Řešení Pro Měření a Optimalizaci Činnosti Motoru

Řada majitelů vozidel se setkává s problémem nesplnění emisních limitů, často spojeným s bohatou směsí. Tento stav může mít několik příčin a projevuje se různými způsoby.

Druhy Motorů

Spalovací motory je možné klasifikovat podle velkého množství kritérií. Následuje stručný přehled druhů motorů.

• Motory s vnitřním a uzavřeným oběhem (např. Stirlingův motor).

Spalovací motory slouží k termodynamické přeměně hořením získaného tepla na energii mechanickou. Děje při spalování jsou spojeny s přenosem látek (např. paliva do vzduchu nebo vytvořením palivového filmu na stěně válce). V poslední etapě dochází k dohořívání směsi, k dosažení rovnovážného stavu při poklesu teploty během expanze. Většině případů je palivo vstřikováno pod vysokým tlakem přímo do válce.

Pracovní Oběh Pístových Motorů

Pracovní oběh pístových motorů se skládá z několika dějů. Při kompresi ve válci dochází k odpaření paliva a ohřátí směsi. Dochází k hoření v tvořící se směsi paliva, vzduchu a spalin. A druh paliva u těchto motorů neumožňuje samovznícení směsi, ve většině případů zapalována elektrickou jiskrou. Při vnitřním tvoření směsi se přidává palivo. Lokálně dociluje elektrickou jiskrou. Roztě dále tlak a teplota ve válci.

Pro přesné výpočty by bylo nutné i tyto změny do výpočtu zahrnout, jelikož jsou velice složité a sestavení přesného modelu je nerealizovatelné. Je objemový simulační program CFD viz [36].

Vzduchu, který představuje většinu objemu i hmotnosti směsi. Modelu, kdy dojde k zapálení směsi. Nahoru a tím dochází ke snížení kinetické energie motoru a ztrátám. Nízký a není využita veškerá energie dodaná v palivu.

Čtěte také: Emise a bohatost

Je nutné znát polohu pístu ve válci. Hřídele motoru a měří se v úhlu otočení hřídele od horní úvratě pístu. Kterém se provede zažehnutí nasáté směsi. Teplotu motoru. Jsou uvedena jen nejčastěji uvažovaná kritéria.

Při ujetí referenční vzdálenosti. K množství paliva v palivové směsi. A tím i účinnost. Dodávaná řídící jednotka. Například o motory užívané v generátorech a kogenerátorech. A jednotka je doplněna o možnost komunikace s počítačem. Propojení částí navrženého mikroprocesorového systému.

Řídící Jednotka

Řídící jednotka je v současné době vyráběna společností Magneton Kroměříž a je určena především k řízení vznětových motorů upravených na plynné palivo.

Otáčku impulz. Úhlu než je celá otáčka. Nerovnoměrném otáčení. Možnostmi s důrazem na využití indukčních snímačů z Brisku Tábor. Navrženo řešení s komparátorem se řízenou hysterezí. Jsou zpracovány jednotkou záchytů v procesoru. Teploty motoru na palubní desce. Který je osazen přímo do plošného spoje řídícího systému. Paralelní sběrnici. 87C552, který obsahuje 8 kB paměti OTP EPROM na čipu. Nemusí obsahovat vývojové funkce a funkce pro sběr dat. Software a řídících map předstihu přes síť mLan. Paměť RAM ani EPROM osazena. Předstihu. Vypočítá předstih zážehu. Je potřeba vyslat signály do výstupů. Na výstupní konektor.

Zápojení Směsi

Vlastního zážehu se docílí jiskrovým výbojem. Napětí je ve stlačené směsi velmi vysoké (15 a 30 kV). Napětí se používá dvou principů. V cívce při průchodu proudu. Napětí a tím k výboji. Spínacího prvku. Pro navrhovaný systém řízení byl zvolen druhý postup. Dvojstupňově. 400V. Vinutí transformátoru. Vznik jiskrového výboje na svíčce a tím i zapálení směsi. Cívek. Zdroj napětí 350V je umístěn v řídící jednotce zapalování. Elektrodou ke katodě a anodou. Tento okamžik nastane až po vybití veškeré energie z kondenzátoru. Klesl na nulu. Části galvanicky odděleny. V. Konstantní napětí je též potřeba pro výstupy řídící tyristory. Podrobný popis lze nalézt v [13] a [14]. A činnosti jednotky během jedné otáčky.

Čtěte také: Znečištění ovzduší způsobené spalovacími motory

Setrvačníku. Otáčení, proto je prahován zesilovačem s proměnou hysterezí. Hystereze. Informuje o počátku otáčky (viz bod A). Prvního zubu (Bod B). Zubu. Předstih prvního zážehu. Tyristoru (bod E). Další prodlevou je určen okamžik konce blokování zdroje vysokého napětí. Úhlovým posunem úvratí jednotlivých pístů. Bodu G. ( bod E ) delší než toto zpoždění.

Měření a Výpočet Výkonu Motoru

Režimu motoru znát i motorem odevzdaný výkon. Odevzdaný výkon spočítat. Všech vlivů sestrojit nelze. Na výstupním hřídeli motoru. Na výstupu motoru. Tenzometrického snímače na rotující hřídel. Střídavým proudem. Ve válci po dobu pracovního cyklu motoru. Řízením příliš ovlivňovat, a proto jejich zanedbání není na závadu. Hoření směsi. Motoru možné vypočítat objem prostoru ve válci nad pístem. Jiskry. Veličin k měření podtlaku v sání a teploty motoru. Byl využit převodník ADC4. K čidlu obnáší částku ještě o něco vyšší. A vyrobit čidlo vlastní.

Piezoelektrická Čidla

Vlastností krystalických nebo polykrystalických materiálů. A neumožňují měřit absolutní nebo statickou hodnotu tlaku. I vysoká tepelná stabilita a možnost pracovat i ve vysokých teplotách. Na závadu. Senzorem s vhodnějším rozsahem pro měření malých tlaků. Vlastní piezoelektrická čidla mohou být citlivá na tlak, ohyb a smyk. Citlivá na ohyb. Odolnost nízká byla membrána přitlačena k ocelové kalené membráně. Tlaku. Závitem M10 ×1. Čidlo. Dílu. Stažena ocelová membrána. Membrána. Silikonové pružné gumy, do které jsou zality i výstupní vodiče. Výstupní nábojový signál musí být v blízkosti čidla zesílen. Zapojením podle obrázku 6. Nábojový signál na napěťový. Se sigma-delta modulací z důvodů rozdílů potenciálů na kostře vozidla. Proudů mezi alternátorem, jednotkou cívek a dalšími spotřebiči. Je signál veden diferenčně pro potlačení indukce rušivých signálů. Řídícího mikrokontroléru. Složky, musí být kondenzátor C1 pomalu nulován odporem R1. Výše popsaný snímač tlaku byl realizován a úspěšně odzkoušen na vozidle. Opravu. A byla shledána vyhovující. Hlava byla upravena pro měření tlaku ve válci. Úpravy příliš nákladné. V prostoru válce. A produkuje velké množství škodlivých splodin. Tlaku ve válci po dobu několika po sobě jdoucích pracovních cyklů motoru. Zubů setrvačníku, které prošly od posledního měření tlaku. Generování jiskry. Otáčky a příznak průchodu značky otáčky.

Měření Tlaku a Otáček Motoru

Proběhne všech 2048 měření tlaku s nejvyšší možnou rychlostí po sobě. Značky otáčky motoru. Data jsou uložena pouze po změně hodnoty čítače prošlých zubů setrvačníku. Rychlostech otáčení motoru. Maximální frekvence měření tlaku je asi 4 kHz. Měření tlaku a načtení dat z paměti řídící jednotky. Po namontování čidla bylo provedeno několik testovacích měření. Byla prováděna za běžné jízdy. Programu Matlab. Počátku otáčky absolutní úhlovou polohu a. Poloha byl zvolen úhel odpovídající horní úvrati pohybu pístu. V grafu na obrázku 8. A třetí válec. A otevření sacího a výfukového kanálu. A po té prudce výkon klesá při přechodu do volnoběžného stavu. Jednotlivých přes sebe vykreslených průběhů. Cyklů odpovídajících zpomalení motoru. A expanzi. Pomalým hořením a pozdním nárůstem tlaku. Nedlouho po horní úvrati pístu. Snížení o jedničku. Tato chyba je již v současné verzi software opravena. Válci odpovídající naměřené úhlové poloze. Excentricity klikového hřídele e . Pro naměřená data. 9. Plynné směsi. Vzduchu. Mění s tlakem plynu. Sacího ventilu. Válci po proběhnutí sání. Ventilu dojít k většímu ohřátí směsi. Splněny. Odečtení od atmosferického tlaku. Na obrázku 11. Opětného otevření. Kanálu ą102° od horní úvrati. Hodnotu úhlu je již zkreslené a není do grafů vykresleno. Únikem části směsi kolem pístních kroužků do karteru.

Optimalizace Motoru

Měření výkonu a pracovních cyklů motoru. Pro optimalizaci je nutné rozhodnout, která kritéria budou sledována. Palivové směsi. O elektricky ovládané prvky. ( vozidla ). Po delší dobu setrvávat v ustáleném režimu. Je časování ( úhlový předstih před horní úvratí ) okamžiku zážehu. O jeden krok. Změně režimu motoru. Řidičem vozidla. L-sondou ). Pro minimalizaci množství škodlivin vypouštěných do prostředí. ( mapě ) zapsané do řídící jednotky výrobcem motoru. Motoru je možné výrazně urychlit a zkvalitnit seřizování motoru. Režimu ke špatnému využití nárůstu tlaku. Klikového hřídele motoru. Využití získaného nárůstu tlaku a k velkému úniku energie do výfuku. Tepelné bilance pracovního cyklu motoru. Dodávaného tepla a tím i rychlosti hoření směsi. Hoření směsi přibližně posune ve shodě se změnou předstihu zážehu. Modifikovaného pracovního cyklu. Zvýšení výkonu a účinnosti změněn. Lze využít sofistikovanějších pravidel pro hledání maxima. Pak po určitém počtu kroků dojde k optimálnímu naladění předstihu. Tento systém na rozdíl od jiných ( např. na délku setrvání motoru v jednom režimu. Při kterém byl změřen průběh tlaku. Při kterém byl průběh změřen. A cyklus měření a korekce se může opakovat. Rychlých změnách režimu motoru a i při relativně pomalém zpracování dat. Optimální mapy, pouze doba adaptace se prodlouží. Mapy je potřeba, aby motor procházel všemi uvažovanými režimy. Splněno. Více pravděpodobných buněk mapy. Pak ve výsledku příliš celkovou účinnost a výkon neovlivní. Velice nákladné a většinou i nemožné. Škodlivých emisí. Byly vypočítány četnosti provozu motoru v jednotlivých režimech. V sacím potrubí. Řidiče na výkon motoru a teplotě motoru. Využitím přenosného počítače i zaznamenávat pro budoucí vyhodnocení. Záznamu. A podtlak v sacím potrubí. Ještě přidat zařazený rychlostní stupeň a zátěžový moment motoru. Dat. Potřebné pro určení nejdůležitějších oblastí optimalizace motoru. Na dálnici a na okresní silnici. Na obrázku 13. Stupně a volnoběžným otáčkám byly málo pravděpodobné. Nižších otáček. Obdobné srovnání pro velikost podtlaku v sacím potrubí motoru. 0.5 atmosféry. Parametrů bylo provedeno i vyhodnocení vícerozměrných histogramů. V sání. Činnosti zážehového motoru. Na zkušebně nebo i přímo za jízdy vozidla. Motoru za provozu. P-V diagramu přímo v jednotce. Z průběžně měřených P-V diagramů a dalších měřených údajů. Přímo v jednotce. Optimalizace je pro reálný provoz vozidla nejdůležitější. Modernější varianty 68376 viz [16]. Experimentů a vývoji řídící jednotky. Doc. Ing. Ing. Firmě PiKRON s.r.o.

Čtěte také: Vývoj dvoutaktních motorů

Příznaky a projevy bohaté směsi

• Vysoké hodnoty CO2 na emisní kontrole.
• Zvuk, jakoby motor potřeboval více vzduchu, často doprovázený syčením.
• Kolísání otáček při určitém rozsahu (např. kolem 2200 ot/min).
• Problémy při dojezdu na křižovatku, kdy otáčky klesají pod normální volnoběh.

Možné příčiny bohaté směsi

• Vadná lambda sonda (i nová lambda sonda nemusí fungovat správně).
• Problémy se snímačem polohy klapky (TPS).
• Netěsnosti v sacím potrubí.
• Znečištěná váha vzduchu.
• Problémy s volnoběžným ventilem.
• Nesprávné nastavení regulačního šroubku volnoběhu.

Diagnostika

Pro správnou diagnostiku je důležité:

• Provést diagnostiku řídicí jednotky motoru (ECU).
• Zkontrolovat napětí na snímači polohy klapky (TPS).
• Zkontrolovat mechanické ovládání klapky.
• Zkontrolovat regulační šroubek volnoběhu.

Snímač Polohy Klapky (TPS)

Snímač polohy škrticí klapky je umístěn po straně tělesa škrticí klapky a podává počítači informace o poloze škrticí klapky. Princip funkce TPS je velmi jednoduchý, jedná se o potenciometr, tedy stejnou věc, jako je regulátor osvětlení palubní desky. Snímač je napájen přes kontakt uzemnění signálního napětí. S postupným otevíráním klapky vzrůstá napětí směrované do řídící jednotky a naopak klesá napětí odcházející portem VREF. Data proudící do systému z TPS jsou velmi důležitá pro určení poměru palivové směsi a křivek zážehu, jedná se totiž o senzor přímo ovládaný obsluhou, tedy řidičem.

Snímač polohy je vybaven plovoucím algoritmem, jenž v každé situaci hledá polohu minimálního možného otevření škrticí klapky (odpovídající stavu CLOSED THROTTLE = klapka zavřená, tedy volnoběh). Nejedná se pochopitelně o opravdový volnoběh, kdy není plynový pedál stlačován, ale o simulovaný, virtuální stav polohy klapky pro udržení momentálních otáček.

Při měření napětí mezi kontakty TPS a SIG RTN je nutné kabelový svazek uzemnit. Konkrétní hodnota napětí v jakýkoliv daný moment není příliš důležitá, všímejte si především změn napětí spojených se změnami polohy klapky. Snímač polohy, který nevykazuje stabilní nárůst signálního napětí při postupném otevírání klapky, je vadný a je třeba jej vyměnit.

TPS by neměl vyžadovat žádné úpravy, ale poté, co byly prováděny změny nastavení regulačního šroubku volnoběhu, nastavení snímače by mělo odpovídat nastavení volnoběhu. Pokud je počet otáček při volnoběhu nízký a TPS přitom generuje silné signální napětí, pravděpodobně se setkáte s velkými komplikacemi.

Možná řešení

• Výměna vadné lambda sondy.
• Vyčištění nebo výměna váhy vzduchu.
• Kontrola a případná výměna volnoběžného ventilu.
• Úprava nastavení snímače polohy klapky (TPS).

Úprava Nastavení TPS

V některých případech může pomoci mírná úprava nastavení TPS. Často stačí povolit šroubky potenciometru a pootočit s ním ve směru hodinových ručiček v rozsahu, který dovolí šroubky, a utáhnout v této poloze. Napětí by mělo stoupnout na cca 0.75V, což může vést ke srovnání hodnot vstřiku a ustálení otáček.

Pokud má auto svůj věk nemusí to být realita, jak psal pan Petulak napětí zavřené klapy se pohybuje mezi 0,6-0,9V ! Tzn. že je tady možnost potřeby toto napětí regulovat posunutím potenciometru, ale jak když je napevno? Nabízí se možnost zvětšení direk pro šrouby a tím možnost manipulace ve směru +/- o pár desetin mm, předpokládám podle mého zjištění že 0,05mm se může rovnat změně napětí o 0,05V. Vhodné před úpravou je poti vymontovat a točit s ním naprázdno při zapnutém motoru - zda se volnoběh ustaluje a v jakém směru pohybu jezdce.

Vstřikování Paliva

U nepřímého vstřikování se palivo vstřikuje do oblasti sacího traktu a mísí se se vzduchem ještě před vstupem do válců motoru. U jednobodového systému vstřikování se vstřikuje palivo jedním elektromagneticky ovládaným vstřikovacím ventilem do společné části sacího potrubí, konkrétně do prostoru před škrticí klapku. U vícebodového systému vstřikování odpovídá počet vstřikovacích ventilů počtu válců motoru. Elektromagneticky ovládané vstřikovací ventily jsou umístěné v sacím potrubí v blízkosti hlavy válců a palivo se vstřikuje do oblasti před sací ventily.

Systémy Vstřikování Paliva Bosch

• Mono-Motronic: Již provádí vlastní diagnostiku a jedná se o adaptivní systém, to znamená, že je schopen se v určitém rozsahu přizpůsobit měnícím se provozním podmínkám a technickému stavu motoru.
• Mono-Jetronic: Neintegroval vstřikování paliva a zapalování do společné řídicí jednotky motoru, ale naopak, oba tyto systémy byly řízeny samostatně.
• Multec: Místo úhlu škrticí klapky je primární hodnotou pro určení doby vstřiku tlak v sacím potrubí, snímaný tzv. MAP-senzorem.
• Motronic ME 7.5: Má elektronické ovládání plynu, to znamená, že řídicí jednotka motoru nastavuje škrticí klapku do požadované polohy pomocí servomotoru, a to na základně signálu ze snímače polohy plynového pedálu.

Doprava Paliva

V palivové nádrži je elektrické palivové čerpadlo, které dopravuje palivo přes palivový filtr do centrální vstřikovací jednotky. Zde prochází nejprve vstřikovacím ventilem, dále regulátorem tlaku paliva a poté se vrací zpětným vedením do palivové nádrže.

Odvětrání Palivové Nádrže

Jedná se o uzavřený systém zamezující úniku benzinových výparů do atmosféry. Benzinové výpary z nádrže jsou odvětrány do nádobky s aktivním uhlím, odkud jsou přisávány do sacího potrubí a následně spáleny motorem. Regenerace uhlíkového filtru je aktivní až na zahřátém motoru s funkční lambda regulací.

Recirkulace Spalin (EGR)

Jedná se o doplňkový systém snižující emise oxidů dusíku (NOx). Systém přepouští část výfukových plynů zpět do sacího potrubí, tím dochází ke snížení spalovací teploty a omezení tvorby oxidů dusíku. Recirkulaci spalin ovládá řídicí jednotka motoru přes AGR ventil, který může být konstrukčně řešen jako pneumatický nebo elektrický.

Systém Sekundárního Vzduchu

Jedná se o doplňkový systém zlepšující emise výfukových plynů na studeném motoru. Systém funguje tak, že ihned po nastartování studeného motoru nastaví řídicí jednotka motoru pozdní okamžik zážehu a spustí vhánění vzduchu do oblasti sběrného výfukového potrubí. Tento zásah způsobí intenzivní dohořívání směsi v oblasti výfuku, dodatečné spálení přebytečného paliva vlivem nastavené bohaté směsi a hlavně okamžitý nárůst teploty, která zajistí rychlé aktivování lambda regulace a katalyzátoru.

Lambda Sonda

Lambda sonda je malý senzor měřící množství kyslíku ve spalinách motoru. Moderní spalovací motory jsou konstruovány s co největším důrazem na efektivitu spalování a to jak z důvodu emisních norem, tak i spotřeby paliva. Data o množství kyslíku ve spalinách, která lambda sonda sbírá, slouží řídící jednotce motoru k dosažení co nejlepšího poměru vzduchu a paliva (bohatost směsi). Lambda (λ) je veličina odpovídající směšovacímu poměru. V obvyklých podmínkách je λ = 1. V takovém případě je na spálení 1 kg paliva je zapotřebí 14,8 kg vzduchu.

• Bohatá směs (λ < 1): Menší poměr vzduchu ve směsi.
• Chudá směs (λ > 1): Větší poměr vzduchu ve směsi.

Většina moderních automobilů má lambda sondy hned dvě. První (regulační) se nachází na výfuku před katalyzátorem a slouží pro okamžitou regulaci palivové směsi.

• Jednoduchá lambda sonda: Starý typ, který musí být pro správné snímání dat zahřán na provozní teplotu výfukovými splodinami.
• Vyhřívaná lambda sonda: Typ vybavený elektrickým výhřevem.
• Skoková (dvoubodová) lambda sonda: Základem sondy je keramická destička z obou stran opatřená platinovými elektrodami. Na první elektrodu působí výfukové plyny, zatímco na druhou působí atmosferický vzduch.

Lambda sondy jsou vystavovány extrémním teplotám, agresivním látkám či vibracím. Přestože je jejich konstrukce velmi odolná, čas od času se porouchají. Rozsvícením příslušné kontrolky (tzv. Životnost lambda sond je velmi proměnlivá a odvíjí se od mnoha faktorů - jízdním stylu, kvalitě paliva, klimatickým podmínkám apod. Jednoduché lambda sondy bez výhřevu je doporučeno měnit po nájezdu zhruba 80 000 km. Vadná lambda sonda může velmi potrápit majitele vozidel se stočeným tachometrem, kdy je často výrazně překračována její životnost.

Lambda sonda je poměrně snadno vyměnitelná i v domácích podmínkách. Senzor je jednoduše zašroubovaný do výfukového potrubí a zapojený do elektronického konektoru. Ceny lambda sond se u běžných vozidel pohybují od 1 000 Kč do 10 000 Kč. Jako u všech autodílů můžete i v případě lambda sondy narazit na vícero výrobců.

Diesel vs. Benzin

Pod tlakem emisních norem došlo k prudkému vývoji zážehových motorů, které musí opouštět tradiční nepřímé vstřikování do sacích kanálů a škrticí klapku, což je kombinace z hlediska čistoty emisí dlouhodobě problematická. Nové technologie (přímé vstřikování či proměnný zdvih ventilů) jdou ruku v ruce s přeplňováním a nárůstem specifických výkonů, spotřeba přitom klesá. Vznětový motor se zdá být ohrožen i z druhé strany.

Argumenty pro Diesel

1. Diesel je spolehlivější než dříve: Oslovené diesel servisy se shodují, že auta se vstřikováním common rail vyrobená v posledních čtyřech letech jsou velmi spolehlivá.
2. Diesel je spolehlivější než benzinový motor: Nafta na rozdíl od benzinu nesmývá olejový film z válců, takže vznětové motory déle vzdorují opotřebení. Navíc diesel není citlivý na bohatost směsi.
3. Výkon dieselu není limitován: Plnicí tlak není ničím limitován.
4. V naftě je víc energie než v benzinu: S každým litrem nafty tak tankujete více energie a dojedete dále, i kdyby vyšší účinnosti vznětového motoru nebylo.
5. Diesel má vyšší účinnost: To je asi nejdůležitější přednost vznětového motoru, plynoucí z jeho vyšší komprese a nižších čerpacích ztrát (nesaje skrz škrticí klapku).

Diesel je vysoce účinný, ale ta spolehlivost závisí na typu provozu. Zejména od nástupu normy Euro 5 v roce 2010, kdy již žádné osobní dieselové auto neunikne sériové montáži filtru pevných částic.

tags: #vznetovy #motor #emise #bohatost #směsi

Oblíbené příspěvky:

• Jak se bránit odpadkovému monstru?
• Výskyt vody v přírodě
• Budoucnost v ochraně životního prostředí
• Průvodce výběrem outdoorových bot
• Jak snížit dopad na životní prostředí