MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

DIPLOMOVÁ PRÁCE

BRNO 2007

LUKÁŠ VRZAL

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Zjišťování technického stavu palivových soustav naftových motorů Diplomová práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Brno 2007

Vypracoval: Lukáš Vrzal

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Zjišťování technického stavu palivových soustav naftových motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně, dne................................................... Podpis diplomanta........................................

Děkuji doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady a připomínky při řešení mé diplomové práce, které mi vždy ochotně poskytoval. Dále děkuji své rodině a přátelům za podporu během vypracovávání diplomové práce.

ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá problematikou palivových soustav vznětových motorů a především zjišťováním jejich technického stavu. Jsou zde popsány palivové systémy, které jsou dnes používány a způsoby, kterými lze diagnostikovat jejich stav ať bez demontáže nebo s demontáží. Dále jsou v této diplomové práci porovnávány dva výtlačné ventily, ventil rovnoobjemový, typu Atlas a ventil rovnotlaký. Cílem je zjistit, jestli je možné nahradit výtlačný ventil rovnoojemový výtlačným ventilem rovnotlakým, který má příznivější hodnoty a to zejména otáčkové nestejnosti ψ. V této práci je proveden návrh potřebného vybavení pro zjišťování závad v palivových soustavách v podniku zabývajícím se servisem a opravami nákladních vozidel.

This seminar work deals with the problems of the fuel systems of combustion engines and mainly with its technical state. There are described the fuel systems which are used nowadays and styles that can we use in diagnostics of its state with disassembly or without it. Other problem which is described in this work is comparison of forcing valve, the valve of egual pressure, the Atlas type and the valve of egual capacity. The aim of this is to find the possibillity of substitution of the forcing valve of egual capacity to the forcing valve of egual pressure, which has more positive values, mainly in inequality of the engine speed. In this work the plan of necessary equipment for diagnoistication of fault in fuel system is suggested. The whole plan is made for company which runs services and repairs of the cargoes.

Key words: Fuel systems, combustion engines, disassembly, of egual pressure, of egual capacity, cargoes.

OBSAH 1.

ÚVOD

8

2.

CÍL PRÁCE

9

3.

ROZBOR PROBLEMATIKY VSTŘIKOVÁNÍ VZNĚT. MOTORŮ

3.1.

10

Dělení vznětových motorů podle způsobu vstřikování paliva

10

3.2. Rozdělení palivových soustav 3.2.1. Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem 3.2.2. Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem 3.2.2.1. Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem, systém BOSCH 3.2.2.2. Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty, systém LUCAS 3.2.3. Systém vstřikování Common Rail 3.2.4. Vstřikovací systém čerpadlo-tryska (PDE, HPI)

12 12 19 20 22 24 31

4. MOŽNOSTI ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU PALIVOVÉ SOUSTAVY

36

4.1. Možnosti zjišťování závad u systému vstřikování s řadovým vstřikovacím čerpadlem 4.1.1. Nejčastější závady 4.1.2. Možnosti zjišťování závad bez demontáže 4.1.3. Zjišťování závad s demontáží

36 36 37 40

4.2.

Možnosti z jišťování závad u vstřikovacích soustav s rotačním vstřikovacím čerpadlem 42

4.3. Vlastní diagnostika soustavy s rotačním vstřikovacím čerpadlem řízených EDC 4.3.1. Pomocí osciloskopu zde můžeme měřit průběhy napětí například u těchto komponentů: 4.3.2. Pomocí motortesteru BOSCH KTS 300 můžeme diagnostikovat: 4.3.3. Test akčních členů

43 43 45 46

4.4. Zjišťování závad trysek 4.4.1. Seřizování a kontrola trysek 4.4.2. Čistění vstřikovacích trysek

46 46 47

4.5. Možnosti zjišťování technického stavu palivových systémů PDE 4.5.1. Zkoušení palivového (podávacího) čerpadla 4.5.2. Zkoušení elektromagnetických ventilů 4.5.3. Hledání závad systémovým testerem 4.5.4. Zkoušení vstřikovačů 4.5.5. Hledání závad u systému HPI

48 48 48 49 49 49

4.6. Možnosti zjišťování technického stavu palivových soustav s tlakovým zásobníkem Common Rail 4.6.1. Zkoušení vysokotlakého čerpadla 4.6.2. Zjišťování závad a opravy vstřikovačů CR

51 51 52

5.

54

NÁVRH ŘEŠENÍ DANÉ SITUACE V KONKRÉTNÍM PODNIKU

5.1.

Popis situace

54

5.2.

Vybavení pro zkoušení a diagnostiku vstřikovacích trysek

54

5.3.

Vybavení pro měření předvstřiku

55

5.4.

Vybavení pro seřizování vstřikovacích čerpadel

56

5.5.

Vybavení pro diagnostiku elektronických systémů EDC

57

6. 6.1.

PRAKTICKÁ ČÁST Cíl měření

58 58

6.2. Základní pojmy 6.2.1. Nestejnost dodávky 6.2.2. Otáčková změna dodávky 6.2.3. Poměrná změna otáčkové změny

58 58 58 59

6.3. Vlastní měření 6.3.1. Původní seřízení vstřikovacího čerpadla 6.3.2. Měření nestejnosti dodávky a otáčkové změny dodávky 6.3.3. Měření výtlačných ventilů

60 60 60 62

7.

ZÁVĚR

66

8.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

67

9.

SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK

68

1. ÚVOD Úkolem palivové soustavy je dopravit stanovenou dávku paliva do prostoru spalování, ať předkomůrky, nebo prostoru válce, tam palivo rozprášit do vhodné formy, ve stanoveném čase. Pokud nejsou tyto podmínky nejsou splněny, pak se vyskytuje v systému vstřikování závada kterou musíme odstranit, nebo je třeba pravidelnými prohlídkami a diagnostikou závadě předcházet. Problematika zjišťování a prevence závad je nepřehlédnutelná, protože případné nedostatky v palivové soustavě mají neblahý vliv na chod motoru, jeho výkon, spotřebu a emise výfukových plynů. Na všechny tyto parametry jsou v dnešní době kladeny velmi vysoké nároky. Výkon motoru a především spotřeba pohonných hmot jsou velmi důležité prvky, ovlivňující především ekonomiku podniků protože náklady na spotřebu se pořád snažíme snižovat abychom uspěli v obrovské konkurenci, emise jsou důležité protože v dnešní době jsou na tento parametr kladeny velmi vysoké nároky. Od 1. října 2006 je v platnosti norma euro 4, kde jsou přísnější parametry v oblasti NOx. I přes to že vhodné pro splnění těchto požadavků jsou elektronicky regulované systémy EDC, rotační vstřikovací čerpadla, systémy Common Rail a sdružené vstřikovače, řadová čerpadla se stále používají a jsou stále rozšířeným systémem. V této práci budou porovnávány dva typy výtlačných ventilů na řadovém vstřikovacím čerpadle a jejich vliv na parametry vstřikovací soustavy.

8

2. CÍL PRÁCE Cílem mé diplomové práce je zpracování poznatků o vstřikování naftových motorů, o možnostech zjišťování závad v palivových soustavách, návrhu technického vybavení pro diagnostiku, v podniku zabývajícím se servisem vozidel a porovnání dvou druhů výtlačných ventilů a jejich vlivu na parametry vstřikovací soustavy.

9

3. ROZBOR PROBLEMATIKY VSTŘIKOVÁNÍ VZNĚT. MOTORŮ 3.1. Dělení vznětových motorů podle způsobu vstřikování paliva Vznětový motor je nejúčinnějším spalovacím motorem. Z dodané energie palivem až 40 % této obsažené energie se přemění na výkon. Na rozdíl od zážehových motorů probíhá příprava směsi paliva se vzduchem výhradně ve spalovacím prostoru válce motoru. Je mnoho variant, ale celkově se používají dvě základní pro středně nízké a středně vysoké otáčky motoru: -

Motory s přímým vstřikování DI

-

Motory se vstřikováním do komůrky v hlavě válce IDI

U obou variant je možné použití plnění válců atmosférickým tlakem nebo přeplňování turbodmychadlem. Palivová soustava vznětového motoru má za úkol dopravit – vstřiknout palivo do válce motoru přesně ve stanovený okamžik a ve stanovém množství. Na její funkci závisí průběh hoření ve válci motoru a tedy i dosažení požadovaného výkonu a hospodárnosti provozu. (Motejl, 1998)

Vznětové motory se dělí podle způsobu vstřikování paliva do válce na motory: -

s nepřímým vstřikováním paliva

-

s přímým vstřikem paliva Konstrukčními rozdílnostmi ve stavbě základních částí motoru jsme se zabývali

v kapitolách pevné a pohyblivé části, kde jsou popsány spalovací prostory těchto motorů. (Motejl, 1998)

Výhody motorů s přímým vstřikem paliva: -

nižší měrná spotřeba paliva /210-245 g.kW-1 hod-1)

-

snazší spouštění motoru při nižších teplotách

-

jednodušší konstrukce hlavy motoru První dvě výhody jsou výsledkem menších tepelných a hydraulických ztrát.

Spalovací prostor je kompaktnější s menším povrchem vzhledem k objemu. Na měrné spotřebě se podílí i menší součinitel přestupu tepla vlivem menší intenzity víření a rychlejší průběh hoření. (Motejl, 1998)

10

Nevýhody motorů s přímým vstřikem paliva: -

nižší střední efektivní tlak jako důsledek většího přebytku vzduchu

-

větší maximální tlaky ve válci motoru, tím i větší namáhání součástí hlavně pístní skupiny a větší tvrdost chodu motoru

-

vyšší nároky na vstřikovací zařízení při požadavku potřeby velmi jemného rozprášení paliva, vyšší vstřikovací tlaky, víceotvorové vstřikovací trysky

-

vyšší požadavky na kvalitu paliva

Výhody motorů s nepřímým vstřikováním paliva: -

vyšší střední efektivní tlak ve válci motoru, lepším využitím vzduchu

-

nižší maximální tlaky ve válci a tedy menší namáhání součástí motoru, měkčí chod

-

menší nároky na vstřikovací zařízení a kvalitu paliva, jednootvorové trysky, menší vstřikovací tlaky

-

vhodnost použít pro vysokoobrátkové motory, vyšší teploty v komůrce, intenzivnější víření směsi a proto účinnější spalování

Nevýhody motorů s nepřímým vstřikováním paliva: -

vyšší měrná spotřeba paliva (minimálně 230 g.kW-1h-1)

-

obtížnější spouštění studeného motoru, vyžaduje žhavení vlivem tepelných ztrát větším odvodem tepla a nižší teplotou na konci kompresního zdvihu

-

složitější a dražší konstrukce hlavy motoru s komůrkou, která je namáhána mechanicky a tepelně Zážehové motory se od vznětových příliš neliší. Základním rozdílem je, že do

válce je nasáván čistý, filtrovaný vzduch, který má po stlačení na konci kompresního zdvihu zápalnou teplotu paliva. Další rozdíl je v konstrukci částí klikového mechanismu, pístní skupiny a hlavy válců, které musí odolávat většímu mechanickému (tlakovému) a teplotnímu zatížení než motory zážehové. (Motejl, 1998)

Celková účinnost je: -

u zážehových motorů 25-35%

-

u vznětových motorů 38-50%

11

Měrná spotřeba: -

u zážehových motorů 280-340 g.kW-1.h-1

-

u vznětových motorů 220-280 g.kW-1.h-1

3.2. Rozdělení palivových soustav -

řadová vstřikovací čerpadla

-

rotační vstřikovací čerpadla

-

Common Rail

-

systém vstřikování čerpadlo – tryska PDE, HPI

3.2.1. Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem Vstřikovací čerpadlo musí zajistit v krátkém časovém úseku několika setin sekundy dostatečné množství paliva v předem stanoveném tlaku pro příslušný vstřikovač konkrétního válce motoru, současně musí být vstřik paliva v přesném úhlu a natočení klikového hřídele tak, aby odpovídal pořadí zapalování motoru. Jeho velikost se řídí nastavením vstřikovacího tlaku na vstřikovači válce motoru. Spojení čerpadla, jeho jednotlivých vstřikovacích jednotek, se vstřikovači příslušných válců je provedeno vysokotlakým potrubím, toto potrubí jsou bezešvé silnostěnné ocelové trubky zakončené kuželovým koncem se šroubením. Světlost potrubí je v rozsahu 1,5 nebo 2 mm. Vnitřní průměr (světlost) 2 mm odpovídá vnějšímu průměru potrubí 6 mm a je nejpoužívanějším rozměrem potrubí. Délka potrubí má vliv na správnou funkci systému v tom smyslu, že její délkou je ovlivněn čas vstřiku po jednotlivé válce motoru, který musí být stejný. Z těchto důvodů u čerpadel seřízených do kruhu je nutné dodržet stejnou délku potrubí. Při jeho volbě vycházíme z nejdelšího potřebného potrubí na motor. Pro zamezení praskání tohoto potrubí je nutné jej ve střední části spojit sponou z kovu nebo dřeva. Tak se omezí vibrace a praskání potrubí. Základní částí vstřikovacího čerpadla je vstřikovací jednotka, která je umístěna v tělese čerpadla a jejich počet odpovídá počtu válců. Těleso vstřikovacích jednotek je odděleno od skříně regulátoru čerpadla. Skříň regulátoru tvoří sice jeden celek, ale musí být oddělena od skříně z důvodů nutnosti samostatné náplně mazání odstředivé regulace. (Motejl, 1998) 12

Vstřikovací soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem se skládá z těchto částí:

Nízkotlaká část -

palivová nádrž

-

podávací (dopravní) čerpadlo

-

čistič paliva

-

nízkotlaké potrubí

Vysokotlaká část -

vstřikovací čerpadlo

-

vysokotlaké potrubí

-

vstřikovač

Podávací (dopravní) čerpadlo Slouží k dopravě nasávaného paliva z nádrže přes hrubý čistič paliva, který je součástí tohoto čerpadla, do jemné filtrace paliva a sacího kanálu vstřikovacího čerpadla. Palivo je nasáváno z nádrže a čerpadlem vytlačováno pod tlakem 0,2 – 0,4 MPa. U tohoto vstřikování se používá nejčastěji pístové dopravní čerpadlo. Součástí dopravního čerpadla bývá obvykle ruční pumpička pro odvzdušnění systému a také hrubý čistič paliva, ten má za úkol zachytit hrubé nečistoty a vodu. (Motejl, 1998)

Jemný čistič paliva Jsou velmi důležitou součástí palivového systému vznětového motoru. Součásti vstřikovací soustavy, hlavně vstřikovací čerpadla a trysky, jsou velmi přesně opracovány broušením a lapováním. Z toho vyplývá, že požadavek úzkostlivé čistoty paliva má přímý vliv na celkovou životnost provozuschopnost hlavně těchto součástí. Přesnost opracování těchto součástí je v toleranci 0,002 – 0,004 mm. Filtrování paliva u soustavy je tedy vícestupňové. Filtrační vložky musí zachycovat nečistoty velikosti až jednoho mikronu (0,001 mm). Nádoba čističe je osazena výměnnou vložkou z plsti, papíru nebo materiálu s filtrační schopností zachycovat velmi jemné nečistoty. (Motejl, 1998)

Vstřikovací čerpadlo Tyto čerpadla mají pro každý válec motoru jeden vstřikovací element. Ten se skládá z pístu a čerpadla a je ovládán vačkovým hřídelem poháněným od motoru. Zpět se píst vrací pomocí pružiny. Ke změně dávky paliva slouží tzv. regulační hrana pístu. 13

Mezi vysokotlakým prostorem čerpadla a začátkem vysokotlakého potrubí je výtlačný ventil, který zamezuje dostřiku trysky a zajistí, že potrubí nezůstane natlakováno mimo dobu vstřiku a tím je zabezpečeno uzavření trysky. Vstřikovací tlaky se pohybují okolo 135 MPa. (Motejl, 1998) Na začátku výtlačného zdvihu je palivo vytlačováno do sacího kanálu až do překrytí horní hrany sacího otvoru ve válci horní hranou pístu. Začíná geometrický počátek výtlaku. Ten končí okamžikem, kdy šikmá hrana pístu odkryje přepouštěcí otvor válce nebo u jednootvorových elementů sací kanál. Pro nulovou dodávku je na pístu vytvořena svisla regulační hrana. Její natočení proti otvoru přepouštěcímu (sacímu) znemožní vyvolání tlaku a tedy dodávku paliva, motor zhasne. Plynulá změna dodávky je zajištěna pohybem regulační tyče, která ovládá přesné natočení všech pístů podle potřeby. Tak je zajištěna přesně stejná dodávka paliva pro všechny válce motoru. Navíc je regulační tyč spojena s odstředivou regulací, která zajistí v případě potřeby, že nedojde k přetočení motoru, překročení kritických otáček, viz dále odstředivá regulace čerpadel. Popsaný postup platí pro vstřikovací elementy s konstantním začátkem vstřiku. (Motejl, 1998)

Obr.1 Regulace množství paliva pomocí regulační hrany (Element s konstantním počátkem vstřiku, pravotočivá šroubovice, značí se P)

Regulátory Charakteristiky krouticího momentu vznětového a zážehového motoru se liší v důsledku různého způsobu tvoření směsi a její regulace. U zážehového motoru je stabilním nastavením úhlu škrticí klapky dán i stabilní poměr směsi a tím i volnoběžné otáčky zatíženého i nezatíženého motoru. Vznětový motor se naopak při částečném zatížení a úplném odlehčení neobejde bez regulátoru. Při zatížení se motor může zastavit, zhasne. Při odlehčení zatížení se bez regulátoru roztočí až na kritické otáčky a 14

může dojít k havárii motoru. Regulátor tak musí automaticky, bez ohledu na postavení hřebenové tyče (nezávisle na poloze pedálu akcelerace), řídit dodávku množství paliva pro jednotlivé válce motoru. Omezit otáčky, nepřekročit kritické, udržovat volnoběh nezatíženého motoru. (Motejl, 1998) Jsou používány dva druhy odstředivých regulátorů chodu čerpadla a motoru: -

odstředivá omezovací regulace

-

odstředivá výkonnostní regulace

-

pro některé typy motorů jsou vzhledem k provozním podmínkám používány v kombinaci oba druhy.

Odstředivá omezovací regulace Základem každého odstředivého regulátoru je nosič závaží. Ten je spojen s vačkovou hřídelí čerpadla a jeho otáčky souhlasí s otáčkami této hřídele. Vlivem odstředivé síly se závaží od sebe oddalují a překovávají tlak pružin nastavených na určité předpětí. pohyb závaží je přenášen pákovým mechanismem na hřebenovou tyč. S rostoucími otáčkami čerpadla, motoru se pohybuje hřebenová tyč směrem, který zajišťuje snížení dodávky paliva pro jednotlivé válce motoru. Tento pohyb je nezávislý na nastavení akceleračního pedálu. Tuto nezávislou funkci zajišťuje výstředníkové uložení dvouramenné páky, která přenáší pohyb závaží na hřebenou tyč. U omezovacího regulátoru jsou vždy minimálně dvě pružiny, které přitlačují závaží do jejich nosiče. Jedna působí v rozsahu volnoběžných otáček, druhá silnější, v rozsahu otáček maximálních, kritických. Ta zamezuje jejich překročení. (Motejl, 1998)

Obr.2 Schéma odstředivého omezovacího regulátoru

15

Výkonnostní regulátor vstřikovacího čerpadla Tento regulátor udržuje řidičem zvolený rozsah otáček motoru. Každému nastavení pedálu plynu odpovídá

určitý

počet

otáček, určitý minimální rozsah. V tomto rozsahu udržuje

regulátor

a

přizpůsobuje otáčky podle proměnlivého

zatížení

motoru

v daném

okamžiku.

Páka

od

regulátoru

působí

na

regulační

tyč

přes

pružinu,

takže

při

nastavení plné dodávky obsluhou

probíhá

dodávka podle přirozené charakteristiky.

Obr.3 Schéma odstředivého výkonnostního regulátoru I když regulátor začne pracovat, regulační tyč se posune až při dosažení jmenovitých otáček. Takže např. při poloze páky obsluhy „a“ pracuje čerpadlo podle dopravní charakteristiky ∆na. (Bauer, 2006)

Výtlačné ventily Úkolem výtlačného ventilu je přerušit spojení mezi provozním prostorem čerpadla a začátkem výtlačného potrubí. Tím se má zabránit, aby v případě netěsnosti jehly v sedle trysky nemohlo dojít k vytlačení paliva z výtlačného potrubí tlakem plynů ve spalovacím prostoru a zavzdušnění systému. Tento úkol může plnit zcela prostý zpětný

16

ventil. Výtlačné ventily musí ale také umožnit pokles zbytkového tlaku ve výtlačném porubí po skončení výtlaku paliva. Tím se zabrání prolínání paliva kolem jehly trysky mezi jednotlivými vstřiky. Výtlačné ventily (odlehčovací ventily) můžou být různé konstrukce. Můžeme je rozdělit do dvou základních skupin: -

Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením, u kterých dojde po skončení výtlaku ke zvětšení objemu nad ventilem o tzv. odlehčovací objem, nejčastěji tyto ventily jsou označovány jako ventily Atlas

-

Výtlačné ventily s rovnotlakým odlehčením, které nedovolí proudění paliva z výtlačného potrubí do prostoru čerpadla při poklesu tlaku v potrubí pod hodnotu zavíracího tlaku přepouštěcího ventilu. Při výtlaku proudí palivo prostým zpětným ventilem. V údobí odlehčovacího procesu proudí palivo přepouštěcím ventilem z výtlačného potrubí do prostoru čerpadla, do plnící komory čerpadla.Toto proudění kdy tlak ve výtlačném potrubí klesá, probíhá dokud nad ventilem neklesne tlak na hodnotu zavíracího tlaku přepouštěcího ventilu. Zavírací tlak přepouštěcího ventilu představuje teoreticky nejvyšší hodnotu zbytkového tlaku v potrubí. (Štoss, 1988)

Výtlačné ventily bez odlehčení Používaly se u starších vstřikovacích čerpadel. Dnes se používají pouze u težších naftových motorů, které pracují v nízkém otáčkovém rozmezí. I tyto výtlačné ventily mají určitou odlehčovací schopnost, která díky dostatečně velkým průřezům výstřikových otvorů v trysce umožní práci systému s dostatečně nízkým zbytkovým tlakem, bez dostřiků. (Štoss, 1988)

Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením – typ Atlas Pro svoji konstrukční jednoduchost se tento ventil osvědčoval do doby, než vzrostly provozní otáčky vznětových motorů a než nastoupily motory přeplňované. Tyto rostoucí otáčky a stupeň přeplňování znamenají zvýšené dodávky paliva, vstřikované vyššími tlaky. Rovnoobjemový ventil je v údobí odlehčovacího procesu hnán do sedla přetlakem paliva, ale také předepnutou pružinou. Jestliže tlak paliva klesne na nulu ještě před dosednutím ventilu do sedla, vznikne působením pružiny při dalším pohybu ventilu směrem k sedlu kavitační dutina nad ventilem. Kavitační jevy se rozšiřují do výtlačného potrubí a jsou zřejmě příšinou kavitační eroze výtlačného potrubí. U větších systémů dochází až k úplnému proděravění potrubí. Jediným způsobem odstranění 17

kavitačních jevů je výtlačný ventil s rovnotlakým odlehčením. Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením jsou sice nejvíce rozšířeny, ale nejsou schopné plnit požadavky moderních naftových motorů. V dohledné době budouzřejmě nahrazeny ventily rovnotlakými. (Štoss, 1988)

Výtlačné ventily s rovnotlakým odlehčením Ventily s rovnotlakým odlehčením mají například tyto přednosti: -

Znemožňují tvorbu kavitačních dutin a tím vylučují kavitační erozi

-

Vylučují nebezpečí dostřiku

-

Jednodušší sladění vstřikovacích systémů

-

Možnost používat řadová čerpadla pro velké motory i ve spojení s dlouhým vstřikovacím potrubím

-

Umístění vstřikovacích čerpadel na místě nejvhodnějším pro jejich pohon bez ohledů na délku potrubí

-

Delší životnost vstřikovacích trysek

-

Stabilita malých vstřikovacích dávek paliva, zejména při volnoběhu

Dělení rovnotlakých deskových výtlačných ventilů Deskový výtlačný ventil jeve spodní části je kuželovitý, obtékání deskového ventilu není příliš výhodné. Pohyb přepouštěcího ventilu sice není tlumen, ale účinek tlumení lze nahradit škrcením přepouštěného paliva vhodným dimenzováním otvoru nad jeho sedlem, resp. Omezením zdvihu tohoto ventilu Kuličkový zpětný ventil je vhodný zejména pro větší čerpadla. Sedlo zpětného ventilu je upraveno ve spodní části, aby nedocházelo k trhání ventilu. Jehlový zpětný ventil má uvnitř jehlu přepouštěcího ventilu. Z konstrukce jsou odstraněny všechny drobné součásti, které limitují životnost ventilu. Mezi nevýhody rovnotlakých ventilů patří jejich složitost, mají velké nároky na zastavovací prostor a nehodí se pro malá čerpadla, neboť jejich součásti pak jsou příliš malé a nejsou zárukou stálosti funkce a životnosti ventilu. Tyto nevýhody nemá jednojehlový rovnotlaký ventil, který je proveden pro nejmenší čerpadla přímo v hrdle čerpala. (Štoss, 1988)

18

Obr.4 Výtlačné ventily a)rovnoobjemový výtl. ventil Atlas, b)rovnotlaký kuličkový (1 -výtlačný ventil, 2 - přepouštěcí ventil), c)rovnotlaký jehlový

Vstřikovač U palivové soustavy s vstřikovacím čerpadlem je palivo dopravováno přes výtlačný ventil a vysokotlaké potrubí do vstřikovače. Hlavní části vstřikovače jsou těleso, pružina, tlačný čep, tryska. Vstřikovací tryska je součástí, která rozprašuje palivo ve spalovacím prostoru. U motorů s předkomůrkou (s nepřímým vstřikem) se používají většinou trysky čepové, u motorů s přímým vstřikem otvorové. Pomocí předpětí pružiny ve vstřikovači seřizujeme otevírací tlak trysky (vstřikovací tlak). U řadových ale i rotačních čerpadel řízených elektronicky (EDC) se používá na prvním válci vstřikovač se snímačem pohybu jehly. Informace o počátku vstřiku je společně s otáčkami a zatížením důležitá pro nastavování předstřiku. Jak jsem se již zmínil, řadová čerpadla mohou mít elektronickou regulaci EDC. Těchto čerpadel lze měnit pomocí elektromagnetu vstřikované množství i počátek dodávky. Tento elektromagnet je upevněn na vstřikovacím čerpadle a přestavuje regulační tyč. U čerpadel se zdvihovým šoupátkem se dá kromě vstřikovaného množství měnit prostřednictvím elektromagnetu počátek dodávky. Dnes jsou hojně používané dvoupružinové vstřikovače, které slouží k redukci hluku vzniklého při spalování. Ve vstřikovači jsou za sebou umístěny dvě pružiny. Při otevírání trysky působí na jehlu pouze jedna pružina, která určuje otevírací tlak. Druhá pružina se opírá o dorazové pouzdro, které omezuje původní zdvih jehly. (Bauer, 2006) 3.2.2. Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem Aby se dosáhlo snížení spotřeby paliva a aby byly dodrženy nižší limity emisí výfukových plynů, je nutné zvýšení vstřikovacího tlaku. Pro tyto oblasti aplikací je 19

vhodné rotační vstřikovací čerpadlo, jehož dimenzování je v jednotlivých případech určeno jmenovitými otáčkami, výkonem a konstrukčním typem příslušného vznětového motoru. Pro rotační vstřikovací čerpadla se používá konstrukce s radiálními písty a konstrukce s axiálním pístem. V roce 1964 se stalo rotační vstřikovací čerpadlo s axiálními písty nejčastěji používaným vstřikovacím čerpadlem v osobních automobilech. Tyto čerpadla vytvářejí tlaky až 800 barů pro pomaloběžné motory a až 1400 barů pro rychloběžné motory výkony až 25 kW na válec. Čerpadlo Bosch má tlak u vstřikovacích trysek až 1600 barů. Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty VR bylo vyvinuto firmou Bosch speciálně pro rychloběžné vznětové motory s přímým vstřikem a s výkonem až 37 kW na válec. (Motejl, 2001) 3.2.2.1. Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem, systém BOSCH Oproti řadovému čerpadlu je v axiálním rotačním čerpadle pouze jediný výtlačný píst. Palivo stlačené jedním výtlačným pístem je přidělováno jednotlivým válcům pomoci drážky ve výtlačném pistu a rozdělovači hlavy. Tento píst vykonává pohyb rotační i přímočarý vratný. Rotační vstřikovací čerpadlo se skládá z Křídlového dopravního čerpadla, které dodává palivo do celého vnitřního prostoru v čerpadle již od otáček spouštěče motoru. Při otáčce motoru je dodáno konstantní množství do středotlakého prostoru, ve kterém je přetlakový ventil a palivo jde zpět do nádrže. Udržovaný tlak odpovídá otáčkám motoru. Tlak vzrůstající s rostoucími otáčkami působí zároveň na píst přesuvníku vstřiku. Ten natáčí regulační objímku (unášeč) s kladkami.Takto se posouvá dotykový bod s čelními vačkami na kotouči, které řídí axiální pohyb pístu. Unašeč s kladkami se natáčí v opačném smyslu, než vačka s pístkem. Tím je zajištěno, že se vzrůstajícími otáčkami se zvětšuje úhel předvstřiku. Tímto jsem popsal hydraulický přesuvník vstřiku. Přesné dávkování paliva v závislosti na zatížení motoru je řízeno regulační objímkou, která se posouvá po pístku. Její pohyb určuje řidič, nastavením pedálu akcelerátoru, i odstředivý regulátor. Přerušení dodávky paliva se provádí přepouštěním paliva z pracovního prostoru posuvem objímky, nebo uzavřením přívodu paliva do pracovního prostoru čerpadla elektricky ovládaným ventilem. Činnost vysokotlaké části je znázorněna na obrázku 6. (Motejl 1998)

20

Obr.5 Rotační vstřikovací čerpadlo Bosch VE

a) přívod paliva kanálem 2 a drážkou 3 do vysokotlakého prostoru 4. pístek 1 je v krajní poloze Z b) uzavření kanálu 2 pootočením pístu, stlačení, pootočením se odkrývá drážka 6

a

kanál

7,

vytlačováno

kterým

přes

je

palivo

výtlačný

ventil

k vstřikovači c)dalším pohybem pístku se ukončuje dodávka paliva v okamžiku odkrytí kanálku 9 regulační objímkou d)

při

zpětném

pohybu

pístku

k začáteční poloze Z se kanál 9 uzavírá a

palivo

proudí

kanálem

2

do

Obr.6 Vytlačování a rozdělování paliva u čtyřválcového motoru

U rotačních vstřikovacích čerpadel a axiálním pístem řízených EDC, je regulace prováděna pomocí rotačního elektromagnetu. Tím se ovládá regulační objímka a mění se dodávka. Pomocí elektromagnetického ventilu předsuvníku vstřiku je ovládán

21

předvstřik. Odchylka mezi předepsanou a skutečnou hodnotou počátku vstřiku je zjišťována pomocí snímače pohybu jehly vstřikovače na prvním válci motoru. 3.2.2.2. Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty, systém LUCAS U těchto čerpadel jsem popsal systém regulovaný EDC

Nízkotlaké komponenty vstřikovacího čerpadla Křídlové podávací čerpadlo nasává palivo z palivové nádrže a podává při každé otáčce přibližně konstantní množství paliva do vysokotlakého čerpadla s radiálním pístem. Dále tato část obsahuje ventil pro regulaci tlaku přepouštěcí škrtící ventil, (umožňující při nastaveném tlaku přepouštění paliva zpět do nádrže). (Reuter 1998) Vysokotlaká část Palivo se dostává při otevřeném vysokotlakém elektromagnetickém ventilu z nízkotlaké části k podávacím pístům ve vysokotlaké části. Vačkový prstenec s laloky na vnitřní stěně prstence zatlačuje podávací písty radiálně směrem dovnitř a komprimuje při každém zdvihu palivo pro vstřikování v příslušném válci. Vysokotlaký elektromagnetický ventil řízený řídící jednotkou čerpadla reguluje přítok paliva k radiálním pístům a určuje vstřikovanou dodávku a okamžik vstřiku. Rozdělovací hřídel rozděluje palivo tak, aby byl během každé otáčky připojen každý válec jednou přes výtlačné hrdlo rozdělovači hlavy a vysokotlaké potrubí. Škrtící zpětné ventily v přípojce výtlačné trubky tlumí zpětné vlny tlaku paliva vznikající při uzavření trysek. Zamezují tak opotřebení vysokotlaké části a nekontrolovanému otvírání trysek. Vysokotlaké vedení jsou bezešvé ocelové trubky. Ty musejí mít vždy stejnou délku. Vstřikovací trysky vestavěné v držácích trysek vstřikují přesně dávkované palivo do válců motoru a tvarují přitom průběh vstřiku. Přebytečné palivo proudí s malým tlakem zpět do palivové nádrže. (Reuter 1998)

Další komponenty Přesuvník vstřiku Na spodní straně čerpadla je umístěn hydraulický přesuvník vstřiku s taktovacím ventilem a příčně k ose čerpadla umístěným pracovním pístem. Přesuvník

22

vstřiku pootáčí vačkový prstenec podle stavu zatížení a otáček, aby bylo možné změnit počátek dodávky. (Reuter 1998)

Snímač úhlu otočení Na hřídeli pohonu je umístěno kolo snímače úhlu a držák pro snímač úhlu otočení. Tyto slouží pro měření úhlu, který zaujímá hřídel pohonu a vačkov ý prstenec v průběhu otáčení vůči sobě. Z této hodnoty lze vypočítat aktuální otáčky, polohu přesuvníku vstřiku a úhlovou polohu vačkového hřídele. (Reuter 1998)

Řídící jednotka čerpadla Na horní straně čerpadla je přišroubována chladicími žebry vybavená řídicí jednotka čerpadla. Ta vypočítává z informací snímače úhlu otočení a řídicí jednotky motoru ovládací signály pro vysokotlaký elektromagnetický ventil a pro elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku. (Reuter 1998)

Obr.7 Komponenty rotačního vstřikovacího čerpadla s radiálními písty

23

3.2.3. Systém vstřikování Common Rail Vstřikovací systém Bosch se zásobníkem Common Rail nabízí pro motory s přímým vstřikováním výrazně vyšší pružnost pro přizpůsobení vstřikovacího systému motoru než konvenční vačkou poháněné systémy. (Issenburg, 1999)

V dnešní době jsou známy čtyři generace Common Railu -

I. generace pracující s tlaky 100 - 140 Mpa

-

II. generace pracující s tlaky 140 - 180 Mpa

-

III. generace pracující s tlaky 180 - 200 Mpa

-

IV. generace pracující s tlaky 200 - 240 Mpa

Funkce U vstřikovacího systému Common Rail je odděleno vytváření tlaku a vstřikování. Vstřikovací tlak je vytvářen nezávisle na otáčkách motoru a vstřikované dávce. Palivo je připraveno pro vstřikování ve vysokotlakém zásobníku paliva „Railu“. Vstřikovaná dávka je určena řidičem, okamžik vstřiku a vstřikovací tlak jsou vypočteny z uložených polí hodnot v elektronické řídící jednotce a realizovány vstřikovačem každého válce prostřednictvím řízeného magnetického ventilu.

Vstřikovací zařízení Common rail obsahuje: -

řídící jednotku

-

snímač otáček vačkové hřídele

-

snímač polohy pedálu

-

snímač plnícího tlaku

-

snímač tlaku v zásobníku

-

snímač teploty chladící kapaliny

-

snímač hmotnosti nasávaného vzduchu

Řídící jednotka shromažďuje pomocí snímačů požadavky řidiče (poloha pedálu) a aktuální provozní poměry motoru a vozidla. Zpracovává signály vytvářené snímač a vedené po datových vedeních. Se získanými informacemi přebírá v dané situaci řídící a regulující vliv nad vozidlem a zejména nad motorem. Snímač otáček klikové hřídele snímá otáčky motoru a snímač otáček vačkové hřídele zjišťuje pořadí vstřiku (fázovou

24

polohu).

Potenciometr

jako

snímač

polohy

pedálu

předává

řídící

jednotce

prostřednictvím elektrického signálu požadavek řidiče na točivý moment. Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu dává řídící jednotce informaci o aktuální hmotnosti vzduchu, aby se spalování přizpůsobilo odpovídajícím emisním předpisům. U motorů s turbodmychadlem a regulací plnícího tlaku měří snímač plnícího tlaku plnící tlak. Podle teploty chladící kapaliny a vzduch může řídící jednotka při nízkých teplotách a studeném motoru přizpůsobit požadované hodnoty předstřiku, úvodní vstřikované dávky a další parametry provozním podmínkám. Podle vozidla jsou ještě připojeny k řídící jednotce dodatečné snímače a datová vedení, aby bylo vyhověno rostoucím bezpečnostním a komfortním požadavkům. Systémy s datovou sběrnicí CAN umožňují výměnu dat s dalšími elektronickými systémy vozidla, např. ABS, elektronické řízení převodovky,

apod.

Diagnostické

rozhraní

dovoluje

vyhodnocení

uložených

systémových dat při inspekci vozidla. (Issenburg, 1999)

Obrázek 8 ukazuje jako příklad naftové vstřikovací zařízení se systémem s tlakovým zásobníkem „Common Rail“ na čtyřválcovém vznětovém motoru.

Obr.8 Komponenty vstřikovacího systému Common Rail

25

Způsob vstřikování - porovnání konvenčních způsobů se vstřikováním Common Rail U konvenčních způsobů vstřikování jako u rotačních a řadových čerpadel je hlavní vstřik bez úvodní a následné vstřikované dávky (obr. 9). Tvoření tlaku a příprava vstřikované dávky je spojeno s vačkou a pístem, to má následující důsledky pro proces vstřikování: -

vstřikovací tlak stoupá s rostoucími otáčkami a vstřikovanou dávkou

-

během vstřikování vzrůstá vstřikovací tlak, ale odpadá do konce vstřiku zase na zavírací tlak trysky

Následky toho jsou: -

malá vstřikovaná množství jsou vstřikovaná nižšími tlaky

-

špičkový vstřikovací tlak je více než dvojnásobkem středního vstřikovacího tlaku

-

průběh vstřiku se blíží tvarem trojúhelníku, jak je požadováno pro příznivé spalování

Pro zatížení konstrukčních dílů vstřikovacího čerpadla a jeho pohonu je rozhodující špičkový vstřikovací tlak. Ten je u konvenčních vstřikovacích systémů měřítkem pro kvalitu tvorby směsi ve spalovacím prostoru. (Issenburg, 1999)

Obr.9 Průběh vstřiku konvenčního vstřikování

26

U vstřikování Common Rail jsou dodatečně přidány ke konvenčnímu postupu vstřikování následující požadavky: -

vstřikovací tlak a množství mají být v každém provozním bodu motoru stanoveny navzájem nezávisle

-

vstřikovaná dávka má být na začátku vstřiku co nejmenší

U systému Common Rail jsou tyto požadavky realizovány viz obrázek 10

Obr.10 a) průběh vstřiku u vstřikování Common Rail, b) Zdvih jehly trysky

Vstřikovače, které jsou spojeny krátkým zásobníkem s railem, sestávají v podstatě z trysky a magnetického ventilu. Řídící jednotka napájí magnetické ventily při zapnutí – začátek vstřiku. Při vypnutí proudu je vstřik ukončen.Vstříknutá dávka paliva je úměrná době sepnutí magnetického ventilu a nezávislá na otáčkách motoru a čerpadla (časově řízené vstřikování). (Issenburg, 1999)

Úvodní vstřik Při počátku vstřiku úvodního vstřiku dříve než 40° klikového hřídele před HÚ může palivo zasáhnout horní plochu pístu a stěnu válce a vést k nepřípustnému ředění mazacího oleje. Při úvodním vstřiku je dodáno malé množství paliva (1 – 4 mm3) do válce a způsobí „předkondicionování“ spalovacího prostoru. To může zlepšit účinnost spalování a dosáhnout následující efekty: -

kompresní tlak bude předběžnou reakcí příp. částečným hořením lehce zvýšen

27

-

průtah vznícení hlavního vstřiku zkrácen

-

nárůst spalovacího tlaku a spalovací tlak sníženy (měkčí spalování)

Tyto efekty snižují hluk spalování,

spotřebu

paliva

a

v mnoha případech emise. U průběhu

tlaku

vstřiku

(obr.11)

bez

úvodního

stoupá

tlak

v oblasti před HÚ pouze mírně podle

komprese,se

začátkem

hoření

ale

strmě

velmi

a

vykazuje

ostrou

špičku.

To

výrazně

přispívá

k hluku

od

spalování vznětového motoru.

Obr. 11 Zdvih jehly trysky a průběh tlaku bez úvodního vstřiku

U průběhu tlaku s úvodním vstřikem (obr. 10 a) dosahuje tlak v oblasti před HÚ o něco vyššího tlaku a nárůst spalovacího tlaku proběhne s nižší strmostí. Úvodní vstřik přispívá pouze nepřímo prostřednictvím zkrácení průtahu vznícení k nárůstu točivého momentu motoru. Podle počátku vstřiku hlavního vstřiku a odstupu mezi hlavním a úvodním vstřikem se může měrná spotřeba snižovat, nebo zvyšovat. (Issenburg, 1999)

Hlavní vstřik Hlavním vstřikem je dodávána energie pro práci odevzdávanou motorem. Ta v podstatě odpovídá průběhu točivého momentu. U systému Common Rail, zůstává velikost vstřikovacího tlaku během celého průběhu vstřiku téměř nezměněná.

Následný vstřik Na rozdíl od úvodního a hlavního vstřiku palivo neshoří, ale odpaří se vlivem zbytkového tepla do výfukových plynů. Tato směs paliva a výfukových plynů je vedena při výfukovém taktu přes výfukový ventil do výfukového potrubí. Vlivem recirkulace výfukových plynů je ovšem část paliva přivedena opět ke spalování a působí jako velmi časný úvodní vstřik. Palivo ve výfuku působí jako vhodný NOx- katalyzátor, jako 28

redukční prostředek oxidů dusíku. Pozdní následný vstřik vede k ředění motorového oleje palivem.

Části systému Common Rail - Vysokotlaká část

Vysokotlaké čerpadlo Tvoří, rozhraní mezi nízko a vysokotlakou částí. Jeho úkolem je vždy dodávat dostatek paliva ve všech provozních stavech po celou dobu životnosti vozidla. Do toho se počítá i příprava rezervy paliva, která je nutná pro rychlý start motoru a prudký nárůst tlaku. Vysokotlaké čerpadlo vytváří trvale systémový tlak pro vysokotlaký zásobník (rail). Palivo je stlačováno třemi radiálně uspořádanými písty čerpadla, které jsou vzájemně přesazeny o 120°, čerpadlo klade nižší požadavky na náhon čerpadla než rotační vstřikovací čerpadla. Odpojovací ventil elementu slouží k odpojení elementu při nižší potřebě výkonu, element nedodává plynule, nýbrž s dopravní přestávkou. Možné převody jsou 1:2 a 2:3, vztaženo na klikovou hřídel. (Issenburg, 1999)

Regulační ventil tlaku Úlohou regulačního ventilu tlaku je nastavovat a držet tlak v Railu v závislosti na zatížení motoru. Má dva regulační okruhy: Pomalejší elektrický regulační okruh pro nastavení proměnné střední hodnoty tlaku v railu a rychlejší mechanicko hydraulický regulační okruh, který vyrovnává vysokofrekvenční tlakové kmitání. (Issenburg, 1999)

Vysokotlaký zásobník Má za úkol akumulovat palivo pod vysokým tlakem. Přitom má zásobním objemem tlumit tlakové kmitání vzniklé dopravou čerpadlem a vstřikováním. Tlak je sám při odběru většího množství paliva udržován na konstantní hodnotě. Tím je zajištěno, že při otevření vstřikovače zůstane vstřikovací tlak konstantní. Na zásobníku je namontován snímač tlaku, který měří aktuální tlak v railu a poskytuje řídící jednotce napěťový signál odpovídající přilehlému tlaku. Tlakový pojistný ventil omezuje tlak v railu tím, že při příliš vysokém zatížení uvolní odpadový otvor. Omezovač průtoku zamezuje nepravděpodobnému případu trvalého vstřikování jednoho vstřikovače. Při překročení maximálního odběrového množství z railu uzavírá přívod ke vstřikovači, kterého se to týká. (Issenburg, 1999)

29

Vstřikovač Počátek vstřiku a vstřikované množství jsou nastaveny elektricky ovládaným vstřikovačem. vstřikovač zařízení

Ten

nahrazuje

tradičních

vstřikovacích

vznětových

Vstřikovače

Common

vhodné pro zástavbu

motorů. Rail

jsou

do motorů

s přímým vstřikem bez podstatných změn hlavy válců. Palivo (obr. 16) je vedeno od vysokotlaké přípojky (4) přes přívodní kanál (10) k trysce, stejně jako přes přívodní škrtící trysku (7) do prostoru ovládacího ventilu (8). Ten je propojen přes odtokovou škrtící trysku (6), která může být otevřena magnetickým ventilem, se zpětným vedením paliva (1). Obr.12 Schéma vstřikovače V uzavřeném stavu převládne hydraulická síla na ovládací píst (9) nad silou na tlakový kužel jehly trysky (11). Proto je jehla trysky tlačena do své ho sedla a uzavírá vysokotlaký kanál k spalovacímu prostoru. Při aktivování magnetického ventilu je otevřena odtoková škrtící tryska. Tím klesá síla na ovládací píst. Jakmile hydraulická síla je menší než ta na tlakovém kuželu jehly trysky, otevře se jehla trysky. (Issenburg, 1999) Systém Common-Rail 3. generace využívá Piezo-Inline inovativní techniku. Vstřikovací tlak je 160 MPa. K ještě většímu omezení vzniku škodlivin Bosch tuto generaci dále vyvinul pro systémové tlaky až 2000 barů. Méně škodlivin při spalování vzniká také tím, že palivo není náhle vstříknuto do spalovacího prostoru, ale díky speciálnímu geometrickému dimenzování vstřikovače je vstřikováno s rostoucím tlakem. Tento průběh vstřiku umožňuje šetrnější postup spalování s méně patrnými teplotními špičkami a příslušně redukovanou tvorbou oxidu dusíku. Zlepšuje se také příprava směsi, a tím se redukuje vznik částic. Čtvrtá generace Common Rail umožňuje vícenásobný vstřik, aby bylo možné řídit regeneraci filtrů částic. 30

3.2.4. Vstřikovací systém čerpadlo-tryska (PDE, HPI) Systém vstřikování čerpadlo tryska PDE (Bývá také označována UIS = UnitInjektor-Systém) má oproti vstřikování pomocí vstřikovacího rozdělovacího čerpadla přednosti jako např. méně částic vzniklých spalováním, menší obsah škodlivých látek ve výfukových plynech, menší spotřeba paliva, vysoká účinnost. Těchto předností bylo dosaženo vysokým vstřikovacím tlakem max. 205 MPa (2050 bar), přesnou regulací procesu vstřikování a použitím předvstřiku. Jednotka čerpadlo-tryska je jednoválcové vstřikovací čerpadlo s elektromagnetikým ovládáním ventilu a vstřikovací tryska, které tvoří jedinou součást. Každý válec má svou jednotku čerpadlo-tryska. Díky tomu je počet dílů, které vedou vysoký tlak, malý.

Jednotka čerpadlo-tryska je na každém válci ovládána přes vahadlo vačkovým hřídelem. Vačkový hřídel je opatřen navíc čtyřmi vačkami. Jsou to tzv. vstřikovací vačky. Každá z nich leží mezi vačkami ventilovými. Vstřikovacími vačkami jsou přes vahadlo ovládány písty čerpadla jednotky čerpadlo-tryska. Píst čerpadla je zatlačován dolů velkou rychlostí. Díky tomu se velmi rychle vytváří vysoký vstřikovací tlak. Vzhledem k tomu, že sestupná strana vačky je pozvolná, pohybuje se píst čerpadla nahoru pomalu a plynule a palivo může do vysokotlakého prostoru přitéci, aniž by se zpěnilo (obsahovalo bublinky). (Učební pomůcky VW, 2001)

31

Obr.13 Schéma vstřikovače PDE

Předvstřik Aby bylo dosaženo co nejkvalitnějšího spalovacího procesu, je ještě před vlastním vstřikem vstříknuto pod malým tlakem malé množství paliva = předvstřik. Spálením tohoto malého množství paliva vzroste ve spalovacím prostoru tlak a teplota. Obojí jsou předpoklady pro rychlé vznícení paliva, které se do spalovacího prostoru dostane při vlastním vstřiku, a zkrácení prodlevy na co nejmenší míru. Předvstřik a následná pauza, která předchází vlastnímu vstřiku, zajiš»ují, že se tlaky ve spalovacím prostoru nevytvoří skokově, ale jejich nárůst bude pozvolný. Výsledkem jsou tišší spalování a nižší obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech.

32

Vstřik Aby se palivo spálilo pokud možno úplně, záleží u vstřiku na kvalitě směsi. Vstřikem pod vysokým tlakem se palivo rozptýlí velmi jemně a může se se vzduchem dobře promísit. Úplné spálení paliva přispívá ke snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech a zvyšuje využití výkonu.

Konec vstřiku Na konci vstřiku je důležité, aby vstřikovací tlak rychle opadl, a aby jehla trysky rychle zavřela. Zabrání se tak tomu, aby se do spalovacího prostoru dostalo palivo pod malým tlakem a s velkými kapkami, a tam se neúplně spálilo. Vedlo by to k nárůstu škodlivin ve výfukových plynech.

Sdružený vstřikovací systém čerpadlo-potrubí-tryska pracuje na stejném principu jako systém čerpadlo-tryska, ale těleso vstřikovače je propojeno s jednotkou vstřikovacího čerpadla krátkým vysokotlakým potrubím. Doba a počátek vstřiku jsou regulovány elektronicky také pomocí vysokotlakého elektromagnetického ventilu. (Bauer, 2006)

Obr. 14 Princip činnost vstřikovacího systému čerpadlo - potrubí - tryska

33

Systém vstřikování HPI Systém vysokotlakého vstřikování HPI vyvinula Scania ve spolupráci s firmou Cummins. Na rozdíl od elektromechanicky ovládaného systému PD (Pumpe-Düse, čerpadlo-tryska) je systém HPI ovládán hydraulicky. Oba systémy regulují časování vstřikovačů individuálně pro každý válec. V systému Scania HPI je k ovládání vstřikovačů použito odděleného toku paliva. K největším přednostem systému Scania HPI patří jednoduchost a odolnost. Ovládání a dodávka paliva probíhají při nízkém tlaku. Vysoký vstřikovací tlak se vytváří až v samotném vstřikovači. Komponenty jsou odolné a lehce přístupné ze studené strany motoru. Tento systém používá otevřenou vstřikovací trysku, maximální vstřikovací tlak je 250 Mpa, aktivační tlak je 1,8 Mpa. Mezi výhody, patří také velký průtok nafty do systému a tím její ohřev. (firemní materiály Scania)

Popis činnosti systému Palivo je nasáváno palivovým čerpadlem a přes palivový filtr, v jehož obalu je i přetlakový ventil (otevírací tlak 2.6 Mpa) a je dopravováno tělesu s ventily. Tento systém má přední bank, tj válce 1,2,3 a zadní bank 4,5,6. oba banky mají dva ventilyventil regulující časování vstřiku (9) a „dávkovací“ ventil pro regulaci množství paliva (10). Časovacím ventilem řídící jednotka reguluje množství paliva dodávaného do vstřikovače pod píst, a tím se reguluje předstřik. Čím více paliva vytvoří sloupec mezi horním pístem A a centrálním pístkem B, tím dřív dojde ke vstřiku. Toto časovací palivo se vrací zpět do nádrže. Dávkovacím ventilem řídící jednotka dávkuje vstřikované množství paliva pod otevřenou trysku. V každém banku jsou snímače tlaku dodávaného paliva (11)

V liště ve které jsou ventily namontovány jsou dále tyto komponenty: -

Shutt-off ventil, kterým se zastavuje přívod paliva, a tím se motor vypne.

-

membránové tlumiče tlakových rázů

-

snímač tlaku a teploty paliva dodávaného čerpadlem

-

průtoková tryska pro samoodvzdušňování systému

-

obtokový ventil (6) udržující tlak 1,7 Mpa

Další snímače jsou: -

snímače polohy klikové hřídele a otáček motoru 34

-

snímač tlaku a teploty nasávaného vzduchu

-

snímač teploty chladící kapaliny

-

snímač tlaku oleje

-

snímač tlaku paliva pro přední a zadní řadu válců

-

snímač plnícího tlaku a teploty paliva

Systém komunikuje s dalšími systémy -

řídící jednotka ABS/TC a EBS

-

řídící jednotka Retardér

-

řídící jednotka Opticruise

-

Coordinátor spojující řídící jednotku EDC s komponenty v pracovním prostoru řidiče

Obr.15 Schéma vstřikování HPI 35

4. MOŽNOSTI ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU PALIVOVÉ SOUSTAVY Základním úkolem palivové soustavy vznětového motoru je doprava stanovené dávky paliva do spalovacího prostoru ve stanovený čas a ve vhodné formě Celkový stav vznětového motoru ovlivňuje opotřebení válců, pístní skupiny, ventilů, znečištění čističe vzduchu, ale hlavně nesprávné seřízení a funkce vstřikovacího systému. Nesprávně nastavené čerpadlo má za následek nedostatečný výkon motoru, kouřivost, nebo potíže se spouštěním motoru. Například při větší dodávce paliva se spotřebuje vzduch na hoření při počátku vstřiku, palivo na konci dodávky hoří pomalu a zvětšuje se množství černého kouře a sazí ve výfukových plynech. Mezi další nejběžnější příčiny kouření patří závady na tryskách a seřízení předvstřiku. Zjišťovat závady můžeme buďto bez demontáže, nebo s demontáží. Liší se také zjišťování závad u jednotlivých systémů a ke každému systému potřebujeme rozdílné vybavení. U systémů s čerpadly je diagnostika velmi podobná, zvláště zkoušení trysek. U systémů PDE se trysky dají zkoušet podobným způsobem, ale funkce celého vstřikovače vyžaduje speciální vybavení. Systém Common Rail vyžaduje také speciální vybavení. Informaci o špatném stavu palivové soustavy nám může podat

některý ze

souhrnných diagnostických signálů, jako například kouřivost, měrná spotřeba a průběh vstřikovacího tlaku.

4.1. Možnosti zjišťování závad u systému vstřikování s řadovým vstřikovacím čerpadlem Při diagnostice je třeba zahrnout také kontrolu kvality paliva, kontrolu jeho filtrace, kontrolu žhavení, kontrolu palivového potrubí 4.1.1. Nejčastější závady Mezi nejčastější závady patří netěsná sedla a odlehčovací válcové plošky výtlačných ventilů, dále pak zakarbonované otvory, netěsné případně váznoucí jehly trysek vstřikovačů, opotřebené písty resp. válce vstřikovacích jednotek a váznoucí regulační tyče vstřikovacích čerpadel. Často se vyskytuje též opotřebení pístů podávacích čerpadel případně netěsnost jejich sacích respektive výtlačných ventilů, 36

nebo změněné charakteristiky případně lom pružin výtlačných ventilů, vstřikovačů, regulátorů atd. Další poruchy mohou vzniknout například neodbornou montáží zejména vstřikovačů. Nedbalá montáž vstřikovačů a vysokotlakého potrubí může způsobit jejich netěsnost. V případě vstřikovače vzpříčení trysky v otvoru hlavy válce, a následné váznutí jehly . Často vznikají poruchy v důsledku nesprávné údržby. Například zanesený čistič paliva způsobí sníženou dodávku paliva, naopak nedostatečná filtrace paliva se projeví ve zvýšení erozivního opotřebení činných prvků palivové soustavy . Nedostatečně mazaná skříň vstřikovacího čerpadla způsobí zvýšené opotřebení vačky, kladek zdvihátek a regulačního ústrojí . ( Motejl, 2001) 4.1.2. Možnosti zjišťování závad bez demontáže U vstřikování s řadovým čerpadlem lze bez demontáže zjišťovat předstřik (úhel počátku dopravy paliva). Tento můžeme měřit pomocí stroboskopické lampy. Je to tzv. Dynamická zkouška. Stroboskopická lampa potřebuje pro své funkce informaci o otáčkách motoru, kterou získává buď pomocí piezoelektrického snímače umístěného na trubku ke vstřikovači, nebo pomocí optického snímač umístěného místo žhavicí svíčky, který snímá počátek vznícení paliva, nebo sériově zapojeným převodníkem zapojeným do vstřikovacího vedení. Kontrola předvstřiku se provádí při volnoběžných otáčkách. Při zaměření stroboskopu na setrvačník musí vzájemně souhlasit pevná a pohyblivá značka. Úhel předvstřiku udává výrobce. K tomuto měření můžeme použít například diagnostický přístroj JT 181 D. Tímto přístrojem můžeme kontrolovat dále ještě maximální otáčky motoru – kontrolu regulátoru otáček, kontrolu přesuvníku vstřiku pomocí otáčkové charakteristiky předstřiku. Také lze měřit úhlové rozdělení pomocí měření předvstřiku všech válců. Bez demontáže lze také měřit průběh vstřikovacího tlaku.Ten lze považovat za perspektivní provozní komplexní diagnostický signál technického stavu palivových soustav, zejména se současným rozvojem jeho analyzátorů. Například motortester AVL-845", nabízí zobrazení a vyhodnocení průběhu křivek tlaku paliva ve vstřikovacím potrubí jednotlivých vstřikovačů pomocí piezoelektrických snímačů upevněných na jednotlivá vysokotlaká potrubí bez jejich demontáže. Tento motortester umožňuje rovněž uložení vybraného zobrazení průběhu křivek, za účelem podrobné statické analýzy průběhu tlaku paliva v jednotlivých sekcích soustavy. Rozborem lze zjistit

37

rozložení časového pole jednotlivých vstřiků, rovnoměrnost rozložení do kruhu, dynamické počátky a konce jednotlivých vstřiků atp. Jednotlivé průběhy tlaků lze na obrazovce posouvat a uvést je například do zákrytu v libovolném pořadí, tím je dána možnost jejich přímého porovnání. Také tento motortester umožňuje měřit výkonové parametry motoru, tj. točivý moment a výkon, na základě volné akcelerace vně nezatíženého motoru.Lze jím také

měřit rovněž charakteristiku přesuvníku vstřiku

pomocí pomalé akcelerace motoru v užitečném pásmu otáček motoru. Při zapojení snímače horní úvrati prvého válce motoru lze zároveň kontrolovat úhel předvstřiku paliva případně také kolísání otáček motoru při volnoběžných či jiných otáčkách motoru. Na obr. 16 je uveden časový průběh tlaku před tryskou a jeho využití k diagnostickému hodnocení vstřikovací soustavy. Jednotlivé číslované oblasti vyznačují podle :

Obr.16 Průběh vstřikovacího tlaku před tryskou 1) mechanický stav čerpadla, vstřikovací jednotky a vačky přičemž vzrůst tlaku by měl být od začátku rychlý, 2) charakteristika činnosti výtlačného ventilu, váznutí nebo opotřebení kuželky, příp. stav pružiny, 3) stav potrubí, při stupňovitém nárůstu je světlost potrubí příliš velká, naopak strmý nárůst znamená malou světlost. 4) Stav vstřikovače, trysky a pružin, přičemž prodleva vyznačuje otevírací tlak trysky

38

5) oblast vstřikování paliva, pokud tlak kolísá, znamená to buď váznutí jehly, nebo zakarbonovanou trysku, 6) oblast poklesu na konci výtlaku, je-li pokles pomalý, vázne jehla v trysce 7) stav výtlačného ventilu, je-li schod nevýrazný, je opotřeben nákružek, nebo sedlo ventilu 8) stav výtlačného ventilu, je-li pokles extrémně krátký, je ventil opotřeben a má malou odlehčovací schopnost 9) oblast oscilací po výstřiku, jsou-li amplitudy vysoké, je odlehčení příliš velké, jsouli dlouhé, je netěsná tryska.

Obr.17 Průběh zdvihu jehly,tlaků za čerpadlem a před tryskou Průběhy tlaků paliva, měřené v různých místech vysokotlaké části palivové soustavy vykazují fázové posuny. Před vstřikovací tryskou tlak vlivem pohybu jehly více osciluje, než u vstřikovacího čerpadla, kde je naopak vyšší hodnota tlaku. Na průběhu tlaků, se však projevuje taková řada vlivů, že lze uvést pouze podstatné. Mimo časové návaznosti jednotlivých průběhů, jsou zřejmé podstatně vyšší hodnoty tlaku při vstřikování, než je hodnota otevíracího tlaku trysky, seřízená na 17 MPa. Až překvapivě vysoké, jsou pak tlaky těsně za vstřikovacím čerpadlem, což je dle důsledek součtu vysokých hodnot postupné dopředné a zpětné tlakové vlny, viz. obr. 3.

39

S ohledem na výše uvedené skutečnosti nelze zatím význam průběhu tlaku přeceňovat, zejména v možnosti stanovení dodávky paliva u jednotlivých válců. Při známé průtokové ploše potrubí a dynamickém tlaku paliva se tato možnost teoreticky nabízí, ale dosavadní výsledky z praxe nedosahují potřebnou přesnost 4.1.3. Zjišťování závad s demontáží U vstřikovacího čerpadla se dají zkoušet tyto parametry: -

těsnost výtlačných ventilů

-

těsnost pístů vstřikovacích jednotek

-

seřízení geometrického a počátku nebo konce dodávky paliva

-

seřízení dávky

-

seřízení do kruhu

Při kontrole a seřizování těchto parametrů se musíme řídit předpisy, které dodává výrobce čerpadla.

Zkouška těsnosti výtlačného ventilu Většinou se jedná o ventil atlas. Ten má za úkol zajistit dokonalé utěsnění paliva nad vstřikovací jednotkou. Těsnost se zkouší přímo na čerpadle, k výstupnímu šroubení připojíme manometr a nastavíme na regulační tyči maximální dodávku paliva. Několika zdvihy načerpáme asi na tlak 15 MPa. Dovolený pokles tlaku je asi 2 MPa za minutu. (Motejl, 2001)

Zkouška těsnosti pístu Těsnost pístu se zkouší namontováním manometru na výstupní šroubení a nastavením regulační páky na maximální dodávku. Otáčením vačkového hřídele v průběhu asi 4-6 zdvihů by měl tlak vystoupit na 40-60Mpa. Při dalším otáčení vačky by se měl tlak zvětšovat a měly by být zřetelné tvrdé nárazy. Tvrdost nárazů a velikost dosaženého tlaku je přímo ůměrná těsnosti pístu elementu. Zvýšení opotřebení se projevuje výrazným snížením tlaku a písty měkce překonávají horní úvrať. (Motejl, 2001)

40

Geometrický a skutečný počátek výtlaku Geometrický počátek vstřiku začíná překrytím horní hrany regulačního sacího kanálu horní hranou pístu, je proměnlivý, závisí na otáčkách čerpadla. V běžné praxi se měří a seřizuje geometrický začátek výtlaku paliva u jednotlivých pístů je to seřízení „do kruhu“ Měření úhlu již zmiňovaného předstřiku ve vztahu k poloze pístu se pak při montáži čerpadla seřizuje na prvním válci motoru. Můžeme ho provádět kromě stroboskopu také pomocí kapiláry namontované na vstřikovacím čerpadle místo trubky k prvnímu válci. Nastavení se provádí tak že si natočíme setrvačník na požadovaný úhel předstřiku a pak otáčíme vstřikovacím čerpadlem proti směru pohybu hřídele vstřikovacího čerpadla do doby než se pohne sloupec nafty v kapiláře. Seřizování do kruhu se provádí na zkušební stolici pomocí stroboskopické lampy a dělícího kotouče. Začátky výtlaku musí následovat po sobě v pravidelných intervalech.

Počet válců

3

4

6

8

Stupně pootočení klikového hřídele 120° 90° 60° 45°

Po nastavení prvního pístu pokračujeme na ostatních, seřizujeme u některých typů čerpadel pomocí vyměnitelných distančních podložek, nebo pomocí seřizovacího šroubumezi pístem a zdvihátkem. (Motejl, 2001)

Seřízení dodávaného množství paliva Provádí se také na zkušební stolici. Po stanoveném počtu zdvihů pístu, při stanovených otáčkách čerpadla, se odměřené množství zachycuje do odměrných nádob. Rozdíl dávek musí být ve stanovených hodnotách pro všechny válce motoru minimální. Při jmenovitých otáčkách a poloze regulační tyče STOP nesmí čerpadlo dodávat žádné palivo. Seřízení dávky se provádí podle typu čerpadla buď natáčením pístku nebo natáčením válce, pomocí regulačních objímek. (Motejl, 2001)

Nastavení maximální dodávky paliva Vysuneme regulační hřebenovou tyč na doraz mikrometrického šroubu. Nastavíme předepsané otáčky, odměříme dodávané množství paliva a pomocí

41

regulačních objímek odstraníme rozdíly. U výkonnostních regulátorů po nastavení předepsaného průměrného dodávaného množství nastavíme dorazový šroub, zajistíme a zaplombujeme. U omezovacích regulátorů změnou otáček zjistíme, nedochází-li k zavírání dodávky paliva. Na výstředníkový hřídel nasuneme dorazový palec a seřizovacím šroubem palce nastavíme předepsané průměrné dodávané množství paliva. Zajistíme a zaplombujeme. (Motejl, 2001)

Začátek zavírání dodávky paliva U výkonnostních regulátorů zkontrolujeme činnost regulátoru při chodu na prázdno. Nastavíme předpětí pružin pro zakončení dávky, její začátek. Ten se projeví pohybem regulační hřebenové tyče. Toto seřízení provedeme pomocí stavěcího šroubu, který po seřízení zajistíme a plombujeme. U omezovacích regulátorů při zvyšování otáček sledujeme začátek zavírání, ukončení dodávky paliva. Ten seřizujeme pomocí předpětí pružin regulátoru a podložkami pod pružinami. Předpětí měníme rovnoměrně na obou závažích. Začátek konce dodávky musí být v souladu s činností regulátoru při chodu na prázdno, protože se vzájemně ovlivňují. Začátek zvyšujeme pomocí předpětí pružin a vymezovacími podložkami pod vinutými pružinami. Otáčky začátku zavírání dodávky paliva snižujeme podložkami pod vnější pružinou a povolením seřizovací matice předpětí pružin. (Motejl, 2001)

4.2. Možnosti z jišťování závad u vstřikovacích soustav s rotačním vstřikovacím čerpadlem Závady, které se vyskytují u těchto systémů, jsou podobné jako u řadových čerpadel, které jsem již popsal. Patří sem např. voda v palivu, zanesené palivové čističe, deformované palivové potrubí, netěsnosti apod. Rotační vstřikovací čerpadla se zkouší také na zkušebních stolicích. V dnešní době se používají tyto systémy především s EDC, proto se zaměřím na možnosti zjišťování závad v systémech s EDC. Příklady diagnostiky jsou uvedeny pro vozy VW se systémem EDC 1.3.3. Zjišťování technického stavu vstřikovačů je podobné jako u řadových čerpadel a bude popsáno níže.

42

4.3. Vlastní diagnostika soustavy s rotačním vstřikovacím čerpadlem řízených EDC Řídící jednotka systému EDC umožňuje vlastní diagnostiku všech snímačů a akčních členů. V paměti závad se ukládají závady. Pokud je v paměti závad uložena závada ovlivňující jízdní poměry vozidla, jedná se o tzv. „aktivní závadu“,která je oznámena řidiči blikáním nebo rozsvícením kontrolky žhavení. K diagnostice těchto systémů lze použít motortestery jako například Bosch KTS 300, KTS 500, nebo FSA 560. pomocí

těchto systémů lze provádět například

identifikaci řídící jednotky, vyčtení obsahu paměti závad a jejich vymazání, vyčítání skutečných hodnot při stojícím a běžícím motoru,test akčních členů, nebo základní nastavení. (Růžička, 1998) 4.3.1. Pomocí osciloskopu zde můžeme měřit průběhy napětí například u těchto komponentů: -

Snímač rychlosti vozidla – po připojení osciloskopu na konektor ŘJ se musí zobrazit pravoúhlý signál

Obr.18 Průběh signálu rychlosti při 50 Km/h

-

Ovládání tempomatu – změříme napájecí napětí a odpor vedení od ovládání k ŘJ

-

Snímač otáček motoru – změříme odpor snímače, osciloskopem můžeme proměřit napěťový signál snímače

43

Obr.19 Průběh signálu ze snímače otáček motoru za pracovní takt (720° natočení klik. Hřídele

-

Snímač teploty nasávaného vzduchu – přeměříme jeho odpor, například při 15 – 30°C je 1500 Ω, při 8O°C bude 275 Ω. Také můžeme zobrazit průběh výstupního napětí.

-

Snímač teploty chladící kapaliny – pomocí naměřených hodnot odporů určíme správnou funkci.

-

Palubní napětí – přeměříme napětí na předepsaných pinech ŘJ, nesmí být nižší než 8.5 V. Další závady palubního napětí můžou být způsobeny např. vadným akumulátorem, přerušením napětí při startu (vadná spínací skříňka), vadné ochranné relé proti přepólování.

-

Snímač teploty paliva – změříme jeho odpory při různých teplotách, pomocí osciloskopu změříme průběh výstupního napětí

-

Snímač polohy regulační objímky – změříme odpor na konektoru ŘJ, na předepsaných pinech jsou uvedeny předepsané hodnoty odporu, také lze měřit napájecí napětí snímače, pokud není dosaženo předepsané hodnoty např. 2,5 V, je vadná ŘJ. Mechanická zkouška se provede demontáží víka vstřikovacího čerpadla, a při pootáčení hřídele elektronického regulátoru se nesmí hřídel zadrhávat, po uvolnění se musí vrátit do krajní polohy.

-

Snímač pohybu jehly – změříme odpor na konektoru ŘJ, pomocí osciloskopu změříme průběh napěťového signálu. První napěťová špička by měla být kladná. Pokud při zkoušce vstřikovače se snímačem pohybu jehly zjistíme závadu, je

44

třeba vyměnit celý vstřikovač za nový. Je to z důvodu velmi přesného nastavení okamžiku otevření trysky, které provádí pouze výrobní závod Bosch

Obr.20 Signál ze snímače pohybu jehly 4.3.2. Pomocí motortesteru BOSCH KTS 300 můžeme diagnostikovat: -

Snímač atmosférického tlaku – můžeme si zobrazit hodnotu tlaku pomocí motortesteru Bosch KTS porovnávat ji s hodnotou barometrickou přípustná tolerance ± 30 hPa

-

Snímač plnícího tlaku – při odpojení hadičky od ŘJ musí být hodnota atmosférického a plnícího tlaku zobrazovaná na motortesteru stejná přípustná tolerance ± 30 hPa

-

Ventil regulace plnícího tlaku vzduchu – provedeme test akčních členů, změříme odpor, změříme napájecí napětí, další možné příčiny závad jsou vadné turbodmychadlo, vadný obtokový ventil turbodmychadla, vadná ŘJ. Je třeba překontrolovat také neporušenost hadiček.

-

Regulace počátku vstřiku – pomocí motortesteru provedeme test akčních členů, můžeme také změřit odpor na odpojeném konektoru ŘJ, napájecí napětí elektromagnetického ventilu, nebo průběh řídícího signálu pomocí osciloskopu. Další možnosti poruch jsou např. špatné nastavení rozvodů, špatné nastavení čerpadla vůči motoru. Toto nastavení můžeme provést buď staticky, dle pokynů výrobce, nebo dynamicky pomocí motortesteru KTS 300

-

Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu – provedeme test skutečných hodnot motortesterem, změříme výstupní napětí, proměříme napájecí napětí.

45

-

Ventil recirkulace spalin – provedeme test akčních členů pomocí motortesteru, změříme odpor ventilu na odpojeném konektoru ŘJ, napájecí napětí.Další možné příčiny poruch jsou např. prasklá pružina membránovém ventilu, nebo zaseknutý membránový ventil

-

Řízení žhavení, provedeme test akčních členů pomocí motortesteru, žhavicí relé musí sepnout po zapnutí zapalování

-

Snímač polohy plynového pedálu – provedeme test skutečných hodnot pomocí motortesteru hodnota na motortesteru semusí při pomalém sešlápnutí pedálu plynule zvětšovat. Poloha volnoběh – 0%, poloha plný plyn 100%, změříme odpor potenciometru.

-

Uzavírací ventil přívodu paliva – provedeme test akčních členů pomocí motortesteru, změříme odpor na ventilu vůči kostře, změříme napětí na přívodním vodiči

4.3.3. Test akčních členů Jedná

se

např.

o

akustickou

zkoušku

akčních

členů,

jako

např.

elektromagnetického ventilu počátku vstřiku, ventilu recirkulace spalin, řídícího ventilu plnícího tlaku vzduchu, ovládání relé žhavení, dále se jedná o vizuální kontrolu, např. spínače kompresoru klimatizace, (kompresor se musí během 10 s zastavit), nebo kontrolu kontrolky žhavení a závad (frekvence blikání). Další zkoušky akčních členů jsou zkoušky funkce, např. uzavíracího ventilu přívodu paliva. (Růžička, 1998)

4.4. Zjišťování závad trysek 4.4.1. Seřizování a kontrola trysek Nejzákladnější zkouškou trysek je kontrola otevíracího tlaku. Dále následuje kontrola těsnosti, jedná se těsnost jehly, která dosedá do kuželového sedla. Další zkouškou je kontrola správného chodu a rozprachu ze všech otvorů pod stanoveným úhlem při nastavení vstřikovacího tlaku. A nezbytná je kontrola stavu trysky, její zakarbonování, čistotu otvorů přívodu a odvodu paliva. Kontrolu otevíracího tlaku lze provádět přímo na motoru bezdemontážně, např. pomocí zkoušečky NC 251, nebo Dieseltune DX 710 . pro dokonalé posouzení stavu 46

trysky a těsnost celého držáku je lépe provádět zkoušky vstřikovačů demontovaném stavu. Nejrozšířenější jsou zkoušečky NC 50. Testovací vstřik by měl proběhnout bez předchozího vyloučení části paliva, otevírací tlak trysky je udáván výrobcem, ten seřídíme pomocí předpětí pružiny ve vstřikovači. Toto předpětí se nastavuje buď šroubem, nebo distančními podložkami. Někdy může být pružina prasklá, nebo jehla trysky může být zadřená. U vadné trysky je nutná výměna. Otevírací tlaky u vstřikování s čerpadly bývají kolem 12-16 MPa Těsnost vedení paliva se sleduje během seřizování otevíracího tlaku. Bezvadná tryska musí po jistou dobu garantovanou výrobcem vydržet daný tlak, aniž by propouštěla testovací kapaliny nebo palivo. Je-li tryska předčasně netěsná, je nejčastější oprava výměnou. Kontrola správného chodu a rozprachu paliva musí ze všech otvorů vystupovat palivo pod stanoveným úhlem. Rovnoměrnost můžeme ověřit pomocí papíru, na kterém musí být rovnoměrné obrazce ze všech otvorů otvorové trysky. U čepových trysek musí být paprsek paliva rovnoběžný s osou trysky a musí mít rovnoměrný tvar. Důležité je také charakteristické vrzání když je palivo vystřikováno z trysky Při zkoušce tlakového spádu zjišťujeme, jak rychle trysky mění tlakový spád, který tryska drží od otevíracího tlaku až do uzavření. Při příliš rychlém tlakovém spádu musí být tryska opravena, nebo vyměněna. (Autoexpert, prosinec 2003) U dvoupružinových vstřikovačů se seřizuje otevírací tlak prvního stupně, posuzuje se rozprášení paliva a těsnost vstřikovače. Pokud není nutné, tak nevyjímá vymezovací podložka a pružina druhého otvíracího stupně. V případě, že se v prostoru pružin vstřikovače zjistí vnitřní usazeniny nebo koroze, je nutné tento vstřikovač celý vyměnit. Otevírací tlak prvního vstupně seřídíme tak že vymontujeme ze vstřikovače tlačný čep, změříme jeho délku a z nabídky dalších čepů vybereme vhodnější 0,02 mm= 0,4-0,6 MPa . ( Formule Bosch, duben 2003) 4.4.2. Čistění vstřikovacích trysek Čistění se provádí buď mechanicky po demontáži, nebo chemické. Pro mechanické čistění se používá parafínový olej, benzín, nebo speciální přípravky. Zakarbonované části je možno čistit pouze mosaznými kartáči. I pouhý dotyk může způsobit zadření jehly trysky. Po demontáži je možno také čistit jehlu trysky i tělo trysky pomocí ultrazvukové pračky například od firmy Finnsonic.

47

Chemické čistění se provádí bezdemontážně, prostředky, které mají náležitý atest. Jsou to přípravky buďto LINE, pro autoservisní praxi, nebo Sat Aditive pro aplikaci do paliva během provozu. (Motejl, 2001)

4.5. Možnosti zjišťování technického stavu palivových systémů PDE 4.5.1. Zkoušení palivového (podávacího) čerpadla Přezkoušení se může provést manometrem připojeným na místo uzavíracího šroubu. Během spouštění by měl tlak u osobních vozidel

být asi 0,1 MPA, při

volnoběžných otáčkách minimálně 0,15 MPA, 0,4 MPa při otáčkách 1500 min-1 a při 0,75 Mpa při otáčkách 4000 min-1. Pokud naměříme tlaky nižší, je třeba před výměnou čerpadla zkontrolovat palivová filtr, ventil regulace tlaku a veškerá vedení. (Autoexpert, září 2006) 4.5.2. Zkoušení elektromagnetických ventilů Elektromagnetických ventilů lze měřit například odpor cívek elektromagnetů, nebo odpor vedení od konektoru řídící jednotky ke konektoru cívek a napětí na vedeních pro ovládání ventilů. Při zapnutém zapalování musí dosahovat předepsaných hodnot. Je- li naměřena hodnota 12 V, je vadný výstup z ŘJ. Dále můžeme měřit průběh proudu při ovládání elektromagnetických ventilů pomocí (např. pomocí přístroje Bosch FSA 650). Měření se provádí při volnoběžných otáčkách. Ovládání ventilů je v pořádku, když se průběh napětí jeví tak jak je na obr. 21. Pomocí FSA 650 změříme i průběh napětí na elektromagnetických ventilech. (Autoexpert, září 2006)

Obr. 21 Průběh elektrického proudu na elektromagnetickém ventilu

48

U elektromagnetických ventilů se zkouší také například jejich těsnost, pomocí obarvené nafty, například po montáži vstřikovačů se motor nastartuje na obarvenou naftu a sledujeme případné úniky. 4.5.3. Hledání závad systémovým testerem Každý systém EDC je zapojen do systému vozidla a plní tak všechny požadavky palubní diagnostiky OBD. Vlastní diagnostiku provádí řídící jednotka motoru. Jejím úkolem je kontrola všech snímačů i akčních členů. Vzniklé závady řídící jednotka hlásí řidiči. Nedůležité závady, označované jako neaktivní, nebo sporadické, se ukládají do paměti, nejsou však signalizovány. Pokud se závada po 40 spouštěních nevyskytuje, je vymazána. Systémový tester se připojuje k diagnostickému rozhraní (zásuvka EOBD). Můžeme zde číst paměť závad, snímat skutečné hodnoty, kontrolovat akční členy, nebo provádět různá servisní nastavení. Tato diagnostika je u všech EDC podobná, je popsaná výše v kap. 4.3. (Autoexpert, září 2006) 4.5.4. Zkoušení vstřikovačů Otevírací tlak se seřizuje tak, že demontovaná tryska ze vstřikovače se namontuje do upraveného vstřikovači bez elektromagnetického ventilu i pístu. Tento vstřikovač (držák) se připojí ke zkoušečce otevíracího tlaku, např. NC 50. seřízení se provádí pomocí distančních podložek. Celý vstřikovač se zkouší např. na zařízení o d firmy Hatridge s označením AVM2 – PC. Jedná se o zkušební stolici s doplňkovým kitem pro zkoušení vstřikovačů PDE. Toto zařízení simuluje zdvihy vstřikovače a pomocí signálů se aktivují elektromagnetické ventily. Měří se dodávané množství paliva a reakční doba elektromagnetického ventilu. 4.5.5. Hledání závad u systému HPI U motorů se systémem HPI dochází k zčernání paliva, nejedná se ale o závadu. K zčernání paliva dochází při jízdě z kopce, kdy do prostoru otevřené trysky vnikají saze ze spalovacího prostoru. Tyto saze jsou při dalším pohybu vstřikovače natlačeny do přepadu a smíšeny s palivem. Pokud má vozidlo obtížné starty, může se jednat o

49

vadný zpětný ventil v plovákovém ústrojí. Pokud se rozsvítí výstražná kontrolka EDC zjistíme závadu pomocí diagnostického programu. Podle příslušného kódu závady. Dále je možnost změřit tlak na přípojce na palivovém filtru. Pokud je například tlak vyšší než 2,5 MPa při 1500 min-1 je nutné vyměnit palivový filtr. Pokud je tlak nižší, je závada ve ventilu zhasínání motoru. V diagnostickém programu lze také diagnostikovat závady na jednotlivých válcích motoru. Pokud se jedná o závadu na pístní skupině, ventilech, nebo na vstřikovači daného válce, můžeme tyto závady odhalit pomocí aplikace zvané cylinder balancing – vyvážení chodu motoru, obr.3. Pokud je na některém válci závada, řídící jednotka motoru se snaží upravit dodávku paliva tak aby chod motoru byl pokud možno co nejvyváženější (nejkulatější). Odchylka směrem nahoru znamená, že je do příslušného válce motoru vstřikováno větší množství paliva. Odchylka dolů znamená menší množství paliva vstřikované do válce. Poškozený vstřikovač je značně v plusové hodnotě a vstřikovač, který následuje v pořadí spalování po něm ve stejném banku, (jeden bank jsou u šestiválcového motoru válce 1,2,3 a druhý bank 4,5,6) bude v záporné hodnotě. Pomocí diagnostického programu se zjišťují i další závady jako poškozený aktivační ventil a podobně.

Obr.22 Vyvážení chodu osmiválcového motoru při volnoběžných otáčkách bez zatížení [mg/zdvih]

50

Obr.23 Vyvážení chodu osmiválcového motoru při zatížení (zapnutý omezovač bílého kouře) Na obrázku 4 je vyvážení chodu motoru při zatížení omezovačem kouře. Jsou znatelné větší dodávky paliva v mg/zdvih, kterými ŘJ vyrovnává chod motoru. Pokud byse na některém válci vyskytla závada, změna dodávky by vzrostla až k 14 mg/zdvih. Další válec následující po něm by měl tuto hodnotu vychýlenou opačným směrem. (firemní materiály Scania)

4.6. Možnosti

zjišťování

technického

stavu

palivových

soustav

s tlakovým zásobníkem Common Rail Diagnostika funkce systému řízení EDC je podobná jako u ostatních systémů. Můžeme zde číst paměť závad, snímat skutečné hodnoty, kontrolovat akční členy, nebo provádět různá servisní nastavení. Tato diagnostika je popsaná výše v kap. 4.3. 4.6.1. Zkoušení vysokotlakého čerpadla Vysokotlaké čerpadlo lze zkoušet například na zkušební stanici EPS 815 od firmy bosch. Je to zkušební stanice na zkoušení rotačních a řadových čerpadel, a proto musí být doplněna o některé komponenty jako např. chlazení zkušební kapaliny, externí zdroj pro napájení vysokotlakých ventilů, nebo přídavné mazání. Proces zkoušení čerpadla řídí zkušební software, odlišný pro každé čerpadlo. Naměřené hodnoty musí odpovídat předepsaným. V opačných případech je nutné odhalit příčinu a vadné díly vyměnit.

51

4.6.2. Zjišťování závad a opravy vstřikovačů CR Pokud má běžný servis k dispozici tester pro komunikaci s řídicími jednotkami jako je např. přístroj KTS, pak bývá velmi často k dispozici trojice testů, které pomohou odhalit nefunkční nebo vadný CRI vstřikovač. Jsou to: -

test komprese, tester odstaví dodávku paliva do systému a po startování, zhruba 6 až 10 sekund, se na obrazovce objeví výsledek, ze kterého se dá velmi přesně posoudit mechanický stav motoru. Maximální povolená tolerance pro tento test je rozdíl 5 otáček

-

porovnání volnoběžných otáček, při tomto testovacím kroku je vyřazena z činnosti regulace rovnoměrnosti chodu motoru a po dobu cca 5 sekund se sledují otáčky jednotlivých válců. Tento test vypovídá za předpokladu dobrého mechanického stavu motoru o kvalitě vstřikování a spalování jednotlivých válců. Rozdílné otáčky jednotlivých válců jsou způsobeny různým přínosem jednotlivých válců na vytváření točivého momentu. Maximální tolerance je opět 5 otáček

-

porovnání množství, V tomto zkušebním kroku tester zobrazuje korekce dodávky paliva pro jednotlivé válce. Korekce zvyšuje nebo snižuje základní vstřikovanou dodávku, tak aby byl zajištěn klidný chod motoru při volno-běhu. V případě, že je korekce dodávky paliva vyšší než např. ±2 mg /zdvih, je příslušný vstřikovač vadný, přicpaný nebo přidřený a je nutné vždy první vstřikovač s nejvyšší korekcí vyměnit. Vysoká korekce dodávky dalšího vstřikovače v pořadí zapalování může být způsobena snahou řídicí jednotky o zklidnění chodu motoru. Pokud má motor nerovnoměrný chod, horší starty, spotřebu paliva apod., je nutné

pozorně číst ve výsledcích jednotlivých testovacích kroků. Test komprese je základní pro všechny motory. V případě, že je tento krok v pořádku, je nutné pokračovat dvěmi následujícími. Když se na některém z válců projeví výrazně nižší volnoběžné otáčky, je téměř jisté, že u testu porovnání dodávky bude mít válec výrazně vyšší dodávku, protože se řídicí jednotka motoru snaží vyrovnat chod motoru. Jedinou příčinou tohoto výsledku je (v případě správné komprese) vadný vstřikovač. Popisovaný testovací krok se objevuje u novějších řídicích jednotek. U prvních systémů CR to nemusí platit na 100 %. Proto se firma Bosch dohodla s výrobci automobilů, že tento testovací krok bude nedílnou součástí všech dalších systémů řízení vznětových motorů s označením EDC 16.XX. (Formule Bosch, únor 2006)

52

Tento soubor testovacích kroků řeší funkčnost vstřikovače CRI pouze ve volnoběžných otáčkách. Nové systémy budou moci testovat vstřikovače CR i ve středním i maximálním zatížení. Pro částečné zatížení je postup následující. Tester pro komunikaci s řídicí jednotkou KTS nastaví zvýšené otáčky motoru na cca 2500 min-1 a poté začne postupně odpojovat jednotlivé vstřikovače. Podle poklesu otáček se pak dá usoudit, jak jednotlivé válce fungují. Pro maximální zatížení je postup odlišný. Tester KTS nastaví mírně zvýšené otáčky motoru na cca 1250 min-1 a pak začne postupně každému válci vstřikovat maximální předepsanou dodávku paliva po dobu asi pěti pracovních cyklů. U válce, kde bude dosaženo nejvyššího počtu otáček, lze předpokládat, že tento pracuje nejlépe a naopak. Existují ještě dva způsoby, jak odhalit špatnou funkci vstřikovače. Oba testy jsou velmi jednoduché a jsou zaměřeny spíše na část ovládacího elektromagnetického ventilu. Test na množství do přepadu odhalí netěsnost elektromagnetického ventilu. Pomocí přípravku pro měření množství v přepadu se připojíme rychlospojkami k výstupnímu hrdlu na vstřikovači CRI a můžeme sledovat, kolik paliva přibývá v jednotlivých odměrných válcích. Tyto hodnoty lze kontrolovat v podstatě ve všech režimech včetně startu. Jestliže výsledné množství v některém válci výrazně převyšuje průměr ostatních válců, pak musíme vstřikovač vyměnit. Druhou možností, jak kontrolovat funkčnost vstřikovačů CR, je sledovat průběh ovládacích proudů. K tomu slouží motortester s osciloskopem. V informačním systému Bosch ESI[tronic], je jasně vidět tvar signálu, který má mít správně fungující vstřikovač CR. Pokud má námi měřený vstřikovač průběh signálu odlišný, pak je důvodné podezření, že je jeho činnost nesprávná. (Formule Bosch, únor 2006) Opravy vstřikovačů mohou být v současné době prováděny ve stupni 1. Lze tedy vyměnit vstřikovací trysky, ale nelze opravovat samotnou ovládací část vstřikovače CRI. Hlavním důvodem je přesnost, která se musí dodržet. Tato má toleranci ± 2u. Nejdříve je provedena zkouška těsnosti a to tak, že ke vstřikovačům je přiváděn maximální pracovní tlak a odměřovací komůrky zaznamenávají úniky zkušební kapaliny jak přes trysku, tak i přes přepad elektromagnetického ventilu. Pak následují režimy podobné ve vozidle. Dodávané množství se měří při různé frekvenci otevírání vstřikovačů, proměnném tlaku i době otevření. Pro každý vstřikovač existuje zkušební předpis. (Formule Bosch, únor 2006) 53

5. NÁVRH ŘEŠENÍ DANÉ SITUACE V KONKRÉTNÍM PODNIKU 5.1. Popis situace Podnik ve kterém navrhuji diagnostické přístroje, je servis nákladních vozidel. Tento podnik se specializuje především na pozáruční servis. Práce prováděné na palivových soustavách nákladních vozidel se týkají především seřizování řadových vstřikovacích čerpadel, nastavování předvstřiku a seřizování a opravy vstřikovačů. U vozidel se vstřikováním PDE se budou provádět diagnostické úkony v EDC pomocí diagnostiky Bosch [ESI] Tronic, provádět se bude kontrola a seřizování otevíracího tlaku vstřikovačů, případné výměny vstřikovacích trysek, po montáži vstřikovačů bude prováděno seřízení předpětí vstřikovačů. U vstřikováni Common Rail budou diagnostikovány závady EDC pomocí ESI tronic. Protože přístroje pro zkoušení správné funkce celého vstřikovače PDE a Common Rail jsou velice nákladné a servisu nákladních vozidel by se taková investice nevyplatila, tyto vstřikovače budou seřizovány servisem Bosch.

5.2. Vybavení pro zkoušení a diagnostiku vstřikovacích trysek Pro seřizování otevíracího tlaku a kontrolu vstřikovačů u soustav s čerpadly, navrhuji přístroj od firmy Motorpal NC 50. Na tomto přístroji lze provádět tyto zkoušky: -

Zkoušení a seřízení otevíracího tlaku vstřikovačů

-

Kontrolu těsnosti sedla vstřikovací trysky

-

Zkoušku těsnosti ve vedení jehly vstřikovací trysky

-

Kontrolu funkce a rozprášení paliva Tento přístroj je nepřenosné stabilní zařízení. Motorpal má v nabídce také přístroj

NC 251, pro bezdemontážní diagnostiku, lze s ním zkoušet pouze otevírací tlak a volnost

pohybu

jehly

vstřikovací

manometru.(www.motorpal.cz)

54

trysky

pozorováním

výchylky

Obr.24 Přístroj NC 50

5.3. Vybavení pro měření předvstřiku Pro dynamické nastavení předvstřiku

bude podnik používat stroboskopickou

lampu 232E od firmy Tecnotest. Tato lampa je standardně vybavena piezosnímačem na trubku 6 mm.. Software umožňuje na dobu 10 sekund "zmrazení údajů" pro přečtení informací získaných z pohledu nepřístupných míst. Předností je možnost přesného seřizování

veličin

vzájemně

vázaných

(např.

otáčky-předstih,

(www.miteral.cz) Proveditelné testy jsou: -

Otáčky motoru 0 - 9990, rozlišení 10 ot/min

-

Úhel předstihu, předvstřiku 0 - 99,9°, rozlišení 0,1°

-

Měření předstihu, předvstřiku použitím T.D.C. senzoru

-

Pokles napětí při startu 0 - 24V, rozlišení 0,1V

-

Nabíjecí napětí 0 - 24V, rozlišení 0,1V

-

Pulzační napětí 0 - 24V, rozlišení 0,1V

55

otáčky-napětí).

5.4. Vybavení pro seřizování vstřikovacích čerpadel Pro seřizování vstřikovacích čerpadel používá podnik zkušební stanici od firmy motorpal s označením NC 135.Tato stanice je novým typem v osvědčené řadě zkušebních stanic NC. Na této stanici se seřizují čerpadla do maximální dodávky 260 mm/zdvih. Stanice se vyznačuje novou moderní konstrukcí, ektronikou řízeným mikroprocesorem, novým čelním ovládacím panelem a fóliovou klávesnicí a dalšími novými vestavěnými nebo přídavnými zařízeními, která rozšiřují možnosti použití zkušební stanice NC 135 při zkoušení a seřizování vstřikovacích čerpadel a souprav.

Na zkušebních stanicích NC 135 lze provádět tato měření -

Kontrolu a seřízení dodávky kontrolní kapaliny dodávané vstřikovacím čerpadlem.

-

Kontrolu přesunutí vstřiku automatickým přesuvníkem vstřiku pomocí stroboskopu.

-

Kontrolu úhlového rozdělení a seřízení počátku výtlaku jednotlivývh výtlačných sekcí za chodu vstřikovacího čerpadla pomocí stroboskopu (seřízení do kruhu dynamické).

-

Kontrolu úhlového rozdělení a seřízení počátku výtlaku jednotlivých výtlačných sekcí za klidu vstřikovacího čerpadla vysokým tlakem (seřízení do kruhu statické).

-

Kontrolu funkce podávacích čerpadel.

-

Kontrolu funkce elektromagnetu 24 V startovacího zařízení řadových vstřikovacích čerpadel.

-

Kontrolu funkce spínače motorové brzdy na vstřikovací soupravě.

-

Kontrolu funkce elektromagnetu 12 V ventilu Start- Stop rotačních vstřikovacích čerpadel.

Na zkušební stanici NC 135 lze seřizovat i vstřikovací soupravy (čerpadla) jiných výrobců, typově shodné s výrobky značky Motorpal. (www.motorpal.cz)

56

Obr.25 Zkušební stanice NC 135

5.5. Vybavení pro diagnostiku elektronických systémů EDC Modul KTS 550 firmy Bosch je zařízení, které umožňuje používat osobní počítač, nebo notebook jako diagnostický přístroj, jedná se o diagnostické rozhraní. Lze jím provádět kontrolu, diagnostiku, vyhledávání a odstraňování závad u elektronických systémů řízení moderních zážehových a hlavně vznětových motorů, ABS/ASR, ESP, airbagů, systémů přístrojových desek, řízení automatických převodovek a celé řady dalších systémů komfortu a bezpečnosti. Zařízení řady KTS spolu se softwarem BOSCH ESI[tronic]* umožňují: -

vyčtení paměti závad

-

vymazání paměti závad

-

zobrazení skutečných hodnot snímačů a akčních členů

-

test akčních členů

-

základní nastavení

-

nulování servisních intervalů

-

komunikaci s řídicími jednotkami s EOBD a mnoho dalších funkcí dle stavu software a typu řídicí jednotky Software Bosch ESI [tronic] je kompletní informační systém pro autoservis.

Bosch nabízí nejrozsáhlejší systém obchodních, technických a diagnostických informací od všech významných výrobců. Pravidelná aktualizace dat zajišťuje nejnovější stav informací. Pro požadavky servisu je dostačující software ESI – C, diagnostika, návody pro vyhledávání závad SIS a schémata zapojení el. systémů a schémata zapojení elektronických systémů pro většinu evropských vozidel.(Bosch katalog vybavení 2006/2007)

57

6. PRAKTICKÁ ČÁST 6.1. Cíl měření Cílem bylo zjistit, jestli je možné nahradit výtlačný ventil rovnoojemový výtlačným ventilem rovnotlakým, který má příznivější hodnoty a to zejména otáčkové nestejnosti ψ. Měřeny byly dva výtlačné ventily. Rovnoojemový ventil Atlas, vyráběný firmou motorpal a rovnotlaký ventil deskový, který byl vyroben jako prototyp. Rovnotlaký deskový ventil konstrukčně navazoval na rovnoobjemový Atlas, technologie výroby je podstatně méně náročnější.

6.2. Základní pojmy 6.2.1. Nestejnost dodávky

δ=

Vmax − Vmin .100 [%] Vstř Vmax, Vmin, je největší a nejmenší cyklová dodávka a Vstř je střední hodnota

cyklové dodávky u vícevývodového provedení čerpadla. i

Vstř =

∑V 1

i

x

[cm3/zdvihy]

i je počet vývodů čerpadla Hodnoty δ se udávají pro určité otáčky čerpadla. Obvykle při otáčkách 1000 min-1 a 500 min-1, čemuž odpovídají hodnoty δ1000 a δ500. 6.2.2. Otáčková změna dodávky K posuzování vlivu jednotlivých uzlů na seříditelnost dodávky podél vnější dopravní charakteristiky čerpadla je také důležitá otáčková změna dodávky.

Ψ=

Vn1 − Vn 2 .100 [%] Vstř

Vn1 je cyklová dodávka určitého vývodu

58

Vn2 je cyklová dodávka téhož vývodu při nižších otáčkách Vstř je střední cyklová dodávka téhož vývodu Vn1 + Vn 2 [cm3/zdvihy] 2

Vstř =

Výraz ψ je označován jako otáčková změna dodávky a

vyhodnocuje se při

otáškách 500 a 1000 min-1. U řadových čerpadel lze např. při jmenovitých otáčkách 1000 min-1 seřídit danou vstřikovací soupravu tak, že dodávky ze všech vývodů jsou přesně stejné. V tom případě je δ1000 = 0 %. Při pevném postavení regulační tyče se však při snižování otáček velikosti dodávek z jednotlivých vývodů rozladí. Některými úpravami vstřik. soupravy lze tyto rozdíly eliminovat. Jesliže víceválcovou soupravu seřídíme při otáčkách 1000 min-1 tak, aby bylo δ1000 = 0 % a budou-li mít všechny vývody stejnou hodnotu ψ, bude potom i např. při otáčkách 500 min-1 δ500 = 0 %. Jedním z hlavních cílů všech prováděných úprav na vstřikovací soupravě musí být dosažení stejné hodnoty ψ u všech vývodů. Je-li Vn1 > Vn2, má ψ kladnou hodnotu.

6.2.3. Poměrná změna otáčkové změny

ε=

ψ max − ψ min ⋅ 100 [%] ψ stř

Ψmax, Ψmin, Ψstř jsou hodnoty otáčkové změny i

ψ stř =

∑V

x

1

i

i je počet vývodů čerpadla Seřiditelnost vstřikovací soupravy je tím lepší, čím více se ε blíži nule Vzhledem k nestacionárnímu charakteru proudění paliva je řešená problematika složitá. K tomu přispívají malé průtočné průřezy, které mají komplikované geometrické tvary. Při stejné velikosti průtočného průřezu o stejném tlakovém spádu může být zejména u výtlačných ventilů a trysek skutečný proteklý objem paliva vlivem výrobních odchylek geometrického tvaru průřezu odlišný.

59

6.3. Vlastní měření Při porovnávání vlivu rovnotlakého ventilu na průběh dopravní charakteristiky a srovnání s rovnoobjemovým ventilem atlas, bylo provedeno měření průběhu dodávky na vstřikovacím čerpadle PV8A9P pro motor Tatra, s tryskou pro daný typ motoru, se vstřikovacími trubkami Ø 6/Ø2 o délce 690 mm. Otevírací tlak 17 MPa.

6.3.1. Původní seřízení vstřikovacího čerpadla Čerpadlo PV8A9P Vstřikovače s kalibrovanými tryskami a trubky staniční n = 1000 min-1

Vliv regulátoru na dodávku paliva Tab. 1 Regulační tyč držena regulátorem Vývod číslo

1

2

3

4

5

6

7

δ (%)

8

Vx (cm3/200 zdvihů) 21 21 21,2 20,8 21,2 21,2 21,2 21,3 2,84 Tab.2 Regulační tyč fixována Vývod číslo

1

2

3

4

5

6

7

8

δ (%)

Vx (cm3/200 zdvihů) 21,2 21 21,2 21,2 21,1 21,3 21,2 21,4 1.88

6.3.2. Měření nestejnosti dodávky a otáčkové změny dodávky Za zanedbatelný považujeme vliv pístů, válců vaček i vliv nastavení teoretického počátku dodávky. Jsou nastaveny podle předpisu pro příslušné vstřikovací čerpadlo. Z výsledků měření viz tab.3 je zřejmé, že u ventilu Atlas došlo k zvýšení nestejnosti dodávky při 500 min-1. vzrostly i hodnoty otáčkové nestejnosti ψ, u vývodu VII až 12,45 %.

Tab.3 Měření dodávky, otáčková změna dodávky a nestejnost dodávky, ventil Atlas číslo vývodu -1 n [min ] I II 1000 21,4 21,2 500 19,8 19,8 ψ [%] 7,75 6,84

III 21,6 20,6

IV 21,2 20

V 22,5 21,4

VI 21,6 21,4

VII 22,2 19,6

VIII 21,8 20,6

4,74

5,8

5

5,71

12,5

5,66

60

δ [%] 6 8,9

Vx [cm 3.200 zdvihů-1], ψ [%]

25 20 15

otáčková změna 10

n = 500 n = 1000

5 0 I

II

III

IV

V

VI

VII

číslo vývodu

VIII

Obr.26 Průběh dodávky a otáčková změna u měření s výtl. Ventilem Atlas

U deskového ventilu tab.4 vykazují také největší dodávku vývody V a VII. Příčina je zřejmě ve vstřikovačích.

Tab.4 Měření dodávky, otáčková změna dodávky a nestejnost dodávky ventilu deskového číslo vývodu -1 n [min ] I II 1000 21,2 21,2 500 20 19,8 ψ [%] 5,81 6,84

III 21,4 20,2 5,76

IV 21,8 20,8 4,57

V 22,4 21,4 4,56

VI 21,4 20,4 4,78

VII 22,2 21 5,54

VIII 21,8 20,5 6,13

Vx [cm 3.200 zdvihů-1], ψ [%]

25 20 15 otáčková změna 10

n = 500 n = 1000

5 0 I

II

III

IV

V

VI

VII

číslo vývodu

VIII

Obr.27 Průběh dodávky a otáčková změna u měření s deskovým výtlačným ventilem

61

δ [%] 5,5 7,8

6.3.3. Měření výtlačných ventilů Výtlačné ventily byly podle obrázku postupně montovány na všechny válce vstřikovacího čerpadla při jeho původním seřízení. Postup přemisťování ventilů je znázorněn v tabulce 3.

Obr.28 Nákres značení výtlačných ventilů a vstřikovačů během měření, varianta A

Tab.3 Přemisťování výtlačných ventilů A

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

B

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

I

C

III

IV

V

VI

VII

VIII

I

II

D

IV

V

VI

VII

VIII

I

II

III

E

V

VI

VII

VIII

I

II

III

IV

F

VI

VII

VIII

I

II

III

IV

V

G

VII

VIII

I

II

III

IV

V

VI

H

VIII

I

II

III

IV

V

VI

VII

Při přemisťování ventilů podle schématu byly naměřeny hodnoty v tabulkách 4 a 5

62

Tab.4 Měření dodávky paliva s výtlačným ventilem Atlas (dodávka Vx cm3/200 zdvihů) vývod číslo -1

Varianta n [min ] 1000 500 A ψ [%] 1000 500 B ψ [%] 1000 500 C ψ [%] 1000 500 D ψ [%] 1000 500 E ψ [%] 1000 500 F ψ [%] 1000 500 G ψ [%] 1000 500 H ψ [%] δ 1000 [%] δ 500 [%]

I 21,2 20 5,82 21,3 20 6,29 21,2 19,6 7,84 21,4 19,8 7,76 21,4 20,2 5,77 21,6 20,2 6,7 21,6 20,3 6,2 21,6 20,1 7,19

II 21,2 19,7 7,83 21,2 19,6 7,84 21,2 19,8 6,83 21,1 19,6 7,36 19 17,4 8,79 21,3 19,8 7,3 21 19,8 5,68 21,2 19,4 8,86

III 21,2 20,2 4,83 21,2 20,3 4,33 21,2 30,2 4,83 18 15,2 16,86 21,5 20,6 4,27 21,2 20,2 4,83 21,6 20,8 3,77 21,6 20,6 4,74

IV 21,2 20,2 4,83 21,3 20,2 5,3 21,8 20,6 5,66 22 21 4,96 22 21 9,52 21,8 20,9 4,21 21,6 20,7 4,24 21,6 20,4 5,71

V 21,2 20,2 4,83 21,2 20,4 4,31 21,7 21,6 0,46 21,6 21,3 1,39 21,3 21 6,04 21,2 20,8 1,9 21 20,6 1,91 21 20,6 1,92

VI 21,2 20,1 5,32 21,2 20,2 4,83 21,4 20,2 5,77 21,8 20,4 6,63 21,6 20,4 5,71 21,8 21,4 3,85 21,7 20,6 5,2 21,7 20,4 6,17

VII 21,2 19,8 6,93 21,2 20,6 2,87 21,4 20,6 3,81 21,4 20,8 2,84 21,2 20,6 2,87 21,3 20,6 3,34 21,4 20,6 3,84 21,4 20,7 3,32

VIII 21 19,6 6,9 21,4 20,4 4,78 20,4 19,2 6,06 21,5 20 7,23 19,7 18,4 6,82 21,8 20,6 5,66 22 20,9 6,08 21,9 20,6 6,12

1,86

11

17,2

3,7

3,28

2,78

0,94

10,8

3,49

12,4

28,33

6,87

6,7

2,45

4,28

11,5

63

δ [%] 0,94 3 0,94 4,94 6,57 11,86 18,01 30,86 14,31 16,04 2,79 5,38 4,65 4,38 4,18 6,38

Tab.5 Měření dodávky paliva s deskovým ventilem (dodávka Vx cm3/200 zdvihů) vývod číslo -1

Varianta n [min ] 1000 500 A ψ [%] 1000 500 B ψ [%] 1000 500 C ψ [%] 1000 500 D ψ [%] 1000 500 E ψ [%] 1000 500 F ψ [%] 1000 500 G ψ [%] 1000 500 H ψ [%] δ 1000 [%] δ 500 [%]

I 21 23,8 12,5 21,5 23,2 7,6 21,5 23,6 9,31 21,5 23,6 9,3 21,4 23,6 9,8 21,6 24,1 10,9 21,4 23,4 8,9 21,7 24,2 10,9

II 21 23,8 12,5 20,4 23,4 13,7 20,8 23,8 13,4 20,8 23,8 13,5 20,5 23,6 13,8 20,4 23,4 13,7 21,2 24,6 15,8 22 24,6 11,5

III 20,9 23,4 11,8 20,4 23,2 12,8 20,7 23,5 12,7 20,6 23,6 13,6 20,5 23,1 11,9 19,7 23,6 18 22,4 24,4 13,1 21 23,4 10,8

IV 21 23 9,1 21,2 23,6 10,7 21,4 23,4 8,92 21,1 23,1 9,5 21 23,6 11,7 21 22,8 8,2 20,2 23 12,7 21 23,4 10,8

V 21 24 13,3 20,8 23,8 13,5 21 23,6 11,7 21,2 23,9 11,9 20,6 23,7 13,9 20,5 23,8 14,8 20,9 24,1 14,2 21,2 24 12,4

VI 21 24 13,3 21 23,5 11,3 21,4 24,2 12,3 21,5 24,1 11,4 21,5 23,6 9,7 21,2 24,5 14,5 21,2 24,5 14,4 21,6 24,4 12,2

VII 21 23,4 10,8 21 23,8 12,5 21,2 23,6 10,7 21,3 23,6 11,1 20,8 23,6 12,6 20,7 23,4 13,5 20,5 23,5 13,2 20,8 22,9 9,8

3,26

7,65

8,23

5,72

3,35

2,85

3,82

4,22

5,02

5,52

3,44

2,1

4,15

3,83

VIII 20,9 24 15,5 20,8 23,6 12,6 21,5 21,2 11,8 21,2 24,4 14 21,2 24,7 15,2 21,2 24,4 14 21,2 24,3 13,6 21 23,8 12,5

δ [%] 0,47 4,22 5,26 2,55 3,17 3,37 4,25 5,46 4,77 6,75 9,14 7,15 5,71 6,67 5,63 7,13

Výměnou výtlačných ventilů dochází k značné změně v nestejnosti dodávky. Ta je výrazně vyšší u ventilů Atlas, než u ventilů deskových. Střední hodnoty δ [%] jsou: -

Ventil Atlas δ1000 = 6,5 %, δ500 = 10,36%

-

Ventil deskový δ1000 = 4,8%, δ500 = 5,46% Deskové ventily ovlivňují seřiditelnost čerpadla podstatně méně než ventily Atlas.

Pokud si vezmeme jednotlivé sloupce v tabulkách dostaneme myšlené čerpadlo, které by mělo stejný element i vačku ve všech sekcích. I v tomto případě bude δ pro deskový ventil nižší. Pro ventil Atlas δ1000 = 6,45%, δ500 = 9,20, pro deskový ventil δ1000 = 4,78%,

δ500 = 4,10%.

64

Při záměně výtlačných ventilů Atlas, dochází ke změnám v dodávce paliva, která je způsobena nestejnou odlehčovací činností ventilů (nestejná provedení odlehčovacích pístků a nestejná vůle ve vedení). Zbytkový tlak, který nemá stejné hodnoty způsobí změnu velikosti dodávky. Deskové rovnotlaké výtlačné ventily mají zbytkový tlak stejný. Určitá změna nestejnosti dodávky je zde způsobena nestejnými průtokovými odpory ventilů. Některé sekce při měření vykazují nižší hodnoty nestejnosti dodávky při měření ventilů Atlas i deskových ventilů. Když připojíme k těmto ventilům vstřikovače s přibližně stejnou otáčkovou změnou ψ, vznikne myšlené čtyřválcové vstřikovací

čerpadlo s dobrou seřiditelností dodávky paliva. Schéma tohoto čerpadla viz obrázek 29

Obr.29 Nákres myšleného čerpadla Měření probíhalo tak, že při otáčkách 1000 min-1 byla u všech vývodů nastavena dodávka přesně 21 cm3/200 zdvihů. Při původní poloze regulační tyče byly otáčky sníženy na 500 min-1 a změřeny dodávky. Hodnoty byly zapsány do tabulky 6. ve které je vidět, že při vhodném výběru trysek, ventilů a pístů dostaneme čerpadlo s dobrou seřiditelností dodávky. Vliv na seřiditelnost má hlavně otáčková změna dodávky u trysek na vývodu. Písty a válce, které jsou vyrobeny v tolerancích nemají na změny až takový vliv. Tab.6 Výsledky měření myšleného čerpadla I

V

VI

VII

δ [%]

1000

21

21

21

21

0

500

20,1 20,1 20

20

0,5

21

21

0

Vývod n [min-1] Ventil Atlas

Deskový ventil 1000 500

21

21

23,6 23,7 23,8 23,8 0,85

65

7. ZÁVĚR Problematika zjišťování závad je v dnešní době značně složitá, všechny systémy vstřikování řízené EDC, vyžadují dokonalé znalosti dané problematiky a hlavně zkušenosti těch, kdo diagnostiku provádí. Tato práce je také velmi náročná na vybavení diagnostickými testery a přístroji pro seřizování a opravy vstřikovacích zařízení. Práce diagnostika musí být také doprovázena dostatečným přísunem informací, což je také náročné především po finanční stránce. Při porovnávání výtlačných ventilů rovnotlakých a rovnoobjemových bylo zjištěno, že výhodnější jsou ventily rovnotlaké. Tyto ventily mají tyto výhody: -

odpadá u nich odlehčovací pístek a s ním také požadavky na jeho těsnost

-

jejich dosedací rychlost je podstatně menší, tím se snižuje namáhání ventilové pružiny

-

konstrukčně navazují na ventily typu Atlas

-

řídí tlak paliva tak, že plyny ze spalovacího prostoru nemohou vnikat výstřikovými otvory do trysky

-

u zařízení s rovnotlakými ventily nevzniká kavitační eroze

-

nejsou náročné na dodržení vysoké přesnosti při vrtání škrtícího otvoru

-

znemožňují vznik dostřiku

-

rovnotlaké ventily ovlivňují seřiditelnost čerpadla méně než rovnoobjěmové, nestejnost dodávky je u rovnotlakých ventilů nižší. Při náhradě ventilu atlas rovnotlakým ventilem dochází ke korekci dopravní

charakteristiky. To má vliv na zvýšení kroutícího momentu, ale také se zvýší kouřivost. Proto je potřeba aby vstřikovací čerpadla s rovnotlakými ventily měla regulátory vybaveny zařízením umožňujícím antikorekci, které by eliminovalo korekci způsobenou rovnotlakými ventily. U klasických vstřikovacích čerpadel proto není vhodné použít rovnotlaké výtlačné ventily jako náhradu ventilů rovnoobjemových.

66

8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY BAUER, František, SEDLÁK, Pavel, ŠMERDA, Tomáš. Traktory. 1. vyd. Praha : Profi press, 2006. 191 s. ISBN 80-86726-15-0.

Bosch car service [online]. 2003 [cit. 2007-04-04]. Dostupný z .

Diagnostika Vznětových motorů. Autoexpert. 2003, č. 12, s. 42.

Elektronické řízení vznětového motoru (EDC II). Autoexpert. 2006, č. 12, s. 56.

ISSENBURG, Ralf, et al. Systém vstřikování nafty s tlakovým zásobníkem Common Rail. Přeložil Miloš Chlup. 1. vyd. Praha : Robert Bosch, 1999. 56 s. ISBN 80-9025856-5. Miteral- prodej autoservisní tehcniky [online]. 2000-2007 [cit. 2007-04-04]. Dostupný z <www.miteral.cz>.

MOTEJL, Vladimír, HOREJŠ, Karel. Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. 1 : Littera, 1998. 504 s., 24. ISBN 80-85763-00-1.

MOTEJL, Vladimír. Vstřikovací zařízení vznětových motorů. 1. vyd. české budějovice : Kopp, 2001. 181 s. ISBN 80-7232-142-0.

Motorpal [online]. 1998-2007 [cit. 2007-03-30]. Dostupný z: <www.motorpal.cz>.

REUTER, Uwe, et al. Rotační čerpadlo s radiálními písty. Přeložil Miloš Chlup. Praha : Robert Bosch, 1998. 56 s. ISBN 80-902585-7-3.

RůŽIČKA, Antonín, PETRÁS , Zdeněk. Elektronické vstřikování vznětových motorů EDC 1.3.3. 1. vyd. Praha : Robert Bosch, 1998. 64 s.

ŠTOSS, Milan. Příslušenství spalovacích motorů. Brno : Ediční středisko VUT Brno, 1988. 166 s.

67

Scania Firemní materiály

Učební pomůcka VW . 1,9 TDI PD 74kW. 2001, s. 46

Zkoušení a opravy dvoupružinových vstřikovačů. Formule Bosch. 2003, č. 4, s. 20. Dostupný z .

9. SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK Obr.1 Regulace množství paliva pomocí regulační hrany) Obr.2 Schéma odstředivého omezovacího regulátoru Obr.3 Schéma odstředivého výkonnostního regulátoru Obr.4 Výtlačné ventily Obr.5 Rotační vstřikovací čerpadlo Bosch VE Obr.6 Vytlačování a rozdělování paliva u čtyřválcového motoru Obr.7 Komponenty rotačního vstřikovacího čerpadla s radiálními písty Obr.8 Komponenty vstřikovacího systému Common Rail Obr.9 Průběh vstřiku konvenčního vstřikování Obr.10 a) průběh vstřiku u vstřikování Common Rail, b) Zdvih jehly trysky Obr. 11 Zdvih jehly trysky a průběh tlaku bez úvodního vstřiku Obr.12 Schéma vstřikovače Obr.13 Schéma vstřikovače PDE Obr. 14 Princip činnost vstřikovacího systému čerpadlo - potrubí - tryska Obr.15 Schéma vstřikování HPI Obr.16 Průběh vstřikovacího tlaku před tryskou Obr.17 Průběh zdvihu jehly,tlaků za čerpadlem a před tryskou Obr.18 Průběh signálu rychlosti při 50 Km/h Obr.19 Průběh signálu ze snímače otáček motoru za pracovní takt Obr.20 Signál ze snímače pohybu jehly Obr. 21 Průběh elektrického proudu na elektromagnetickém ventilu Obr.22 Vyvážení chodu osmiválcového motoru bez zatížení [mg/zdvih] Obr.23 Vyvážení chodu osmiválcového motoru při zatížení Obr.24 Přístroj NC 50

68

Obr.25 Zkušební stanice NC 135 Obr.26 Průběh dodávky a otáčková změna u měření s výtl. Ventilem Atlas Obr.27 Průběh dodávky a otáčková změna u měření s deskovým ventilem Obr.28 Nákres značení ventilů a vstřikovačů během měření, varianta A Obr.29 Nákres myšleného čerpadla

Tab. 1 Regulační tyč držena regulátorem Tab.2 Regulační tyč fixována Tab.3 Měření dodávky, otáčková změna dodávky a nestejnost dodávky, ventil Atlas Tab.4 Měření dodávky paliva s výtlačným ventilem Atlas Tab.5 Měření dodávky paliva s deskovým ventilem) Tab.6 Výsledky měření myšleného čerpadla

69