Embed Size (px)
Citation preview
Moduł 3
Diagnostyka układów zasilania silników z ZI i z ZS pojazdów samochodowych
1. Wymagania dotyczące norm czystości spalin2. Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS3. Diagnostyka mechanicznego układu sterowania silnika4. Diagnostyka czujników
5. Diagnozowanie silników z ZS sterowane elektronicznie (np. w układ zasobnikowy)
1. Wymagania dotyczące norm czystości spalin
W silnikach pojazdów samochodowych stosuje się silniki spalinowe. Przetwarzają one energięzawartą w paliwie na pracę mechaniczną. Pierwszym etapem tej pracy jest przygotowanie ispalenie mieszanki paliwowo – powietrznej. Paliwem jest najczęściej mieszankawęglowodorów: dla silników z zapłonem iskrowym – benzyna, dla silników z zapłonemsamoczynnym – olej napędowy.
Idealne warunki spalania pozwalają na otrzymanie w wyniku procesu spalania energii, wody idwutlenku węgla. W rzeczywistych warunkach, gdzie istnieją ograniczenia typu: ograniczonyczas przebiegu procesu, niejednorodność składu mieszanki itp. mieszanka paliwowo –powietrzna ulega spalaniu niezupełnemu lub niecałkowitemu.
Podczas spalania niezupełnego w spalinach pozostaje jeszcze pewna część gazów palnych (np.tlenek węgla) – jest to proces charakterystyczny dla silników z zapłonem iskrowym.
Spalanie niecałkowite natomiast występuje głównie w silnikach z zapłonem samoczynnym i wspalinach można zauważyć cząstki palne (sadza), czyli część węgla nie zostaje spalona.Związane jest to głównie z gorszymi warunkami wytworzenia mieszanki palnej oraz krótszymokresem spalania mieszanki.
W przypadku silników spalinowych wprowadzone zostało pojęcie współczynnik nadmiarupowietrza. Ma on charakteryzować iloraz rzeczywistej ilości powietrza zawartego w spalanejmieszance (L), do teoretycznej ilości powietrza niezbędnej do spalania całkowitego izupełnego paliwa zawartego w mieszance palnej (Lt). Z matematycznego punktuprzedstawiamy tą zależność następującym wzorem:
λ=LLt
Gdzie:
– współczynnik nadmiaru powietrza,λ
L – rzeczywista ilość powietrza zawartego w spalanej mieszance,
Lt – teoretyczna ilość powietrza niezbędna do spalania całkowitego i zupełnego paliwazawartego w mieszance palnej
Współczynnik ten nie ma miana (jest bezwymiarowy).
Jeżeli jego wartość jest mniejsza od jedności, to mieszankę nazywamy bogatą (występujenadmiar paliwa lub niedobór powietrza). W przypadku, gdy wartość tego współczynnika jestwiększa od jedności, to mieszankę taką nazywamy ubogą (w mieszance jest zbyt mało paliwa,lub zbyt dużo powietrza).
2
Szczególnym przypadkiem jest, gdy wartość tego współczynnika jest równa jeden, wówczasmieszankę taką nazywamy stechiometryczną, niekiedy nazywaną również idealną.
Silniki z zapłonem iskrowym pracują na ogół na mieszankach, dla których wartość tegowspółczynnika mieści się w granicach 0,4 ÷ 1,4. Natomiast silniki z zapłonem samoczynnympracują na mieszankach ubogich, tj. wartość współczynnika wynosi 1,15 ÷ 1,7. W silnikachdoładowanych osiąga wartość nawet powyżej 2.
Jak zostało wcześniej wspomniane proces spalania paliwa (inaczej nazywany utlenieniem)przebiega w silniku w ograniczonych warunkach. Również paliwo nie jest czystym podwzględem chemicznym węglem. Z tego względu spaliny to nie tylko dwutlenek węgla i woda,ale wiele innych składników. Składniki spalin najogólniej możemy podzielić na:
a) nietoksyczne:• tlen O2,• dwutlenek węgla CO2,• woda (najczęściej w postaci pary wodnej) H2O,• azot N2.
b) toksyczne:• tlenek węgla CO,• węglowodory HC• tlenki azotu NOx,• tlenki siarki SO2, SO3,• sadza C (nazywana również cząstką stałą spalin),• związki ołowiu Pb.
W celu eliminowania zanieczyszczenia środowiska naturalnego, zwłaszcza toksycznymiskładnikami spalin, zostały ustanowione normy dopuszczalne dla składników spalin.
W krajach europejskich normy takie nazywa się EURO, przy czym po tym wyrażeniuwystępuje cyfra rzymska określająca kolejną wersję normy. W tabeli 3.1. przedstawionezostały główne dopuszczalne normy emisji toksycznych składników spalin dla silników zzapłonem iskrowym, natomiast w tabeli 3.2. dla silników z zapłonem samoczynnym.
Tabela 3.1. Przykładowe dopuszczalne zawartości szkodliwych składników spalin silników zzapłonem iskrowym.Nazwa normy Składnik spalin
CO [g/km] HC [g/km] NOx [g/km]EURO III –obowiązuje od 2000roku
2,30 0,2 0,15
EURO IV –obowiązuje od 2005roku
1,0 0,1 0,08
Źródło: Tabela – opracowanie własne, na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Europejski_standard_emisji_spalin
3
Tabela 3.2. Przykładowe dopuszczalne zawartości szkodliwych składników spalin silników zzapłonem samoczynnymNazwa normy Składnik spalin
CO [g/km] HC + NOx
[g/km]NOx [g/km] Cząstki stałe PM
EURO III –obowiązuje od2000 roku
0,64 0,56 0,5 0,05
EURO IV –obowiązuje od2005 roku
0,5 0,3 0,25 0,25
Źródło: Tabela – opracowanie własne, na podstawie: http://pl.wikipedia.org/wiki/Europejski_standard_emisji_spalin
W celu dokonania pomiarów zawartości składników spalin podczas badania technicznegopojazdu stosuje się urządzenia zwane analizatorami spalin. W celu bieżącej kontroli spalanejmieszanki paliwowo – powietrznej, a ściśle mówiąc produktów spalania – tlenu pozostałego wstosuje się czujnik(lub kilka czujników) zwany sondą lambda ( ). Informacja dotyczącaλaktualnie dostarczanej mieszanki jest przekazywana do komputera sterującego pracą silnika,którego zadaniem jest takie sterowanie parametrami spalanej mieszanki, aby uzyskiwaćmożliwie optymalne parametry pracy silnika, przy jednocześnie zachowanej dopuszczalnejemisji składników szkodliwych z silnika.
4
2. Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS
Diagnostyka układu sterowania silnika zostanie omówiona na podstawie sterowaniaelektronicznego silnika z zapłonem iskrowym, z pośrednim, wielopunktowym wtryskiempaliwa. Układ taki przedstawiony został na rysunku 3.1.
Rys. 3.1. Schemat układu wtryskowego benzyny sterowanego elektronicznie[4]: 1 – filtrpaliwa z węglem aktywnym, 2 – elektromagnetyczny zawór recyrkulacji spalin, 3 – wentylatordotłaczania powietrza, 4 – zawór regeneracyjny filtra z węglem aktywnym, 5 – zawórodprowadzania par paliwa do spalenia w silniku, 6 – czujnik ciśnienia powietrza w kolektorzedolotowym, 7 – regulator ciśnienia paliwa, 8 – cewka zapłonowa, 9 – czujnik położenia wałkarozrządu, 10 – przepływomierz powietrza, 11 – wtryskiwacz paliwa, 12 – zawórelektromagnetyczny dotłaczanego powietrza, 13 – czujnik położenia przepustnicy, 14 – zawórpowietrza dodatkowego, 15 – czujnik temperatury zasysanego powietrza, 16 – filtr paliwa, 17– czujnik spalania stukowego, 18 – czujnik temperatury cieczy chłodzącej, 19 – elektronicznysterownik silnika, 20 – pneumatyczny zawór recyrkulacji spalin, 21 – czujnik położenia iprędkości obrotowej wału korbowego, 22 – czujnik tlenu w spalinach przed reaktoremkatalitycznym, 23 – transmisja danych do innych sterowników i do celów diagnostycznych, 24– czujnik ciśnienia par paliwa w zbiorniku, 25 – czujnik tlenu w spalinach za reaktoremkatalitycznym, 26 – lampka kontrolna MIL, 27 – elektryczna pompa paliwa, 28 – czujnikopóźnienia pojazdu.
5
W układzie wtryskowym sterowanym elektronicznie wyróżniamy trzy główne obwody:
• Obwód zasilania paliwem;• Obwód zasilania powietrzem;• Obwód sterowania elektronicznego.
Zadaniem obwodu zasilania paliwem jest dostarczenie określonej ilości paliwa wodpowiednim momencie do wtryskiwaczy. Ciśnienie paliwa wytwarza elektryczna pompapaliwa, pobierając je z zbiornika paliwa. Paliwo to musi być wstępnie przefiltrowane, w celuzabezpieczenia pompy przed uszkodzeniem przez cząstki znajdujące się w paliwie.
Z pompy paliwo jest tłoczone przewodami do filtra paliwa, a następnie do zasobnika paliwa. Zzasobnika jest ono pobierane przez wtryskiwacze i podawane do kolektora dolotowego, gdziemiesza się z doprowadzonym powietrzem. Tak powstałą mieszanka po otwarciu zaworudolotowego trafia do cylindra, gdzie jest spalana. W celu utrzymania ciśnienia paliwa namożliwie stałym poziomie w układzie stosuje się regulator ciśnienia paliwa. Umożliwia on wzależności od rodzaju układu na utrzymanie ciśnienia na poziomie 0,3 ÷ 0,45 MPa. Jakwspomniano wcześniej paliwo jest wtryskiwane do kolektora dolotowego poprzezwtryskiwacze paliwa. Wielkość dawki paliwa jest ustalana w komputerze sterującym zwanyminaczej jednostką sterującą, na podstawie wielu parametrów np.: prędkość obrotowa silnika,temperatura pracy, wychylenie przepustnicy itp. Ustalany jest czas otwarcia wtryskiwacza,przy którym przez otwartą dyszę paliwo trafia do kolektora dolotowego w pobliże zaworówdolotowych, tak aby mieszanka paliwowopowietrzna trafiała w całości i jak najszybciej docylindrów. Wtryskiwacze [1] są szybkimi i dokładnymi zaworami, otwierającymi przepływpaliwa na założony czas, rzędu milisekund, i zespolonymi z odpowiednią dyszą, rozpylającąwypływające pod ciśnieniem paliwo, w celu jak najszybszego odparowania i wymieszania zpowietrzem w układzie dolotowym lub w cylindrze. Obecnie powszechnie używanewtryskiwacze to zawory sterowane elektromagnetycznie z iglicą ułożoną podłużnie względemdyszy i kanału paliwa.
Zadaniem obwodu zasilania powietrzem jest przede wszystkim dostarczenie do cylindrówpowietrza niezbędnego do spalania paliwa. Z punktu widzenia sterowania pracą silnikanajważniejszy dla komputera sterującego jest pomiar ilości dostarczanego paliwa. Określanieilości ładunku może być określone poprzez bezpośredni pomiar ilości powietrza(przepływomierz powietrza) lub w sposób pośredni – pomiar ciśnienia powietrza w kolektorzedolotowym. Sygnały uzyskane z powyższych czujników są przetwarzane w komputerzesterującym, a wraz z sygnałem określającym prędkość obrotową silnika służą do określeniapodstawowej dawki wtryskiwanego paliwa, realizowanej przez odpowiedni czas otwarciawtryskiwacza.
Obwód sterowania elektronicznego odpowiedzialny jest za sterowanie i regulację pracą silnikaw zależności od zadanych warunków pracy. Układ taki składa się z wielu elementów, którychwzajemne powiązania i funkcje przedstawia rys. 3.2.
6
Rys. 3.2. Elementy elektronicznego systemu sterowania pracą silnika Bosch Motronic [4]
Głównym elementem jest komputer (sterownik), który na podstawie sygnałów uzyskanych zposzczególnych czujników rozpoznaje obecny stan pracy silnika i umożliwia sterowanie pracąelementów wykonawczych, zgodnie z zadanymi warunkami pracy, np. przyspieszanie,hamowanie silnikiem itp.
Komputer uzyskuje informacje z następujących czujników:
7
1) Czujnik położenia wału korbowego[1] – przekazuje informacje o obrotach i faziepracy poszczególnych cylindrów, synchronizuje pracę układu sterowania z mechanikąsilnika i jego stanem pracy (np. obroty jałowe, maksymalne);
2) Czujnik przepływu powietrza dolotowego (czasem w formie czujnika ciśnienia) [1] –daje informację o ilości powietrza zasysanego przez silnik w jednostce czasu;
3) Czujnik lub czujniki zawartości tlenu w spalinach (sondy lambda) [1] – dajeinformację o rzeczywistej stechiometrii spalania w silniku (mieszanka uboga, bogata) ipozwala utrzymać optymalny skład mieszanki i spalin w danym momencie pracysilnika;
4) Czujnik położenia przepustnicy (lub przepustnicy elektronicznej, bez mechanicznegopołączenia z pedałem gazu) – informuje o aktualnym kącie otwarcia przepustnicy;
5) Czujnik położenia pedału hamulca – przekazuje informację o stanie pracy pojazdu.
Komputer sterujący może również uzyskiwać informacje z dodatkowych czujników, np.:położenia wałka rozrządu, temperatury silnika, temperatury powietrza dolotowego, spalaniastukowego itp., co jest związane z taką regulacją składu mieszanki, aby uzyskiwać żądanąmoc silnika przy zachowaniu optymalnej, nie przekraczającej wartości dopuszczalnych, emisjispalin.
W przypadku silnika z zapłonem samoczynnym, w którym zastosowano sterowanieelektroniczne jego budowa i zasada działania zbliżona jest do układu sterowaniaelektronicznego silnika z zapłonem iskrowym.
Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS sprowadza się w głównejmierze do sprawdzenia poprawności działania, a nieprawidłowości w działaniu układu są nabieżąco przekazywane kierowcy w postaci lampki sygnalizacyjnej „CHECK ENGINE” –pierwsze układy diagnostyki OBD (OnBoard Diagnostics )(rys. 3.3.), lub lampki „MIL”(MalfunctionIdicator Lamp) obecnie stosowane systemy diagnostyczne standardu OBDII/EOBD. Taka samodiagnoza układu pozwala na bieżącym wyeliminowanie usterki lubdzięki użyciu specjalistycznego testera diagnostycznego określeniu dokładnie elementu, któryuległ uszkodzeniu lub który podaje nieprawidłowy wynik pomiaru do jednostki sterującej.
Rys. 3.3. Lampka „CHECK ENGINE” [2]
Mechanik, aby dokonać pełnej diagnozy pojawiającej się usterki musi połączyć się zkomputerem sterującym poprzez złącze diagnostyczne (rys. 3.4).
8
Rys. 3.4. Złącze diagnostyczne [2]
Po skomunikowaniu się testera diagnostycznego z komputerem sterującym możliwe jestodczytanie kodów błędów – w standardzie OBD za pomocą błyśnięć lampki CHECKENGINE, natomiast w standardzie OBD II/EOBD poprzez odczytanie symbolu kodu błędu.Symbol taki przekazuje informacje w postaci zaszyfrowanej, którą można odczytaćposługując się tabelą kodów błędów. Przykładowo: symbol P0217 informuje o „Stanienadmiernej temperatury silnika. Oprócz litery P (oznaczającej usterkę w układzie napędowym– silniku bądź układzie przeniesienia napędu) można spotkać również oznaczenia:
• B – usterka w nadwoziu,• C – usterka w podwoziu,• U – usterka w sieci wymiany danych (układzie komunikacyjnym).
Po odczytaniu kodu błędu mechanik jest w stanie odszukać uszkodzony element. Może gonastępnie wymontować i poddać dalszej diagnostyce oraz naprawie lub wymienić na nowy. Pousunięciu usterki w takim elemencie i zamontowaniu go ponownie w układzie należy zpamięci sterownika wykasować informację o błędzie. Służy do tego odpowiednia funkcjatestera diagnostycznego.
Więcej informacji na temat diagnostyki standardu OBD2 / EOBD i znaczenia poszczególnychkodów błędów znajdziecie pod adresem następujących stron:
http://www.automex.pl/techinfo/obd/obdbasic.php
http://motoryzacja.kustosz.net/motoporady/kodybledowobdii/
Podana powyżej metoda diagnostyki układu sterowania dotyczy głównie uszkodzeńelementów, które są połączone z komputerem sterującym. Możliwe jest, iż pojawia się kodbłędu np. wskazujący uszkodzenie czujnika mimo, iż czujnik ten jest sprawny, a awarii uległelement z nim współpracujący lecz nie połączony z komputerem. Przykładem może byćpoluzowanie czujnika prędkości obrotowej silnika – komputer sterujący będzie otrzymywałbłędne informacje dotyczące prędkości obrotowej wału korbowego na skutek niewłaściwychwarunków pracy czujnika. W związku z tym zawsze należy również przeprowadzać ocenęorganoleptyczną elementów celem wyeliminowania uszkodzeń natury zewnętrznej, np.pęknięcia przewodu, otarcia izolacji itp.
9
3. Diagnostyka mechanicznego układu sterowania silnika
Mechaniczne sterowanie silnika omówione zostanie na przykładzie silnika z zapłonemsamoczynnym, z rzędową pompą wtryskową.
Podobnie jak w układach sterowanych elektronicznie również i w układzie sterowania silnikao zapłonie samoczynnym wyróżnia się trzy zasadnicze obwody:
• Obwód paliwa o niskim ciśnieniu;• Obwód paliwa o wysokim ciśnieniu;• Obwód regulacji.
Budowa układu zasilania z rzędową pompą wtryskową przedstawiona jest na rys. 3.5.
Rys. 3.5. Budowa układu zasilania ZS [4]: 1 – zbiornik paliwa, 2 – pompa zasilająca, 3 – filtrpaliwa, 4 – zawór przelewowy, 5 – rzędowa pompa wtryskowa, 6 – regulator prędkościobrotowej, 7 – przestawiacz wtrysku, 8 – wtryskiwacz.
Obwód paliwa o niskim ciśnieniu odpowiedzialny jest za dostarczenie paliwa ze zbiornika dopompy wtryskowej. Możliwe jest to dzięki zastosowaniu pompy zasilającej, która zasysapaliwo ze zbiornika i przez przewody paliwowe podaje je pod zwiększonym ciśnieniem dopompy wtryskowej. Paliwo zanim trafi do pompy wtryskowej jest dokładnie filtrowane,ponieważ elementy tłoczące pompy wtryskowej są bardzo dokładnie do siebie dopasowane.Pompa zasilająca jest integralną częścią pompy wtryskowej, jest również od niej napędzanapoprzez mechanizm krzywkowy.
10
W obwodzie paliwa o wysokim ciśnieniu dostarczone paliwo przez pompę zasilającą jestprzetłaczane przez sekcję tłoczącą, dzięki czemu zwiększa się jego ciśnienie i odmierzana jestjego odpowiednia ilość. W rzędowej pompie wtryskowej jest tyle sekcji tłoczących ilecylindrów w silniku, inaczej mówiąc każdy cylinder jest zasilany z osobnej sekcji tłoczącejpompy wtryskowej. Podstawowymi elementami sekcji tłoczącej są tłoczek i cylinderek.Tłoczek w górnej swojej części ma krawędzie sterujące, którymi reguluje się wielkość dawkipaliwa oraz przebieg zmian ciśnienia paliwa dostarczanego do wtryskiwacza. W cylinderkunatomiast wykonane są dwa otwory przelewowe – jednym paliwo napływa do cylinderka,drugim natomiast wytłaczany jest jego nadmiar po zakończeniu tłoczenia. Aby doszło dozwiększenia ciśnienia dostarczonego paliwa tłoczek musi najpierw odsłonić otwór zasilający –ruch w dół powoduje sprężyna, która odpycha tłoczek. Natomiast ruch w górę tłoczkawywołuje obrót wałka z krzywką. Podczas ruchu w górę tłoczka ciśnienie paliwa wzrasta ijest przetłaczane do przewodu wtryskowego zakończonego wtryskiwaczem. Po przekroczeniuciśnienia, zwanego ciśnieniem początku wtrysku, iglica wtryskiwacza unosi się i paliwobędące pod znacznym ciśnieniem jest wtryskiwane bezpośrednio do cylindra. Proces tłoczeniatrwa do chwili, gdy górna krawędź tłoczka nie odsłoni drugiego kanału przelewowego.Wówczas następuje gwałtowny spadek ciśnienia paliwa, a iglica wtryskiwacza jest gwałtownieodepchnięta powodując zamknięcie drogi wypływu paliwa przez wtryskiwacz. Tłoczekprzemieszcza się w dół, odsłaniając ponownie otwór zasilający, napływa nowa dawka paliwa.
Zmianę dawki paliwa dostarczanego do wtryskiwaczy realizuje się poprzez kątowe obrócenietłoczka, co powoduje zmianę odsłonięcia kanału przelewowego, a zatem również i ilośćpodawanego paliwa do wtryskiwacza. Obrót tłoczka w tulei możliwy jest dzięki połączeniutłoczka z tuleją regulacyjną, której obrót poprzez przesunięcie listwy zębatej powodujezmianę momentu odsłonięcia kanału przelewowego. Listwa zębata jest połączona zespołemcięgieł z pedałem przyspieszenia. Wałek krzywkowy pompy wtryskowej jest napędzany(sprzężony) z napędu rozrządu silnika, zatem sterowanie momentem początku wtrysku paliwajest związane z obrotem wału korbowego silnika.
Elementem wtryskującym paliwo bezpośrednio do komory spalania jest wtryskiwacz. Możnazałożyć, iż jest to zawór hydrauliczny, którego otwarcie zależne jest od ciśnienia wprzewodzie łączącym go z pompą wtryskową. Jeżeli ciśnienie paliwa jest niższe od siływywieranej na czop naciskowy blokujący trzpień iglicy wtryskiwacz pozostaje zamknięty.Jeżeli natomiast wartość ciśnienia będzie większa niż siła nacisku sprężyny – iglica się uniesiedo góry i paliwo będzie mogło przepłynąć przez otwory ulegając jednocześnie znacznemurozpyleniu. Po wtryśnięciu dawki paliwa ciśnienie ponownie spadnie, a więc siła sprężynyspowoduje zamknięcie otworu, którym paliwo było wtłaczane do komory spalania. Regulacjęciśnienia otwarcia takiego wtryskiwacza przeprowadza się poprzez zmianę grubościpodkładek znajdujących się pod sprężyną. Ciśnienie otwarcia wtryskiwaczy wynosi od 11 do30 MPa i zależy od wielu parametrów konstrukcyjnych silnika oraz rodzaju zastosowanegowtryskiwacza.
Obwód regulacji układu wtryskowego silnika z zapłonem samoczynnym wyposażonego wrzędową pompę wtryskową ma za zadanie niedopuszczenie do osiągania przez silniknadmiernej prędkości obrotowej, zapewnienie biegu jałowego silnika, podanie dodatkowejdawki paliwa podczas rozruchu silnika, utrzymywanie zadanej prędkości obrotowej w zakresiepomiędzy obrotami minimalnymi i maksymalnymi dla danego silnika. Powyższe zadaniaspełniają regulatory dawki paliwa, będące integralną częścią pompy wtryskowej. Są to
11
najczęściej mechaniczne regulatory połączone z listwą zębatą pompy, wykorzystujące wswoim działaniu zmianę wartości siły odśrodkowej.
Diagnostykę układu wtryskowego silnika z zapłonem samoczynnym należy rozpocząć odoględzin wszystkich elementów układu. Należ przede wszystkim zwrócić uwagę naszczelność połączeń. Jest to szczególnie ważne w tego typie układzie, gdyż nieszczelnośćzwłaszcza w obwodzie niskiego ciśnienia będzie powodowało zapowietrzanie układu i jegoniewłaściwą pracę. Jeżeli w przewodzie doprowadzającym paliwo do pompy wtryskowejbędzie można zauważyć pęcherzyki powietrza, to należy zlokalizować miejsce nieszczelności,usunąć ją i przeprowadzić odpowietrzanie układu. Kolejnym elementem układu podlegającymsprawdzeniu jest filtr paliwa. Jeżeli producent przewidział taką możliwość, to wkład filtrującynależy wymienić po określonym czasie użytkowania. W przypadku, gdy filtr jest zarazemosadnikiem do zbierania z paliwa wody, wówczas należy bezwzględnie usunąć ją.
Diagnostyka pompy wtryskowej polega na sprawdzeniu jej parametrów pracy takich jak:dawka tłoczonego paliwa przez poszczególne sekcje tłoczące, kąt wtrysku paliwa itp. naspecjalnym stole probierczym
Diagnostyka wtryskiwaczy polega na podłączeniu wtryskiwacza do przyrządu zwanegopróbnikiem wtryskiwaczy (rys. 3.6) i zbadaniu parametrów takich jak: ciśnienie otwarciawtryskiwacza, jakość rozpylenia i rozłożenie strug paliwa, szczelność gniazda wtryskiwacza,szczelność wewnętrzna wtryskiwacza.
Rys. 3.6. Próbnik wtryskiwaczy [4]
Ocena stanu technicznego silnika z ZS na podstawie kontroli zadymienia spalin
Wizualnym dowodem nieprawidłowego przebiegu procesu spalania mieszanki w silniku z ZSjest zmiana zabarwienia spalin. Obserwując kolor spalin oraz stopień ich zaczernienia możnaw pewnym przybliżeniu określić stopień zużycia silnika, rodzaj niedomagania. Zmianę koloruspalin wywołują głównie dwa składniki:
1) drobne cząsteczki sadzy, powstające w wyniku niecałkowitego spalenia węglazawartego w paliwie. Powodują one zabarwienie spalin na kolor czarny.
2) niedopalone cząsteczki węglowodorów (barwa spalin niebieska).
12
W związku z możliwością powstawania w spalinach silnika z ZS składników spalin, którewpływają toksycznie na środowisko naturalne przepisy prawa określają dopuszczalną granicęstopnia zadymienia spalin, którą można określić wykonując badanie przyrządowe stopniazadymienia spalin. Do pomiaru zadymienia spalin służą dymomierze filtracyjne, lub dymomierze absorpcyjne,które badają stopień pochłaniania (absorpcji) światła przez warstwę spalin.Informacje szczegółowe dotyczące norm spalin dla silników z ZS i silników z ZI znajdzieciena poniższej stronie:http://gazeo.pl/lpg/odadoz/prawo/Normyemisjispalin,artykul,5805.htmlPomiar zadymienia spalin jest szerzej omówiony na stronie:http://zssplus.pl/publikacje/publikacje35.htm
W przypadku, gdy nie mamy urządzenia do pomiaru zadymienia spalin możemy za pomocąkontroli wzrokowej wstępnie i w sposób dość uogólniony dokonać oceny stanu technicznegosilnika.
Wzrokowa kontrola barwy spalinSpaliny wydostające się z rury wydechowej pojazdu powinny dla sprawnego i dobrzewyregulowanego silnika mieć barwę bezbarwną. Poniżej podane zostaną najczęściejspotykane barwy spalin i odpowiadające im możliwe przyczyny powstawania:a) zabarwienie spalin czarne lub ciemnobrunatne może być spowodowane przez:
• złą regulację dawki paliwa (zbyt duże dawkowanie paliwa przez pompę wtryskową);• bardzo duże zanieczyszczenie filtra powietrza,• zbyt mały kąt wyprzedzenia wtrysku, spowodowany niewłaściwą regulacją kąta lub
zużyciem elementów napędu pompy wtryskowej,• zużycie wtryskiwaczy: niewłaściwe rozpylenie paliwa przez wtryskiwacz,
nieszczelność rozpylacza lub przewodów wysokiego ciśnienia,• niewłaściwe luzy zaworów lub nieprawidłowe ustawienie rozrządu,• nadmierne zużycie gładzi cylindrów i pierścieni tłokowych lub zablokowanie
(zapieczenie) pierścieni tłokowych.W czasie eksploatacji pojazdu może wydobywać się przez krótki okres czasu czarny dym zrury wydechowej. Takie zjawisko jest normalne podczas gwałtownego obciążenia silnika (np.przy gwałtownym naciśnięciu na pedał przyspieszenia). Zabarwienie to jednak powinnozniknąć po powrocie silnika do normalnych warunków pracy.b) zabarwienie niebieskie lub stalowoniebieskie najczęściej powodowane jest przez:
• spalanie nadmiernej ilości oleju, wynikające z zużycia gładzi cylindrów oraz pierścienitłokowych, zwłaszcza zgarniających. Powodem może być również zbyt wysoki poziomoleju w misce olejowej,
c) zabarwienie białe lub jasnoszare może świadczyć o:• spalaniu cieczy pochodzącej z układu chłodzenia. Możliwą przyczyną jest uszkodzenie
uszczelki lub pęknięcia głowicy, lub cylindra,• niedogrzaniu silnika.
Biały dym może wystąpić jako naturalny skutek pracy silnika w niskich temperaturachotoczenia. Powodem tego stanu jest skraplanie się pary wodnej w spalinach.
13
4. Diagnostyka czujników
Czujniki odpowiadają za bieżącą kontrolę określonych parametrów pracy silnika iprzekazywanie informacji do komputera sterującego. Od ich prawidłowej pracy zależy zatemwłaściwe sterowanie pracą silnika.
Przepływomierz powietrza z termoanemometrem (przepływomierz z tzw. gorącym drutem)rys. 3.7 – diagnostyka polega na porównaniu charakterystyki sygnału z wzorcowym sygnałem.
Rys. 3.7. Przepływomierz powietrza z termoanemometrem [4]: 1 – złącze elektryczne, 2 –układ przetwarzania sygnału, 3 – rura wewnętrzna, 4 – rezystor pomiarowy, 5 –termoanemometr drutowy, 6 – rezystor kompensacji temperatury, 7 – siatki ochronne, 8 –obudowa.
Możliwe jest sprawdzenie przy użyciu testera diagnostycznego w rzeczywistych warunkachpracy. Porównując otrzymaną charakterystykę z charakterystyką wzorcową można stwierdzićpoprawność działania przepływomierza. Jeżeli wartości mierzone nie mieszczą się w polutolerancji określonym przy charakterystyce wzorcowej, wówczas stwierdzamy błąd pracyprzepływomierza.
Sonda lambda (czujnik zawartości tlenu w spalinach) rys. 3.8 – diagnostyka polega na ocenieorganoleptycznej, a następnie wykonaniu pomiarów diagnostycznych.
14
Rys. 3.8. Schemat dwustanowej sondy lambda [4]: 1 – osłona rurkowa ze szczelinami, 2 –aktywny trzon z warstwą katalityczną, 3 – obudowa, 4 – styk elektryczny, 5 – tulejkaochronna, 6 – ceramiczna wkładka rurkowa, 7 – sprężyna tarczowa, 8 – przewód elektryczny.
Podczas oględzin należy zwrócić szczególną uwagę na uszkodzenia mechaniczne oraz kolorczęści sondy wkręconej w układ wylotowy silnika. Nie powinno zatem pojawić się pęknięcielub wgniecenie, a także ciemny (czarny) osad. Podczas potrząsania sondą nie może byćsłychać „grzechotania” elementów wewnątrz, co świadczy o uszkodzeniu wewnętrznegowkładu ceramicznego. Pomiary diagnostyczne polegają na podłączeniu testeradiagnostycznego i przy uruchomianym silniku zarejestrowanie charakterystyki sondy. Należzwrócić przy tym uwagę, czy sygnał sondy zawiera się w granicach 0,1 do 1,0 V oraz czyzmienia się z określoną częstotliwością. Jeżeli wartość napięcia nie zmienia się lub gdy sygnałzmienia się bardzo rzadko, świadczy to o jej uszkodzeniu. Sondę można również diagnozowaćna specjalnych stanowiskach, w których zastosowano symulację warunków pracy silnika, asygnał jest mierzony za pomocą woltomierza diodowego.
Czujnik temperatury rys. 3.9. – diagnostyka polega na sprawdzeniu napięcia zasilaniaczujnika (5V) oraz sprawdzeniu rezystancji czujnika przy określonych temperaturach pracy.Dzięki takim pomiarom można sporządzić charakterystykę czujnika i porównać ją zcharakterystyką wzorcową. Jeżeli badana charakterystyka nie mieści się w założonym polutolerancji – świadczy to o uszkodzeniu czujnika.
Rys. 3.9. Czujnik temperatury cieczy chłodzącej [4]: 1 – złącze elektryczne, 2 – obudowa, 3 –pierścień uszczelniający, 4 – złącze gwintowe, 5 – termistor, 6 – ciecz chłodząca.
Czujnik położenia przepustnicy (potencjometryczny dwuzakresowy czujnik) rys. 3.10. –diagnostyka polega na sprawdzeniu wartości napięcia i jego zmian wraz z wychylaniemprzepustnicy. Napięcie powinno zmieniać się w zakresie od 0 do 5 V na każdej ścieżcerezystancyjnej. Jeżeli podczas pomiaru zauważyć się da brak zmiany napięcia lub zaniknapięcia – świadczy to o uszkodzeniu czujnika.
15
Rys. 3.10. Potencjometryczny czujnik położenia przepustnicy z dwoma zakresamipomiarowymi [4]: 1 – obudowa, 2 – ramię ślizgacza, 3 – oś przepustnicy, 4 – ślizgacz, 5 –bieżnia oporowa (zakres I), 6 – bieżnia prowadząca (zakres I), 7 – bieżnia oporowa (zakres II),8 – bieżnia prowadząca (zakres II), 9 – uszczelniacz.
Czujnik spalania stukowego – diagnostyka takiego czujnika polega na wykonaniucharakterystyki czujnika za pomocą oscyloskopu i porównaniu jej z charakterystykąwzorcową. Jeżeli spowodujemy gwałtowny wzrost prędkości obrotowej silnika obrazoscyloskopowy powinien wyraźnie wskazywać zwiększoną amplitudę sygnału.
Czujnik podciśnienia – diagnostyka polega na pomiarze napięcia wyjściowego przy zmianieprędkości obrotowej silnika, zgodnie z warunkami podanymi przez producenta czujnika.Porównując wyniki zmierzonego napięcia w danej prędkości obrotowej silnika z danymiproducenta otrzymamy informację o poprawności działania czujnika. Bardzo ważne jestrównież, aby przed pomiarami sprawdzić szczelność przewodu, którym czujnik jest połączonyz silnikiem. Inną metodą diagnostyki czujnika jest podłączenie go do pompki podciśnieniowej(rys. 3.11)i pomiar wartości napięcia przy różnych zadanych wartościach podciśnienia.
Rys. 3.11. Sprawdzenie czujnika ciśnienia [4]
Czujnik prędkości obrotowej i położenia wału korbowego lub wałka rozrządu – stosowane sądwa rodzaje czujników: indukcyjne i hallotronowe.
• Diagnostyka czujnika indukcyjnego polega na pomiarze sygnału generowanego przezczujnik. W tym celu należy podłączyć czujnik pod oscyloskop i zarejestrowaćcharakterystykę sygnału. Następnie należy porównać uzyskaną charakterystykę zcharakterystyką wzorcową. Niewłaściwe napięcie lub nierównomierny przebiegcharakterystyki może być spowodowany zanieczyszczeniem końcówki rdzeniaczujnika, mechanicznym uszkodzeniem zębów koła impulsowego, niewłaściwąprzerwą między czujnikiem i kołem impulsowym. W przypadku braku sygnałunapięciowego na czujniku należy sprawdzić za pomocą omomierza rezystancję cewkiczujnika – powinna wynosić od 200 do 1000 .Ω
• Diagnostyka czujnika hallotronowego polega na podłączeniu do czujnika oscyloskopui sprawdzenie podczas pracy silnika sygnału prostokątnego czujnika. Zwiększającprędkość obrotową należy sprawdzić, czy zwiększa się częstotliwość sygnału wraz zzwiększaniem prędkości obrotowej.
16
5. Diagnozowanie silników z ZS sterowane elektronicznie (np. w układzasobnikowy).
Diagnostykę zasobnikowego układu wtryskowego (commonrail) w większości silnikówwykonuje się podobnie. Polega ono przede wszystkim na podłączeniu diagnoskopu iodczytaniu z jednostki sterującej pracą silnika informacji o występujących błędach lubnieprawidłowej pracy poszczególnych elementów. Wykonuje się ją przez podłączeniediagnoskopu za pomocą odpowiedniego złącze diagnostyczne i skorzystanie z funkcjisamodiagnozy pojazdu. Układ samodiagnozy porównuje wartości sygnałów z obwodówelektronicznego sterownika wraz z wartościami wymaganymi. W przypadku, gdy wartościsygnałów wynikające z pomiarów rzeczywistych nie odpowiadają wartościom wymaganymzaprogramowanym w pamięci sterownika przez producenta, pojawia się informacja o błędzie,a jego identyfikacja możliwa jest dzięki zapisaniu informacji o nim za pomocą kodu usterki.Odczytywane za pomocą diagnoskopu z pamięci sterowników kody usterek pozwalają nabardzo dokładną identyfikację uszkodzenia. W przypadku używania diagnoskopówwskazanych przez producenta pojazdu mechanik ma bardzo często możliwość odczytaniecharakterystyk napięciowych w funkcji czasu większości parametrów mających zasadniczywpływ na pracę silnika. Takie charakterystyki przedstawiane są najczęściej jako wartościzadane i wartości rzeczywiste (diagnoskop niejednokrotnie porównuje je, a wynik możliwyjest do odczytania na ekranie diagnoskopu. Mechanik analizując pojawiające się w tychcharakterystykach rozbieżności może w sposób bardzo precyzyjny określić rodzajuszkodzenia. Oczywiście w przypadkach, gdy mechanik nie posiada diagnoskopu możeposłużyć się miernikiem uniwersalnym i oscyloskopem, aby zlokalizować elementuszkodzony. Ta metoda wymaga od niego bardzo dużej wiedzy teoretycznej orazdoświadczenia w kontrolowaniu parametrów pracy poszczególnych układów i czujników.Dodatkowo niemożliwe staje się wówczas ingerowanie w stan pamięci sterownika np. w celuwykasowania informacji o błędzie po wymianie uszkodzonego czujnika, co umożliwia muzastosowanie diagnoskopu.
UWAGA!
Powyższe zestawienie odnosi się do niesprawności typowych, łatwych do zdiagnozowania.Współcześnie produkowane silniki z zasobnikowym układem wtryskowym wyposażone są wsporo czujników i nastawników, których uszkodzenie może spowodować wystąpienie każdegoz powyższych objawów. Wówczas należy przystąpić do diagnozy za pomocą miernika,oscyloskopu lub diagnoskopu – przy założeniu, że przyczyną niesprawności jest usterkaelektroniczna. Niektóre elementy (głównie wykonawcze) można sprawdzać w inny sposób i tobez konieczności korzystania z powyższych urządzeń pomiarowych (np. wtryskiwacze).Kolejność diagnozowania elementów mających wpływ na pracę zasobnikowego układuwtryskowego jest uzależniona od przypuszczalnej przyczyny usterki, dlatego nie możnajednoznacznie określić toku postępowania.
17
Bibliografia:
1. Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKiŁ, Warszawa 2012
2. Trzeciak K., Diagnostyka samochodów osobowych, WKiŁ, Warszawa 20053. Zając P., Silniki pojazdów samochodowych, WKiŁ, Warszawa 2010
18
