Silnik dwupaliwowy instalacja gazowa sekwencyjnego wtrysku gazu, a diagnostyka silnika benzynowego

Transkrypt

1 CIECIELĄG Jan 1 Silnik dwupaliwowy instalacja gazowa sekwencyjnego wtrysku gazu, a diagnostyka silnika benzynowego WSTĘP Obecne silniki spalinowe charakteryzują się znakomitymi osiągami, niskim spalaniem oraz dużą niezawodnością. Rola różnego rodzaju czujników w zapewnieniu prawidłowej pracy i optymalnych parametrów silnika wiąże się ściśle z układem wtryskowym i zapłonowym. To głównie one decydują o odpowiedniej pracy silnika. Zamontowanie w samochodzie instalacji gazowej związane jest głównie z obniżeniem kosztów osoby eksploatującej samochód, ale może również stwarzać pewne ograniczenia podczas regulacji, obsługi i wykrywania nieprawidłowości działania czujników samochodowych przez elektromechaników samochodowych. Wymogi teraźniejszości, w tym przede wszystkim związane z problematyką ekologii, powodują konieczność okresowego sprawdzania w pojazdach emisji toksycznych składników spalin. Stosowane powszechnie reaktory katalityczne, obniżające zawartość substancji toksycznych w spalinach silników spalinowych, spełniają dobrze swoje zadanie tylko w ściśle określonych warunkach. Jednym z czujników samochodowych jest sonda lambda. Jest to czujnik tlenu, który jest bardzo ważną częścią układu wydechowego. W wyniku naturalnego zużycia sonda λ zaczyna coraz wolniej reagować na zmiany składu mieszanki, a amplituda napięcia jest coraz mniejsza. Najczęściej powoduje to przejście sterownika silnika w tryb awaryjny, czego objawem jest wzbogacenie mieszanki paliwowopowietrznej. Uszkodzenie tego czujnika ma skutki nie tylko ekologiczne przekroczenie dopuszczalnej wartości emisji spalin, ale również ekonomiczne znaczny wzrost zużycia paliwa, sięgający nawet 50 %. 1 CEL BADAŃ Celem badań było określenie wpływu instalacji gazowej sekwencyjnego wtrysku gazu na diagnostykę silnika benzynowego. Badania prowadzono na samochodzie marki Volkswagen New Beetle, który trafił do warsztatu obsługi pojazdów samochodowych. Klient skarżył się na nierównomierną pracę silnika na benzynie, większe spalanie paliwa LPG i benzyny, a także mocno odczuwalne zapachy gazu w kabinie samochodu w ostatnim czasie eksploatacji. Dane techniczne tego pojazdu umieszczono w tabeli 1. Tab. 1. Dane techniczne diagnozowanego samochodu Marka Volkswagen Model New Beetle Rok produkcji 2000 Pojemność silnika 2000 cm 3 Rodzaj paliwa Benzyna + instalacja gazowa z sekwencyjnym wtryskiem gazu (komputer sterujący LPG 4GAS II SO/C4 z parownikiem Zavoli 100 zeta/n, wtryskiwacze LPG TEG222AT firmy Valtek, zbiornik gazu z wielozaworem) 2 NARZĘDZIA POMIAROWE W badaniach wykorzystano interfejs dedykowany wielu markom samochodowym KTS 540 firmy Bosch oraz komputer przenośny z odpowiednim oprogramowaniem. Za jego pomocą można 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; Radom; ul. Krasickiego

2 diagnozować pracę układu wtryskowo-zapłonowego. Połączenie sterownika z komputerem następuje bezprzewodowo dzięki transmisji Bluetooth. Pomiary napięcia w czasie zostały wykonane za pomocą oscyloskopu cyfrowego DiScope 865 firmy AVL. Za pomocą urządzenia CDIF/3 firmy Axes System sprawdzono czujnik sondy lambda poprzez diagnostykę pokładową sterownika silnika. 3 BADANIA I WYNIKI Pierwszym etapem diagnozowania samochodu było sprawdzenie ewentualnych błędów zapisanych w sterowniku silnika. W trakcie analizy nie stwierdzono jednak żadnych błędów sterowników, a silnik nie wykazywał nierównomiernej pracy. Po weryfikacji parametrów pracy poszczególnych czujników w systemie sterowania silnikiem rozpoznano uszkodzenie sond lambda. Sprawdzono przewody łączące sondy lambda ze sterownikiem silnika zgodnie ze schematem zamieszczonym na rysunku nr 1. Rys. 1. Schemat instalacji elektrycznej obwodu sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem i sterownika silnika VW New Beetle Diagnostykę wstępną sond lambda wykonano przyrządem KTS 540 firmy Bosch, a na potwierdzenie uszkodzenia dokonano szczegółowej analizy oscyloskopem cyfrowym DiScope 865 firmy AVL. Oscylogram z diagnostyki szczegółowej sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem przedstawiono na fotografii nr 1, a sondy lambda umieszczonej za katalizatorem przedstawiono na fotografii nr

3 Fot. 1. Wyniki analizy sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem. Z uzyskanych oscylogramów można zaobserwować, że obie sondy lambda nie pracują poprawnie. Na fotografiach pokazano również wyniki z programu KTS z parametrami źle pracujących sond lambda przy prędkości obrotowej silnika 2800 obr/min i dla optymalnej temperatury pracy silnika. Napięcie sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem oscyluje w bardzo niewielkich granicach wartości 0,300 V, a częstotliwość jest bliska 0 Hz. Wartość wzorcowa dla tego rodzaju sondy w układzie sterowania silnika w wyżej wymienionym samochodzie przy prędkości obrotowej około 2500 obr/min. i amplitudzie oscylującej w granicy 0,050-0,970 V zmienia się z częstotliwością 0,8 Hz. Fot. 2. Wyniki analizy sondy lambda umieszczonej za katalizatorem. Napięcie sondy lambda umieszczonej za katalizatorem również wykazuje wartość niepoprawną, która wynosi około 0,425 V. Wartość wzorcowa dla tego rodzaju sondy w układzie sterowania silnika w wyżej wymienionym samochodzie przy prędkości obrotowej około 2500 obr/min. i amplitudzie oscylującej w granicy 0,450-0,970 V zmienia się z częstotliwością 0,8 Hz. Po wymianie sond lambda, sprawdzeniu szczelności instalacji gazowej i pracy sond lambda oraz stwierdzeniu równomiernej pracy silnika, samochód został wydany klientowi. W niedługim czasie powrócił do warsztatu z usterką zbyt dużego spalania, ale tylko i wyłącznie paliwa LPG, 2771

4 nierównomiernej pracy silnika na benzynie oraz odczuwalnych zapachów gazu. W czasie kontroli zaobserwowano, że w trakcie pracy silnika na benzynie praca sond jest niewłaściwa, co świadczy o zbyt bogatej mieszance dostarczanej do silnika. Z rysunku nr 2 można zaobserwować, że napięcie sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem oscylowało około wartości 1 V. Podobnie zachowywała się sonda umieszczona za katalizatorem. Na paliwie gazowym zaobserwowano poprawna pracę obu sond lambda. W trakcie pracy silnika na benzynie zostały skontrolowane czasy otwarcia wtryskiwaczy, które wykazywały wartości poprawne. Rys. 2. Wyniki niepoprawnej pracy sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem Na podstawie zebranych wyników wysnuto przypuszczenie, że instalacja gazowa ma wpływ na uzyskiwane wyniki pracy sond lambda. Kolejnym etapem było więc odłączenie głównego zaworu mechanicznego znajdującego się przy zbiorniku gazu i zamykającego wypływ gazu. Powtórzono sprawdzenie parametrów rzeczywistych sond lambda i okazało się, że sondy pracują poprawnie, jak przedstawiono na rysunku nr 3. Rys. 3. Wyniki poprawnej pracy sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem 2772

5 Po ponownym otwarciu zaworu gazowego stwierdzono ponowną złą pracę sond lambda (analogiczną do przedstawionej na rysunku nr 2). Świadczy to o wpływie instalacji gazowej na analizę sygnałów sond lambda, co mogłoby skutkować złą diagnozą i niepotrzebną ponowną wymianą sond lambda. Ostatecznie naprawa samochodu zakończyła się wymianą wtryskiwaczy gazowych i sterownika instalacji gazowej z sekwencyjnym wtryskiem gazu, co umożliwiło zamknięcie dopływu gazu do komory spalania w czasie pracy silnika na benzynie. WNIOSKI Warto pamiętać, że eksploatacja samochodu z niesprawną sondą lambda może skutkować podwyższonym zużyciem paliwa i zwiększoną emisją spalin, więc choćby z uwagi na aspekty finansowe powinniśmy okresowo kontrolować i w razie potrzeby wymieniać uszkodzone lub zużyte sondy lambda. Kontrolując pracę sond lambda należy pamiętać, że najczęściej to wtryskiwacze benzynowe ulegają uszkodzeniu i są odpowiedzialne za wzbogacenie, co skutkuje niewłaściwą pracą silnika na paliwie LPG i benzynie. Podczas diagnostyki pokładowej elektronicznych elementów w pojeździe samochodowym nie należy rozpatrywać jedynie jednego elementu układu, ale cały układ sterowania pracą silnika spalinowego, ponieważ poszczególne elementy mogą wpływać na pracę innych, tak jak wykazano w niniejszej pracy. Streszczenie Aktualnie stosowane silniki dwupaliwowe, jako źródło napędu pojazdów samochodowych, charakteryzują się minimalnym zużyciem paliwa przy zachowaniu wysokich parametrów technicznych równocześnie spełniając stawiane wymogi ekologiczne. W wybranym silniku decydującą rolę spełnia sonda lambda, która powinna być poddawana okresowej kontroli. Diagnostyka pokładowa elektronicznych elementów nie jest w stanie jednoznacznie wskazać przyczynę zmniejszenia sprawności silnika. Przyczyną tego może być uszkodzenie czujnika pomiarowego, a także niewłaściwe działanie pozostałych elementów układu paliwowego. Dual fuel engine - the installation of a sequential gas injection and petrol engine diagnostics Abstract Dual-fuel engines currently used as a source drive of motor vehicles, are characterized by a minimum fuel consumption while maintaining high technical performance and also meeting the environmental requirements imposed. At the selected engine the lambda probe play a leading role and should be subjected to periodic inspection. On-board diagnostics of electronic components is not able to clearly identify the cause of the reduction in engine efficiency. The reason for this may be damage of the sensor, as well as improper operation of the other components of the fuel system. BIBLIOGRAFIA 1. Kneba Z., Makowski S.: Zasilanie, sterowanie silników. Pojazdy samochodowe. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności. Warszawa Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych T. 1. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych T. 2 Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej Serdecki W.: Badania współpracy elementów układu tłokowo cylindrowego silnika spalinowego. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej. Poznań