Nie je novinkou, že vozidlá s naftovým motorom nemôžu prestať fungovať! Aj keď sa vyskytne defekt, ktorý vás donúti zastaviť, ako každé iné vozidlo, oprava musí byť čo najrýchlejšia a asertívna. Takéto vozidlá sú pracovným nástrojom a nemôžu byť dlhodobo nečinné, pretože by to pre majiteľa predstavovalo finančnú stratu. Mnohé z prezentovaných závad súvisia s palubnou elektronikou systému. Preto sa stáva opravárenským odvetvím, ktoré si vyžaduje kvalifikovaných odborníkov, ktorí oblasť dobre ovládajú, aby bola diagnostika presná a čas opravy čo najkratší.
Možnosti nájdených defektov môžeme rozdeliť do troch kategórií:
Elektrické poruchy (káblovanie a pripojenia);
Poruchy elektronických vstrekovacích prvkov (snímače a ovládače); e
Chyby v elektronickom module (ECU – Electronic Control Unit).
V tejto sérii článkov zameriame našu pozornosť na posledné dva a v tejto časti 1 začneme analýzou snímacích prvkov elektronického vstrekovacieho systému. Pozrite si ďalšie a dozviete sa viac o poruchách ovládačov a v konečnom dôsledku ECU.
Elektronické vstrekovanie
Elektronické vstrekovanie pozostáva z elektronicky riadeného a monitorovaného systému vstrekovania paliva. Jeho cieľom je dosiahnuť a udržať presné a ideálne pomery dvoch prvkov prítomných pri spaľovaní: vzduchu a paliva. Táto rovnováha zmesi je známa ako stechiometria. Nevyhnutné úpravy pre takmer konštantnú rovnováhu týchto prvkov musia nastať vo všetkých rôznych pracovných režimoch motora. To si vyžaduje neustále sledovanie rôznych periférnych stavov. Takéto podmienky monitoruje niekoľko senzorov umiestnených na strategických bodoch vo vozidle.
ECU (Electronic Control Unit) prijíma údaje z rôznych senzorových prvkov a skúma tieto informácie porovnaním s vopred stanovenými parametrami vo svojom softvéri. Na základe týchto odčítaní a porovnaní ECU vykonáva príkazy akčným členom, ktoré menia svoj prevádzkový režim alebo spúšťajú svoju činnosť po tom, čo na to namerané hodnoty snímača poskytnú základ. Preto možno vstavanú elektroniku definovať ako: mechanické pracovné prvky riadené a monitorované elektronickými perifériami. Elektronika sa tak „pustila“do existujúcej mechaniky, aby optimalizovala ich funkcie. (Obr.1)
Okrajové prvky systému so zabudovanou elektronikou
Dieselový cyklus
Proces vnútorného spaľovania používaný v dieselových motoroch vyžaduje, aby bolo palivo vstrekované atomizovaným spôsobom priamo do spaľovacej komory pod vysokým tlakom v momente maximálnej kompresie. Pri kontakte so stlačeným a ohriatym vzduchom sa palivo automaticky zapáli, bez potreby iskry. Preto je kľúčovým faktorom účinnosti dieselových motorov tepelná účinnosť systému. To znamená, že ak závisíme na konkrétnom momente vysokej kompresie a teploty na dokončenie výpalu, riadenie vstrekovacieho momentu zameraného na tento ideálny moment je ťažiskom práce elektronického modulu. Čím vyššia je tepelná účinnosť tohto spaľovania, tým lepší je výkon motora. Systém, ktorý najlepšie dosahuje túto kontrolu a efektivitu, je systém Common Rail. Je to systém s najväčším množstvom elektroniky na palube a čoraz viac nahrádza iné systémy.
Systém Common Rail
Systém Common Rail dosahuje vynikajúce ovládanie vstrekovania paliva tým, že má spoločnú vysokotlakovú nádrž pre všetky vstrekovače, spoločnú „rúru“alebo „koľajnicu“. Vstrekovače dostávajú palivo pod vysokým tlakom (v novších systémoch až 2 400 barov) a podľa príkazov ECU ho prenášajú do vnútra spaľovacej komory, kde sa dostáva v mikropráškoch. Táto jednotka elektronicky riadi otváranie vstrekovačov, ako aj vykonáva pomocné spúšťače, ktoré umožňujú nielen primárne otvorenie vyviesť vstrekovač zo zotrvačnosti, ale aj viacnásobné vstreky v rôznych časoch mechanického pracovného cyklu piesta. Preto je Common Rail jediným systémom vstrekovania nafty, ktorý má plnú kontrolu nad procesom vstrekovania (sekvencia vstrekovania, časovanie a čas vstrekovania). Systém Common Rail, ktorý je schopný vykonať viacero vstrekov v rovnakom cykle, má predvstrekovanie, hlavné vstrekovanie a následné vstrekovanie.
Common Rail System
Senzory a ich triedy
Snímače môžete definovať ako prvky, ktoré transformujú fyzikálne veličiny na elektrické veličiny. ECU vstrekovacieho systému „rozumie“iba elektrickým veličinám (elektrickému napätiu). Na uskutočnenie takýchto konverzií existuje niekoľko fyzických konštrukcií senzorových prvkov, ktoré sa líšia v závislosti od sledovanej fyzikálnej veličiny a pracovného prostredia. Pre elektronické monitorovanie vykonávané ECU a pre praktické testy, ktoré budeme vykonávať, zvážte nasledujúce triedy:
Aktívne senzory – ktoré na svoju činnosť nepotrebujú napájanie;
Pasívne senzory – ktoré potrebujú na svoju činnosť napájanie (5V odoslaných ECU).
Snímače teploty
Snímače teploty patria do rodiny termorezistickej konštrukcie, to znamená, že vo vnútri majú termistor. Termistory sú odporové komponenty, ktoré menia svoju hodnotu odporu podľa vonkajšej teploty prostredia. Termistory spadajú do dvoch tried: NTC (negatívny teplotný koeficient) a PTC (pozitívny teplotný koeficient). Spomedzi týchto dvoch modelov je vo vozidlách najpoužívanejší NTC. Pri tomto type snímača platí, že čím nižšia je teplota, tým väčší je odpor termistora a čím vyššia je teplota, tým nižší je odpor termistora. Na základe referenčného napätia 5V dostane ECU zmenu tohto merania napätia a na základe svojho softvéru vypočíta hodnotu teploty. ECU sa spolieha na tieto a ďalšie hodnoty pri riadení objemu vstrekovania paliva, časovania vstrekovania paliva a ovládania ventilátora.
Snímač tlaku na koľajnici
Tento tlakový snímač je zodpovedný za indikovanie skutočného vnútorného tlaku v koľajnici ECU. Pracuje so zmenami napätia. Pri základnom napätí 5 V odoslanom ECU snímač vysiela zmeny v tomto rozsahu. ECU prijme zmeny napätia a na základe svojho softvéru interpretuje tieto hodnoty (čo je meranie tlaku a aké opatrenia je potrebné vykonať na základe týchto informácií). Funkcie každého vodiča snímača sa musia skontrolovať pomocou elektrickej schémy. Rozsah napätia signálu považovaný za normálny alebo extrémny sa líši podľa modelu vozidla. V prípade poruchy snímača riadi ECU regulačný ventil (Mprop) s preddefinovanými hodnotami pre núdzovú prevádzku.
Snímač prietoku vzduchu a snímač hmotnosti vzduchu
Hoci sú oba senzory podobné, systém čítania sa mení a hlavný rozdiel medzi nimi je v tom, že senzor prietoku vzduchu meria množstvo vzduchu vpusteného cez horúci drôt a množstvo vzduchu cez vyhrievaný film. Takéto snímače sú veľmi citlivé a čistenie alebo údržba sa neodporúča. Činnosť týchto snímačov sa riadi nasledovným princípom: pri zmene množstva nasávaného vzduchu premosťovací obvod reguluje prietok elektrického prúdu ohrievačom (film alebo drôt) podľa spätnej regulácie, aby sa udržal rozdiel medzi snímač teploty a drôt alebo fólia zahriata na konštantnú úroveň. Elektrický prúd pretekajúci prvkom sa premení na napätie a potom sa odošle do ECU. Jednotka vypočítava objem vzduchu motora na základe vopred určeného vzťahu medzi výstupným napätím a prietokom napätia na hmotnostnom merači alebo prietokom vzduchu.
Snímač teploty nasávaného vzduchu a absolútneho tlaku
Kombinovaný snímač absolútneho tlaku a vstupnej teploty monitoruje dve dôležité premenné: kladný alebo záporný tlak v sacom potrubí a teplotu vzduchu nasávaného motorom. Je to veľmi dôležitý snímač, pretože indikuje účinnosť turbodúchadla do ECU. Keď systém zlyhá alebo je pod tlakom, ECU uvedie systém do núdzovej prevádzky, čo vedie k strate napájania nefunkčného systému.
Fázové a rotačné senzory
Fázové a rotačné senzory sú zodpovedné za to, aby ECU signalizovali, či je motor synchronizovaný. Nezhody v údajoch takýchto snímačov môžu spôsobiť vážne poruchy v prevádzke alebo dokonca úplnú nefunkčnosť motora. Niektoré dôležité testy, ktoré možno vykonať na indukčných snímačoch, ako je fáza a rotácia, sú: testy hodnôt odporu cievky snímača (podľa špecifikácií výrobcu) a overenie osciloskopom na prítomnosť signálu bez rušenia alebo abnormalít. Pomocou oscilogramu je tiež možné skontrolovať, či je medzi týmito dvoma signálmi zhoda.
Hlavnou monitorovacou funkciou fázového snímača je indikovať „bod“, to znamená, ktorý je 1. valec, ktorý začne pracovať v pracovnom cykle, zatiaľ čo snímač otáčania indikuje aj uhlenie medzi valcami ako pracovná rýchlosť vstrekovacích cyklov. Fázový snímač vykonáva svoje merania na vačkovom hriadeli nad hlavou. Snímač otáčania monitoruje uhly zotrvačníka kľukového hriadeľa a jeho čítanie prebieha prostredníctvom 360° fónického kolesa rozdeleného podľa modelu motora.
Zvažujeme niektoré z hlavných snímačov prítomných v palubnej elektronike dieselového cyklu a ich tried. Takéto periférne monitorovacie prvky sú životne dôležité pre elektronický modul, aby mohol správne riadiť vstrekovanie paliva a tým udržiavať stechiometriu motora. Až na základe odčítania zmien pracovných podmienok sa začína prevádzková sekvencia ECU, ktorej cieľom je prepojiť tieto odčítania s konečnými príkazmi pre ovládače. Niektoré z hlavných akčných členov systému uvidíme v ďalšom článku tejto série, pozrite si to!
