MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2010 RADEK DOFEK

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Interní diagnostické nástroje osobního automobilu, jejich aplikace při zkoušení Diplomová práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D. Vypracoval: Bc. Radek Dofek Brno 2010

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Interní diagnostické nástroje osobního automobilu, jejich aplikace při zkoušení vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. dne. podpis diplomanta.

4 Poděkování Zde bych rad poděkoval vedoucímu práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za vedení mé diplomové práce, odbornou pomoc, rady a připomínky, které mi ochotně poskytl při řešení mé diplomové práce.

5 Anotace Tato práce se zabývá problematikou palubní diagnostiky. Palubní diagnostika je označení pro diagnostický systém, který je instalovaný do palubního systému automobilu pro zajištění kontroly emisí výfukových plynů. Tento systém musí být schopen indikovat chybné funkce a jejich pravděpodobné příčiny pomocí kódů chyb, které jsou uloženy v paměti řídící jednotky. Cílem práce je názorná ukázka funkce palubní diagnostiky. V práci jsou uvedeny různé protokoly, které jsou v dnešní diagnostice používány a hlavní pozornost je věnována protokolu OBD2. Pro názornou ukázku je v práci uvedeno měření automobilu na válcovém dynamometru a následné zpracovaní různých parametrů získaných pomocí palubní diagnostiky. Klíčová slova: OBD 2, EOBD, diagnostika, kód chyb, emise This thesis deals with on-board diagnostic. On-board diagnostic is an indication for a diagnostic system that is installed to ensure control of car exhaust emissions to the on-board system of a car. This system has to be able to indicate a malfunction and the probable cause using error codes that are stored in the memory management unit. The goal of the thesis is demonstration of the on-board diagnostics features. In The thesis there are some protocols that are used in today's diagnosis and the main attention is paid to the OBD2 protocol. There is a measurement on a car dynamometer in the thesis for demonstration and the subsequent processing of the various parameters obtained by using on-board diagnostics. Key words: OBD 2, EOBD, diagnostic, error code, emissions

6 OBSAH 1. ÚVOD CÍL PRÁCE DIAGNOSTICKÉ PROTOKOLY Historie OBD I OBD II EOBD Hlavní funkce OBD II/ EOBD Diagnostika funkce katalyzátoru Diagnostika kyslíkových sond Adaptace Systém sekundárního vzduchu Sledování recirkulace spalin (EGR) Sledování výpadků ve spalování Sledování systému odvzdušnění palivové nádrže Chybové kódy (DTC) Komunikace Fyzická vrstva SAE J Fyzická vrstva ISO 9141, ISO Datová a aplikační vrstva Testovací módy Readiness kód Diagnostické rozhraní (DLC) OBD III MĚŘENÍ NA VÁLCOVÉ ZKUŠEBNĚ S VYUŽITÍM OBD II Válcová vozidlová zkušebna Integrace čtení diagnostického protokolu do vozidlové zkušebny Využití protokolu OBD II při měření Komunikace s vozidlem pomocí převodníku ELM ZÁVĚR SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...56

7 1. ÚVOD Vývoj systémů řízení motoru se v posledních desetiletích soustřeďuje na vývoj systémů s co nejlepšími výkonovými parametry a co nejnižší spotřebou paliva, ale především na co možná nejnižší obsah škodlivých látek ve výfukových plynech. Pro snížení obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech jsou moderní vozy vybaveny palubní diagnostikou OBD (On Board Diagnostics). Zavedení palubní diagnostiky OBD si vyžádaly především neustále se zpřísňující požadavky na motory vozidel ohledně produkce škodlivých (emisních) látek ve výfukových plynech a rozšíření elektronických systémů v automobilismu. Že přímé měření obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech (CO, HC, Nox) není během jízdy možné, bylo prvním důvodem k sjednocení norem, aby bylo umožněno autoservisům a stanicím měření emisí prověřit systémy ovlivňující spalování a řízení motoru jakéhokoliv vozidla. Hlavním smyslem OBD diagnostiky bylo tedy zavést jednotný systém pro automobilovou diagnostiku, který jednak zaručí, že elektronika vozidla sama zjistí případnou závadu, která může mít vliv na zvýšení tvorby škodlivých látek u motoru a současně umožní standardizovanou komunikaci pomocí servisního přístroje pro efektivnější nalezení a odstranění závady v servisu. Vzniklá závada je zaznamenána do vnitřní paměti v elektronické jednotce formou číslicového, nebo abecedně-číslicového kódu a může být z ní vyčtená po provedení inicializace čtení v paměti závad. Zavedený systém v naléhavých případech upozorní řidiče na závadu rozsvícením kontrolky na palubní desce. Díky rozsvícené kontrolce na palubní desce řidič dostane informaci o nutnosti vyhledat servis a provést nezbytnou kontrolu. Motor přejde do tzv. nouzového režimu na dojetí, který má zabránit vážnému poškození motoru, řídicí jednotky a dalších součástí vozidla. V případě, že ani nastavení nouzového režimu nepostačuje, je řidič informován o nutnosti okamžitě zastavit vozidlo a dále v jízdě nepokračovat, nebo v krajním případě dojde po výstraze k zastavení motoru. Cílem palubní diagnostiky je tak vedle sledování správného chodu motoru a dodržení požadovaných hodnot, zabránit jeho výraznému poškození vlivem menší závady a tím i nákladné opravě. 7

8 2. CÍL PRÁCE Cílem mé práce je názorné ukázání palubní diagnostiky, která je v posledních letech standardní a povinnou výbavou elektronicky řízených agregátů a soustav vozidla, která zabezpečují jeho důležité vlastnosti. V práci uvádím protokoly používané v diagnostice a především jsem se zaměřil na protokol OBD II a jeho evropský ekvivalent EOBD. Uvedu zde také, měření různých parametrů vozidla na válcovém dynamometru s využitím protokolu OBD II. Měření bude provedeno na voze Škoda Octavia. K dalšímu měření bude využit Ford Galaxy, na kterém bude názorná ukázka komunikace protokolu OBD II s PC pomocí převodníku ELM. 3. DIAGNOSTICKÉ PROTOKOLY 3.1 Historie Za místo, kde vznikla palubní diagnostika, můžeme označit Kalifornii (Los Angeles). Příčinnou byly zhoršující se klimatické podmínky a narůstající koncentrace automobilové dopravy. V roce 1966 Kalifornie zavedla povinné emisní kontroly vozidel, které v roce 1968 byly povinné v celé federaci. V roce 1970 byly poprvé zpřísněny emisní limity v dokumentu Clean Air Act (CAA). V témže roce byla založena agentura na ochranu životního prostředí EPA (Enviromental Protection Agency). V roce 1975 byly v USA zavedeny třícestné řízené katalyzátory do sériové výroby. V roce 1981 společnost Generals Motors (GM) vůbec jako první zavedla do sériové výroby systém emisní kontroly vozidla tzv. Computer Command Control. Od této události i ostatní firmy více i méně úspěšně zavedly různé systémy emisní kontroly. Ovšem tyto systémy nebyly mezi sebou kompatibilní. Proto roku 1985 státní instituce CARB (California Air Resource Board) schválila v Kalifornii systém regulací známých jako OBD (On Board Diagnostic). Od roku 1988 vstoupilo v platnost OBD I (v plném znění Malfunction and Diagnostic System for 1988 and Subsequent Model Year Passenger Cars, Light-Duty Trucks, and Medium-Duty Vehicles with Three-Way 8

9 Catalyst Systems and Feedback Control). Systém OBD I byl poté nahrazen OBD II, který je v USA povinný ve všech nových vozech od roku V evropských zemích nebylo znečištění ovzduší způsobené automobilovou dopravou v šedesátých a sedmdesátých letech ani zdaleka tak vysoké jako v některých státech USA. Proto také v Evropě bylo první opatření omezující provoz vozidel z hlediska emisí zavedeno až v osmdesátých letech. Vzorem pro Evropu se staly americké předpisy a normy, které byly v letech 1985 až 1989 zpracovány a upraveny mezinárodní normovací organizací ISO (International Organization for Standardization). Tak vznikla norma ISO 9141, která se v praxi téměř neuplatnila. Podle normy OBD II byla v roce 1991 vytvořena norma DIN ISO , díky které byl přizpůsoben americký systém OBD II evropským podmínkám. V dnešní době se v Evropě používá ekvivalent OBD II nazývaný EOBD. Nyní se v USA pracuje na vývoji OBD III. 3.2 OBD I OBD I byl vyvinut, aby monitoroval různé systémy vozidla, které mají vliv na složení výfukových plynů a jsou elektricky propojeny. Při zjištění závady, systém upozorní řidiče rozsvícením žluté kontrolky MIL (Malfunction Indicator Light) na palubní desce. Při rozsvícení kontrolky zároveň dochází k uložení závady do paměti řídící jednotky. Závada je uložena ve formě tzv. chybového kódu DTC (Diagnostic Trouble Codes). Čtení v paměti závad je aktivováno prostřednictvím diagnostické linky (vedení) L spojující elektronickou jednotku s diagnostickou zásuvkou automobilu. Vnitřní diagnostika typu OBD I provádí indikaci chybné funkce rozsvícením zmíněné kontrolky a vyhodnocování závad uložených v řídící jednotce pomocí tzv. blikacího kódu. Vlastní čtení umožňuje buď blikání kontrolky indikující přítomnost závady, nebo je blikací kód vyveden jako elektrický signál tvořený sledem impulzů a je přiveden z řídící jednotky k diagnostické zásuvce vozidla linkou (vedením) K. V druhém případě se čtení provádí za pomoci blikání pomocné žárovky připojené mezi vývod vedení K na zásuvce a kladným pólem akumulátoru, nebo podle výchylky ručičky voltmetru připojeného stejným způsobem. Sled impulzů je uspořádán tak, že počet záblesků v časově rozlišených skupinách nám stanoví číselný kód příslušné závady. Podle tohoto kódu se pak vyhledá v servisní příručce její druh a lokalizaci. 9

10 Hlavní funkce OBD I: Monitorování: - vstupu hlavních senzorů, - dávkování paliva, - systému recirkulace Chybové kódy (DTC) Sledování přerušení obvodů a zkratů Řízení indikační kontrolky (MIL) 3.3 OBD II Díky stálému zpřísňování emisních limitu byl značně vylepšen systém OBD I. OBD II stanovuje sledování funkcí a dílů nejen z hlediska závad, ale i z hlediska dodržení hodnot emisí. Čtení v paměti závad se neprovádí pomocí blikacího kódu, ale diagnostickým testovacím zařízením. Výrobci se také zavázali, že jejich vozidla budou po ujeté vzdálenosti mil prokazovat emisní stálost. Toto číslo postupně narostlo až na mil. Na vzniku OBD II spolupracovalo SAE. SAE International, dříve Society of Automotive Engineers, je profesní sdružení odborníků z oblasti leteckého, automobilového a dopravního průmyslu. K rychlému upozornění řidiče při vzniku závady slouží opět kontrolka MIL. Provedení kontrolky MIL může mít několik podob. Doporučené barvy podle SAE jsou žlutá, jantarová až červená. U evropských vozů je hojně používána kontrolka MIL vyobrazena jako znak motoru nebo nápis vyzývající řidiče k provedení kontroly. (Čupera, 2009) 10

11 Obr.1 Různé provedení kontrolky MIL Kontrolka může mít 3 stavy a to VYPNUTA, ZAPNUTA a BLIKAJÍCÍ. Stav ZAPNUTA, tj. rozsvícení kontrolky musí nastat při zapnutém zapalování a stojícím motoru, aby se vyloučilo její případné odpojení namísto odstranění závady. Dále se musí rozsvítit, jestliže vznikla závada nebo závady zvyšující emise na více než 1,5 násobek mezní hodnoty. Závady, zapínají stav blikání, v případě že by mohly poškodit katalyzátor. Pokud je sledovaná soustava v pořádku, nastává stav VYPNUTA, tj. kontrolka po nastartování motoru zhasne a dále nesvítí. Můžou vzniknout i závady, které jsou zaznamenány v paměti vlastní diagnostiky, ale kontrolka se trvale nerozsvítí. (Ferenc, 2000) Rozdělení typu závad: Typ A Závady typu A patří mezi nejzávažnější. Kromě rozsvícení kontrolky emisí (MIL) si systém OBDII také uloží do paměti podmínky, za kterých se závada vyskytla (freeze frame). Typ B Závady typu B patří mezi méně závažné a musí se vyskytnout nejméně jednou na dvou po sobě jdoucích cyklech. V případě splnění podmínek rozsvícení kontrolky emisí (MIL) si systém OBDII také uloží do paměti podmínky, za kterých se závada vyskytla (freeze frame). Typ C Závada neovlivňuje přímo emisní systém. Může se rozsvítit kontrolka emisí (MIL) nebo jiná varovná kontrolka. Typ D 11

12 Závada neovlivňuje přímo emisní systém. Tato závada nikdy nemůže způsobit rozsvícení kontrolky emisí. K trvalým závadám emisních soustav, při nichž se kontrolka zapíná, patří zejména ty, u kterých mezní hodnota emise je zvýšena o více než na již uvedený 1,5 násobek. Jsou to následující případy: závada jednoho z prvků řízení motoru nebo převodovky, spojeného s řídící jednotkou; některý z takových dílů může způsobit zhoršení emisí nejméně o 15 %, buď překročením mezních hodnot specifikovaných v počítači řídící jednotky, nebo předáním nevěrohodných signálů ze snímače s ním spojeného; menší stárnutí katalyzátorů způsobí zhoršení emisí v jednom jízdním cyklu nad mezní hodnotu; výpadky spalování, které by mohly v mezním případě poškodit katalyzátor; lambda regulace není v činnosti během stanovené doby po startu; soustava pohlcování odpařovaného paliva překračuje definované úniky, nebo když nelze zjistit žádný proud vzduchu procházející soustavou; řízení motoru nebo převodovky přejde do nouzového režimu, v němž jsou příprava směsi paliva se vzduchem a zapalování udržovány náhradními veličinami a nouzovými funkcemi v takovém stavu, aby byla umožněna další jízda s méně příznivými vlastnostmi. Když se kontrolka emisí (MIL) rozsvítila, zůstane svítit do té doby, dokud příslušná součást neprojde třemi po sobě následujícími testy v pořádku. Pokud je např. zjištěna závada P0300 (výpadek zapalování nebo problém tvorby směsi), pak kontrolka bude svítit, dokud systém si sám neotestuje, že za podobných podmínek (otáčky a zátěž) již k závadě nedochází. To je důvod, proč po opravě kontrolka MIL nezhasne. Vymazání paměti závad nebo odpojování jednotky od napětí nepomůže, pokud problém nebyl skutečně odstraněn. 12

13 Hlavní funkce OBD II: Kontinuální sledování a testy Rozšířená diagnostika kyslíkových sond Sledování systému recirkulace Detekce vynechávání zapalování Rozšířená diagnostika palivového systému Monitorování účinnosti katalyzátoru Monitorování funkce odvzdušnění palivové nádrže Sledování přístupu sekundárního vzduchu Odvzdušnění klikové skříně Změna v ovládání kontrolky MIL Standardizace - Datový tok po komunikační lince - Chybové kódy DTC - Diagnostický přístroj - Diagnostické rozhraní (připojení) 3.4 EOBD Tento systém je vlastně evropská verze OBD II. Z technického hlediska se tyto verze od sebe neliší, případně jen minimálně. Hlavní rozdíl spočívá v platnosti a uvedení do legislativy. Evropský parlament, podporovaný MVEG (Motor Vehicle Emission Group), navrhl, aby byla vytvořena evropská směrnice, která v Evropské unii závazně zavede systém podobný OBD II. Vznikla tak směrnice 98/69/ ES, která byla schválena roku 1998 s platností od roku OBD II byl platný hned po uvedení a vztahoval se na všechny typy vozidel (osobní i užitková) bez ohledu použití motoru (zážehový, vznětový). Naproti tomu u EOBD byli zavedeny termíny platnosti podle rozlišení typu vozidla a celkové hmotnosti, ale také rozlišení podle typu spalovaného paliva. 13

14 Termíny aplikace EOBD: Zážehové motory: - od 1. ledna 2000 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1a N1 kategorie I (< 2500 kg) - od 1. ledna 2001 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie I (< 2500 kg) - od 1. ledna 2001 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1a N1 kategorie II a III (> 2500 kg) - od 1. ledna 2002 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie II a III (>2500 kg) od 1. ledna 2001 všechna nová vozidla s novým Vznětové motory: - od 1. ledna 2003 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1(< 6 sedadel a < 2500 kg) - od 1. ledna 2004 všechna nová vozidla skupiny M1 (do 6 sedadel a < 2500 kg) - od 1. ledna 2005 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1a N1 kategorie I (do 6 sedadel) - od 1. ledna 2006 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie I (do 6 sedadel) - od 1. ledna 2006 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1a N1 kategorie II a III (> 2500 kg) - od 1. ledna 2007 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie II a III (>2500 kg) (Čupera, 2009) 3.5 Hlavní funkce OBD II/ EOBD Diagnostika funkce katalyzátoru Stav katalyzátoru je diagnostikován porovnáním signálu kyslíkových sond (lambda sond). Jedna lambda sonda je obvykle umístěna před katalyzátorem, druhá se umísťuje za katalyzátor. Poměr signálů lambda sond se musí pohybovat v určeném rozmezí, jinak je vyhodnocena závada a uložena do paměti. Zestárnutí lambda sondy 14

15 (prodloužení odezvy) před katalyzátorem je řídicí jednotka schopna rozeznat a korigovat. Rozeznání se provádí tak, že jednotka neustále lehce kolísá mezi chudou a bohatou směsí a přitom sleduje odezvy na lambda sondě za katalyzátorem. Srovnáním signálu obou lambda sond se určí množství kyslíku spotřebovaného katalyzátorem na jeho činnost. Při stanovení stavu se obvykle vychází z redukce nespálených uhlovodíků CH x, přičemž účinnost plně funkčního katalyzátoru je při stechiometrii cca 95 % a při 65 % účinnosti je už stav vyhodnocen jako závada. Překročení určité doby regulace je vyhodnoceno jako závada. Příčinou může být kromě vadné lambda sondy za katalyzátorem, také zestárnutí lambda sondy před katalyzátorem, nízká účinnost katalyzátoru nebo falešný vzduch. Činnost se dále kontroluje během akcelerace (bohatší směs) a decelerace (směs bez paliva). Obr.2 Průběhy signálů lambda sond 15

16 3.5.2 Diagnostika kyslíkových sond Kyslíková sonda (lambda sonda) se používá k zjištění množství kyslíku ve spalinách (před i za katalyzátorem). Funkce samotné lambda sondy se posuzuje podle průběhu jejího signálu po zahřátí na potřebnou provozní teplotu. Tento signál patří u OBD II k hlavním a sledují se základní parametry: 1. Čas odezvy Řídící jednotka sleduje na sondě před katalyzátorem dobu odezvy při přechodu z bohaté směsi na chudou (i obráceně). Tento proces je prováděn kontinuálně, resp. řídicí jednotka takto testuje dle naprogramovaného algoritmu funkci snímače. Obr.3 Odezvy lambda sondy 16

17 2. Čas odezvy v průběhu Rozšíření času odezvy o sledování signálu během regulačního zásahu a současné sledování maximální a minimální hodnoty výstupního napětí.(čupera,2009) Obr.4 Čas odezvy v průběhu 3. Čas aktivace K dosažení potřebné teploty vyhodnocuje ECU (řídící jednotka) čas vyhřívání studené lambda sondy Adaptace Kromě výše uvedených testu kyslíkových sond a katalyzátoru se dále provádějí korekce na okolní a časové vlivy. V podstatě se jedná o sledování regulační smyčky s následnými dopočty k poměru vzduch/palivo a to v celém systému. Především je 17

18 zahrnut vliv opotřebení např. vstřikovačů nebo různých netěsností. Adaptace můžeme rozdělit podle doby na adaptace krátkodobé, po vypnutí zapalování se korekční faktor vymaže nebo o adaptace dlouhodobé, kdy se zaznamenaný součinitel zapíše do trvalé paměti. ECU zaznamená chybu při překročení limitu 20 % od normované hodnoty uložené v řídicí jednotce.(čupera, 2009) Obr.5 Adaptace netěsnosti sání 18

19 3.5.4 Systém sekundárního vzduchu Přifukováním sekundárního vzduchu je účinné pouze po startu a ve fázi zahřívání. Do výfukového potrubí je přiveden vzduch, který snižuje obsah škodlivých látek CO a HC. Při dodatečné oxidaci vzniká teplo, které slouží k rychlejšímu zahřátí katalyzátoru na provozní teplotu. Přifukování sekundárního vzduchuje po startu a při zahřívání je důležité, protože motor pracuje s bohatší směsí a v jeho výfukových plynech není pro tuto exotermickou reakci dostatek kyslíku. Na obrázku 6 je znázorněno porovnání koncentrací CO a HC po studeném startu motoru s využitím systému sekundárního vzduchu (křivka 2) a bez něj (křivka 1). Kontrola funkce systému sekundárního vzduchu se provádí u systému s EOBD a OBD II (USA) rozdílným způsobem. U systému OBD II se tato funkce monitoruje pomocí lambda sondy, kdy ECU očekává nízké hodnoty lambda. Během této doby je vyřazena z okruhu lambda regulace. U EOBD se navíc zjišťují parametry dmychadla a ovládacího ventilu (zdvih v %). (Růžička; Bosch,2001) Obr.6 Vliv systému sekundárního vzduchu na emise 19

20 3.5.5 Sledování recirkulace spalin (EGR) Výhradním účelem recirkulace spalin je, aby se v určitých provozních stavech přimíchaly do směsi vzduch-palivo výfukové plyny, tím dojde k snížení obsahu kyslíku, který vede k snížení teploty spalování ve spalovacím prostoru. Při poklesu maximálních spalovacích teplot dochází k redukci emisí NO x. Při stejném plnění válce čerstvým vzduchem je recirkulací spalin dosaženo většího celkového naplnění válce. Motor díky tomu musí být méně škrcen škrticí klapkou, aby bylo dosaženo určitého točivého momentu. Důsledkem je snížení spotřeby paliva a zvýšení účinnosti. Pro ovládání recirkulace spalin se v současnosti nejčastěji používají pneumatické systémy, které v závislosti na množství vzduchu, poloze škrticí klapky, tlaku v sání nebo protitlaku ve výfuku přivádějí zpět odpovídající množství výfukových plynů. Nejčastěji se používá recirkulace spalin ve spojení s tzv. ventilem recirkulace spalin, nazývaným také EGRventil (Exhaust Gas Recirculation). U ventilu přepouštění je regulační veličinou podtlak v sání (MAP) nebo množství nasátého vzduchu (MAF) spolu s otáčkami motoru. Recirkulace se provádí vždy při zahřátém motoru (>60 C) a neprobíhá ve volnoběhu. Sledování funkce systému recirkulace spalin probíhá nejčastěji dvěma způsoby. U prvního způsobu je sledován signál MAP nebo MAF při deceleraci motoru. Druhý způsob vyžaduje snímač teploty, který je integrován do ventilu recirkulace spalin. U zavřeného ventilu je měřená teplota blízká teplotě nasávaného vzduchu. U otevřeného ventilu teplota vzrůstá a závisí na množství zpětně vedených výfukových plynů. Měřením teploty tak lze ověřit správnou funkci systému recirkulace spalin. Obr.7 Funkce recirkulace spalin 20

21 3.5.6 Sledování výpadků ve spalování Výpadky ve spalování nastávají v okamžiku, když nedochází v některém válci ke spalování. Může k tomu dojít vlivem chybné funkce zapalování, přípravy směsi nebo mechanické závady. Důsledkem výpadků ve spalování může dojít ke zvýšení emisí škodlivých látek ve výfukových plynech a také vlivem vysokých teplot může dojít až k nenávratnému poškození katalyzátoru. Teploty nad 1400 C vedou k úplnému zničení katalyzátoru, protože dojde k roztavení nosného materiálu. Sledování výpadku ve spalování spočívá v tom, že v okamžiku výpadku dochází k poklesu úhlové rychlosti klikové hřídele. Řídicí jednotka sleduje příslušným snímačem úhlovou rychlost klikové hřídele. Každému válci je přiřazen stejný počet impulzů, které za čas tvoří jeden cyklus. Při stejné délce cyklu pro všechny válce, pracuje motor rovnoměrně. Při výpadku spalování dojde k prodloužení doby cyklu příslušného válce. Nerovnoměrné otáčení klikové hřídele však kromě výpadků ve spalování může způsobit závady v mechanice motoru, stejně jako nerovný povrch vozovky, použití sněhových řetězů nebo nestandardní chování řidiče. Tyto uvedené příčiny změny úhlové rychlosti je nutno odlišit od výpadků ve spalování. K jejich identifikaci lze např. použít snímače zrychlení na karoserii nebo velmi podrobné analýzy signálu ze snímače klikové hřídele. Výpadky ve spalování jsou řídicí jednotkou rozpoznány během jedné otáčky klikové hřídele. Jejich vyhodnocování probíhá ve dvou časových úsecích, které se liší počtem vykonaných otáček motoru. Pokud je zjištěn výpadek ve spalování v cyklu odpovídajícím 200 až 1000 otáčkám klikové hřídele, hrozí vážné nebezpečí poškození katalyzátoru. Je vypnuta dodávka paliva do příslušného válce, vypnuta lambdaregulace, závada je uložena do paměti a řidiči je tento stav signalizován blikáním kontrolky (MIL). Pokud nebezpečí výpadku pominulo a poškození katalyzátoru již nehrozí, přejde blikání kontrolky do trvalého svícení. Při následném startu je dodávka paliva a lambda-regulace opět obnovena. Pokud je výpadek ve spalování zjištěn v cyklu, během kterého motor provedl 1000 až 4000 otáček, hrozí nebezpečí zvýšení emisí škodlivých látek. Tato závada je nejprve uložena do paměti řídicí jednotky. Pokud je v následujícím cyklu opět zjištěn výpadek ve spalování, je navíc rozsvícena kontrolka (MIL). Do paměti bude uložena další závada, pokud během dalších 80 cyklů (jeden cyklus odpovídá 1000 až 4000 otáčkám)došlo k výpadku za obdobných provozních podmínek.(ferenc, 2000) 21

22 Obr.8 Vliv povrchu vozovky na zrychlení klikové hřídele 22

23 3.5.7 Sledování systému odvzdušnění palivové nádrže Vlivem teploty okolí a vlivem ohřátého přebytečného paliva, které se do nádrže vrací zpětným vedením palivového systému, dochází v palivové nádrži k odpařování paliva. Zanedbatelný není ani vliv poklesu tlaku okolí, lze sledovat např. při jízdě do kopce s velkým výškovým převýšením. U starších motorových vozidel se dostávalo toto palivo do atmosféry v plynné formě přes odvzdušnění palivové nádrže a případné netěsnosti. U klasických systémů řízení motoru byly výpary benzinových par z palivové nádrže pohlcovány v nádobce s aktivním uhlím a v určitých režimech motoru přiváděny do sacího potrubí motoru a následně spalovány. Vlivem stárnutí a mechanických poškození však docházelo k netěsnostem, jejichž důsledkem bylo odpařování paliva do atmosféry. Díky tomu nebyly v praxi přísné normy pro emise uhlovodíků dodržovány. U systému řízení motorů s OBD II je proto systém odvzdušnění navržen tak, aby bylo možné upozornit na jeho netěsnost. Norma EOBD tento velmi přísný požadavek výrobcům vozidel nepředepsala. Ovšem někteří evropští výrobci tento požadavek splňují. Plynné výpary paliva jsou u stojícího motoru zachycovány pomocí filtru s aktivním uhlím. Palivová nádrž je spojena se sacím potrubím regeneračním ventilem. Při běžícím motoru se regenerační ventil otevře a výpary paliva se pod tlakem vyvolaným v sacím potrubí odsávají z filtru s aktivním uhlím. V důsledku toho je aktivní uhlí regenerováno a opět připraveno pro uložení benzinových výparů. Výpary paliva pocházející z filtru s aktivním uhlím jsou součástí nasávaného poměru palivovzduch a jsou tak zahrnuty do lambda-regulace. Kontrola těsnosti systému odpařování paliva se provádí 1x za jízdní cyklus. Přitom se uzavře uzavírací ventil a současně se otevře regenerační ventil. V důsledku toho je celý systém odpařování paliva připojen na podtlak sacího potrubí. Potom se regenerační ventil znovu uzavře. V palivové nádrži je snímač rozdílového tlaku, z jehož signálu se vyhodnocuje nejen funkce soustavy, ale i její případné netěsnosti. Tento systém vyžaduje pojistný ventil ve víku palivové nádrže, aby se zamezilo případným přetlakům, nebo podtlakům, pokud nebude pracovat správně jeden z obou ventilů (uzavírací nebo regenerační). Systém odvzdušnění palivové nádrže je u systému OBD II označen jako vadný, pokud dochází k úniku odpovídajícímu otvoru s průměrem 1 mm pro vozidla od modelového roku 1995 a 0,5 mm pro vozidla od modelového roku

24 3.5.8 Chybové kódy (DTC) Chybové kódy (kódy poruch) jsou normovány ISO/SAE, tzn., že všichni výrobci vozidel používají identické chybové kódy. Chybový kód je vždy prezentován 5místnou alfanumerickou hodnotou např. P0100. Kódy skupiny P0xxx jsou zadané ISO/SAE tudíž nezávislé na výrobcích. Kódy skupiny P1xxx jsou pro výrobce volně volitelné. Kódy jsou rozděleny do několika kategorií podle funkčních skupin: B pro karoserii (Body) C pro podvozek (Chassis) P pro hnací ústrojí (Powertrain) U pro síťové systémy (Undefinided) Pro systém OBD II je zásadní pouze kód P (pohon), který je systémem vyžadován. Druhé místo udává podskupinu pro normovaný kód ISO/SAE P0xxx nebo normovaný kód výrobce P1xxx. Konstrukční jednotka, u které vznikla porucha, je označena na třetím místě. Čtvrté a páté místo označují lokalizovanou jednotku systému (01 až 99).(Vlk, 2005) 24

25 Tab.1 Přehled chybových kódů Obr.9 Popis chybového kódu P0xxx P01xx P02xx P03xx P04xx P05xx P06xx P07xx P08xx P09xx P00xx P1xxx P11xx P12xx P13xx P14xx P15xx P16xx P17xx P18xx P19xx P20xx Kódy nezávislé na výrobci (pod ISO/SAE) Odměřování vzduchu nebo paliva Odměřování vzduchu nebo paliva Systém zapalování, poruchy zapalování Přídavné zařízení pro snížení emisí Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály Palubní počítač a ostatní výstupní signály Převodovka Převodovka Volné pro ISO/SAE Volné pro ISO/SAE Kódy zadávané výrobcem (volně volitelné) Odměřování vzduchu nebo paliva Odměřování vzduchu nebo paliva Systém zapalování, poruchy zapalování Přídavné zařízení pro snížení emisí Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály Palubní počítač a ostatní výstupní signály Převodovka Převodovka Kategorie ISO/SAE Kategorie ISO/SAE Data Freeze frame, tj. data okolního prostředí, ve kterém vznikla porucha a za jakých podmínek. Data se vztahují na poruchu, která jako první aktivovala kontrolku emisí (MIL). Pod těmito daty se rozumí ta data, která byla uložena při prvním zjištění 25

26 poruchy. Data okolního prostředí se v paměti poruch přepíší jen tehdy, jestli jde o poruchu při přípravě směsi nebo vynechávání zapalování, které poškozují katalyzátor, protože tyto poruchy mají vyšší prioritu Komunikace Mezi generacemi OBD lze sledovat značné množství změn. Tou největší je komunikace. Komunikaci mezi testerem a řídící jednotkou si lze představit jako komunikaci mezi PC (tester) a serverem (ECU). Obr.10 Komunikační vrstvy pomocí OSI Úlohou modelu OSI je poskytnout základnu pro vypracování norem pro účely propojování systémů. V našem případě jde o propojení systému tester ECU. Model OSI definuje a seskupuje logické funkce informačního toku. Tyto funkce byly seskupeny do sedmi vrstev. Každá vrstva zastupuje skupinu souvisejících logických funkcí. Pomocí modelu jsou definovány celkové funkce každé vrstvy a její vztah s vyššími a nižšími vrstvami. Ovšem model OSI nedefinuje metody komunikace. Ty obstarávají komunikační protokoly, které definují pravidla, podle kterých se informace v síťových systémech vyměňují. Rozdělení vrstev: 26

27 Vrstva č.1 Fyzická (physical layer): bitový proud je přenášen sítí na elektrické a mechanické úrovni. Poskytuje hardwarové prostředky pro odesílání a přijímání dat. Aktivuje, udržuje a deaktivuje fyzické spoje mezi koncovými systémy. Vrstva č.2 Datová (link layer): Poskytuje spojení mezi dvěma sousedními systémy. Uspořádává data z fyzické vrstvy do logických celků známých jako rámce (frames). Seřazuje přenášené rámce, stará se o nastavení parametrů přenosu linky, oznamuje neopravitelné chyby. Formátuje fyzické rámce, opatřuje je fyzickou adresou a poskytuje synchronizaci pro fyzickou vrstvu. V této vrstvě se zařízení zajímají o dvě základní informace. Proto jsou zde definovány dvě podvrstvy. První je MAC (Media Access Control) definující jedinečné vlastnosti určitého fyzického prostředku (funkce fyzického adresování). Druhá je LLC (Logical Link Control), pomocí které je definován způsob použití linky, synchronizaci rámců, řízení toku a kontrolu chyb. Vrstva č.3 Síťová (network layer): tato vrstva se stará o směrování v síti a síťové adresování. Poskytuje spojení mezi systémy, které spolu přímo nesousedí. Síťová vrstva poskytuje funkce k zajištění přenosu dat různé délky od zdroje k příjemci skrze jednu případně několik vzájemně propojených sítí při zachování kvality služby, kterou požaduje přenosová vrstva. Vrstva č.4 Transportní (transport layer): tato vrstva zajišťuje přenos dat mezi koncovými uzly. Jejím účelem je poskytnout takovou kvalitu přenosu, jakou požadují vyšší vrstvy. Musí také zajistit transport chyb. Vrstva č.5 Relační (session layer): Smyslem vrstvy je organizovat a synchronizovat dialog mezi spolupracujícími relačními vrstvami obou systémů a řídit výměnu dat mezi nimi. Umožňuje vytvoření a ukončení relačního spojení, synchronizaci a obnovení spojení, oznamovaní výjimečných stavů. Vrstva č.6 Prezentační (presentation layer): Funkcí vrstvy je transformovat data do tvaru, který používají aplikace (šifrování, konvertování, komprimace). Formát dat (datové struktury) se může lišit na obou komunikujících systémech, navíc dochází k transformaci pro účel přenosu dat nižšími vrstvami. Vrstva č.7 Aplikační (application layer): Účelem vrstvy je poskytnout aplikacím přístup ke komunikačnímu systému a umožnit tak jejich spolupráci. 27

28 Mezi řídicí jednotkou a diagnostickým zařízení můžeme průběh komunikace zjednodušeně popsat následovně: uživatel testeru stiskem tlačítka vyvolá událost, která získá svoji podobu podle komunikačního protokolu a stane se z ní zpráva. transportní vrstva rozhodne o způsobu a množství segmentace zprávy a odešle data síťové vrstvě, síťová vrstva roztřídí segmenty do paketů pro přechod na datovou vrstvu, datová vrstva rozdělí pakety do rámců, které jsou odeslány na fyzické médium. U palubní diagnostiky je úkolem fyzické vrstvy přenos elektrického signálu z řídicí jednotky do diagnostického testeru a naopak. Podle použité normalizace jsou specifikovány elektrické úrovně signálu, jejich dynamika, časy mezi signály ať již při vlastní načtení komunikace nebo dále při přenosu dat mezi testerem a jednotkou Fyzická vrstva SAE J1850 Norma SAE J1850 definuje tři základní typy komunikace Class A, Class B (dvě varianty) a Class C. Norma SAE J1850 se nezabývá pouze komunikací mezi řídicí jednotkou a diagnostickým testerem, ale zabývá se i přenosem a výměnou dat mezi řídicími jednotkami navzájem či jednotkou a snímačem. Jak je vidět z označení jako první byl uveden Class A. Tato specifikace uvádí rychlost pod 10 kbps, sloužil především k přenosu dat mezi senzory a ECU. Class B VPW (Variable Pulse Width Modulation), který používá automobilka GM a Chrysler komunikuje rychlostí 10,4 kb/s. Class B VPW (Variable Pulse Width Modulation) z pohledu fyzické vrstvy disponuje maximální délkou sítě 35 m + 5 m vedení mimo vůz, dále ve standardním provedení je nejvíce 32 uzlů pro jednotku či kontroler s parametry 10,6 kω ohmického odporu a kapacitou 470 pf. Měření probíhá pomocí diagnostického konektoru DLC (SAE 1962) a minimální hodnota ohmického odporu je 10,6 kω a kapacita by neměla přesáhnout 500 pf (bus vedením a signálovým vedením, příp. zemí). Druhá varianta Class B je PWM (Pulse Width Modulation), kterou používá společnost FORD (pod vlastním označením SCP Standard Corporate Protocol) s rychlostí 41,6 kb/s. Class B (VPW, PWM) již umožňuje komunikační rychlost vyšší než 100kbps a snižuje celkové zatížení 28

29 sběrnice (dnes nejpoužívanější u amerických výrobců). Class C komunikuje rychlostí až 1 Mbits a jako síťový standard používá CAN (Control Area Network). Ve stádiu návrhu je Class D. Komunikace by měla probíhat rychlostí až 10 Mbits Fyzická vrstva ISO 9141, ISO Jak bylo zmíněno výše, norma ISO 9141 byla přijata v roce 1989 jako standard výměny dat ve vozidle. Aby splňovala podmínky CARB byla v roce 1994 upravena a dostala označení ISO Roku 1998 se harmonizovala se SAE J1978 (OBDII Scan Tool) v komunikaci mezi testerem a ECU. ISO (r. 1999) je téměř totožná, rozdílem je pouze specifikace na 24V rozvod ve vozidle. Protokol dostal název KWP 2000 (Keyword Protocol 2000). Ten definuje fyzickou vrstvu kompatibilní s ISO 9141, redefinuje způsob inicializace komunikace (tzv. slowinit), zavádí novou metodu rychlé inicializace komunikace (tzv. fastinit), definuje formát přenášených dat a základní příkazy pro komunikaci. ISO 9141, resp udává několik možností zapojení tzv. K a L linek, jedná se o systémy s diagnostickým vedením K (obr. 11) a dále s diagnostickým vedením K a L, resp. KKL (dual K line). Obr.11 Systém vedení ISO

30 Datová a aplikační vrstva U systému OBD II je nejsložitějším článkem celého provedení datová a aplikační vrstva. Pro pochopení této problematiky nám jako vzor poslouží americký standard SAE J1850 v provedení VPW. Standard SAE J1850 popisuje řízení přístupu, který je nazýván jako proces Arbitration. V podstatě určuje uzly (dva nebo více) které mohou začít ve vysílání dat, v případě že oba či všechny síťové uzly začnou vysílat simultánně. Sběrnice pod J1850 je asynchronní, bez nadřazených uzlů, resp. kontrolerů a využívá principu peer-to-peer, tedy z bodu do bodu. Základní vlastností je podpora CSMA/CR, to znamená, že je všem uzlům na propojovacím vedení přiřazeno identifikační číslo či kód priority. Při výskytu kolize jeden z uzlů pokoušejících se vysílat současně dostane prioritu vysílat podle identifikačního čísla či kódu priority. Předtím než některý z uzlů chce vysílat, tak v prvním kroku dojde k přenastavení času. Pokud je sběrnice vytížena, tak uzel, který naslouchá, čeká do doby před opakováním, než je telegram na síti kompletní. Tento proces se nazývá CS (Carrier Sense). Protože je J1850 založena na principu sítě peer2peer, pak je zajištěn vícenásobný přístup MA (Multiple Access). Obr. 12 znázorňuje situaci, kdy některý z uzlů ztratí řízení přístupu, neboť hodnota byla na logické nule, tedy pasivní. (Čupera, 2009) Obr.12 Řízení přístupu 30

31 Přenášená data přes sběrnici musí mít zajištěn určitý, přesně definovaný, tvar. Obecně se nazývá zpráva, rámec či telegram (anglicky Message Frame). Obrázek 13 nám znázorňuje, jak vypadá základní složení zprávy. Obr.13 Základní složení zprávy Na obrázku je vidět, že první součástí je pole SOF (Start Of Frame). SOF se spustí na začátku každé zprávy v definované době, která je pro procesy řízení přístupu (Arbitration) a CS (Carrier Sense) klíčovou věcí. Standard SAE J1850 jako startovací symbol udává vysoký potenciál po dobu 200 µs. V dalším kroku je odeslána hlavička, která je pro uzel přijímající data křížovou informací. V tabulce 2 a 3 je uvedeno složení hlavičky. Dále zpráva obsahuje vlastní sdělení v datovém poli. Ve zprávě se vyskytuje ještě kontrolní mechanismus nazývaný CRC (Cyclical Redundancy Check), ten nese polynomický výpočet z bitů zprávy. Poté se zpráva uzavírá. Existuje ještě rozšířená oblast zprávy, která přidává další atributy do zprávy. Tab.2 Hlavička zprávy Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 P 2 P 1 P 0 H-Bit K-Bit Y-Bit Z 1 Z 0 31

32 Tab.3 Složení hlavičky Bit Označení Hodnota Vysvětlení PPP Priorita zprávy Vyšší priorita Nižší priorita H Typ hlavičky 0 1 Tříbajtová Jednobajtová K Odezva (In Frame Response IFR) 0 1 IFR vyžadováno IFR nepoužito Y Adresní mod 0 1 Funkční adresování Fyzické adresování 00 ZZ Specifický typ zprávy Vztahuje se k bitům K a Y Testovací módy Diagnostický protokol OBD II je definován normou SAE J1979. Při navozování komunikace s kompatibilní jednotkou má požadavek či odpověď na požadavek délku 7 bitů. První bit vždy obsahuje hlavičku testovacího režimu, který se nazývá parametr identifikace používají se zkratky SID nebo PID. Následující obsah zprávy se mění v závislosti na testovacím režimu (módu). Testovacích módů je celkem 9. Prvních 5 testovacích módů je určeno pro kontrolu emisí, zbytek s emisemi víceméně taktéž souvisí. V Tab.5 jsou uvedeny jednotlivé módy s popisem. 32

33 Tab.4 Popis vybraných PID PID Popis Min Max Rozlišení 0 1 Standardní PIDY, MIL-Status, počet dostupných chybových kódů bitově (výčet podporovaných systémů) 4 Bajty (bitově) 2 DTC Freeze Frame 2 Bajty 3 Status vstřikování 2 Bajty (bitově) aktivní, pasivní, smyčka 4 Vypočtená hodnota zatížení 0% 100% 100/255 % 5 Teplota chladící kapaliny -40 C +215 C 1 C s -40 C ofsetem 6 Krátkodobé adaptace paliva řada 1-100% 99,22% 100/128 % 07 Dlouhodobé adaptace paliva řada 1-100% 99,22% 100/128 % 08 Krátkodobé adaptace paliva řada 2-100% 99,22% 100/128 % 09 Dlouhodobé adaptace paliva řada 2-100% 99,22% 100/128 % 0A Tlak paliva 0 kpa 765 kpa 3 kpa na Bit 0B Absolutní tlak v sacím potrubí 0 kpa (absolutní) 255 kpa (absolutní) 1 kpa na Bit 0C Otáčky motoru 0 min ,75 min -1 Bit 0,25 ot/min na 0D Rychlost 0 km/h 255 km/h 1 km/h na Bit 0E 0F Předstih (předvstřik) ,5 Teplota nasávaného vzduchu -40 C +215 C 0,5 s 0 při C s -40 C ofsetem 10 Průtokový poměr MAF senzoru 0 g/s 655,35 g/s 0,01 g/s 33

34 11 Poloha škrtící klapky 0% 100% 100/255 % 12 Systém sekundárního vzduchu bitově kódováno 13 Uspořádání lambdasond bitově kódováno 14 Napětí na lambdosondě řada 1, senzor 1 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 1, senzor 1-100% 99,22% 100/128 % 15 Napětí na lambdosondě řada 1, senzor 2 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 1, senzor 2-100% 99,22% 100/128 % 16 Napětí na lambdasondě řada 1, senzor 3 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 1, senzor 3-100% 99,22% 100/128 % 17 Napětí na lambdasondě řada 1, senzor 4 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 1, senzor 4-100% 99,22% 100/128 % 18 Napětí na lambdasondě řada 2, senzor 1 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 2, senzor 1-100% 99,22% 100/128 % 19 Napětí na lambdasondě řada 2, senzor 2 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 2, senzor 2-100% 99,22% 100/128 % 1A Napětí na lambdasondě řada 2, senzor 3 0 V 1,275 V 0,005 V Krátkodobá adaptace paliva řada 2, senzor 3-100% 99,22% 100/128 % 34

35 Tab.5 Testovací módy MOD Popis 1 Skutečné hodnoty 2 Freeze Frames (provozní podmínky při vzniku závady) 3 Zapsané DTC 4 Výmaz DTC 5 Výsledky testů lambdasond (nejsou-li všechny Readiness) 6 Výsledky kontinuálních testů kontrolních systémů 7 Výsledky přerušovaných testů kontrolních systémů - sledování sporadických závad 8 Kontrolní modus (využívá výrobce) 9 Informace o vozidle (VIN, CVN atd.) Mód 1 Představuje nejobsáhlejší diagnostický režim OBD. Umožňuje vyčíst z řídicí jednotky informace o stavu systému, hodnoty analogových vstupních a výstupních signálů (např. signál lambda sondy), hodnoty digitálních vstupních a výstupních signálů (např. spínač volnoběhu), stavové informace systému (např. nastavení automatická či manuální převodovka, přítomnost/nepřítomnost klimatizace) a výsledky výpočtů prováděných řídicí jednotkou (např. dobu vstřiku). 35

36 Mód 2 Freeze Frames data informují o stavu jednotlivých komponent v momentě, kdy došlo k uložení kódu chyby do paměti závad. Každá uložená závada má hodnotu, která vyjadřuje závažnost závady. Tab.6 Hodnoty komponent freeze frame Číslo Význam 1 Chyba má silný vliv na jízdní vlastnosti, okamžité zastavení provozu je nutné 2 Chyba vyžaduje okamžitý servisní zásah 3 Chyba nevyžaduje okamžitý servisní zásah, ale měla by být opravena při následující servisní prohlídce 4 Je doporučeno, aby chyba byla odstraněna, mohla by mít vliv na jízdní vlastnosti 5 Chyba nemá žádný vliv na jízdní vlastnosti 6 Chyba se projeví na jízdních vlastnostech po delším časovém úseku 7 Chyba má vliv na komfortní funkce, ale neovlivňuje přímo jízdní vlastnosti 8 Obecné (všeobecné) podmínky Mód 3 Systém OBD II/EOBD se od klasického řídicího systému motoru liší také postupem zápisu a ověřování vzniklých závad. Aby se zejména u komplikovaných závad zabránilo falešnému poplachu rozsvícením, případně blikáním kontrolky MIL, má řídicí jednotka systému OBD II dvě paměti závad. Pokud vznikne závada, jejíž rozpoznání a ověření vyžaduje delší časové období, je závada zapsána do paměti sporadických, přesněji nepotvrzených závad (viz mód 7). Kontrolka MIL není aktivována. Pokud je výskyt závady zapsané do paměti sporadických závad během následujících jízdních cyklů řídicí jednotkou ověřen, dojde k přepisu příslušného chybového kódu do tzv. paměti potvrzených závad (mód 3) a je aktivována kontrolka MIL. Pokud dojde ke vzniku jasně definované závady (např. přerušení el. obvodu či zkratu) nebo ke vzniku závady, jejímž důsledkem je podstatné zhoršení emisního 36

37 chování vozidla, je tato chyba okamžitě zapsána do paměti potvrzených závad a je aktivována kontrolka MIL. Mód 4 V tomto módu může být vymazána paměť potvrzených závad. Pokud bude tento krok proveden, dojde současně k vymazání: o provozních podmínek (mód 2), o paměti potvrzených závad (mód 3), o zvláštních měřených hodnot v módu 5, o potvrzení o přezkoušení sporadicky kontrolovaných systémů. Mód 5 V tomto módu jsou zobrazeny hodnoty naposledy provedeného testu lambdasond. Jsou zde uložena data jako prahová napětí, přechodové časy, maximální a minimální napětí. Mód 6 V tomto módu mohou být zobrazeny naměřené hodnoty a předepsané rozsahy u kontinuálně nesledovaných systémů. Hodnoty zobrazené v módu 6 nejsou definovány normou, ale jsou specifikovány samostatně jednotlivými výrobci vozidel. Obsah módu 6 se proto u vozidel různých výrobců liší. 37

38 Mód 7 V tomto módu může být vyčtena paměť nepotvrzených závad, které mohou negativně ovlivnit emisní chování vozidla. Jak již bylo uvedeno u módu 3, jsou zde uloženy ještě nepotvrzené závady, jejichž existenci řídicí jednotka prověřuje v dalších jízdních cyklech. Mód 8 Je připraven pro provádění cílených testů, aktivaci akčních členů a speciálních funkcí. Vyhrazen pro výrobce. Mód 9 V módu 9 jsou zobrazeny kódy VIN, CIN a CVN: VIN (Vehicle Identifikation Number) např. 17místné číslo karoserie; CIN (Calibration Identification Number) 3 písmena a max. 12 čísel udávají stav hardwaru a softwaru. CVN (Calibration Vertification Number) jedna nebo více 4bitových hodnot (např. kontrolní součty) Readiness kód Readiness kód (kód připravenosti, pohotovostní kód) je osmimístné číslo, které vyjadřuje stav trvale kontrolovaných komponent, které by se v případě poruchy podílely na zvýšení emisních hodnot. Komponenty mohou nabýt jen dvou hodnot (0 nebo 1). Hodnota 0 nám určuje, že komponent prošel úspěšným testování palubní diagnostiky, jeho funkce nemá závadu. Hodnota 1 určuje, že komponent neprošel testem, tudíž 38

39 poukazuje nám na chybu systému. Pořadí hodnot v osmimístném kódu je neměnitelné. Čte se vždy z levé strany. Tab.7 Pořadí hodnot v readiness kódu Pořadí Název testovacího komponentu podle normy OBD II 1 Zpětné vedení výfukových plynů Exhaust gas Recirculation 2 Vyhřívání lambda sondy Oxygen Sensor heating 3 Lambda sonda Oxygen Sensor(s) 4 Klimatizace Air Conditioning 5 Systém sekundárního přívodu vzduchu Secondary Air injection 6 Odvětrávání palivové nadrže Evaporative Emissions 7 Vyhřívání katalyzátoru Catalyst heating 8 Katalyzátor Catalytic Converter Obr.14 Ukázka readiness kódu u vozu Fabia 2000 motor 1,4 Pokud systém OBD II/EOBD funguje bez závad, readiness kód má tvar Pokud se readiness kód objeví ve tvaru , znamená to, že je závada v katalyzátoru. 39

40 Diagnostické rozhraní (DLC) Automobily splňující normu OBD II/EOBD jsou vybaveny standardizovaným konektorem SAE - J1962 (viz. Obr.15). Umístění diagnostické zásuvky, její tvar a obsazení jednotlivých pinů je předepsáno normou. Dle této normy by diagnostická zásuvka měla být dosažitelná z místa řidiče a nejčastěji je umístěna v prostoru mezi sloupkem řízení a podélnou osou vozidla. Její přesné umístění však záleží na zvyklostech jednotlivých výrobců a bývá přesně popsáno např. v informačních systémech dodavatelů diagnostické techniky. Konektor na obrázku je někdy používán i ve starších vozech, které nejsou se standardem OBD II kompatibilní. To, že ve svém vozidle naleznete stejný konektor, tedy ještě nemusí znamenat, že vaše auto je OBD II kompatibilní. Obr.15 Konektor OBD II Tab.8 Zapojení pinů v zásuvce podle komunikačního standardu Kom. standard ISO ISO14230 J1850 VPW J1850 PWM CAN BUS (J2284) Zapojení pinů 4)kostra, 5)komunikační kostra, 7)K-Line, 15)L-Line/2.K-Line*, 16)+12V 4)kostra, 5)komunikační kostra, 7)K-Line, 15)2.K-Line*, 16)+12V 2)Bus, 4)kostra, 5)komunikační kostra, 16)+12V (pin 10 není zapojen) 2)Bus+, 4)kostra, 5)komunikační kostra, 10)Bus- 16)+12V 4)kostra, 5)komunikační kostra, 6)CAN-Bus High 16)+12V 40

41 3.6 OBD III V současné době je v USA ve vývoji norma OBD III. Tato norma je založena na představě, že při závadě nestačí pouze varovné blikání kontrolky. Mnozí řidiči toto varování ignorují a používají vozidlo až do další technické prohlídky. Řídící jednotky v normě OBD III mají proto povinnost tuto závadu hlásit pomocí bezdrátového vysílače společně se státní poznávací značkou nebo jinou identifikací na příslušné úřady. Hlavním nedostatkem či hojně diskutovaným problémem je řešení bezpečnosti systému. Dnešní vozy a jejich systémy jsou propojeny s daty GPS, tudíž by byla snadná lokalizace vozu nebo údaj o rychlosti vozu. Na druhou stranu mají odpadnout časté technické prohlídky. 41

42 4. MĚŘENÍ NA VÁLCOVÉ ZKUŠEBNĚ S VYUŽITÍM OBD II 4.1 Válcová vozidlová zkušebna Měření probíhalo na válcové vozidlové zkušebně Mendelovy univerzity v Brně. Tato zkušebna patří k nejmodernějším zkušebnám v České republice. Vozidlová zkušebna umožňuje měření výkonu spalovacího motoru vozidla bez nutnosti demontáže a umožňuje sestavování různých charakteristik. Dále můžeme měřit různé teploty, měřit spotřebu, či číst data z řídící jednotky. Je možno provádět emisní analýzu a řadu dalších testů. Zkušebna umožňuje také zkoušení brzdové soustavy, kde je schopna měřit brzdné síly a jejich rozdělení až z rychlosti 200 km/h, což ukazuje stav brzdné soustavy při reálných podmínkách provozu. Válcová vozidlová zkušebna se skládá z válcového dynamometru (parametry viz Tab.9), řídícího centra, zařízení pro emisní analýzu, zařízení pro spotřebu a externí měření (CAN, OBD II). Tab.9 Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E120-D Max. zkušební rychlost [km.h -1 ] 200 Max. výkon na nápravu [kw] 240 Max. hmotnost na nápravu [kg] 2000 Průměr válců [m] 1,2 Šířka válců [mm] 600 Mezera mezi válci [mm] 900 Povrch válců zdrsnění RAA 1,6 Hmotnost válců (každá náprava) [kg] 1130 Min. rozvor [mm] 2000 Max. rozvor [mm] 3500 Zatížitelnost krytí v místě jízdy [kg] 2000 v místě chůze [kg] 500 Tlakový vzduch [bar] min. 4 Rozsah měření rychlosti [km.h -1 ] Rozsah měření sil [kn] 4x 0-5 Přesnost měření rychlosti [km.h -1 ] ± 0,05 Přesnost měření sil [%] ± 1,5 Přesnost regulace rychlosti [%] ± 1,5 Přesnost regulace síly [%] ± 2,5 42

43 Obr.16 Konstrukční řešení zkušebny 4.2 Integrace čtení diagnostického protokolu do vozidlové zkušebny K integraci čtení diagnostického protokolu do vozidlové zkušebny se dá použít různých průmyslových sítí. Nejpoužívanější je Ethernet. Ethernet je technologie, která se používá pro budování lokálních sítí (LAN). V referenčním modelu ISO/OSI realizuje fyzickou a spojovou vrstvu, v modelu TCP/IP pak vrstvu síťového rozhraní. Původní protokol s přenosovou rychlostí 10 Mbit/s byl vyvinut firmami DEC, Intel a Xerox pro potřeby kancelářských aplikací. V dnešní době přenosová rychlost činí 10 Gbit/s, jako médium zatím slouží hlavně optická vlákna. Ethernetová infrastruktura je dnes z důvodu své všestrannosti široce používána v průmyslových aplikacích při automatizaci, řízení a monitorování. Ethernetová infrastruktura podporuje různé komunikační protokoly, což umožňuje propojení systémů od různých výrobců. Průmyslový Ethernet ale nabízí víc než jen propojení zařízení. Jedná se o síť s velkou datovou propustností a možnosti komunikovat na velké vzdálenosti. Jeho popularita spočívá v jednoduchosti protokolu a tím i snadné implementaci i instalaci. Také příznivá cena hraje velkou roli, proč je 43

44 Ethernet nejpoužívanější. Jako software protokol se použije DataSocket. DataSocket je programovací technologie, založená na průmyslovém standardu TCP/IP. Zjednodušuje výměnu dat mezi různými aplikacemi na jednom počítači nebo mezi počítači připojenými přes síť. DataSocket byl navržen jako jednoduché, ale přesto výkonné programovací rozhraní pro sdílení a publikování dat v měření a automatizaci. 4.3 Využití protokolu OBD II při měření Pro praktickou zkoušku bylo využito vozidlo Škoda Octavia 1.9 L TDI rok výroby 2001 viz obrázek 17. Hlavním cílem této zkoušky bylo zjištění výkonu, protože majitel si nechal udělat tzv. chiptuning. Chiptuning je elektronická úprava softwaru automobilu, která umožňuje zvýšení jeho výkonu. Samotná úprava spočívá ve změně softwaru v řídící jednotce, který je optimalizovaný pro konkrétní vozidlo a umožňuje tak využít celý jeho potenciál. Po proběhnutí zkoušky bylo zjištěno, že výkon byl zvýšen z původních 81 kw na 96 kw. Obr.17 Zkoušené vozidlo Škoda Octavia 44

45 Po celém průběhu zkoušky byl k diagnostické zásuvce připojen diagnostický tester TS Pro od firmy DevCom, který byl zároveň připojen k externímu měření. TS Pro je spojení výhod přenosného diagnostického přístroje a osobního počítače. TS Pro disponuje displayem a jednoduchou klávesnicí. Lze s ním tedy provádět diagnostiku i v náročných podmínkách nebo v terénu bez osobního počítače. Po připojení TS Pro k osobnímu počítači lze provádět veškeré diagnostické funkce pomocí programového vybavení, které je k přístroji dodáváno. V této konfiguraci slouží TS Pro jako adapter mezi řídící jednotku a osobní počítač. Tester je určen pro sériovou diagnostiku - čtení a mazání paměti chyb, čtení parametrů, test akčních členů a dalších elektronických systémů automobilů s vlastní diagnostikou. Zároveň je také určen i pro paralelní měření pomocí osciloskopu - až 4 kanály. Obr.18 Diagnostický tester TS Pro Díky připojenému testeru k vozu a protokolu OBD II přesněji řečeno EOBD, jsme získaly množství dat jako např. váha vzduchu, množství vstřikovaného paliva, časování zapalování, otáčky, zatížení/klapka atd. Tyto data posloužily k sestavení různých závislostí v níže uvedených grafech. 45

46 Obr.19 Závislost točivého momentu na otáčkách motoru Graf na obr.19 nám ukazuje průběh točivého momentu v závislosti na otáčkách motoru při různém zatížení motoru. Nejvyšších hodnot točivý moment dosahuje u všech křivek kolem 2000 min -1. Obr.20 Závislost množství vstřikovaného paliva na otáčkách motoru 46

47 Z grafu na obr.20 je zřejmé, že množství vstřikovaného paliva postupně s rostoucími otáčkami motoru klesá. Výjimkou je množství vstřikovaného paliva při 100% zatížení motoru, kdy množství vstřikovaného paliva zpočátku roste a mezi otáčkami 2500 až 3000 min -1 dosahuje maxima. Potom s přibývajícími otáčkami motoru klesá a od 3500 min -1 opět narůstá. Obr.21 Množství CO 2 závislé na otáčkách motoru Na obr.21 je znázorněno množství CO 2, které je závislé na otáčkách motoru. Z grafu je vidět, že nejvyšší množství CO 2 je dosaženo kolem 2000 min -1. Ovšem u zatížení motoru 100% je nejvyšší množství CO 2 až kolem 3000 min

48 Obr.22 Množství NO x závislé na otáčkách motoru Na obr.22 je zachycena závislost množství NO x na otáčkách motoru. Z grafu je patrné, že nejvyšší množství NO x je kolem 2000 min -1. Výjimkou je křivka, která znázorňuje množství NO x při zatížení 100%, kde nejvyšších hodnot je dosaženo při otáčkách 2500 min -1. Zajímavé je, že nejvyšší množství NO X je podle grafu při zatížení motoru 45% a při zatíženi 100% má množství NO x až 4. nejvyšší hodnotu. 4.4 Komunikace s vozidlem pomocí převodníku ELM K ukázce komunikace protokolu OBD II s PC bylo použito vozidlo Ford Galaxy. K tomu aby komunikace byla realizována, je potřeba převodník, který mezi oběma typy sběrnic konvertuje data. V našem případě byl použit převodník na bázi čipu ELM 327. Hlavní funkcí převodníku je, že mění formát OBD signálu na snadno rozpoznatelný ASCII kód. ELM 327 je vybaven mikroprocesorem firmy Microchip s označením PIC 18F2480. Jedná se o 28ti pinový, 16 bitový CMOS mikrokontroler. 48

49 Obr.23 Schéma ELM 327 s označenými piny ELM327 komunikuje s PC přes RS232 sériové připojení. Ačkoli moderní počítače obvykle poskytují sériové spojení, existuje několik způsobů, ve kterých je vytvořeno tzv. virtuální sériové připojení. Nejběžnější zařízení jsou USB adaptéry. V našem případě bylo použito rozhraní bluetooth. Obr.24 ELM 327 Bluetooth 49