-1-
Neřízené zážehové systémy
ZN
AUTOR: IHR Technika s.r.o. Diagnostika emisních systémů pro SME (stanice měření emisí), dodatkovým programem na CD ROM (Workshop od firmy VIVID)
1
-2-
Systém přípravy směsi - karburátory Funkce soustavy : Podávací čerpadlo nasává z nádrže přes hrubý čistič a jemný čistič benzín a dodává ho do plovákové hladiny karburátoru. Zde je udržováno vždy stejné množství paliva. Z plovákové hladiny karburátoru je motorem nasáván benzín, který se mísí s nasávaným čistým vzduchem v tzv. difuzoru, kde je rychlost proudění vzduchu nejvyšší. Směs dále proudí díky sání motoru až do válce, kde je spálena. Spalováním vznikají jedovaté a jiné plyny, které jsou odváděny výfukovou soustavou volně do prostředí.
Palivová nádrž se sacím košem Demontáž a montáž provedeme obvyklým způsobem podle výrobce. Je nutné vypustit benzín a dodržovat bezpečnost práce (otevřený oheň apod)
Kontrola Vizuálně – netěsnost, deformace, síto sacího koše Údržba – vyčištění sacího koše Projevy závad - závady - opravy Velká spotřeba benzínu - únik paliva z nádrže - výměna nebo zalepení speciálním tmelem (tekutý kov), nebo zapájejí nebo zavaří (nádrž naplnit vodou nebo oxidem uhličitým) Ukazatel hladiny paliva neukazuje skutečné množství benzínu - deformace nádrže způsobila posunutí dorazu plováku nebo jeho ohnutí - výměna nádrže popř. plováku „Cukání“ motoru při jízdě - špatná dodávka benzínu, měnící se hladina v karburátoru - vyčištění síta sacího koše
Podávací čerpadlo s jemným sítem Demontáž a montáž provedeme obvyklým způsobem podle výrobce. Po odpojení přívodu benzínu je nutné hadičku zajistit ve vyšší poloze, než je hladina benzínu v nádrži.
Kontrola Vizuálně – netěsnost, síto, membrána Výkonu čerpadla – schopnost vytlačit určité množství za určitý počet zdvihů membrány Údržba – vyčištění sacího koše Projevy závad
závady
opravy
Velká spotřeba benzínu únik paliva z netěsného čerpadla (povolená nebo nerovná příruba, uvolněná trubička, netěsný kryt síta) výměna čerpadla nebo netěsného dílu Benzín v oleji prasklá membrána výměna membrány Dlouhý start po delší přestávce netěsnost ventilků čerpadla (není zbytkový tlak benzínu mezi čerpadlem a karburátorem) výměna ventilků a jejich těsnění nebo celého čerpadla
2
-3-
Karburátor Stručná funkce karburátoru: Poslední karburátory byly poměrně složité a měli spoustu přídavných zařízení, které zajišťovaly přesnější řízení směsi. Hlavní systém (Je v činnosti neustále) Palivo v plovákové komoře. které není již nasáváno čerpadlem, ale samotným motorem, proudí přes trysku do emulzní trubice, kam také proudí vzduch z horní části karburátoru. V emulzní trubici již částečně vznikne směs, která je dále nasávána do difuzoru a tam se promísí s proudícím vzduchem. Podle podtlaku v karburátoru se mění hladina v emulzní trubici a tak dochází k úpravě poměru vzduchu a benzínu podle okamžitých provozních podmínek motoru. Poslední karburátory obsahovaly dva hlavní systémy. Každý pracoval jinak podle zatížení motoru (dvoustupňové karburátory) Volnoběžný systém Při dorazu škrtící klapky není proud vzduchu natolik velký, aby strhával směs z emulzní trubice, a proto se směs tvoří v jiných kanálkách karburátoru. Vzduch je nesáván přes speciální vzdušník a mísí se s benzínem v oblasti umístění speciální trysky. Směs je nasávána dále (1) a je vyvedena za škrtící klapku (2). V tomto místě je možnost regulovat množství směsi, čímž se mění poměr volnoběžné směsi a vzduchu proudícího přes škrtící klapku. Je zde ještě jeden obtokový otvor (3), který plní funkci vzdušníku. Jakmile se ale klapky mírně pootevře, tento vzdušník je zakryt samotnou klapkou a dochází tak k potřebnému obohacení směsi při přechodu na hlavní systém.
Sytič – obohacuje směs při studeném startu a po startu studeného motoru Akcelerační systém – vyrovnává rozdíly rychlosti proudění vzduchu a směsi při sešlápnutí plynového pedálu tím, že dopraví palivo přímo do oblasti difuzoru Obohacovací systém (ekonostat) – obohatí směs při částečném zatížení motoru
Kontrola a seřízení (SEDR – Škoda 120) rovinnosti příruby seřízení škrtících klapek – povolení dorazových šroubů, přiložení ručičkového indikátoru a utažení dorazových šroubků tak, až se klapka pootevře na hodnotu danou výrobcem ( 0,08 – 0,12mm) kontrola a seřízení plovákové hladiny – Š 120 - demontáž víka, vyčištění jehlového ventilu, vložení kulatiny průměru 10mm (EDSR) nebo 12mm (SEDR) mezi plovák a víko, jazýček plováku se musí lehce dotýkat kuličky jehlového ventilu, nesmí ji však zmačknout kontrola osazení správnými průměry trysek a vzdušníků – průměry jsou vyraženy přímo na jednotlivých součástech, podle údajů výrobce zkontrolujeme osazení podle roku výroby kontrola funkce elektromagnetického odpojovače volnoběhu – zapneme zapalování, při odpojování a připojování přívodního konektoru musí jehla elektromagnetu „cvakat“ seřízení nerovnoměrných volnoběžných otáček – pakliže motor lze nastartovat, můžeme zvýšit otáčky tak, aby motor „nezhasínal“ a pootáčením šroubu bohatosti směsi (2)docílíme vyrovnání otáček a poté šroubem přídavného vzduchu (1) otáčky nastavíme na předepsanou hodnotu POZOR !!! seřízení má vliv na emise motoru. Je nutné volnoběh seřizovat vždy pomocí přístroje Údržba – důkladné vyčištění a profouknutí stlačeným vzduchem (někdy uvolní nečistoty z kanálků pouze ponoření na nějaký čas karburátoru do acetonu (bez pryžových částí) Kterákoliv závada karburátoru se projeví nežádoucí změnou v poměru vzduch – benzín (měřeno přístrojem)
Příliš bohatá směs (více benzínu, méně vzduchu) – špatné teplé starty, vysoké spotřeba benzínu
Vysoká plováková hladina (netěsný jehlový ventil, děravý plovák), ucpané vzdušníky, povolený šroub bohatosti směsi volnoběhu, silně znečištěný vzduchový filtr 3
-4-
Příliš chudá směs (méně benzínu, více vzduchu) – špatné studená starty, malý výkon motoru
Nízká plováková hladina, ucpaná trysky, nasávání „falešného vzduchu“ (netěsnost „O“ kroužků regulačních šroubků, zdeformovaná příruba víka i celého tělesa, velká vůle v uložení hřídelky škrtící klapky, netěsné příruby sacího potrubí)
Průměrné hodnoty EMISÍ motoru s karburátorem : CO – 1,5% HC – 250ppm CO2 – 14% O2 – 1% Lambda – 1 Zákonné limity jsou stanoveny s ohledem na rok výroby. b) zapalování – bateriové a tranzistorové s Hallovým a induktivním snímačem, systémy s rozdělovačem a bez rozdělovače. Jednotlivé komponenty – základní druhy, konstrukce, činnost, zkoušení, projevy a příčiny závad, nastavení, seřízení, činnost zapalovací soustavy zapalovací cívky přerušovač, kondenzátor, předřadný odpor tranzistorové spínací jednotky Hallovy a induktivní snímače rozdělovač vysokonapěťové kabely, odrušení zapalovací svíčky úhel sepnutí a jeho regulace regulátory předstihu zážehu vliv zapalovací soustavy na emise.
Zapalovací soustavy Základy: U zážehových motorů je směs zapalována cizím - elektrickým zdrojem energie. Pro bateriové zapalovací systémy je nejužívanějším principem zapalování indukční cívkou. Cívka slouží ke dvěma účelům: a) ke transformaci napětí směrem nahoru (dosažení maximálních napětí pro přeskok jiskry) b) ke kumulaci energie (napětí indukuje silné magnetické pole v jádru cívky, které představuje rezervoár energie pro připravovaný přeskok jiskry) Spínáním primárního vinutí pod napětím na kostru se vytváří magnetické pole v jádru cívky Rozpínáním primárního vinutí se mg. pole prudce odbourává a touto změnou vyvolává v obou rozpojených vinutích odezvu s opačným směrem toku elektronů, než protékal primárním vinutím při sepnutí kontaktů. V sekundárním vinutí je napětí tak vysoké, že přeskočí mezeru mezi elektrodami zapalovací svíčky. Spínání a rozpínání se děje mechanicky (přerušovač), elektronicky (koncový spínač, stupeň) v popř. integrován v zapalovacím modulu spolu se snímačem polohy apod.
4
-5-
Klasický kontaktní systém 1= akumulátor 2= spínací skříňka 3= zapalovací cívka 4= rozdělovač 5= kondenzátor 6= přerušovač 7= zapalovací svíčky Rv= předřazený odpor
(vypínán při studeném startu)
a= rotační rozdílení jiskry b= statické jednojiskrové c= statické dvoujiskrové
Funkce, zkoušení, nastavení, seřízení, projevy a příčiny závad Zapalovací cívka -
transformace nízkého napětí na vysoké elektromagnetickou indukcí měření . el. odporu vinutí, zkratů na kostru, měření osciloskopem špatné starty, cukání v plné zátěži
-
spínat primární proud, rozepnutím vzniká el.mag. indukce v zap. Cívce měření úbytku napětí na kontaktech, měření osciloskopem nastavení vzdálenosti kontaktů dle výrobce špatné starty, cukání při jízdě
-
napomáhá rychlé ztrátě magnetického pole při rozenutí kontaktů, zabraňuje el.mag. rušení spotřebičů měření multimetrem, osciloskopem úplná absence jiskry, nebo cukání při jízdě
-
při startování je vyřazen a na cívku je přivedeno startovací napětí (9V) měřením multimetrem, osciloskopem způsobí defekt v zap. Cívce (zkrat), nebo přerušení napájení zap. cívky
Přerušovač
Kondenzátor
Předřadný odpor
5
-6-
Tranzistorové spínací jednotky spínají primární proud místo mechanických kontaktů měření osciloskopem, multimetrem úplná absence jiskry
-
Hallovy snímače -
-
informují tranzistorovou spínací jednotku o otáčkách, na které ona reaguje spínáním a rozepínáním primárního vinutí zap. cívky a tím pádem také změnou úhlu sepnutí měření osciloskopem, multimetrem napájení a kostru bez jiskry
Induktivní snímače -
jako Hallovy snímače (jiný signál) měření osciloskopem, multimetrem napájení a kostru bez jiskry
Rozdělovač sdružený přístroj osahující přerušovač, regulátor předstihu a vlastní rozdělovač vysokého napětí - měření osciloskopem, multimetrem, vizuální kontrola - závady dle charakteru závady konkrétních součástí Vysokonapěťové kabely a jejich odrušení - dopravují vysoké napětí k zap. svíčkách, mají vysoký el. odpor z důvodu odrušení - měření multimetrem, osciloskopem - cukání, chod na méně válců Zapalovací svíčky - velice choulostivá část soustavy, je vystavena velkým tepelným a chemickým změnám - měření osciloskopem, vizuální prohlídka - cukání, chod motoru na méně válců Úhel sepnutí a jeho regulace Úhel sepnutí je úhel na vačkové či klikové hřídeli po který je cívka sepnuta na kostru, čímž dochází ke vzniku magnetického pole (nabíjení). -
6
-7-
u bateriových zapalování je úhel sepnutí cívky dán pevně nastavenou vzdáleností na kontaktech. Při volnoběhu, kdy dochází ke zbytečně dlouhé době sepnutí, musí primární vinutí svým odporem čelit příliš velkému proudu (odpor vinutí je větší – ca 3Ohmy) - u tranzistorových zapalování je úhel sepnutí regulován podle otáček motoru a tak již cívka může mít menší el. odpor a tím se rychleji nabíjí Regulátory předstihu zážehu - odstředivý regulátor předstihu zvyšuje předstih s otáčkami - podtlakový regulátor předstihu zvyšuje předstih se změnou tlaku v oblasti škrtící klapky Vliv zapalovací soustavy na EMISE - jakákoliv závadana zapalovací soustavě se v důsledku projeví kratší dobou hoření jiskry. Směs tak neprohoří a ve výfuku se objevuje zvýšené množství jedovatých nespálených uhlovodíků HC. -
Diagnostika zapalovací soustavy osciloskopem. Filosofie: Signál zapalování má pro diagnostiku zážehového motoru nezastupitelnou úlohu. Jiskra - tedy prudký tok elektronů mezi elektrodami zapalovací svíčky je nejcitlivějším senzorem prostředí místa, kde jiskra přeskakuje. Nejprve si však osvěžme, o co při přeskoku jiskry vlastně jde. Úloha zapalovací cívky.. je dvojí. K přeskoku jiskry, která by komprimovanou (stlačenou) směs zapálila, je potřeba řádově 100 násobně vyššího napětí, než je schopno palubní napětí dodat. Proto plní zapalovací cívka úlohu transformace napětí tím, že počet závitů sekundárního vinutí je přibližně 50x vyšší než závitů primárního vinutí. Druhá úloha zapalovací cívky opět podporuje jiskru a to tím, že prodlužuje její dobu hoření. Samotné napětí by dokázalo přeskok náboje, ne však jeho delší dobu hoření, která je potřeba k zapálení směsi paliva se vzduchem. K tomu, aby počet elektronů byl zvýšen, kumuluje zapalovací cívka po dobu sepnutí kontaktu sv.č.1 na kostru energii tím, že vystavuje díky svému feromagnetickému jádru silnéí magnetické pole. Princip funkce přeskoku jiskry...Po dobu sepnutí sv.č.1 na kostru proudí jejími závity elektrony velkou rychlostí, protože má její vinutí nízký odpor. Protože jsou závity cívky navinuty na společném jádru se sekundárním vinutím, vytváří se okolo cívky silné magneticklé pole, které zpětně působí na průtok elektronů závity cívky. Proto cívka krátce po sepnutí kontaktů náhle zvětší svůj elektrický odpor. Cívka je tedy "nasycena" magnetickým polem ve kterém je nakumulováno značné množství energie. Ve tomto stavu je v bodu zážehu obvod primáru rozepnut, a cívkou nyní přestane náhle proudit elektrický proud. Silné magnetické pole okolo cívky se nyní mžikově zhroutí, přičemž se v překmitu polarita magnetického pole cívky obrací. V tento moment působí siločáry na závity cívky zpětně tak, že se ve vinutí budí zpětný proud elektronů v opačném směru než při sepnutém primárním okruhu. 50-ti násobným počtem závitů je "samoindukční" (tak se nazývá tento efekt) napětí transformováno z cca 100 až 400 V na primáru na 5000 až 20000 V na sekundáru. Děj na zapalovací svíčce..se dá popsat následovně. Sekundární okruh není v době sepnutí kontaktů primárního obvodu uzavřen. To znamená že obvod sekudárního vinutí je otevřený právě v místě, kde se nachází zapalovací svíčka. Ano, její elektrody představují pomyslný "spínač", který je rozpojen. Vlivem značného nárůstu vysokého napětí v době, kdy se rozpojí primární obvod a kdy se indukuje toto vysoké napětí na sekundáru (tedy vlivem velkého rozdílu potenciálu jedné elektrody oproti elektrodě druhé) mezi elektrodami, je prostředí mezi elektrodami svíčky vystaveno riziku průrazu jiskrou- a o to právě jde, aby se tak stalo... Ionizace prostředí mezi elektrodami.. je jev, který vytvoří z prostředí vysokoohmického prostředí nízkoohmické. Před vlastním vysvětlením ještě upřesněme, že vzduch patří v tabulce materiálů s uvedenou elektrickou vodivostí mezi výtečné izolanty (tedy vzduch klade proudu elelktronů vysoký odpor). Ztlačí-li se tedy pístem v kompresní fázi vzduch, je mezi elektrodami svíčky ještě lepší izolační plynný materiál, tedy ještě horší podmínky pro přeskok jiskry. Nezapomeňme, že spolu se vzduchem je ve spalovacím prostoru ještě palivo. Jde-li o benzín, ten vodivost elektrického proudu vylepšuje, takže jiskra je schopna přeskočit tím lépe, čím je směs bohatší (až do jisté hranice, kdy je svíčka "mokrá" a toto palivo začne tvořit vodivé můstky - znáte to, kdy se motor vulgárně řečeno "uchlastá"..). V době rozepnutí kontaktů se toto pořád ještě vysokoohmické prostředí začne mezi elektrodami ionizovat (jev, který "rovná" molekuly silným polarizačním polem jedním směrem). V době, kdy dojde k ionizaci se ono vysokoohmické prostředí změní v nízkoohmické a elektrony proudí hromadně na opačnou stranu, kde je jich 7
-8-
nedostatek. Po dobu, kdy trvá velký rozdíl elektrického potenciálu mezi elektrodami svíčky, je prostředí mezi nimi ionizováno, je tedy nízkoohmické a elektrony stále proudí. Klesne-li však rozdíl potenciálů pod jistou hranici, stává se prostředí opět vysokoohmické a elektrony se přestanou stěhovat z jedné elektrody na druhou a elektrický oblouk v mezeře zhasíná. Zbytková energie zapalovací cívky v otevřeném obvodu dokmitá. No a co ?...řekl by někdo. Tím, že víme, jak se chová vlastně naše zjedodušeně nazvaná "jiskra" je výhrou pro každého diagnostika, kteý se vyzná ve čtení oscilogramů. Z oscilogramu jde totiž přečíst spousty informací: Např. jestli se ve spalovacím prostoru nachází dostatek paliva, jestli hoří jiskry mezi elektrodami, jestli je dostatečná komprese, jestli v akceleraci nenašla jiskra jinou cestu než ve válci, jak na tom jsou svíčky po zahřátí v zátěži, jak se chová studený start, kde může ležet problém v cukání nebo sníženém výkonu a stovky dalších informací, které si ve Workshopu budeme detailně ukazovat. Popis oscilogramu zapalovacího signálu ...je vlastně nenahraditelnou informací o schopnosti jiskry směs paliva se vzduchem zapálit.
Vzorový zapalovací signál systému Opel Multec 1=moment sepnutí kontaktů primárního obvodu, 2=zvýšení napětí vlivem zvýšeného odporu cívky vzrůstajícím magnetickým polem okolo cívky a v jejím jádru, 3=rozepnutí kontaktů primáru, 4=samoindukce cívky po rozpojení primárního obvodu, 5=pokles na nižší napětí vlivem zionizování prostředí mezi elektrodami svíčky, 6=po zhasnutí oblouku (zhroucení ionizace) se zbytková energie zvedá ale nestačí prostředí znovu ionizovat - není palivo a není dostatek energie ve vinutí cívky, 7=dokmit zbytkové energie ve vinutí cívky za rozpojeného obvodu (jiskra, která obvod uzavírala již nehoří, 8=plocha vyjadřující množství energie zapalovací cívky nakumulované v jejím vinutí, 9=uklidnění signálu po doznění dokmitu (sekundár). Poznámka k obrázku: Tento oscilogram pochází z vozu Opel s motorem Multec. Každý průběh zapalovacího signálu má svoje specifika. Opel se liší od ostatních signálů tím, že jeho napětí při hoření jiskry (5) má klesající tendenci. Tzn. že oblouk začne hořet při vyšším napětí a skončí při nižším napětí. To je způsobenou stavbou zapalovací cívky a průřezem vodičů, které spolu dohromady tvoří jistou charakteristickou kapacitu.
Výhody statických systémů oproti rozdělovači 1.
menší stavba cívky, protože její energie nemusí překonávat jiskřiště na palci a odrušení palce.
2.
odpadá výrobně složitý rozdělovač (nižší výrobní cena)
Rozdíly: ♦
U jednojiskrových statických systémů musí být pro potlačení tzv. spínací jiskry zařazena vysokonapěťová dioda, která nepustí indukované napětí v sekundáru (cca 2kV ) do obvodu (neuzavře okruh)
♦
U dvoujiskrových statických systémů plní tuto úlohu do série zapojená druhá zapalovací svíčka. 8
-9-
Protichůdné snahy Sekundární okruh musí splňovat kritéria pro vedení vysokých napětí. Velké průřezy s sebou nesou nevýhodu zdrojů nežádoucí kapacity, která zhoršuje podmínky pro přeskok jiskry. Proto musí být zapalovací kabely co nejkratší. Veškerá přeskočiště jisker (palec, svíčka) jsou zdroji rušení. Tato rušení se kompenzují vřazováním odporů do blízkosti zdroje rušení. Odpory kladou proudu při zápalu odpor jiskře, což je opět nevýhodou.
Shrnutí: Zapalovací systémy reagují citlivě na změny jakéhokoliv z parametrů motoru. Je-li např. vyměněna zapalovací cívka nebo svíčky za jiný, než výrobcem doporučený typ, je možné, že motor nebude schopen dosáhnout svých dřívějších výkonů! Poruchy systému zapalování: Volnoběh:
Diagnostika zapalování
9
- 10 -
Příklady správného hoření jiskry mezi kontakty:
volnoběh sekundár OK
volnoběh válce vedle sebe sekundár OK
regulace primárního proudu při volnoběhu
regulace zobrazená do sekundárního proudu při volnoběhu
maximální úhel sepnutí
malé přeskokové napětí díky nízké kompresi 1. válce, nebo…
10
- 11 -
Příklady vadných průběhů hoření :
paralelní jiskřiště mimo spalovací prostor na 2. válci, nebo…
přerušený zapalovací kabel na druhém válci, nebo…
na třetím válci přicpaný vstřikovací ventil, nebo…
dolní řada válců dvanáctiválce ulité svíčky vlivem neukostřené lambdasondy, nebo…
"chudá" jehla se objevuje u válce s plněním chudou směsí, nebo…
druhý válec statického dvoujiskrového zapalování s velkou vzdáleností elektrod + začernání svíčky, nebo…
velká elektrodová vzdálenost - upálené elektrody, nebo…
druhý válec - přerušený zapalovací kabel v koncovce, nebo…
mezizávitový zkrat vinutí sekundáru, nebo…
11
