Řízené vznětové systémy

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