podtlak v sání i měnící se otáčky) dávkování směsi, regulováno lambda sondou začne nekorektně obohacovat všechny vstřikovací ventily patřící bloku válců svedených do výfukového potrubí kyslík hlásící lambda sondy. Zkrátka zážehový motor se ozývá velmi citlivě na jakoukoliv disfunkci třeba jen jediného zařízení, ale protože právě zážehový motor je bytostně závislý na dvou obvodech (příprava směsi pro zápal, a zapalovací soustava s regulací předstihu), je velmi nesnadné závadu na jeho systému odhalit, právě vlivem komplikované činnosti regulačních a zpětnovazebních členů řízení motoru se stává nalezení mnohdy řetězící se závady o mnohem složitější, než u motorů vznětových.
11
- 12 -
Možné, že někdo namítne právě zde, že závady na elektronicky řízených vznětových motorech začínají být stále nesnadněji rozpoznatelné. S tímto názorem lze souhlasit a vyplývá ze skutečnosti, že dosavadní mechanik "vznětových" motorů nebyl nucen pracovat s diagnostickými přístroji jako je čtení dat po sériové lince nebo osciloskop pro vysokotlakou analýzu vstřiků.
Rozpoznání disfunkcí ovlivňujících životní prostředí (vznětový motor - kompozitní motor)
Komprese
Kompresní tlaky jsou pro vznětový motor určující - existenční, protože komprese přímo ovlivňuje vznik samovznícení. Motor se sníženou kompresí startuje s obtížemi. S úbytkem účinnosti neúměrně stoupá spotřeba a klesá odevzdaný výkon. To vše za vydatného poškozování ovzduší (vysoký výskyt CO a HC). Další neduhy viz tabulka. Funkční regulace EGR ventilu
Motory vybavené zpětným prouděním spalin, které v režimu částečné zátěže recirkulují část spalin do sacího potrubí za účelem snížení teploty hoření směsi a tím i výskytu oxidů dusíku, musí být přezkoušeny minimálně na funkční ovladač EGR (AGR) ventilu zpětného vedení spalin. Zkouška se provádí vývinem podtlaku na ovladači za klidu motoru (jen u pneumatického ovládání). Musí být slyšet cvaknutí (dosedání ventilu do sedla). U elektricky ovládaných EGR ventilů slouží k ověření jejich funkce diagnostika akčních členů. Ostatní diagnostika dle tabulky.
12
- 13 -
Funkční dočišťování škodlivin ve výfukových plynech
Základní funkce oxidačního katalyzátoru se v servisních podmínkách nekontroluje. Kontroluje se kouřivost motoru, jakožto kritického ukazatele nespálených škodlivin Test se provádí u motoru ohřátého na provozní teplotu, protože kouřivost zásadně ovlivňuje teplota motoru. Dočišťování škodlivin ve výfukových plynech bývá stále častěji doplňováno sazovým filtrem (filtr pevných částic). Tento filtr je systémem udržován v pokud možno čistém stavu (dovstřiky pro zvyšování teploty výfukových plynů pro dohořívání a likvidaci sazí. Dávkování paliva
Dávkování paliva souvisí úzce s tvorbou směsi a jakákoliv disfunkce v systému odměřování a stav vstřikovací trysky má za následek ovlivnění chodu motoru. Vstřikovací tlak, průběh tlaku na trysce (vysokotlaká analýza) má vliv na dokonalost spalování a tedy i na kouřivost. Úbytkem paliva ztrácí motor výkon, přebytkem paliva vznikají saze, čímž jsou ucpávány katalyzátor a sazový filtr. Průchodnost sací a výfukové cesty
Průchodnost vzduchového filtru a výfuku znatelně ovlivňuje, spotřebu emise a výkon motoru zejména v režimech zátěže a ve všech vyšších otáčkových pásmech. Ve výfuku je nutné věnovat pozornost katalyzátoru a sazovému filtru, který dovede v případě mechanického poškození průtok plynů značně redukovat. Motor bez výplachu pak ztrácí na výkonu a neúměrně vzroste spotřeba za skutečně vydatného poškozování ovzduší kouřem. Odvětrání klikové skříně
Odvětrání klikové skříně je zdrojem falešného (neměřeného) vzduchu. Při zátěžových režimech u přeplňovaných motorů může být zdrojem velkého podílu falešného vzduchu (např. při netěsných kroužcích), kdy motor nejenom ztrácí výkon, ale v režimech zátěže nedávkuje dostatečně palivo, protože motor díky nasávání tlakového vzduchu z prostoru klikové skříně nasává podstatně méně vzduchu přes měřič nasávaného vzduchu (proteklého měřičem množství vzduchu, který je před ním).
13
- 14 -
Regulace tlaku paliva
Regulace tlaku paliva patří prakticky do předchozího odstavce, zmiňujeme ji odděleně však proto, protože se může chovat i opačně než jako ztráta tlaku, tedy naopak jako nárůst tlaku. Nárůst tlaku se projeví příliš nízkým korekčním koeficientem lambda (sériová diagnostika adaptibilních systémů), zpravidla neobvykle krátkou dobou otevření vstřikovacího ventilu na volnoběh bez zátěže. Nestačí-li regulace lambda přebytek paliva vykompenzovat dalším zkracováním vstřiku, dojde k nežádoucímu zvýšení volnoběžných otáček nebo chodu na nouzový režim.
Paměť závad a nouzové režimy řízené počítačem Paměť závad systémů vozidel se vznětovými motory není tak obsáhlá, jako je tomu u zážehových motorů. Závady zahrnuté do hlášení přes paměť závad jsou zjistitelné po dobu trvání závady i po vypnutí zapalování a mažou se např. odpojením akumulátoru nebo po definovaném počtu startů za předpokladu že se chyba opakovaně nevyskytla, nebo zápis v paměti řídící jednotky trvá do jeho vymazání sériovou diagnostikou. Mnoho závad se ale do paměti závad nezapisuje, přestože je systém registruje (např. chyba netěsného systému AGR u VW do roku 2002. Nouzové režimy, pokud byly aktivovány, trvají pouze do doby, kdy se závada vyskytuje nebo do by prvního vypnutí zapalování. Po zapnutí zapalování systém pracuje normálně do momentu, kdy řídící jednotka kvůli evt. trvající závadě přepne opět do nouzového režimu. Registrované závady jsou v případě obnovení funkce zařízení, pokud se nejedná o *nebezpečné regulační odchylky, označovány v paměti závad jako sporadické (jen u některých systémů z let výroby od roku 1993), a systém po obnovení správné funkce dočasně defektního komponentu opět automaticky vrací do standardní činnosti. *Jako nebezpečné regulační odchylky jsou vyhodnocovány převážně režimy ohrožující funkci ostatních komponentů motoru (např. plnící tlak, přehřátí motoru, apod.) Obrázek Common Rail: 1 = Vysokotlaké čerpadlo, 2 = reg.ventil množství, 3 = tlakový senzor rail, 4 = ventil regulace tlaku, 5 = vysokotlaký reservoár, 6 = injektor, 7 = snímač polohy vačkového hřídele, 8 = hmotnostní měřič množství nasávaného vzduchu, 9 = palivový filtr, 10 = senzor plnícího tlaku, 11 = přídavné podávací čerpadlo, 12 = Bi-metallventil, 13 = snímač teploty, 14 = řízení turbodmychadla, 15 = seškrcení zpětného vedení, 16 = snímač polohy klikového hřídele, 17 = podtlakový rozdělovač, 18 = AGR-měnič tlaku, 19 = rezervoár podtlaku, 20 = palivová nádrž, 21 = elektrické palivové čerpadlo, 22 = akumulátor, 23 = elektronický pedál akcelerace
14
- 15 -
Common Rail – kódování dle toleranční skupiny: Vstřikovací magnetické ventily Common Rail Bosch a Siemens a jsou při výrobě tříděny do mnoha tolerančních skupin (až 256). Toleranční skupina se gravíruje na magnetický ventil a po montáži je potřeba tento údaj sdělit řídící jednotce, jinak nedojde k adaptaci délky vstřiku na toleranční skupinu a řízení motoru není schopno se samo adaptovat.
U trysek Denso manuelní kódování řídící jednotky odpadá. samotný magnetický ventil má totiž ještě dva piny v horní části konektoru, které slouží k informaci řídící jednotce s jakou toleranční odchylkou byl ventil vyroben. Řídící jednotka pak sama po zapnutí zapalování do polohy 1 již ví, jak má vstřik upravit, takže motor je po výměně trysky okamžitě připraven ke startu bez napojování zařízení pro adaptaci.
15
- 16 -
Kvalita vstřikovacích paprsků
Nechá se zjistit na zvýšené kouřivosti (viz tabulka) a zevrubně pak vysokotlakou analýzou (piezosnímač na trubce), nebo detailně zkouškou vstřiku rozprášením v přípravku na zkoušení trysek. U motorů s jednotkami čerpadlo-tryska se kvalita rozprášení nedá vyzkoušet vysokotlakou analýzou.
Komponenty moderních regulovaných systémů a všeobecná pravidla při jejich diagnostice Komprese Popis:
Komprese je podstatnou součástí práce motoru. Nedostatečně komprimovaná směs nemá předpoklady se optimálně vznítit a zažehnout celý objem spalovacího prostoru, dále pak optimálně odevzdávat požadovaný výkon. Kompresní tlaky udává výrobce ve svých podkladech, ale jejich hodnoty jsou všeobecně velmi podobné, takže se nechají používat paušálně hodnoty od cca 30 do 55 bar (podle kompresních poměrů). Tato hodnota zaručuje dosažení teploty pro potřebně rychlé samovznícení směsi (700 – 900°C) a je udávaná pro zapisovací tlakoměry a několikanásobné otočení klikového hřídele, které se doporučuje zpravidla na 12x kompresních zdvihů, kdy už tlak na měřidle nestoupá. Důležitější než absolutní hodnota je rovnoměrnost opotřebení mezi jednotlivými válci. Diference mezi jednotlivými válci do hodnoty 4 barů mohou zůstat bez povšimnutí. Motortesterem se provádí zpravidla tzv. test dynamické komprese, který je testem relativních tlaků měřených prostřednictvím průběhu proudu vinutím startéru při startu s potlačenou dodávkou paliva.
Systém zpětného vedení spalin a ventily AGR Popis:
AGR systém vede při částečné zátěži a zvýšených otáčkách u vznětového motoru až cca 60% spalin zpět do sání. Je-li systém netěsný, má motor nižší výkon při plné zátěži. Vzhledem k poměrně nesnadnému diagnostikování jeho funkce v provozu, omezuje se diagnostika na mechanické prověření jeho funkce (při pneumatickém ovládání ověření těsnosti podtlakové dózy, u elektrického test akčních členů)
Snímání otáček Popis:
Snímače otáček dávají řídící jednotce informaci o otáčkách motoru ve všech režimech ( u starších mechanických vznětových systémů není potřeba). Nepřítomností signálu o otáčkách u systémů kde není žádný náhradní signál, volí řídící jednotka náhradní režim ale motor běží dále.
16
- 17 -
Druhy snímačů otáček: Indukční (magnetické), Hallovy, světelné nebo nejnověji aktuální snímače magnetického toku (digitalizované s vlastní elektronikou). Nejčastěji jsou jejich informace slučovány s informací o poloze.
Snímání vzduchu Popis:
Snímače vzduchu jsou nověji používanými senzory, informující řídící jednotku o množství vzduchu. U vznětových motorů je tato informace dominantní pro množství vstřikovaného paliva a hraje roli nadřazené informace oproti např. atmosférickému tlaku (korekční hodnota omezení kouře). Snímače množství vzduchu používají u vznětových motorů výhradně hmotnostní. Snímání vzduchu pomocí vyhřívané fólie se jeví dnes jako velmi problematické, protože podléhá stárnutí a s ním spojenému stále se zvyšujícímu znečišťování. Motory tak díky takto zkreslenému signálu mají neustále nižší a nižší výkon (řízený systém, nikoliv regulovaný se zpětnou vazbou).
Snímání tlaku Popis:
Snímání tlaku v sacím potrubí nebo atmosférického tlaku je prováděno tlakovými senzory. Tyto jsou koncipovány jako tenzometrické, membránové nebo piezoelektrické. Jejich výstup je zpravidla napěťový analogový, méně často potom digitální - frekvenční. Používají se buď jako signály o zátěži (zážehové motory), nebo jako signály o plnícím tlaku (přeplňované motory).
Snímání poloh hřídelů Popis:
Snímače poloh hřídelů (klikového a vačkového) jsou koncipovány jako snímače otáček. Jejich úloha tkví ve stále větších nárocích na redukci škodlivin ve výfukových plynech a v rostoucích požadavcích na optimalizaci výkonu a snižování spotřeby. Snímače poloh nejsou zpravidla umisťovány do přesně horní úvratě pístu prvního válce, nýbrž několik desítek stupňů před samotnou horní úvrať, aby se korekce předstihu spočítaly pokud možno ještě do zápalu toho samého zdvihu, ze kterého pochází informace o poloze. Řídící jednotka tedy nejprve dostane informaci od kterého místa před horní úvratí má počítat úhel otočení klikového hřídele, aby pak podle snímače otáček co nejpřesněji určila bod zážehu (vstřiku). U elektronicky řízených vznětových motorů objem osazení polohovými snímači dohnal motory zážehové. (Obr. 2,0 TDi VW)
17
- 18 -
Teplotní snímače Popis:
Teplotní snímače informují řídící jednotku nadřazeným signálem. U moderních systémů snímání teploty jsou teploty dodávány řídící jednotce ze dvou nebo dokonce více míst. Jejich funkčnost se pak zdvojeným systémem kontroluje a při jejich poruše jsou vnímány signály náhradní. Snímače teplot se kontrolují podle grafů uvedených u jednotlivých typů v databázích hodnot. Teplotní snímače mají značný vliv na vývoj škodlivin pakliže nefungují správně. Diagnostika vznětových motorů dle kouře Nízká okolní teplota Nízká teplota motoru Neprůchodný vzduchový filtr Netěsné nebo váznoucí ventily, nebo veškerý únik komprese horem včetně nedodaného vzduchu u mechanických čerpadel Pístní kroužky zapečeny, zlomeny, netěsní Příliš mnoho paliva ke vzduchu 1.Opožděný vstřik paliva 2.Opožděný vstřik paliva 1.Předčasný vstřik paliva (jen nadměrný hluk) 2.Předčasný vstřik paliva (+ nadměrný hluk) Výtlačný ventil vstřikovacího čerpadla vázne Vstřikovací tlak příliš nízký Vstřikovací tlak příliš vysoký Jehla vstřikovače vázne Tryska ucpána Konec trysky ulomen Nečistoty v sedle jehly vstřikovače Pružina vstřikovače zlomena Únik oleje z turba do sání Přeskočený rozvodový řemen (nesprávně nastavené rozvody) může být doprovázeno hlukem. •
•
•
•
černý
šedý
šedomodrý modrý X
X
X
X X X
bílý X X
X
X X
X
X X X
X X
X X X X X X X X
X
X X X X X X X
X
X
Přímé vstřikování - Nahrazením motorů s komůrkovým vstřikovacím systémem motory s přímým vstřikováním byla zvýšena účinnost a o 15 až 20% snížena spotřeba. Přímo vstřikovaný motor dosahuje tlaků při expanzi až 145 bar. Downsizing – snižování velikosti, počtu válců a objemu motorů při zachování jejich stejného jmenovitého výkonu. Doprovodnými technickými řešeními jako jsou odvalovací vlečené vačky bylo sníženo tření (nižší ztráty). Pilotní předvstřik – řeší najednou dvě optimalizace. Zvýšením vstřikovacích tlaků bylo dosaženo lepšího rpzprášení, zvýšení rotace směsi při zápalu a tím sníženy emise motoru. Pilotním předvstřikem je předehřátý spalovací prostor a hlavní vstřikované množství hoří již od prvních chvil po vstřiku (pozvolnější nárůst tlaku a teploty) Zlepšen komfortu chodu motoru zejména hlukově (pozvolný nárůst tlaku). Při plné zátěži zvýšení točivého momentu Čtyřventilová technika – umožňuje centrální umístění vstřikovacích trysek doprostřed spalovacího prostoru 18
- 19 -
•
Piezotechnika – Druhá generace Common-Rail se vstřikovacími tlaky okolo 1600 bar používá vedle magnetických ventilů tzv. piezoovladače (Siemens, Bosch). Piezotechnika umožňuje ještě rychlejší akční časy (3x kratší než magnetické ventily). Namísto cívky zde pracuje paket 350 nad sebou naskládaných keramických vrstev. Každá jednotlivá je ovládána napětím o 45V z řídící jednotky, a toto napětí zvětší rozměr jedné destičky o 0,11 Mikrometer, tedy o 0,00011mm, takže se 7x7x30mm velký piezopaket zvětší o 40 mikrometrů tedy o 0,04 mm. Tento zdvih již otevře jehlu pro vstřik. Bosch integruje Piezopaket do trysky a proto pojal název Inline-Injektor.
•
Přednosti Common Rail:
Vstřikované množství a moment vstřiku určuje magnetický (piezo) ventil volná volba tlaku v rámci celého víceparametrického pole vysoká nabídka tlaku při nízkých otáčkách flexibilní všechny fáze vstřiku (předvstřik, hlavní vstřik a dovstřik) jednoduché přizpůsobení na téměř jakokoliv charakeristiku motoru snížené doprovodné hluky a emise díky pilotním předvsřtikům
•
Bezpečnost práce u systémů Common Rail Zákaz povolování jakýchkoliv tlakových palivových vedení za chodu motoru. Započetí prací na motoru po jeho vypnutí po odbourání vysokého tlaku systému (Bosch 30 sekund, nejnovější systémy až 5 minut). Před zkouškami na běžícím (diagnostika akčních členů, blok naměřených hodnot) se doporučuje nejpřísnější vizuelní kontrola všech vysokotlakých hadic, vedení a jejich spojů. Případné defekty představují i smrtelná rizika pro montéra. I když nejsou na motoru očividné netěsnosti vysokotlakého systému, měly by se mechanik vyvarovat zdržování se v bezprostřední blízkosti vysokotlakých oblastí motoru.
•
Typy moderních vstřikovacích čerpadel: radiální pístkové čerpadlo
Common Rail
Čerpadlo tryska
19
Čerpadlo vedení tryska
- 20 -
Pár přirovnání parametrů moderních vznětových motorů... •
Vstřikovací tryska motoru nákladního vozu (PumpeDüse) otevře za svůj život přibližně 1 miliardu krát.
•
Za jednu minutu otevře vstřikovací tryska Common Rail 10.000 krát (s před- a dovstřikem)
•
... a musí umět bezpečně utěsnit tlak 2050 bar...
•
To je takový specifický tlak, jako když postavíte luxusní velké auto, např. AUDI A8 na plochu o velikosti lidského nehtu.
•
Doba vstřiku obnáší od 0,5 do 2 ms. Za tuto dobu urazí zvuk z reproduktoru Vašeho autorádia 33 cm, takže nestačí ani doletět k Vašemu uchu.
•
Vstřikované množství motoru osobního vozu se pohybuje od 1 mm3 (předvstřik) do 50 mm3 při plné zátěži.1 mm3 je přibližně polovina špendlíku s hlavičkou. U nákladního vozu se pohybuje maximální nástřik okolo 350 mm3, což je objem přibližně 12 velkých dešťových kapek.
•
..toto množství se propasíruje světlostí 0,25 mm2 rychlostí 2000 km/h.
•
Vůle jehly ve vedení obnáší 0,002 mm. Lidský vlas je pro srovnání 30 krát tlustší.
20
- 21 -
Seznam AUTOR: IHR Technika s.r.o. ___________________________________________________________ 1 Diagnostika emisních systémů pro SME (stanice měření emisí), dodatkovým programem na CD ROM (Workshop od firmy VIVID) ____________________________________________________________ 1 Úvod_____________________________________________________________________________________ 1 Historie Diesel: ____________________________________________________________________________ 3 Příprava pro provedení emisního testu vozidla se vznětovým motorem: _____________________________ 4 Vlivy stavu motoru na výsledky kouřivosti: ____________________________________________________ 4 Porovnání systémů benzín / diesel (zážehový motor / vznětový motor) ______________________________ 5 Tlaky Common Rail a přímý vstřik PD: _______________________________________________________ 5 Rozložení složek kouře: _____________________________________________________________________ 6 Přehled metod měření: _____________________________________________________________________ 6 _________________________________________________________________________________________ 6 Proč délka komory 430 mm? ________________________________________________________________ 7 Proč zelené světlo? _________________________________________________________________________ 7 Princip – Beer Lambertova rovnice ___________________________________________________________ 7 Měřící princip a popis komory opacimetru _____________________________________________________ 8 Měření kouřivosti v módu A a v módu B: ______________________________________________________ 8 Vliv teploty motoru na výsledky testu _________________________________________________________ 9 Vliv volnoběžných otáček na výsledek testu ____________________________________________________ 9 Vliv manipulace s otáčkami na výsledek testu___________________________________________________ 9 Emise: __________________________________________________________________________________ 10 Princip funkce spalovacího motoru a z něj vyplývající filosofie měření (zážehový a diesel) ____________ 11 Rozpoznání disfunkcí ovlivňujících životní prostředí (vznětový motor - kompozitní motor)____________ 12 Komprese _______________________________________________________________________________________12 Funkční regulace EGR ventilu _______________________________________________________________________12 Funkční dočišťování škodlivin ve výfukových plynech ____________________________________________________13 Dávkování paliva _________________________________________________________________________________13 Průchodnost sací a výfukové cesty ____________________________________________________________________13 Odvětrání klikové skříně ____________________________________________________________________________13 Regulace tlaku paliva ______________________________________________________________________________14 Paměť závad a nouzové režimy řízené počítačem_________________________________________________________14
Common Rail – kódování dle toleranční skupiny: ______________________________________________ 15 Kvalita vstřikovacích paprsků________________________________________________________________________16
Komponenty moderních regulovaných systémů a všeobecná pravidla při jejich diagnostice ___________ 16 Komprese _______________________________________________________________________________ 16 Popis:___________________________________________________________________________________________16
Systém zpětného vedení spalin a ventily AGR__________________________________________________ 16 Popis:___________________________________________________________________________________________16
Snímání otáček ___________________________________________________________________________ 16 Popis:___________________________________________________________________________________________16
Snímání vzduchu _________________________________________________________________________ 17 Popis:___________________________________________________________________________________________17 21
- 22 -
Snímání tlaku ____________________________________________________________________________ 17 Popis:___________________________________________________________________________________________17
Snímání poloh hřídelů _____________________________________________________________________ 17 Popis:___________________________________________________________________________________________17
Teplotní snímače__________________________________________________________________________ 18 Popis:___________________________________________________________________________________________18
Pár přirovnání parametrů moderních vznětových motorů...______________________________________ 20
Seznam ____________________________________________________________________________ 21
22
