Moduł 4 Budowa, zasada działania i diagnozowanie układów elektronicznego sterowania pracą silników ZI 1. Wstęp 2. Budowa układów wtryskowych benzyny 3. Podstawowe czujniki stosowane w silnikach spalinowych 4. Układ wtryskowy LPG 5. Niedomagania układu zasilania silników o zapłonie iskrowym 6. Regulacje związane z silnikami ZI 7. Bibliografia 1
1. Wstęp Silniki o zapłonie iskrowym są silnikami o zapłonie wymuszonym. Spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej umożliwia zamianę energii chemicznej zawartej w paliwie w energię kinetyczną. Kierując się budową i zasadą działania układy wtryskowe silników ZI można podzielić na układy sterowane mechanicznie i elektrycznie. Zobrazowano to na rysunku poniżej. Rys. 4. 1 Podział układów wtryskowych Źródło: Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKŁ, Warszawa, 2012 Układy wtryskowe silników ZI, sterowane elektronicznie, realizują wtrysk paliwa w sposób przerywany. Składają się z elementów, których zadaniem jest wytworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej o odpowiednim składzie i dostarczeniu jej do silnika. Do zasilania stosuje się paliwa ciekłe benzynę oraz paliwo gazowe LPG, które jest magazynowane w postaci ciekłej. Paliwo musi zostać wstępnie odparowane w celu przeprowadzenia go w stan gazowy, a następnie przy pomocy wtrysku, pod określonym ciśnieniem, wymieszane razem z powietrzem. Tak przygotowana mieszanka jest wdmuchiwana do układu dolotowego. Głównym zadaniem układu zasilania silników o zapłonie iskrowym jest zainicjowanie procesu spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Proces ten musi zostać rozpoczęty w odpowiednim położeniu tłoka w cylindrze. Dodatkowym zadaniem układu zapłonowego jest sterowanie momentem wystąpienia iskry na świecy zapłonowej. 2. Budowa układów wtryskowych benzyny W obecnie stosowanych sterowanych elektronicznie układach wtryskowych o zapłonie iskrowym wyróżnia się: - zespół zasilania paliwem, - zespoły doprowadzania powietrza, w których skład wchodzą: filtr powietrza, przepływomierz, przepustnica, układ powietrza dodatkowego. Dodatkowo mogą zawierać układ doładowania oraz układ recyrkulacji spalin, - zespoły sterujące. 2
Głównym zadaniem zespołu zasilania paliwa jest dostarczanie paliwa do silnika. Przykładowy zespół zasilania paliwa przedstawiono na rys. IV.2 poniżej. Rys. 4.2 Jednopunktowy układ wtrysku benzyny z pośrednim określeniem ilości paliwa 1 zbiornik paliwa, 2 elektryczna pompa paliwa, 3 filtr paliwa, 4 regulator ciśnienia paliwa, 5 wtryskiwacz, 6 czujnik zasysanego powietrza, 7 elektroniczne urządzenie sterujące, 8 nastawnik przepustnicy, 9 czujnik położenia przepustnicy, 10 zawór regulacyjny par paliwa, 11 pojemnik z węglem aktywnym, 12 sonda lambda, 13 czujnik temperatury cieczy chłodzącej, 14 rozdzielacz zapłonu, 15 akumulator, 16 wyłącznik rozruchu i zapłonu (stacyjka), 17 zespół przekaźników Źródło: Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKŁ, Warszawa, 2012 3
Rys. 4.3 Rozwój układów zasilania paliwem a) Układ K-Jetronic KE-Jetronic z szeregową elektroniczną pompą paliwa, b) układ L-Jetronic z szeregową elektroniczną pompom paliwa, c) układ L-Jetronic i Motronic z elektroniczną pompą paliwa w zbiorniku, d) układ Mono-Jetronic z elektroniczną pompą paliwa w zbiorniku 1 Zbiornk paliwa, 2 elektryczna pompa paliwa, 3 filtr paliwa, 4 zasobnik paliwa, 5 wtryskiwacz paliwa, 6 regulator ciśnienia paliwa, 7 zasobnik ciśnienia paliwa Układy sterujące czuwają nad działaniem całego układu. Do głównych ich zadań należą między innymi: - korygowanie dawki paliwa podczas obciążenia silnika, - ustawianie ilości powietrza dodatkowego, - wyznaczanie ilości paliwa dostarczanego przez wtryskiwacze, - zapewnianie nadciśnienia w magistrali paliwowej przed uruchomieniem silnika, - kontrola prac układu zapłonowego (ustalają kąt wyprzedzania zapłonu, otwarcie przepustnicy), - kontrola ilości składników toksycznych, - kontrola spalania detonacyjnego, - odcinanie paliwa podczas hamowania. Podstawowym elementem, wchodzącym w skład układu sterującego, jest kalkulator wtrysku, który odbiera sygnały z czujników i przetwarza je na postać zrozumiałą dla mikroprocesora. Następnie mikroprocesor kieruje sygnały do elementów sterujących elektrozaworów i przekaźników oraz siłowników elektrycznych. 4
3. Podstawowe czujniki sterowane w silnikach spalinowych Czujnik prędkości obrotowej silnika i położenia wału korbowego Pomiar odbywa się za pomocą czujnika Halla lub czujnika indukcyjnego. Czujnik wyczuwa położenie wrębu na zasadzie indukcji. Czujnik jest oddzielony od koła impulsowego szczeliną powietrzną. Wyposażony jest w rdzeń z miękkiego żelaza, otoczony uzwojeniem. Rdzeń jest połączony z magnesem stałym. Strumień magnetyczny zależy od położenia czujnika. Ząb powoduje wzmocnienie sygnału emitowanego przez magnes, wrąb natomiast osłabia strumień. Zmienność indukowanego sygnału powoduje indukowanie sinusoidalnego napięcia wyjściowego w cewce. Liczba zębów zależy od rodzaju zastosowania czujnika. Rys. 4.4 Indukcyjny czujnik prędkości obrotowej silnika 1 magnes stały, 2 obudowa czujnika, 3 korpus silnika, 4 trzpień biegunowy, 5 uzwojenie, 6 szczelina powietrzna, 7 koło impulsowe ze znakiem odniesienia Źródło: Gajek A., Juda Z., Mechatronika samochodowa. Czujniki, WKŁ, Warszawa, 1991 Innym rodzajem czujnika są czujniki wykorzystujące zjawisko Halla. Czujnik jest umieszczony w aparacie zapłonowym. Jego bramka magnetyczna jest zamontowana na ruchomej płytce nośnej. Element Halla zbudowany jest z materiałów o silnych własnościach hallotronowych i montowany jest w pewnej odległości od magnesu trwałego. Liczba przesłon jest równa liczbie cylindrów. Szerokość b poszczególnych przesłon musi być dostosowana do maksymalnego kąta zwarcia konkretnego aparatu zapłonowego. Kąt zwarcia pozostaje stały podczas całego okresu użytkowania czujnika. Gdy wałek rozdzielacza zapłonu się obraca, wówczas przesłony wirnika przemieszczają się względem szczeliny powietrznej bramki Halla. Pole magnetyczne i przyłożone do czujnika napięcie powodują powstanie napięcia pomiarowego. Przesłonięcie szczeliny powoduje, że linie sił pola magnetycznego zamykają się w obrębie magnetowodów magnesu. Gęstość strumienia przy elemencie Halla zanika do wartości resztkowej. Natomiast, gdy szczelina nie jest przesłonięta, pole magnetyczne przenika szczelinę, gęstość strumienia magnetycznego wokół elementu Halla jest duża, a napięcie osiąga maksimum. Czujnik jest włączony. Przepływomierz klapkowy Mierzy objętość przepływanego powietrza. Ruchoma przesłona spiętrzająca jest umieszczona w głównym kanale przepływomierza. Strumień powietrza odchyla przesłonę, pokonując siłę sprężyny ustalającej położenie (powrotnej) spoczynkowe klapy. 5
Wychylenie klapki powoduje zmianę rezystancji czujnika, a przez to zmianę napięcia wyjściowego. Napięcie jest proporcjonalne do strumienia objętościowego przepływającego powietrza. Ilość zasysanego powietrza jest odwrotnie proporcjonalna do sygnalizowanego napięcia potencjometru. Aby tego rodzaju wpływy utrzymać na możliwie małym poziomie, zastosowano przesłonę kompensacyjną połączoną trwale z przesłoną spiętrzającą. Takie połączenie ma za zadanie eliminować wahania przeciwciśnienia (powierzchnia przesłony dokładnie odpowiada powierzchni otworu). Rys. 4.5 Przepływomierz klapkowy 1 klapa spiętrzająca, 2 czujnik temperatury, 3 połączenie elektryczne do sterownika, 4 potencjometr, 5 objętość tłumiąca, 6 klapa kompensacyjna, Q L wydatek powietrza w układzie dolotowym Źródło: Gajek A., Juda Z., Mechatronika samochodowa. Czujniki, WKŁ, Warszawa, 1991 Przepływomierz z termoanemometrem W przepływomierzach z termoanemometrem pomiar natężenia odbywa się poprzez pomiar natężenia prądu niezbędnego do utrzymania temperatury gorącego elementu (o 130 C więcej niż temperatura otoczenia). Przepływomierz składa się z obustronnie chronionej siatką obudowy rurowej, przez którą przepływa strumień dolotowy powietrza. Elementem pomiarowym jest, w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego, drut albo płytka. Rezystor kompensacyjny temperatury mierzy przede wszystkim temperaturę przepływającego powietrza w układzie dolotowym, powietrze to następnie ochładza gorący drut. Moc prądu wymagana do utrzymania temperatury na stałym poziomie jest punktem odniesienia. Prąd grzewczy wytwarza na rezystorze sygnał napięcia proporcjonalny do masowego wydatku powietrza. Sygnał ten jest przekazywany do sterownika. Zaletą przepływomierzy z gorącym drutem jest to, że nie zwiększają oporów przepływu powietrza. 6
Rys. 4.6 Komponenty termoanemometru 1 rezystor kompensacji temperaturowej R K, 2 pierścień przetwornika z gorącym drutem o rezystancji R H, 3 rezystor precyzyjny (rezystancja pomiarowa R M), Q M wydatek masowy powietrza Źródło: Czujniki w pojazdach samochodowych, Informator techniczny BOSCH, 2002, 101 Czujnik bezwzględnego ciśnienia w kolektorze dolotowym Zadaniem czujnika jest ciągły pomiar powietrza zasysanego w przewodzie zbiorczym kolektora dolotowego. Elementem mierzącym zmiany ciśnienia jest silikonowa przepona, zawierająca piezoelektryczne czujniki. Układ umieszczony jest na ścianie od strony kolektora dolotowego, przepona ugina się pod wpływem ciśnienia. Nacisk ciśnienia powoduje zmianę rezystancji w elementach zatopionych w przeponie. Wzrost ciśnienia powoduje proporcjonalny wzrost napięcia sygnału. Wyróżniamy czujniki ciśnienia w kolektorze dolotowym o napięciowym sygnale wyjściowym i o częstotliwościowym sygnale napięciowym. Czujniki temperatury silnika i powietrza Czujnik temperatury zawiera w swojej obudowie termistor typu NTC lub PTC. Rezystor NTC (ang. Negative Temperature Coefficient) jest to element półprzewodnikowy, którego rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury. Rezystor PTC (ang. Positive Temperature Coefficient) jest to element półprzewodnikowy, którego rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Częstsze zastosowanie znalazły termistory NTC ze względu na bardziej liniowy przebieg zależności między rezystancją a temperaturą. Opór czujnika maleje wraz ze wzrostem temperatury. Jest on zasilany napięciem 5V z urządzenia sterującego 7
Rys. 4. 7 Budowa czujnika temperatury 1 złącze elektryczne, 2 obudowa, 3 rezystor Źródło: materiały własne Czujnik położenia przepustnicy Czujnik położenia przepustnicy jest potencjometrycznym przetwornikiem położenia kątowego o jednej (lub dwóch) liniowej charakterystyce. Ślizg ramienia ślizgacza, połączonego z osią przepustnicy, porusza się wzdłuż ścieżki rezystancyjnej, wyznaczając kąt obrotu przepustnicy. Wraz z obrotem przepustnicy następuje zmiana długości przepływu prądu, co powoduje zmianę rezystancji czujnika. Czujnik jest zasilany napięciem stabilizacyjnym 5V. Rys. 4.8 Budowa czujnika przepustnicy 1 oś przepustnicy, 2 ścieżka rezystancyjna 1., 3 ścieżka rezystancyjna 2. 4 ramię ślizgacza ze stykiem, 5 przyłącze elektryczne (4-biegowe) Źródło: Czujniki w pojazdach samochodowych, Informator techniczny BOSCH, 2002, 28 Sonda lambda Mieszanka paliwowo-powietrzna stechiometryczna (czyli idealna) to taka, w której na każdy 1 kg spalonego paliwa przypada 14,7 kg powietrza. Ten stosunek powietrza do paliwa oznaczany jest literą lambda (λ) i jest równy 1. 1kg spalonego pwoetrza 14,7 kg powietrza = 1 λ 8
Jeżeli λ>1 to mieszanka uboga za dużo powietrza, za mało paliwa. Jeżeli λ<1 to mieszanka bogata za mało powietrza, za dużo paliwa. Elementem odpowiedzialnym za utrzymywanie składu mieszanki paliwowopowietrznej tak, aby to była mieszanka stechiometryczna, jest sonda lambda. Dwustanowa sonda lambda jest stosowana w silnikach ZI i służy do regulacji składu mieszanki paliwowo-powietrznej. Wbudowana jest w rurę wylotu spalin i próbkuje jednocześnie spaliny wszystkich cylindrów silnika. Sposób działania polega na galwanicznym oddziaływaniu tlenu na ogniwo stężeniowe z elektrolitem stałym. Gdy współczynnik λ=1, następuje skok napięcia, co umożliwia wysłanie sygnału o składzie mieszanki. Rys. 4.9 Sonda lambda dwustanowa charakterystyka pracy przy temp. 600 C a bogata mieszanka (niedobór powietrza), b mieszanka uboga (nadmiar powietrza) Źródło: Czujniki w pojazdach samochodowych, Informator techniczny BOSCH, 2002, 108 Sonda jest umieszczona w układzie wylotowym między silnikiem a katalizatorem. Elektrolitem jest materiał ceramiczny nieprzepuszczalny dla gazów. Metalowa osłona rurkowa, z wieloma szczelinami, chroni wkładkę ceramiczną przed obciążeniami i temperaturą. Zewnętrza elektroda styka się ze spalinami we wnętrzu rury wylotowej. Przepływające spaliny są obrabiane katalitycznie i sprowadzane do równowagi stechiometrycznej. Otwarta wewnętrzna część sondy jest połączona powietrzem zewnętrznym, które pełni role odnośnika (gazu porównawczego). Sonda lambda charakteryzuje się tym, że rozpoczyna działanie, gdy temperatura spalin jest wyższa niż ok. 300 C, wówczas materiał ceramiczny staje się przepuszczalny dla jonów. Gdy stężenie tlenu na obu stronach jest różne, wówczas na elektrodach wytwarza się potencjał elektryczny. 9
Rys. 4.10 Usytuowanie palcowej sondy w rurze wylotowej 1 ceramika sondy, 2 elektrody, 3 zestyki, 4 obudowa część stykowa, 5 rura wylotu spalin, 6 porowata ceramiczna warstwa ochronna, 7 spaliny, U s napięcie sondy Źródło: Czujniki w pojazdach samochodowych, Informator techniczny BOSCH, 2002, 108 4. Układ wtryskowy LPG Silniki o zapłonie iskrowym, które są zasilane paliwem gazowym LPG mają dwupaliwowy układ zasilania. Rozruch silnika odbywa się przy wykorzystaniu benzyny, dopiero po uzyskaniu przez silnik odpowiedniej temperatury można przełączyć zasilanie na gaz. Instalacja gazowa jest dobierana na podstawie rodzaju układu zasilania. Rozróżnia się następujące generacje instalacji gazowych LPG: I generacja urządzenie z mieszalnikiem, ilość gazu zasilającego silnik zależy od podciśnienia panującego w układzie dolotowym; II generacja urządzenie z mieszalnikiem gazu, regulacja składu mieszanki paliwowej przy wykorzystaniu sygnału z sondy lambda; III generacja sekwencyjny wtrysk LPG; IV generacja działanie układu wtryskowego LPG można porównać do działania układu bezpośredniego wtrysku benzyny. Typowa instalacja gazowa składa się z grup elementów, które spełniają określone funkcje: zbiornik z wyposażaniem i elementami umożliwiającymi zatankowanie, zestaw silnikowy. 10
Rys. 4.11 Instalacja zasilana gazem LPG I generacji 1 zawór tankowania, 2 wielozawór, 3 zbiornik paliwa gazowego, 4 miedziany przewód zasilający LPG, 5 elektrozawór LPG, 6 reduktor, 7 przewód LPG łączący reduktor z mieszalnikiem, 8 zawór dławiący do regulacji, 9 mieszalnik, 10 gaźnik, 11 przeponowa pompa benzyny, 12 przewód zasilania benzyną, 13 elektrozawór benzynowy, 14 przełącznik wyboru paliwa, 15 stacyjka, 16 bezpiecznik, 17 akumulator, 18 cewka zapłonowa, 19 nagrzewnica, 20 zawór nagrzewnicy, 21 przewód doprowadzający ciecz chłodzącą do nagrzewnicy, 22 przewód łączący nagrzewnicę z silnikiem, 23 przewód doprowadzający ciecz chłodzącą do reduktora, 24 przewód odprowadzający ciecz chłodzącą z reduktora Źródło: Majerczyk A., Taubert S., Układy zasilania gazem propan-butan, WKŁ, Warszawa, 2006, 31 Instalacja LPG I generacji nie wymaga żadnej elektroniki poza przełącznikiem zasilania paliwa. Charakterystycznymi elementami są reduktor-parownik i mieszalniki gazu. Elektrozawór odcinający reguluje rodzaj paliwa podawany do silnika. Podczas zasilania silnika gazem LPG zawór jest otwarty, natomiast podczas zasilana benzyną jest zamknięty. Ten rodzaj instalacja montowany jest w pojazdach niewyposażonych w sondę lambda i katalizator. 11
Rys. 4.12 Instalacja zasilana gazem LPG II generacji Źródło: Majerczyk A., Taubert S., Układy zasilania gazem propan-butan, WKŁ, Warszawa, 2006, 83 Zastosowanie w instalacji LPG II generacji układów sterujących ilością gazu pozwala na ograniczenie emisji toksycznych składników spalin, lepszą dynamikę jazdy, zmniejszenie zużycie gazu. Funkcja samodiagnostyki pozwala na kontrolowanie pracy silnika zasilanego gazem. Podawanie gazu odbywa się za pomocą miksera jednopunktowo. Gdy mieszanka jest zbyt bogata, reduktor zmniejsza dopływ gazu do miksera, jeśli mieszanka jest zbyt uboga zwiększa dopływ gazu, poprzez zwiększenie przekroju. Rys. 4.13 Instalacja zasilana gazem LPG III generacji 1 reduktor, 2 elektrozawór odcinający, 3 dozownik, 4 dystrybutor, 5 przewody doprowadzające LPG do kolektora dolotowego, 6 sterownik LPG, 7 przewód doprowadzający LPG z reduktora po zadziałaniu zaworu bezpieczeństwa, 8 przewód kompensacyjny, 9 kolektor dolotowy Źródło: Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKŁ, Warszawa, 2012, 125 12
Rys. 4.14 Instalacja zasilana gazem LPG IV generacji 1 zawór tankowania, 2 zbiornik gazu, 3 reduktor, 4 filtr fazy ciekłej LPG, 5 elektrozawór, 6 czujnik temperatury reduktora, 7 przewód łączący zawór bezpieczeństwa z kolektorem dolotowym, 8 filtr fazy gazowej LPG z czujnikami ciśnienia i temperatury, 9 wtryskiwacze gazu, 10 adapter, 11 wtryskiwacz benzyny, 12 sonda lambda, 13 elektrozawór, 14 wskaźnik poziomu gazu, 15 zespół odcięcia wtrysku, 16 elektroniczny moduł sterowania układem zasilania LPG, 17 elektroniczny moduł sterowania silnikiem, 18 przełącznik wyboru paliwa, 19 brzęczyk, 20 akumulator, 21 bezpiecznik, 22 złącze diagnostyczne, 23 generator sygnałów prędkości obrotowej silnika Źródło: Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKŁ, Warszawa, 2012, 126 Instalacja zasilania gazem LPG IV generacji jest stosowana do pojazdów z wielopunktowym wtryskiem benzyny wyposażonych w sondę lambda, katalizator oraz system diagnostyki pokładowej OBD. Do sterowania wykorzystuje się oryginalne sygnały sterujące wtryskiwaczami benzyny. Komputer na podstawie sygnałów sterujących wtryskiwaczami benzyny ustala czas otwarcia wtryskiwaczy gazu oddzielnie dla każdego cylindra. Zaletą instalacji jest wyeliminowanie różnic jazdy na gazie i na benzynie. Kontrolę stanu ogólnego instalacji LPG przeprowadza się zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 16 marca 2011 r. (Dz. U. z dnia 23 maja 2011 r.). Należy sprawdzić: czy zbiornik nie nosi śladów uszkodzeń, wgnieceń, przeróbek; czy mocowanie zbiornika jest pewne i gwarantujące, że nie będzie się luzował, obracał, przesuwał, obciążał lub naprężał instalację zasilania gazem; czy metalowe przewody wysokiego ciśnienia sztywno mocowane są prawidłowo ukształtowane i zabezpieczone przed drganiem lub naprężaniem; czy przewody elastyczne nie wykazują pęknięć, uszkodzeń lub śladów zestarzenia się materiału; czy nie występuje oszronienie zewnętrznego płaszcza zbiornika; czy na zbiorniku jest umieszczona nalepka określająca maksymalne ciśnienie w zbiorniku; czy na końcach przewodów niskiego ciśnienia i wentylacyjnych znajdują się metalowe opaski odpowiednio zaciśnięte; 13
czy odprowadzenie gazu z zaworów bezpieczeństwa jest prawidłowe; czy kanały przewietrzające są drożne i nie były poddane modyfikacji; czy do instalacji zasilania gazem nie zostały podłączone inne urządzenia, niewymagane do prawidłowego działania silnika; czy przewody, doprowadzające ciecz z układu chłodzenia silnika do parownika, nie są popękane i czy ich połączenia są szczelne; czy z obwodu ogrzewania parownika nie ma wycieków cieczy. Kontrolę szczelności instalacji przeprowadza się zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 16 marca 2011 r. (Dz. U. z dnia 23 maja 2011 r.). Przy użyciu elektronicznego detektora gazu należy dokonać sprawdzenia szczelności instalacji w miejscach połączeń przewodów i elementów instalacji, gniazd zaworów bezpieczeństwa i zaworów napełniania oraz elektrozaworów gazowych. Niedopuszczalne jest pojawienie się na detektorze wskazań sygnalizujących wypływ gazu przy uruchomionym lub wyłączonym silniku, a tym bardziej na postoju. 5. Niedomagania układu zasilania silników o zapłonie iskrowym Badania kontrolne silnika benzynowego obejmują: oględziny zewnętrzne silnika i próbę jego działania, osłuchanie silnika, powietrzną próbę szczelności cylindrów, pomiar ciśnienia sprężania. pomiar podciśnienia w układzie dolotowym, pomiar ciśnienia oleju w układzie smarowania. Oględziny zewnętrzne polegają na określeniu stopnia skompletowania zespołów silnika, ilości i jakości oleju oraz cieczy chłodzącej, jak również wykrycie uszkodzeń zewnętrznych. W szczególności należy sprawdzić: - poziom cieczy chłodzącej, - poziom oleju w misce olejowej, - poziom elektrolitu w akumulatorze, - jakość cieczy chłodzącej, - stan wentylatora i przekładni pasowej, - jakość oleju, - kompletność i poprawność działania mechanizmów sterowania układu zasilania, - kompletność i zamocowanie oraz stan przewodów i połączeń elementów układu zapłonowego, - zamocowanie i stan przewodów oraz połączeń źródeł prądu i elementów układu rozruchowego, - szczelność układu chłodzenia, smarowania i zasilania (sprawdzenie wycieków). Na podstawie wyników tych oględzin można ocenić ogólnie zdatność silnika oraz zlokalizować niektóre jego uszkodzenia. Kolejnym etapem jest kontrola pracy silnika, polegająca na sprawdzeniu podatności na uruchomienie, równomierność pracy w użytecznym zakresie prędkości obrotowej oraz możliwości płynnej zmiany prędkości obrotowej. Do oceny stanu technicznego całego silnika najczęstszymi parametrami diagnostycznymi, umożliwiającymi ocenę stanu technicznego, są: moc efektywna i strat we- 14
wnętrznych, zużycie paliwa, podciśnienie w kolektorze dolotowym oraz parametry wibroakustyczne, ciśnienie oleju, ciśnienie sprężania. Najczęściej spotykane niesprawności układu zasilania silników ZI: nieszczelność zbiornika paliwa, zanieczyszczenie zbiornika paliwa, zanieczyszczenie zaworków (odpowietrznika zbiornika) w pokrywie wlewu zbiornika, błędne wskazania paliwowskazu, zanieczyszczenie przewodów paliwa, zanieczyszczenie filtrów paliwa, nieszczelność przepony pompy paliwa, nieszczelność zaworków pompy paliwa, uszkodzenie lub pękniecie dźwigni napędu pompy paliwa, osłabienie lub pękniecie sprężyny przepony pompy paliwa, zbyt silne parowanie paliwa, zanieczyszczenie filtru siatkowego, nieszczelność kanału powietrza, nieszczelność zaworu iglicowego, nieszczelny pływak, zanieczyszczenie dysz gaźnika, niewłaściwa regulacja urządzenia biegu jałowego, nieprawidłowe ustawienie zderzaka ograniczającego przymknięcie przepustnicy, nieprawidłowe ustawienie iglicy głównej dyszy paliwa, nieprawidłowa regulacja pompki przyspieszającej, zakleszczenie przepustnicy, niewłaściwe ustawienie podgrzewacza mieszanki, niedomagania ogranicznika prędkości maksymalnej silnika, zanieczyszczenie filtru powietrza, nieszczelność komory pływakowej gaźnika. 6. Regulacje związane z silnikami ZI Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z dnia 26 lutego 2003 r.) określa, że: 1. Pojazd powinien być tak zbudowany, wyposażony i utrzymany, aby: w spalinach pojazdu z silnikiem iskrowym zawartość tlenku węgla (CO), węglowodorów (HC) i współczynnik nadmiaru powietrza λ (lambda) nie przekraczały wartości podanych w tabeli IV. 1 stanowiącej załącznik nr 2 do rozporządzenia, z tym, że: a) dla pojazdu zarejestrowanego po raz pierwszy do dnia 31 grudnia 1996 r. wyposażonego w silnik o pojemności skokowej poniżej 700 cm 3, dopuszcza się wartości określone w kolumnie 5 tabeli IV.1; b) dla pojazdu, dla którego w świadectwie homologacji potwierdzono wartości wyższe, stanowiące dla tego pojazdu oceny, wartości podanych w kolumnach 6, 7, 8, 9, 10 i 11 tabeli IV.1; 15
c) wymagania dotyczące współczynnika nadmiaru powietrza λ (lambda) stosuje się do pojazdu wyposażonego w odpowiednią sondę. Tabela 4.1 Poziom emisji zanieczyszczeń gazowych i współczynnik nadmiaru powietrza λ Źródło: Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z dnia 26 lutego 2003 r.) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 18 września 2009 r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzenia badań technicznych pojazdów (Dz. U. z 2005 r. Nr 108, poz. 908 z późniejszymi zmianami) określa, że badania emisji zanieczyszczeń gazowych z silnika o zapłonie iskrowym wykonuje się przez pomiar, ze szczegółowym sposobem określonym w dziale IV załącznika nr 1 do rozporządzenia. Za kryterium uznania stanu technicznego pojazdu, przedmiotów jego wyposażenia i części za niezgodne z warunkami technicznymi, przyjęto: 1. Prędkość obrotowa biegu jałowego silnika wykracza poza zakres przewidziany dla danego pojazdu przez producenta. 2. Przekroczenie wartości emisji zanieczyszczeń gazowych i współczynnika nadmiaru powietrza λ (lambda), o której mowa w rozporządzeniu o warunkach technicznych. 3. Wyraźnie zauważalne objawy spalania oleju silnikowego (nie dotyczy silników dwusuwowych). 4. Niedozwolone odprowadzenie spalin do atmosfery. 5. W pojazdach wyposażonych w pokładowy system diagnostyczny typu OBDII/EOBD występowanie zarejestrowanego kodu usterki sygnalizowanego kontrolką MIL, przy jednoczesnym prawidłowym działaniu jej obwodu. 6. Nieprawidłowe działanie, brak lub uszkodzenie elementów odpowiedzialnych za ograniczenie emisji substancji szkodliwych dla środowiska, a w szczególności: reaktorów katalitycznych, czujników tlenu (sond lambda), systemu powietrza wtórnego, 16
systemu kontroli par paliwa, w tym zamknięcia i szczelności korka wlewu paliwa, pozostałych czujników i systemu połączeń elektrycznych. 7. Kontrolny sygnał niesprawności układu diagnostyki pokładowej (MIL) nie działa prawidłowo. 8. W pojazdach wyposażonych w pokładowy system diagnostyczny typu OBDII/EOBD niewykonane wszystkie procedury diagnostyczne (tzw. monitory) oraz negatywny wynik testów czujników tlenu (sond lambda), który wykonany został na podstawie zarejestrowanych wartości bieżących lub pomiaru emisji zanieczyszczeń gazowych. Dział IV reguluje szczegółowy sposób pomiaru emisji zanieczyszczeń gazowych podczas przeprowadzania badania technicznego pojazdu. Pomiar zawartości tlenku węgla (CO) powinien być dokonany analizatorem działającym na zasadzie pochłaniania promieniowania podczerwonego, wywzorcowanym w ułamku objętościowym wyrażonym w % (% objętości spalin). Pomiar powinien się odbywać przy zachowaniu następujących warunków: 1) układ dolotowy silnika (filtr powietrza, kolektor, odpowietrzenie skrzyni korbowej, układ pochłaniania par paliwa, podciśnieniowy układ sterowania wyprzedzenia zapłonu) oraz układ wylotowy powinien być kompletny i szczelny; 2) odbiorniki energii elektrycznej (oświetlenie, klimatyzacja) powinny być wyłączone; włączany okresowo wentylator chłodnicy nie powinien pracować, jeżeli powoduje to przekroczenie wartości dopuszczalnych; 3) dźwignia zmiany biegów powinna być ustawiona w pozycji neutralnej; 4) urządzenie rozruchowe powinno być wyłączone; 5) hamulec postojowy powinien być włączony; 6) silnik powinien być nagrzany do normalnej temperatury pracy (min. 70 C dla oleju silnikowego, min. 80 C dla cieczy chłodzącej); 7) sonda analizatora spalin powinna być wprowadzona do rury wylotowej silnika bezpośrednio przed pomiarem na głębokość nie mniejszą niż: a) 30 cm dla silnika czterosuwowego, b) 75 cm dla silnika dwusuwowego; dopuszcza się głębokość jak dla silnika czterosuwowego, jeżeli w układzie poboru spalin zastosowany jest dodatkowy filtr spalin. Pomiar emisji zanieczyszczeń gazowych powinien być dokonany przyrządem przeznaczonym do pomiaru zawartości w spalinach: tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO2), węglowodorów (CH-heksan), tlenu (O2) oraz do określania współczynnika nadmiaru powietrza (lambda). Pomiar zawartości tlenku węgla (CO) i węglowodorów (CH) w spalinach oraz określenie współczynnika nadmiaru powietrza (lambda) powinny się odbywać przy zachowaniu określonych warunków, z tym że temperatura otoczenia podczas pomiarów powinna być wyższa niż 5 C. Pomiar zawartości tlenku węgla (CO) i węglowodorów (CH) w spalinach powinien być dokonany najpierw przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika (2000 3000 min -1 ), a następnie przy prędkości obrotowej biegu jałowego, zgodnej z zaleceniami producenta. Pomiary powinny być dokonane bezpośrednio po sobie, przy czym odczyt wyników pomiaru przy prędkości obrotowej biegu jałowego powinien być dokonany po ustabilizowaniu się wskazań miernika tlenku węgla (CO) i węglowodorów (CH), w czasie między około 30. a 60. sekundą od momentu ustabilizowania się prędkości biegu jałowego. 17
Jeżeli nie jest znana prędkość obrotowa biegu jałowego zalecana przez producenta, należy przyjmować prędkość zapewniającą równomierną i stabilną pracę silnika o wartości stosowanej dla silników o zbliżonych danych technicznych. Pomiar współczynnika nadmiaru powietrza (lambda) powinien być dokonany przy podwyższonej prędkości obrotowej silnika (2000 3000 min -1 ); dotyczy to pojazdu wyposażonego w sondę lambda. Z wyjątkiem pojazdów, dla których pomiar współczynnika nadmiaru powietrza (lambda) powinien być dokonany zgodnie z zaleceniami producenta, zatwierdzonymi podczas badań homologacyjnych. Dla pojazdów silnikowych, wyposażonych w pokładowe systemy diagnostyczne do kontroli emisji zanieczyszczeń gazowych OBDII/EOBD, konieczne jest sprawdzenie, czy w badanym pojeździe prawidłowo działa kontrolka MIL, czy wszystkie procedury (monitory) diagnostyczne są wykonane oraz czy nie występują zarejestrowane kody usterek. Jeżeli wynik jest pozytywny, możliwe jest odstąpienie od wykonania pomiarów wieloskładnikowym analizatorem spalin. Przy negatywnym wyniku dopuszczalne jest wykonanie testu czujników tlenu za pomocą czytnika OBDII/EOBD lub wykonanie tradycyjnego pomiaru zanieczyszczeń gazowych wieloskładnikowym analizatorem spalin i ich wynik uznać za wiążący. Niedopuszczalne jest, aby: 1) końcowe wartości pomiarów zawartości tlenku węgla (CO) i węglowodorów (CH) w spalinach oraz współczynnika nadmiaru powietrza (lambda) przekraczały wielkości ustalone w rozporządzeniach o warunkach technicznych; 2) nie były spełnione wymagania, o których mowa w 2 pkt 1; 3) wskazania czytnika informacji diagnostycznej dla systemów EOBD wykazywały jakiekolwiek kody uszkodzeń, występowały nieprawidłowości w sygnalizacji kontrolki MIL oraz działanie było niezgodne z wymaganiami Regulaminu EKG ONZ Nr 83.05. 18
Bibliografia: 1. A.Herner, H.J. Reihl, Elektronika i elektrotechnika w pojazdach samochodowych, WKŁ 2007 2. Przemysław Kubiak, Marek Zalewski, Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKŁ 2012 3. K.Pacholski, Elektryczne i elektroniczne wyposażenie pojazdów samochodowych, cz.1 Wyposażenie elektryczne i elektromechaniczne, WKŁ 2011 4. M.Dąbrowski, S. Kowalczyk, G. Trawiński, Pracowania diagnostyki pojazdów samochodowych, WSiP Warszawa 2011 19