RÓBERT ŠIMOR - MICHAL HORKA

Transcription

1 VYHĽADÁVANIE A ODSTRAŇOVANIE PORÚCH V ELEKTRONICKY RIADENEJ PALIVOVEJ A ZAPAĽOVACEJ SÚSTAVE ZÁŽIHOVÉHO MOTORA SPOTTING AND ELIMINATING FAILURES IN ELEKTRONIC OPERATED FUEL AND IGNITION SYSTEM OF PETROL ENGINE RÓBERT ŠIMOR - MICHAL HORKA Abstract Elektronically operated fuel and ignition system was maked for better application functioning combustion process in combustion engine. Multi Point Injection brought a new possibilities to improve work cycle combustion and there is a better application of power engine. Especially, it is availabled at engines with direct injection into valves, which is used for many motoring companies, where they are interesting with a produce this technology. We tried to find an optimal way for solutions diagnostic problems, which they relate with elektronically operated fuel system and which they exist whithin fuel and ignition system. At the same time we obtain voluable know-how from correct diagnostic and expressing correct diagnosing, which it is prodding to successful removals combustion engine problem and whole fuel system. Key words: petrol engine, Multi Point Injection, fuel system, failures, actuator Úvod Problematika elektronicky riadenej palivovej a zapaľovacej sústavy sa v minulosti dotýkala jednobodového vstrekovania od vynálezcu R.Boscha s názvom Bosch Mono-Motronic, ktoré boli vybavené riadeným katalyzátorom. Oboznámime sa s vlastnou diagnostikou sústav, ktoré sa týkajú automobilu Škoda Felícia 1.3 MPI s výkonom motora 50 kw, ktoré sa začali montovať do týchto vozidiel začiatkom roka Montovali sa ako nové motory s viacbodovým vstrekovaním paliva do nasávacieho potrubia tesne pred nasavací ventil, ako náhrada jednobodového vstrekovania. Konštrukcia spomínaného motora vychádza z predošlého osvedčeného typu s ventilovým rozvodom OHV (Over Head Valves), s hliníkovým blokom a hlavou valcov. Tento systém má samoučiaci adaptívny riadiaci program, kde množstvo nasávaného vzduchu sa vypočíta na základe tlaku, teploty vzduchu v sacom potrubí a počtu otáčok motora. Množstvo paliva je dodávané v závislosti na požadovanom zmiešavacom pomere. Ostatné senzory systému umožňujú korektúru základného nastavenia podľa podmienok chodu motora. Žiadne iné nastavovanie v priebehu činnosti motora nie je potrebné. Signál pre okamžik zapálenia a otáčky motora získava systém z Hallového snímača, ktorý je umiestnený v samotnom rozdeľovači. Rozdeľovač je priamo spojený s vačkovým hriadeľom. Kontaktná adresa: Róbert Šimor, doc. Ing. Michal Horka, PhD., Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Mechanizačná fakulta, Katedra spoľahlivosti strojov, Trieda A. Hlinku 2, Nitra, rsimor@orang .sk

2 Pokiaľ riadiaca jednotka nedostane signál z Hallového snímača, nie je možné motor spustiť. Riadiaca jednotka MPI rozpozná hornú úvrať prvého valca statickým vyhodnotením štyroch Hallových otvorov, pričom jeden otvor je širší ako ostatné tri. Od tohto okamihu dochádza k sekvenčnému taktovaniu vstrekovania v poradí valcov a rovnako k riadeniu zapaľovania. Zároveň navrhneme vhodné riešenie týkajúce sa diagnostikovania porúch spomínaných sústav, ktoré je nielen z konštrukčného hľadiska jednoduché, ale je aj cenovo prijateľné. Pri realizovaných meraniach vstrekovacej jednotky zážihového motora budeme môcť porovnávať hodnoty získané meraním s požadovanými tabuľkovými hodnotami, ktoré sú stanovené pre daný spaľovací motor. A tak na základe vyslovených záverov budeme môcť získať dôležité informácie o technickom stave spaľovacieho motora. Presnejšie diagnostiku, ktorá sa týka elektronicky riadenej palivovej a zapaľovacej sústavy pre modely Škoda Felícia s motorom MPI. Materiál a metódy V servisných prevádzkach sa stretávame s možnými spôsobmi diagnostiky palivovej sústavy zážihového motora pomocou prístroja V.A.G, ktorý sa používa v autorizovaných servisoch značky Škoda. Avšak diagnostika zameraná na meranie je pre vlastníka vozidla v praxi ťažko realizovateľná, čo súvisí hlavne s dostupnosťou prístroja na jednej strane a druhým dôvodom je skutočnosť, že daný merací prístroj nám poskytuje diagnostickú informáciu elektronickej časti palivovej sústavy. Pre určenie správnej diagnózy a s tým súvisiacej prognózy technického stavu palivovej (vstrekovacej) sústavy je potrebné poznať dôležité diagnostické činiteľe ovplyvňujúce celkový technický stav sústavy. Berieme do úvahy hlavne tlakovú časť palivovej sústavy a s tým súvisiacu problematiku: požadovaného tlaku oleja, tesnosť vstrekovacích ventilov, rovnomernosť vstreknutej dávky paliva, odkvapkávanie paliva zo vstrekovacích dýz. Vychádzajúc z cieľa diagnostického merania V.A.G prístroja, ktorý je určený na vyhľadávanie a odstraňovanie porúch v rámci elektronicky riadenej palivovej a zapaľovacej sústavy, sme sa preto rozhodli navrhnúť optimálne riešenie vlastného ovládača meracieho zariadenia, ktorý bude napomáhať k vyhľadávaniu porúch, ktoré sa v priebehu činnosti motora v tlakovej časti palivovej sústavy vyskytujú. Ide o návrh ekonomicky prijateľného riešenia, ktorým si každý vlastník vozidla dokáže zrealizovať vlastnú diagnostiku vstrekovacej sústavy a posúdiť na základe nameraných hodnôt momentálny stav spomínaných sústav. Aj keď spomínaný ovládač nenahrádza plnohodnotne diagnostický merací prístroj V.A.G, dokáže poskytnúť cennú informáciu v rámci preventívnej údržby a včas diagnostikovať potrebu odborného servisného zásahu. Pri návrhu elektrotechnickej schémy palivovej sústavy (obr.1) sme vychádzali z cieľa diagnostického zamerania realizovanom na našom zážihovom motore, ktorý sa nachádza na katedre spoľahlivosti strojov Mechanizačnej fakuly SPU a z akčných členov sústavy zakreslených v našej schéme. Zároveň sme museli poznať celkový princíp fungovania palivovej sústavy a to od prísunu paliva zo samotného elektrického palivového čerpadla, cez jeho dopravu ku vstrekovacím dýzam, až po jeho vstreknutie do oblasti spaľovacieho priestoru, kde po expanzií zmesi dochádza k samotnej transformácií t.j. premeny tepelnej energie na mechanickú prácu.

3 Obrázok 1 Navrhnutá schéma zapojenia ovládača do palivovej sústavy a elektrického obvodu akčných členov zážihového motora: N 30, N 31, N 32, N33-vstrekovacie ventily pre 1-4 valec motora, SB1- spínacie tlačítko elektrického palivového čerpadla, SB2- rozpínacie tlačítko dýzy, SV1- svorkovnica navrhnutého ovládača, aku 12V- akumulátor zážihového motora s napätím 12V, M- elektrické palivové čerpadlo. Pri návrhu meracieho prístroja sme vychádzali jednak z poznatkov elektrotechniky, ale hlavne z navrhnutej schémy zapojenia obvodu, od ktorej sa odvíja aj konečný návrh ovládača. Prvou vecou pri realizácií bol nákup jednotlivých komponentov, ktoré sme použili pri výrobe prístroja. Samotné zapojenie prístroja je uvedené v schéme zapojenia obvodu, farba vodičov je dodržaná podľa elektrotechnických noriem STN, kde plus pól je napájaný červeným vodičom a mínus pól čiernym. Podobne, ako je vidieť z obr.2 sú označené aj jednotlivé konektory určené pre čerpadlo, dýzu a zdroj. Vzhľadom na navrhnutú schému sme použili pre čerpadlo spínacie tlačitko s polohou 0-1 (zapnutý/vypnutý) a rozpínacie tlačítko pre dýzu. Pri samotnej výrobe sme využili aj poznatky z obrábania, letovania kontaktov a merania. Nakoniec sme prístroj odskúšali v samotnom obvode doplnenom akčnými členmi. Celkový pohľad na zapojený vlastný ovládač pred meraním je uvedený na obr.3. Obrázok 2 Ovládač SV1 Obrázok 3 Zážihový motor Škoda Felícia 1,3 MPI v zapojenom obvode s ovládačom

4 Výsledky a diskusia Pracovný postup merania pozostáva z demontáže palivovej sústavy a následná príprava pre meranie spočívajúca v montáži pracovných pomôcok (odmerné nádoby, zhotovený stojan, kabeláž, zapojenie komponentov a akčných členov palivovej sústavy), ktoré sme si vopred pripravili súčasne s realizáciou ovládača. Pred demontážou palivovej sústavy je potrebné mať na zreteli skutočnosť ako jednotlivé akčné členy sústavy pracujú, od čoho sa odvíja aj odborná demontáž sústavy a následná montáž pracovných pomôcok. Dodržiavaním správneho technologického postupu dosiahneme, že daný proces merania nám poskytne potrebné diagnostické informácie o stave palivovej a vstrekovacej sústavy, to znamená správne informácie o vyslovení diagnózy, respektíve prognózy technického stavu diagnostikovanej palivovej sústave. Vlastné meranie vychádza z princípu elektrotechnickej schémy a je zamerané na vyhľadávanie a odstraňovanie porúch v rámci palivovej sústavy. Pokiaľ chceme realizovať samotné meranie, tak je potrebné poznať princíp činnosti navrhnutej elektrotechnickej schémy, ktorá je znázornená v stati 2. Po zapojení všetkých akčných členov do obvodu ovládača a po pripojení na akumulátor zážihového motora zatlačíme spínacie tlačítko SB1 elektrického palivového čerpadla, ktoré nám zopne kontakty čerpadla a uvedie ho do činnosti. Čerpadlo začne prečerpávať palivo z nádrže pokiaľ je zopnutý spínací kontakt SB1. Príkladne je to vidieť na obr.4. Obrázok 4 Zatlačenie tlačítka SB1 Dobu činnosti elektrického palivového čerpadla sme si určili sami. Stanovili sme ju na limit 10 minút. Počas stanoveného limitu sme sledovali údaje tlaku na nanometri ako dôležitý údaj pre dobu vypnutia čerpadla. Elektrické palivové čerpadlo dodáva palivo z nádrže cez palivový filter do palivovej rozdeľovacej lišty a vytvára vstrekovací tlak o hodnote 0,3 MPa. Ako je vidieť (obr.5) túto hodnotu sa nám podarilo v podstate dodržať v rozmedzí 0,3 až 0,33 MPa, čo sa odvíja hlavne aj od technického stavu palivového čerpadla, ale aj od časového limitu (skreslenie časovej informácie na stopkách).

5 Obrázok 5 Údaje o tlaku na nanometri počas realizácie merania Obrázok 6 Aktivácia dýzy zatlačením rozpínacieho tlačítka SB2 Po uplynutí časového limitu sme vypli spínacie tlačítko SB1 elektrického palivového čerpadla do polohy 0 a zatlačili sme rozpínacie tlačítko SB2 určené pre dýzu a uviedli sme do činnosti vstrekovacie ventily elektronicky riadenej palivovej a zapaľovacej sústavy. Zatlačenie rozpínacieho tlačítka je vidieť na obr.6. Počet vstreknuti dýzy sme realizovali v časovom limite 30 sekund. Po ustálení hladiny paliva sme odčítali vstreknuté množstvo paliva z odmerných nádob prostredníctvom stupnice uvedenej na každej zo štyroch nádob (obr.8). Odčítané údaje sme po každom odčítaní zo stupnice zapísali do tabuľky. Takto sme celý tento postup merania zopakovali 10 krát, čim sme stanovili výsledný diagnostický obraz o technickom stave elektronicky riadeného vstrekovania paliva a celej elektronicky riadenej palivovej sústavy. Na obr.7 môžeme vidieť samotný proces plnenia odmerných nádob po zatlačení rozpínacieho tlačítka SB2 vstrekovacej dýzy. V pozadí obrázku je vidieť postupný pokles údajov tlaku na nanometri, kde jeho hodnota je 0,31 MPa po počiatočnom tlaku 0,33 MPa. Príkladne to dokumentuje Tab.1. Obrázok 7 Priebeh plnenia fľašiek vstrekovacími dýzami Obrázok 8 Ustálená hladina paliva v odmerných nádobách

6 Tabuľka 1 Tabuľka nameraných hodnôt vstreknutých dávok paliva vstrekovacími dýzami Dodané množstvo paliva v (ml) počet uskutoč. 1.ventil 2.ventil 3.ventil 4.ventil časový limit v (s) meraní 1. meranie meranie meranie ,98 4.meranie ,02 5.meranie ,05 6.meranie ,95 7.meranie ,98 8.meranie meranie ,02 10.meranie V tabuľke nameraných hodnôt môžeme vidieť ako sa dodané množstvo paliva v jednotlivých ventiloch zážihového motora líši. Optimálne by bolo nameranie rovnakej dávky vstreknutého množstva u všetkých 4 ventilov, to znamená nameranie rovnakej úrovne výšky hladiny paliva vo všetkých odmerných nádobách, najoptimálnejšie čo do objemu 100 ml pre každý ventil vstrekovacej sústavy. Z praxe používania motora v prevádzke vyplýva, že postupným opotrebením vstrekovacích dýz dochádza k spomínaným rozdielom vstreknutých dávok a tým aj k rozdielnej výške hladiny paliva po jej ustálení v odmerných nádobách. V neposlednej rade tento technický stav ovplyvňuje aj samotné elektrické palivové čerpadlo, úbytok alebo pokles napätia na ňom a podobne. Hodnoty, ktoré sme nadobudli sme realizovali pri zapnutom zapaľovaní zážihového motora, a nie pri spustenom motore a jeho prevádzkovom zaťažení. Počas procesu merania sme sledovali nielen vstreknuté množstvo paliva, ale s pribúdajúcim časom aj pokles tlaku na manometri, ktorý sa prejavoval po každom meraní, čo dokumentuje Tab.2. Tabuľka 2 Tabuľkové údaje o nameraných hodnotách tlaku por.č.merania 1.m 2.m 3.m 4.m 5.m 6.m 7.m 8.m 9.m 10.m tlak p ( MPa) O,33 0,33 0,32 0,32 0,31 0,31 0,3 0,3 0,29 0,28 Výsledky, ktoré sme dosiahli na základe merania odpovedajú súčasnému, respektíve momentálnemu stavu diagnostikovaného zážihového motora Škoda Felícia 1,3 MPI. Odvolávaním sa na výsledky merania, ktoré udáva výrobca v príručke Vstrekovacie a zapaľovacie zariadenie Simos 2P sme dosiahli rozdielne výsledky merania. Rozdielnosť týchto výsledkov bola spôsobená jednak prostredím, v ktorom sme meranie realizovali (rozsah a možnosti použitých pomôcok a náradia, odbornosť a kvalifikácia, presnosť merania) a druhým faktorom bola skutočnosť, že daný motor mal už za sebou zábehový stupeň prevádzky a nachádzal sa už v priebehu prevádzkového opotrebenia predtým, ako bol použitý na štúdijné účely. Hodnotenie dosiahnutých výsledkov mohli ovplyvniť aj skreslujúce údaje, ktoré sme namerali (zlé odčítanie na stupnici odmerných nádob a podobne), kedže sme použili na analýzu porúch palivovej sústavy vlastný navrhnutý diagnostický systém oproti systému, ktorý sa používa v autorizovaných servisoch a v automobilke Škoda Auto. Na druhej strane však možno povedať, že spomínané meranie sa stalo užitočným prínosom jednak pre výučbu a v neposlednej rade pre rozšírenie obzoru diagnostickým

7 vedomostí, ktoré možno aplikovať pri ďalšom technickom rozvoji v praxi z ohľadom aj na ekonomickú otázku. Záver Palivová a zapaľovacia sústava zážihového motora prešla postupným vývojom krok za krokom ako prešiel samotný vývoj zážihového motora. S jeho postupnou modernizáciou sa okrem pozitívnych zmien prejavujú aj tie negatívne v podobe vznikajúcich porúch v elektronicky riadených zapaľovacích a palivových sústav. Našli sme optimálne riešenie v podobe návrhu vlastného meracieho zriadenia zameraného na kontrolu a diagnostiku palivovej a vstrekovacej sústavy, ako spôsob ekonomicky prijateľného riešenia pre včasnú diagnostiku sústavy. Praktické merania nám priniesli cenné informácie o technickom stave zážihového motora Škoda Felícia 1,3 MPI 50 kw. Z tabuliek získaných hodnôt môžeme vyčítať zmenu dodaného množstva paliva počas jednotlivých meraní v časovom cykle vstreknutia 30 sekund. Zistili sme nerovnomernosť vstrekovania dýz s rozdielnych dodaným množstvom paliva, čo sa v bežnom prevádzkovom režime môže prejaviť nedostatočným požadovaným výkonom motora, v spotrebe paliva a v konečnom dôsledku vo vynechaní niektorého z valcov. Navrhnutý merací prístroj sa stane cenným prínosom pre vyučbu ďalších generácií a napomôže k doplneniu veľkého množstva cenných poznatkov v tak rozsiahlej téme ako je elektronicky riadená palivová sústava zážihového motora, respektíve spôsoby vyhľadávania a odstraňovania porúch, ktoré sa týkajú spomínanej sústavy. Zoznam použitej literatúry 1. BOSCH, R., Zapaľovanie.,Praha: vl.nakladateľstvo, 1998, 428 s. 2. CÉDRYCH, M.R., Automobily Škoda Felícia., Praha: Grada, 1995, 350 s. ISBN FERENC, B., Spaľovacie motory karburátory a vstrekovanie paliva.,brno: Computer Press, 2006, 388 s. ISBN ŠKODA AUTO, Vstrekovacie a zapaľovacie zariadenie Simos 2P.,Mladá Boleslav: firemná literatúra, 1998, 120 s. Súhrn Elektronicky riadená palivová a zapaľovacia sústava bola skonštruovaná pre lepšie využitie fungovania spaľovacieho procesu v spaľovacom motore. Viacbodové vstrekovanie prinieslo nové možnosti zdokonalenia spaľovacieho pracovného cyklu (doby) a lepšieho využitia výkonu. Obvzlášť je to dosiahnuteľné v motoroch s priamym vstrekom paliva do valcov, ktoré využívajú mnohé automobilky, ktoré sa touto technológiu zaoberajú. Pri riešení problémov súvisiacich s elektronicky riadenou palivovou sústavou sme sa snažili nájsť optimálnu cestu riešenia diagnostických problémov, ktoré sa v rámci palivovej a zapaľovacej sústavy vyskytujú. Zároveň získavame cenné poznatky a vedomosti z oblasti správneho diagnostikovania a vyslovenia správnej diagnózy, ktorá vedie k úspešnému odstráneniu problému (poruchy) spaľovacieho motora respektíve celej palivovej sústavy. Kľúčové slová: zážihový motor, viacbodové vstrekovanie paliva, palivová sústava, poruchy, ovládač