Řízené zážehové systémy ZŘ1, ZŘ2

Transkript

1 - 1 - Řízené zážehové systémy ZŘ1, ZŘ2 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 - 2 - Úvod Tento školící materiál... Princip funkce zážehového spalovacího motoru a z něj vyplývající filosofie měření Zážehový motor je z hlediska jeho principu, kdy jen perfektně připravenou směs zapaluje cizí zdroj, mnohem citlivější na odlišnosti (poruchovější) Např. netěsnost sání, Rozpoznání disfunkcí ovlivňujících životní prostředí (zážehový motor - kompozitní motor) Komprese Kompresní tlaky určují účinnost motoru. Motor se sníženou kompresí zapaluje nekvalitně směs. Nedochází-li již k vynechávkám motoru, tak nepracuje s očekávaným provozním tlakem a úbytkem účinnosti neúměrně stoupá spotřeba a klesá odevzdaný výkon. To vše za vydatného poškozování ovzduší (vysoký výskyt CO a HC) Příklady: Vadná komprese, Rovnoměrnost chodu motoru bez znaků neprohoření směsi Motor je zahřátý na provozní teplotu, běží ve volnoběhu, spotřebiče vypnuty. Otáčky se pohybují v tolerančním pásmu udávaném výrobcem, chod bez zjevných výpadků v zapalování směsi nebo v jejím neprohořívání (bez propleskávání tlakovými vlnami do výfukového potrubí a doprovodnými záchvěvy motoru). Zkoušku opakovat ve zvýšených otáčkách bez i se zátěží. Příklady: Rovnoměrný chod, nerovnoměrný chod1, nerovnoměrný chod2, P 2

3 - 3 - Regulace volnoběžných otáček Systémy regulace volnoběhu pracují mimo, nebo v samotném tělese škrtící klapky. Z hlediska pohodu se jedná o elektromagnetické ventily, krokomotory popř. stejnosměrné motory, které bez, nebo s pomocí převodových mechanismů natáčejí buď samotnou škrtící klapku, nebo segmentovou clonu v obtoku přídavného vzduchu. Regulace otáček pracuje u většiny systémů řízení v zásadě dvojí: základní regulace - výhradně vzduchem - je pomalejší a pracuje na principu přidávání a ubírání vzduchu za volnoběhu regulačním systémem otáček se zpětnou vazbou. pomocná regulace volnoběžných otáček - je rychlejší než regulace přídavným vzduchem a pracuje v kombinaci s ní právě pro její výhodu - tedy rychlost účinku změny otáček. Zásahy rychlým přesunem bodu zážehu zažehnají prudký pokles otáček např. při spínání ventilátorů chlazení. Zásah přesunem předzápalu je zahájen paralelně s otevřením vzduchu. Jakmile je pokles volnoběhu vyrovnán přídavným vzduchem, vrací se předstih na původní hodnotu před poklesem kvůli zejména hlukovému a pocitovému komfortu chodu motoru naprázdno s nižším předstihem. Příklady: přezkoušení spojkováním s nohou na brzdě, Funkční regulace bohatosti směsi v částečných režimech Motory vybavené regulačním prvkem v přípravě směsi - znakem jsou kyslíkový(é) senzor(y) ve výfukovém systému musí směs ve volnoběhu i ve zvýšeném volnoběhu regulovat v pásmu lambda. Zkušební otáčky i rozsah regulačního okna určuje výrobce a je obsažen v databázích kontrolních hodnot. Kontrolní přístroji mohou být diodové lambda testery, osciloskop, analogové vysokoohmické lambdametry, popř. systém sériové diagnostiky obsahující aktuální sdílení hodnoty napětí (nebo jiné určující hodnoty popsané metodikou nebo výrobcem) na lambda sondě. Příklady: diodová zkoušečka, kyslíkové šoky, Lambda OK, zaporné napětí lambda, vynechávání válce, Funkční řízení bohatosti směsi v zátěžových režimech Směs v režimech plné zátěže již není u vozidel před rokem výroby 2000 regulována lambdasondou, nýbrž je řízena nadřazenými signály o podtlaku, poloze škrtící klapky nebo průtoku objemového či hmotnostního množství nasávaného vzduchu tak, aby bylo dosaženo nejvyššího odevzdaného výkonu (lambda 0,9). Příklady: lambdasignál při akceleraci s nedostatkem paliva, vynechávání válců při zátěži, volnoběh a zvýšené otáčky - chyba ventilových vůlí nebo netěsného výfuku, signál lambdasondy na systému s posunutým adaptačním pásmem, 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 při volnoběhu (jen u pneumatického ovládání) přičemž motor má tendenci zhasnout. U elektricky ovládaných EGR ventilů slouží k ověření jejich funkce diagnostika akčních členů. Příklady: Test akčních členů OK, test akčních členů defektní ventil Funkční systém odvětrání palivového systému Nepředepisuje-li výrobce jinak, lze mimo funkce akčních členů ověřit funkci odvětrání palivového systému ovládáním AKF ventilu jeho spínáním a rozpínáním napájecí nebo kostřící strany v testovacím obvodu (odpojen od konektoru a dle polarizace manuelně spojit přímo na svorky akumulátoru. Příklad: test AKF taktovaného ventilu 3

4 - 4 - Funkční dočišťování škodlivin ve výfukových plynech Základní funkce třícestného katalyzátoru zjistitelná každým analyzátorem výfukových plynů. Kontrola předepsaných hodnot CO a HC na překročení výrobcem, popřípadě vyhláškou nebo zákonem stanovené hranice, dále kontrola čísla lambda, zbytkového kyslíku (orientačně do 1%), kysličník uhličitý (CO2 orientačně nad 13,7%). Motor ohřátý na provozní teplotu, katalyzátor přiveden nejlépe jízdou, minimálně však doporučeným zvýšeným volnoběžným chodem po dobu 30 sekund (kondicionováním) na funkční teplotu. Příklady: Lambda před a za katalyzátorem, lze připojit i diodový tester za kat... Funkční systém vhánění sekundárního vzduchu do výfuku (SLS) Jeho funkci lze prověřit testem akčních členů, jeho netěsnost zjistíme např. lambda testerem, nebo analyzátorem výfukových plynů. Příklady: poslechem při startu, EOBD kontrolován, chybové hlášení, posunuté adaptační pásmo (při odpojení SLS výfučny a její zaslepování), Těsnost výfukového systému Předpokladem pro správnou regulaci kyslíkového senzoru a korektní měření jednotlivých složek spalin včetně výsledků výpočtů vzdušného čísla lambda ve výfuku je především dokonalá těsnost výfukového systému. Měří se analyzátorem výfukových plynů (Obsah kyslíku menší než cca 1,5%, součet procent složek CO a CO2 musí být přibližně roven 15%, mnohé testery nebo analyzátory disponují tzv. COkorr., který slouží ke kontrole těsnosti výfukové soustavy, resp. k informaci, zda výfuk nepřisává pulsacemi vzduch a měření spalin, evt funkci kyslíkového senzoru neovlivňuje). Příklady: Těsnost výfuku se zkouší ve více otáčkových pásmech kvůli délce vln tlakových pulsací Těsnost sacího traktu Předpokladem pro správný směšovací poměr ve spalovacím prostoru je nesmírně důležitá těsnost sací cesty do válce včetně přesné práce ventilových rozvodů (viz ventilové rozvody). Příprava směsi u konvenčních motorů totiž probíhá v sacím potrubí a netěsnost v místě ústí sacího potrubí do jediného válce ovlivňuje bohatost směsi celého motoru - tedy kyslík z jediného válce dovede ovlivnit díky regulační smyčce lambda sondy chod motoru důsledkem nekorektního obohacení všech válců. Příklady: Signál lambdasondy na kraji výfukového potrubí, signál od lambdasondy dále ve výfuku od válců Dávkování paliva Dávkování paliva souvisí úzce s tvorbou směsi a jakákoliv disfunkce vstřikovacího ventilu má za následek ovlivnění všech ostatních válců jak je tomu u netěsnosti sacího traktu. Tlak a množství paliva je druhý velmi důležitým parametrem. Brání-li například průtoku paliva překážka v cestě do ústí vstřikovacího ventilu (přicpaný filtr, skříplá hadice přívodu paliva apod.) vyhovuje sice eventuelně tlak dodávky paliva (záleží kde měříme tlak, a kde je ucpané místo - například může být přicpané sítko na vstupu do vstřikovacího ventilu), ztrácí motor výkon a dochází k nezápalům směsi v jednotlivých válcích, čímž je tepelně ohrožen katalyzátor, kde nezapálená směs dohořívá. Příklady: Vyšší přeskokové napětí na osciloskopu zapalování v akceleraci-zacpaný ventil, 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, který dovede v případě mechanického nebo termického poškození průtok plynů značně redukovat. Motor bez výplachu pak ztrácí na své účinnosti a neúměrně vzroste spotřeba za skutečně vydatného poškozování ovzduší. Příklady: měření tlaků a podtlaků v sání při všech režimech, ucpaný výfuk zabraňuje startu. Odvětrání klikové skříně Odvětrání klikové skříně je zdrojem falešného (neměřeného) vzduchu. Vzhledem k regulaci zbytkovým kyslíkem je u motorů s lambda regulací sazba proteklého vzduchu touto cestou vnímána korekcí vstřiků, ale při plné zátěži, kde je lambda regulace odstavena může být zdrojem velké sazby falešného vzduchu 4

5 - 5 - (např. při netěsných kroužcích), kdy motor nejenom ztrácí výkon, ale v režimech zátěže cuká pro nedostatek paliva, které je dávkováno sazbou vzduchu proteklého měřičem množství vzduchu. 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. Příklady: Vysvětlit aditivní a multiplikativní přizpůsobení směsi, poznat to je na délce vstřiku a hned se dá zkontrolovat cívka vstřiku na mezizávitový zkrat či průraz. Kvalita zápalů - elektrických jisker na svíčkách V této kapitole je třeba zmínit mnoho faktorů ovlivňujících kvalitu jiskry a záleží na tom aby zapálení směsi fungovalo ve všech režimech motoru správně. Bezvadné napájení a kostra zapalovací soustavy ovlivňuje tok proudu do cívky při sepnutí kontaktů sv.č.1 Úhel sepnutí - ovlivňuje saturaci zapalovací cívky a tím i odevzdanou energii při rozepnutí sv.č.1 Elektrická pevnost obou vinutí cívky (primárního i sekundárního). Mezizávitové zkraty přeskokem skrz nekvalitní nebo proražený izolátor redukují výkon na výstupu. Výsledkem jsou nezápaly jiskry ve válci. Elektrická pevnost sekundární cesty - zapalovacích kabelů (přeskoky skrz izolaci na vodivé materiály - není výjimkou přeskok přes izolaci kabelu i přes gumovou hadici do chladící kapaliny) a rozdělovače (správné nastavení polohy sběračů, palec, víčko rozdělovače, centrální uhlík apod.) Zapalovací svíčky (správná délka závitu, teplotní hodnota, typ, stav na opotřebení, elektrodová vzdálenost, zabarvení kontaktního konektoru pro nasazení koncovky kabelu, vzdálenost, tvar a čistota elektrod, stupeň odrušení vše v souladu s doporučením výrobcem vozidla) Zejména poslední dobou je zvykem, že majitelé vozidel podlehnou reklamě a montují do motoru svíčky s několika elektrodami, které jsou vhodné jen pro některé typy motoru. Paradoxně tak přicházejí o výkon, pravidelné a rovnoměrné spalování a často si přivodí škodu na katalyzátoru vlivem usazování nečistot na jedné z elektrod. Tyto případy se týkají hlavně motorů bez vtokového kanálu bez šroubovice, převážně klasických dvouventilových rozvodů směsi. 5

6 - 6 - Moment zážehu, přeskokové napětí, tvar průběhu zapalovacího napětí a délka hoření jiskry se všemi náležitostmi a poznatky o chování průběhu zapalovacího napětí v návaznosti na kompresi, klepání a bohatost směsi. Této kapitole věnuje jen málo výrobců vozidel pozornost. Patří k nim pouze popřední světoví výrobci např. Mercedes Benz nebo BMW. Ostatní informace, obecně platící pro každý individuelní zapalovací systém lze získat spíše u výrobců kvalitních motortesterů s osciloskopem zapalování. Paměť závad a nouzové režimy řízené počítačem Paměť závad systémů vozidel před rokem výroby 2000 jsou koncipovány tak, že uchovávají závady buď jen do vypnutí zapalování (nejstarší systémy), 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. 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. katalyzátor, přehřátí motoru, apod.) Popisy jednotlivých komponentů motoru ovlivňujících kvalitní spalování ve zkratce (zážehový motor) Lambda sonda Kyslíkový senzor vysílající analogový stejnosměrný napěťový signál o přítomnosti kyslíku ve výfuku. Kontrola funkce vhodným přístrojem v režimech částečné zátěže (výstupní signál musí při uzavřeném okruhu "pendlovat" v regulačním pásmu předepsaném výrobcem). Lambda sond existuje více druhů (oxid zirkonia nebo titanu, dříve i optické lambda sondy). nejvíce frekventovaná je zirkonová lambdasonda. Při měření je potřeba akceptovat zásady správného napojení. Nejnovější typy lambda sond (tzv. širokopásmové) dovedou "číst" bohatost směsi nejen v tzv. "lambda okně", ale v daleko širším pásmu od lambda 0,7 přes okno lambda až do velmi chudých směsí - do teoretického poměru "jen vzduch", které se využívají pro plynové motory nebo motory regulací lambda pro alternativní paliva, konečně se zkouší i u vznětových motorů. Tlakový senzor MAP (Manifold Pressure Sensor) využívaný u systémů "p/n" (tlak/otáčky), kde nadřazenou řídící veličinou signálu z lambda sondy je hodnota tlaku v sacím potrubí. Defektní hodnota (mimo toleranci uvedenou výrobcem) může ovlivňovat volnoběh v případě dosažení hodnot obvyklých v zátěži. Objemové snímače nasávání vzduchu vyskytovaly se především u starších systémů (K, KE L Jetronic), kde v kombinaci s mechanickohydraulickým nebo elektronickým vstřikování paliva tvoří hlavní informaci o dávkování paliva k nasávanému vzduchu. Disfunkce na těchto systémech vedou i k velmi vážným poruchám chodu motoru na volnoběh. Tyto snímače se nepřizpůsobují řídnutí vzduchu v rozdílné nadmořské výšce. Hmotnostní snímače nasávaného vzduchu patří mezi výrobci oblíbené a přesné snímání vzduchu se schopností reagovat na řidší vzduch ve vyšších nadmořských polohách. Bohužel patří tento typ měření vzduchu mezi poruchovější právě pro jeho citlivé měřící zařízení. Jedná se o vyhřívané dráty nebo fólie s měřením teploty čidla ochlazovaného proudem obtékajícího vzduchu. Teplotní senzory většinou NTC (Negative Temperature Coeficient - se stoupající teplotou klesá odpor) nadřazený teplotní senzor chladící kapaliny a podřadnější senzor teploty nasávaného vzduchu ovlivňují v 6

7 - 7 - případě defektní funkce volnoběh i zvýšený volnoběh (hlásí chladněji než je), nebo studené starty (hlásí tepleji než je). Ovlivňuje i dobu zahájení činnosti a pásmo zásahů do zátěžových režimů lambda sondy (v případě, hlásí-li chladněji než je, jsou doprovázeny lehčí akcelerace, kde lambda sonda normálně reguluje směs v lambda okně, obohacením směsi) Senzory otáček a poloh jejich vlastním smyslem je sdělit řídícímu systému čtyřtaktních motorů který z válců se nachází v horní úvrati, event. který pálí do expanze. Na základě informace o otáčkách o poloze klikového a vačkového hřídele toto rozpozná a podle toho jsou ovládány nejen zapalovací signály, ale i signály vstřikovací (např. skupinové nebo sekvenční vstřikování), popřípadě aktivován systém omezení úhlu zážehu na základě signálu ze snímačů klepání. Patří mezi ně i snímače rychlosti vozidle, které jsou zpracovávány zejména periferními řídícími jednotkami (interaktivní posilovače řízení, natáčení náprav, pérování, tempomat, centrální zamykání airbagy apod.) Elektronicky řízené karburátory většinou s regulací bohatosti směsi vzduchem nebo obohacovacími ventily pod klapkou. Volnoběžné obohacování výhradně variabilním vzdušníkem volnoběžného systému. Vstřikovací ventily Kontinuelní tlakové vstřikovací ventily (K a KE Jetronic), jednobodové systémy s vyústěním nad klapkou, nebo jednobodové zdvojené vstřikování s pomocným vstřikovacím ventilem pod klapkou (Honda), obohacovací ventily studeného startu, vícebodové vstřikovací ventily Zapalovací moduly pro bateriová zapalování téměř výhradně tranzistorové zapalování v různých kombinacích vně rozdělovače i v něm integrované Rozdílení jiskry Mechanické, popřípadě statické bez rozdělovače dvoujiskrové a jednojiskrové popř. zdvojené systémy TWIN Spark se souběžným nebo časově posunutým zápalem. Senzory klepání využívané pro inteligentní regulaci předstihů v závislosti na opotřebení motoru popř. oktanovému číslu paliva. Poměrně problematické u starších motorů vzhledem k nechtěnému snímání mechanických zvuků prezentovaných řídící jednotce za "klepání". Podtlakové ovladače podtlaková regulace se vyskytuje zejména u systémů regulace volnoběžných otáček starších motorů nebo u současných systémů k např. k překlápění registrů u variabilních délek sací cesty, obtoků turbodmychadel, AGR ventilů pro recirkulaci spalin apod. Zkoušet se doporučuje zejména těsnost jejich podtlakové dózy. Jejich ovládání je odvislé od režimu motoru a tak je třeba vědět, jak která zařízení fungují, aby se případné závady daly odvodit od zjištěných příznaků. Elektropneumatické měniče tlaku Elektropneumatické měniče tlaku se využívají k plynulému ovládání podtlakových ovladačů. Pracují vesměs na regulace šířkou pulsu, kde střída (poměr sepnutí vůči rozepnutí při dané frekvenci) určuje jak dalece je ventil pootevřen nebo přivřen. Elektropneumatické měniče pracují s podtlakem nebo přetlakem v kombinaci s atmosférickým tlakem. Ve většině případů je elektromagnetický ventil na atmosférické straně kde určuje míru přivzdušnění ovládacího tlaku (přetlaku nebo podtlaku). Tímto výraznějším nebo mírnějším přivzdušňováním je tvořen mezitlak (hodnotou mezi atmosférickým tlakem a přiváděným tlakem). Výsledná hodnota určuje polohu podtlakového ovladače, na který působí reakčním smyslu většinou tlačná pružina. 7

8 - 8 - Popisy jednotlivých systémů (zážehové motory) Poznámka: Tato kapitola popisuje jen ty systémy, které jsou nedostatečně popsány v programu Workshop VIVID (česká verze), a slouží tedy jako jeho doplnění. Seřízení na dílně: Měření emisí čtyřprvkovým analyzátorem s otáčkoměrem Volnoběžné otáčky bez houpání nebo vynechávek (kontrolovat lze přiložením ruky nebo čtvrtky papíru cca 10cm za ústí výfuku - výfukové plyny musí proudit bez tlakových rázů, které jsou doprovodným jevem neshoření celého objemu směsi ve válci). CO volnoběh a zvýšené otáčky viz data Workshop VIVID sekce výrobce vozidla (Audi, BMW, Mercedes) (není-li uváděno nebo známo, stanoví vyhláška 302 ČR do 0,5% (objemového obsahu) HC volnoběh a zvýšené otáčky viz data Workshop VIVID (není-li známo, stanoví vyhláška 302 ČR do 50ppm/volnoběh a zvýšené otáčky CO2 - kysličník uhličitý doporučená hodnota platí obecně : Při ohřátém motoru na provozní teplotu a funkčním katalyzátoru nad 14% O2 - zbytkový kyslík doporučená hodnota platí obecně : Při ohřátém motoru na provozní teplotu a funkčním katalyzátoru do 0,5% Kontrola uzavření regulačního okruhu lambda Měření lambda testerem Napětí nebo LED musí indikovat změnu napětí na kyslíkovém čidle v pravidelných intervalech. Při volnoběhu cca 3 regulační cykly za 10 sekund, při zvýšených otáčkách cca 6 regulačních cyklů za 10 sekund. Je-li regulace pomalejší je potřeba ověřit jednotlivé členy regulačního okruhu (lambda sondu, tlak paliva, průchodnost trysek, zbytkový kyslík apod. ) Měření osciloskopem Měření osciloskopem má oproti lambda testeru výhody v možnosti sledování detailního chování regulačního napětí. Zde jsou vidět i tzv. kyslíkové šoky při nedokonalém spalování směsi v jednom válci. Měření uzavřeného okruhu lambda metodou vřazení rušivé veličiny v podobě přídavného vzduchu Informace o velikosti rušivé veličiny a výrobcem doporučeném otáčkovém pásmu pro tuto zkoušku viz data Workshop VIVID - sekce výrobce vozidla (Audi, BMW, Mercedes) Kontrola na funkčnost jednotlivých skupin motoru Kontrola chodu motoru na funkčnost v jiných než kontrolních režimech (vstřikování, rovnoměrnost chodu, obohacení, komprese, předstihu, úhlu sepnutí, podtlaku v sacím potrubí, těsnosti výfukového systému, kvality jiskry - tj. přeskokového napětí, napětí při hoření jiskry, doby hoření, akcelerační hoření) viz příslušné kapitoly motortesteru AVL DiScope

9 - 9 - Komponenty moderních regulovaných systémů a všeobecná pravidla při jejich diagnostice Lambda sondy Kyslíkový senzor umístěný ve výfuku, regulující bohatost směsi na základě zbytkového kyslíku. Změna napětí vyvolává povely k obohacení či ochuzování směsi programem řídící jednotky. Pásma funkce: Režimy kdy je lambda sonda funkční určuje program (převážně konstantní zátěž, mimo činnost je při studném startu a převážně při prudkých akceleracích). U emisních systémů se zpřísněnými limity současné generace je lambda sonda ve funkci vyjma studeného startu téměř stále. Typy lambda sond: Lambda sonda "zirkonová" je po zahřátí nad cca 290 C sama zdrojem elektrického proudu a pracuje v pásmu lambda 0,97 až 1,03 - napětí pulzuje od 0,2 do 0,9 Volt. Provedení s ukostřením na kostru (Bosch), nebo s ukostřením na tzv. volný povýšený potenciál (Siemens - není prokostřena na svůj závit). Tento druh lambda sond prozradí hned po startu zkrat na kostru i na napětí. Lambda sonda "titanová" není sama zdrojem napětí, mění svůj specifický odpor na základě přítomnosti kyslíku, pracuje v pásmu lambda 0,97 až 1,03 - napětí pulzuje od 1 do 5 Volt. Širokopásmová lambda sonda Pracuje na stejné bázi jako zirkonová, je však doplněna o regulační prvek tzv. "čerpací buňky", která přesouvá ionty kyslíku podle polarity napětí a intenzity proudu. Používá se u všech motorů, kde je žádoucí regulace v pásmu širším než 0,97 až 1,03. Způsob diagnostiky: Signál přezkoušet na pravidelný "pendl" pohyb v zahřátém stavu ve volnoběhu a zvýšených otáčkách. Na signálu snímaném osciloskopem nesmí být patrné "kyslíkové šoky" znamenající výpadky v hoření směsi vlivem nezápalů, netěsnosti sání, poruchami v dodávce paliva do válce, komprese, nesprávnou ventilovou vůlí, nebo netěsností výfukového potrubí. Lambda sonda za katalyzátorem nesmí klesat pod hranici udanou výrobcem, zpravidla pod hodnotu 450mV. Tato sonda neplní úlohu regulační, nýbrž kontrolní (účinnost katalyzátoru a opotřebení regulační lambda sondy ) Podtlak v sacím potrubí U klasických zážehových motorů je sací potrubí opatřeno škrtící klapkou, která určuje množství nasávaného vzduchu. Tento podtlak je měřitelný a jeho hodnota a průběh zvlnění jsou při volnoběhu a zvýšených otáčkách bez zátěže pro každý motor specifické. Rozsah: Rozsah podtlaku se pohybuje od 450 do 650 mbar oproti atmosférickému tlaku (tedy absolutní tlak od 350 do 550 mbar). Tvar zvlnění je pro každý typ motoru naprosto individuelní záležitostí. Křivka se totiž tvaruje v závislosti na otáčkách a podle tvarování a délky sacího potrubí, dále podle počtu válců sacích ventilů a typu sacího modulu (variabilní délky sacích potrubí). 9

10 Způsob diagnostiky: Střední hodnotu podtlaku lze měřit libovolným manometrem, který umí tlumit pulsace vzduchu. Zakřivení je měřitelné osciloskopem. Tvar oscilogramu neudává žádný z výrobců, ale stal se velmi důležitou složkou moderní diagnostiky pro kontrolu nastavení rozvodů, ventilové vůle a těsnosti jednotlivých válců. Komprese Komprese je podstatnou součástí práce motoru. Nedostatečně komprimovaná směs nemá předpoklady 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 8 do 14 bar (podle kompresních poměrů). Tato hodnota 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 1,5 baru 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 nebo s potlačeným zápalem. Směs paliva se vzduchem Zážehové motory dělíme od roku 1986, kdy se objevily na trhu první konstrukční pokusy spalovat chudou směs (Toyota Leanmix Motor), na motory spalující teoreticky homogenní směs, a na motory spalující směs chudou. V poslední době je toto téma příchodem přímo vstřikovaných motorů velmi aktuální. Pásmo: U klasických zážehových motorů je pásmo ve volnoběhu, jakož i částečné zátěži dané stechiometrickým poměrem a oknem lambda 0,97-1,03. Motory s přímým vstřikováním paliva do válce jsou konstrukčně řešeny tak, že tryska dovede v částečné zátěži vstřikovat palivo vrstevnicově s odpovídající směsí pro zapalitelnost do jiskřiště zapalovací svíčky, přičemž poměr palivo vzduch již neodpovídá hodnotě v pásmu okna lambda (lambda 0,97-1,03). Jelikož srdcem širokopásmové lambdasondy je zirkonová sonda, lze diagnostikovat známý "pendl" pohyb ve všech režimech. Na signálu širokopásmové lambda sondy NELZE POZOROVAT KYSLÍKOVÉ ŠOKY. Způsob diagnostiky: Z hlediska posouzení směsi jsou relevantní následující metody: Pomocí sledování signálu klasické lambdasondy. Signál zdravého systému musí v provozní teplotě pravidelně regulačně pendlovat. Směs je zde pozorována kyslíkovým senzorem, který se nachází v první třetině výfuku před expanzními tlumícími hrnci výfukové soustavy. Směs výfukových plynů je zde částečně smíšená ze všech válců ale jsou rozlišitelné fáze "chudá" a "bohatá" Směs je kontrolovatelná analyzátorem výfukových plynů. Hodnoty jsou uvedeny v tabulce "emise" Směs výfukových plynů je zde odebírána na konci výfuku výfukovou sondou a tedy téměř dokonale smíšená vlivem cesty plynů jedním nebo vícero expanzními hrnci. Zde není již možné pohyb chudá/bohatá sledovat na hodnotách jednotlivých složek. Při dynamických změnách, k jakým dochází při akceleraci u jednotlivých válců je možné bohatost směsi sledovat jen relativně a to pomocí osciloskopu zapalování. Osciloskop zapalování zachycuje hodnoty přeskokového napětí, dále pak hodnotu napětí při hoření - jeho délku a tvar zakřivení průběhu hoření, což jsou podstatné informace z hlediska posouzení, zda dochází k výpadkům v zapalování směsi, nebo k nedostatečnému prohoření z důvodu nesprávného směšovacího poměru nebo z důvodu vadného zapalovacího ústrojí, popř. z důvodu jeho nesprávného nastavení (vadné zapalovací svíčky, předřadné nebo paralelní jiskřiště, vadná vysokonapěťová izolace, nesprávná hodnota předstihu, netěsnost vstřikovacích ventilů, nesprávná doba sepnutí apod.) 10

11 Regulace volnoběhu Regulace volnoběžných otáček je komfortní systém, který si vyžádal fakt, že spotřebovávaný výkon motoru na volnoběh silně variuje. To je způsobeno mnoha spotřebiči, které s příchodem stále většího počtu periferií ovlivňují odebíraný výkon motoru na volnoběžné otáčky. Patří mezi ně elektrický ventilátor chlazení, ABS, klimatizace, posilovače řízení apod. Systém regulace volnoběhu je odvislý i od provozní teploty motoru (převážně chladící kapaliny a nasávaného vzduchu). Pracuje zpravidla na bázi elektronického vyhodnocení otáček a následných zásahů ovlivňujících otáčky motoru. Pásmo: Pásmo regulace volnoběhu je udávaná výrobcem a pohybuje se zpravidla od 800 do 1000 otáček za minutu. Otáčky nesmí *nadmíru kolísat (* některé systémy se jeví při volnoběhu stabilnější než jiné, např. japonské vozy jsou řízeny systémem rychlejších lambdasond umístěných ve výfukových svodech a jejich regulace působí vyváženým dojmem, naproti tomu u regulace některých evropských motorů je znatelné mírné kolísání otáček podle lambdaregulace). Způsob diagnostiky: Ke zjištění, zda regulace volnoběhu alespoň základně reaguje stačí při volnoběhu a provozní teplotě zařazený třetí rychlostní stupeň. zatímco levá noha pomalu povoluje spojku do záběru, pravá noha intenzivně brzdí aby se vozidlo nerozjelo (nesmí se v žádném případě dotýkat pedálu akcelerace). Spojku povolujeme do té doby, až je cítit její záběr klouzáním a motor je z volnoběžných otáček postupným uvolňováním spojkového pedálu brzděn. V momentě, kdy je brždění motoru spojkou kritické a motor má tendenci se zastavovat prudce rozepneme sojku jejím vyšlápnutím do podlahy. Vylétnou-li volnoběžné otáčky samovolně do vyšších, je systém v zásadě funkční. Při problémech s regulací volnoběhu je však třeba kontrolovat i jeho regulační vyváženost. Kolísají-li otáčky příliš, je potřeba prověřit akční člen (solenoid s clonou, krokomotor, stejnosměrný motor a jejich mechanismy) na lehkost chodu (znečištění, opotřebení, oxidace, těsnost obtokového kanálu. Zapalování Zapalovací systémy jsou diagnostikovatelné jen pomocí motortesteru s osciloskopem. Vzhledem k rozsáhlosti kapitoly je potřeba tomuto sektoru věnovat separátní pozornost (školení o měření fyzikálních veličin osciloskopem MFV). Návody jsou popsány v rozsáhlých nápovědních systémech motortesterů. Regulace předstihu a senzory klepání Regulace otáčková (předstih roste s otáčkami) a regulace podtlaková (předstih redukován s rostoucím tlakem v sací potrubí). Moderní dynamická regulace pomocí senzorů klepání je adaptabilní na oktanové číslo paliva ale nese se sebou řadu problémů souvisejících s opotřebením motoru a hluky s ním souvisejícími. Hodnoty všech předstihů udávají výrobci. Předstih má vliv na spotřebu spíše než na procentuelní obsah škodlivin ve výfukových plynech. Pásmo: Při posuzování hodnoty předstihu mnohdy uniká mnoho ověřených faktů. Změny předstihu do cca 10 plus mínus nemají v zásadě vliv na tvorbu škodlivých emisí ve statických režimech. Změny hodnot předstihů mají však podstatný vliv na spotřebu paliva a to nejen v dynamických režimech, ale i v režimech konstantní zátěže. Senzory klepání, které slouží jako čidla systému zvaného ne zcela správně "regulace klepání", jsou 11

12 Palivový systém Dopravní a systémové tlaky, metody jejich měření, dále pak množství maximální dodávky dopravního čerpadla udávají výrobci a databáze seřizovacích hodnot. Většina z nich však neudává důležitý fakt, že se množství paliva a tlak musí měřit současně, protože právě při odběru maximálního množství nesmí klesnout tlak pod předepsanou minimální hranici. Roli zde hraje především průchodnost palivového filtru či opotřebení palivového čerpadla samotného. Systém zpětného vedení spalin a ventily AGR AGR systém vede při částečné zátěži a zvýšených otáčkách u zážehového motoru až cca 15% spalin zpět do sání. Je-li systém netěsný, má motor ve volnoběhu tendenci skomírat až zhasínat. 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) Systém odvětrání nádrže a regenerační ventily AKF Aby se odpar z benzínu v sacím traktu u elektronicky řízených karburátorů, nebo z palivových systémů obecně nevypařoval volně do atmosféry, jsou výpary po odstavení vozidla odváděny nejprve do nádoby s aktivním uhlím, kde se jedovaté uhlovodíky vážou na tzv. aktivní uhlí, aby se pak objem plynů zbavených převážné části jedovatých uhlovodíků vytlačovaný tepelnou roztažností dostal do volné atmosféry. Systém vazby uhlovodíků na aktivní uhlí funguje však v obou směrech. Když je uhlí nasyceno, nepřijímá další uhlovodíky. Proto je nutné jízdou aktivní uhlí na opětovné přijímání uhlovodíků připravit tím, že je nádoba, kde je uhlí umístěno, intenzivně větrána mnohonásobně větším množstvím čerstvého vzduchu, který je za jízdy dopravován do sacího potrubí a pak do spalovacího prostoru, kde je spolu s podíly uhlovodíků uvolněných z aktivního uhlí spáleno. Pásmo: Ventil evakuace systému aktivního uhlí (mnohdy sdružené s odvětrávacími) jsou aktivovány v režimech určených programem řídící jednotky. Žádný výrobce tyto režimy ve svých dílenských příručkách nepopisuje. Popis diagnostiky: Diagnostikou akčních členů, nebo výrobcem doporučeným postupem. Odvětrávací ventil musí být za klidu otevřen a při provozu vozidla zavřen, evakuační ventil opačně. Nástroje multimetr/osciloskop a ruční podtlakový tester. Systém vhánění sekundárního vzduchu Systém vhánění sekundárního vzduchu urychluje dodatečnou oxidací ohřev lambda sondy i katalyzátoru a likviduje nespálené uhlovodíky při studeném startu v tzv. "sytičové" fázi, kdy je směs obohacena. Funguje hned po studeném startu cca 15 sekund, poté musí být systém 100% těsný, aby neovlivňoval regulaci bohatosti paliva pomocí kyslíkové sondy. Poruchy systému vhánění vzduchu se projevují jednoznačně: Za studeného startu není slyšet ventilátor čerpadla vzduchu, při netěsnosti systému za provozu ji prozradí kyslíkový senzor. 12

13 Snímání otáček Snímače otáček dávají řídící jednotce informaci o otáčkách motoru ve všech režimech. Nepřítomností signálu o otáčkách u systémů kde není žádný náhradní signál, se zastavuje motor příčinou vypnutí palivového čerpadla. To vypíná řídící jednotka přes bezpečnostní relé. 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 Snímače vzduchu jsou nověji používanými senzory, informující řídící jednotku o množství vzduchu. U zážehových systémů je tyto informace ovlivňující chod motoru a pravidelné zapalování směsi. Proto zde hraje roli nadřazené informace oproti např. lambda sondě. Snímače množství vzduchu se dělí na objemové a hmotnostní. Mezi objemové patří systémy např. L -Jetronic (mechanická váha vykyvovaná proudem nasávaného vzduchu), mezi hmotnostní patří všechny systémy opatřené vyhřívaným drátem nebo fólií. Zatímco mechanické objemové systémy většinou sdělují řídící jednotce informaci o průtoku vzduchu potenciometrem, pracují množstevní systémy s vyhřívanými tělesy na principu ochlazování vytápěného teploměru proudem vzduchu. Teploměr je vytápěn předřazenou fólií, která si prostřednictvím topného proudu udržuje poměrně velmi přesnou teplotu. Vzduch proudící okolo ji více či méně ochlazuje. Na tyto výkyvy reaguje teploměr poklesnutím nebo zvýšením své okamžité teploty, načež řídící jednotka snižuje nebo zvyšuje vytápěcí proud tak, aby teplota teploměru byla co možná konstantní. Snímače vzduchu objemové neuvažují hustotu vzduchu, tedy tlak se kterým do sání vzduch proudí, zatímco hmotnostní tuto skutečnost uvažují, protože ochlazování stoupá s hustotou vzduchu. Velmi exotickou a dnes už téměř nepoužívanou metodou je měření množství nasávaného vzduchu ultrazvukem. V sání je umístěn systém překážek, které způsobují v proudícím vzduchu víry. Za ním je umístěn na jedné straně utrazvukový vysílač a proti němu jeho senzor. S rostoucím počtem vírů se indikuje na ultrazvukovém senzoru frekvence, která je elektronicky digitalizována a takto upravené signály jsou vyhodnocovány řídící jednotkou. Snímání tlaku 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 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. Systémy se simultánním vstřikováním a klasickým rozdělovačem nepotřebují snímač ani jeden, kdežto systémy se vstřikování skupinovým a sekvenčním vybavené dvoujiskrovým statickým zapalováním musí být vybaveny snímáním polohy jak klikového, tak i vačkového hřídele, aby řídící systém věděl, kdy se nachází píst prvního válce v horní úvrati, a zda se jedná o úvrať ve fázi kompese/expanze, nebo zda se jedná o fázi taktů výfuk/sání. 13

14 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. Ventilové rozvody Ventilové rozvody jsou z hlediska svého vlivu na tvorbu škodlivin u regulovaných systémů velmi důležité. Dochází-li k jejich nesprávnému časování vlivem nesprávně nastavených vůlí, nebo nesprávně nastavené vzájemné poloze klikového a vačkového hřídele, je ovlivněn chod motoru v celém rozsahu. Taková disfunkce rozvodového mechanizmu negativně ovlivňuje spotřebu, výkon i redukci škodlivin. Moderní metody měření dynamických vln v sacím potrubí umožňují rychlou kontrolu nastavení poloh hřídelů i nastavení minimálních ventilových vůlí. Zleva doprava: OHV, OHC vahadlo, OHC zdvihátko, OHC zdvihátko s hydr.nast.vent.vůle, OHC s hrníčkovým hydr.vymezovačem vůle. Teplotní snímače Teplotní snímače informují řídící jednotku nadřazeným signálem lambdasondě. 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. Závěr Moderní motory se vyvíjejí v posledních deseti letech závratným tempem. Zatímco výkon o hodnotě 100kW byl před dvaceti lety dosahován standardně u zdvihových objemů okolo 2l u zážehových a 4l u vznětových motorů, je tato hranice dnes na 1,4 u zážehových a cca 2l u vznětových motorů. Současně s těmito parametry roste i nárok na emisní systémy. Normy maximálně přípustných škodlivin, do kterých se dnes vyráběné vozy musí vejít, jsou mnohonásobně přísnější než před dvaceti lety. Právě nárůst podílu elektroniky na systémech řízení motorů zvyšuje požadavky i na měřící techniku a na vzdělání i objem praktických znalostí mechaniků, kteří tyto systémy kontrolují a následně opravují. Sériová diagnostika (kromě nastupujícího E-OBD) hraje při kontrole chodu motoru navzdory snahám výrobců druhé housle, proto je potřeba zvýšit úsilí v tvorbě školících materiálů dokumentujících přímé měření na motorech a jejich komponentech nesprostředkovaně, t.j. měřením fyzikálních veličin paralelními metodami za použití signálů z osciloskopu popř. napojených cizích senzorik, které o chodu motoru vypovídají dle fantazie a přání obsluhujícího diagnostika. 14

15 Přehled jednotlivých řízených systémů zážehových motorů Oddělené vstřikovací s zapalovací systémy. 15

16

17

18 Integrované vstřikovací s zapalovací systémy. 18

19

20