Diagnostyka turbosprężarki i systemu recyrkulacji spalin

© as-illu

Udostępnij:

Aby silnik Diesla pracował wydajniej i aby utrzymać emisję spalin na odpowiednim poziomie, konieczne jest też prawidłowe działanie doładowania i recyrkulacji spalin.

Turbosprężarka wtłacza sprężone powietrze do cylindrów. W połączeniu z odpowiednio wyższą masą paliwa, zwiększona masa powietrza daje wyższą moc przy takiej samej lub nawet większej pojemności. Mniejsza pojemność („downsizing”) pozwala z kolei na znaczne obniżenie zużycia paliwa, a tym samym także emisji spalin. Ponieważ standardowe turbosprężarki o stałej geometrii turbiny wymagają określonej pojemności spalin, aby osiągnąć ciśnienie doładowania i dlatego wykazują pewne opóźnienie działania, dzisiaj stosowane są praktycznie wyłącznie turbosprężarki o zmiennej geometrii turbiny. W takich turbosprężarkach za pomocą łopatek kierowniczych przy niskich obrotach można zmieniać przekrój wlotowy, a wraz z nim także dopływ do turbiny spalinowej. Prowadzi to do zwiększenia prędkości spalin, dzięki czemu już przy niskich obrotach osiąga się odpowiednie ciśnienie doładowania, bez wcześniejszego obniżenia mocy (turbodziury). Jeżeli obroty silnika wzrosną, regulacja silnika zmniejsza stopniowo zmianę geometrii, w wyniku czego ciśnienie doładowania nie jest za wysokie, a koło turbiny nie kręci się zbyt szybko. Aby także w przypadku usterki, nie doszło do uszkodzenia turbosprężarki – albo nawet silnika, łopatki kierownicze ustawiają się w położeniu awaryjnym i zapewniają największy przekrój wlotowy. Opisane zmiany następują pod wpływem podciśnienia lub silnika elektrycznego.

Usterka turbosprężarki

Turbosprężarka wytwarza konieczne ciśnienie doładowania z energii ruchu spalin. Ze względu na duże oddziaływania termiczne (ciepło/zimno) jest wystawiona na bardzo duże obciążenia. Nierzadko turbina osiąga obroty do 250 000 min-1.

Oznaki usterek:
Mechaniczne usterki turbosprężarki mogą objawiać się w różny sposób. Od utraty mocy do uszkodzenia silnika. Usterki mechaniczne dają się często sprawdzić tylko po odsłonięciu turbosprężarki w taki sposób, aby można było przeprowadzić oględziny łopatek turbosprężarki z obu stron. W najgorszym przypadku sprężarka musi zostać całkowicie zdemontowana.

Poszukiwanie usterek:
1. Ze względu na brak smarowania, wałek może się zatrzeć w obudowie turbosprężarki; może też dojść do uszkodzenia łopatek turbiny ze względu na zbyt duży luz między wałkiem a obudową.
2. Układ regulacji łopatek kierowniczych może wisieć w obudowie lub zakleszczyć się.
3. Układ regulacji łopatek kierowniczych (podciśnienie/silnik elektryczny) może być wadliwy.
4. Obudowa może być nieszczelna.

Diagnoza:
Postępowanie w celu stwierdzenia usterki turbosprężarki:
1. Sprawdzić, czy układ smarujący turbosprężarki nie jest zatkany.
2. Sprawdzić układ regulacji łopatek kierowniczych, czy jest swobodnie ruchomy i czy działa prawidłowo.
3. Sprawdzić układ regulacji łopatek kierowniczych za pomocą pompy podciśnieniowej lub sprawdzić nastawnik testerem diagnostycznym.
4. Sprawdzić, czy na obudowie nie występują nieszczelności w postaci poczerniałych miejsc (tworzenie się sadzy).

Warto wiedzieć
 
Recyrkulację spalin stosuje się w celu ograniczenia ilości szkodliwych tlenków azotu NOX. Powstają one podczas spalania przy nadmiernej ilości powietrza i zbyt wysokiej temperaturze (ok. 2500°C) w różnych miejscach w komorze spalania. Wówczas azot wiąże się z tlenem zawartym w powietrzu do spalania i tworzy tlenek azotu lub dwutlenek azotu (wspólnie oznaczane jako NOX). Przez powtórne doprowadzenie spalin, które zachowują się jak gaz obojętny, i zmieszanie ich ze świeżym powietrzem, osiąga się udział tlenu zmniejszony o 60%, co obniża temperaturę spalania o ok. 500°C. Skutek ten można jeszcze polepszyć, schładzając spaliny zanim wpłyną do cylindra.

Turbosprężarka z regulacją podciśnieniową

Zawór sterujący turbosprężarką zmienia położenie łopatek kierowniczych w zależności od wymaganego i istniejącego ciśnienia doładowania. Wysterowanie następuje poprzez sterownik silnika sygnałem o modulowanej szerokości impulsu (PWM). Na biegu jałowym łopatki kierownicze ustawione są w pozycji maksymalnego ciśnienia doładowania. Oznacza to, że sygnał ze sterownika silnika ma szeroki impuls. W miarę wzrostu obrotów silnika szerokość impulsu maleje.

Oznaki usterek:
Turbosprężarka jest sterowana tak, że nawet usterka wysterowania nie prowadzi do uszkodzenia silnika. Dlatego usterka wysterowania łopatek kierowniczych zawsze skutkuje spadkiem mocy w dolnym zakresie obrotów z powodu niewystarczającego ciśnienia ładowania.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód sterowniczy ze sterownika silnika.
3. Nieszczelne przewody podciśnieniowe.
4. Uszkodzony zawór.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie elektryczne zaworu sterowniczego; napięcie powinno wynosić 12 V.
2. Sprawdzić przewód sterowniczy ze sterownika silnika. Na luzie powinno występować wysokie wysterowanie (np. 80%) ze sterownika silnika.
3. Zmierzyć oporność kabli.
4. Sprawdzić przewód podciśnienia między pompą podciśnieniową a zaworem sterowniczym. Podciśnienie powinno wynosić np. 1000 mbarów.
5. Sprawdzić przewód podciśnienia między zaworem sterowniczym a zaworem upustowym sprężarki. Tutaj na jałowym biegu powinno występować wysokie podciśnienie, które powinno maleć z rosnącymi obrotami.
6. Ewentualnie wymienić zawór sterowniczy.

Turbosprężarka z regulacją elektryczną

Regulacja tego typu działa w zasadzie tak samo jak regulacja podciśnieniowa. Łopatki kierownicze są tutaj przesuwane elektrycznym silnikiem regulującym.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód sterowniczy ze sterownika silnika.
3. Wadliwy silnik regulujący.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie elektryczne silnika regulującego; napięcie powinno wynosić 12 V.
2. Sprawdzić przewód sterowniczy ze sterownika silnika. Na luzie powinno występować wysokie wysterowanie ze sterownika silnika.
3. Zmierzyć oporność kabli.
4. Ewentualnie wymienić silnik regulujący.

Czujnik położenia regulacji turbosprężarki

Czujnik położenia przekazuje sterownikowi informacje o rzeczywistej pozycji łopatek kierowniczych. Aby sterownik silnika znał końcowe pozycje zmiany geometrii turbosprężarki, elektronika sporadycznie przeprowadza kalibrację (adaptację). Jeżeli sygnału nie ma, nie można określić dokładnej pozycji łopatek kierowniczych i sterownik silnika przechodzi w tryb awaryjny. Obniża przy tym ciśnienie doładowania, aby nie doszło do uszkodzenia silnika. Silnik pracuje z mniejszą mocą.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód masy.
3. Przerwany przewód sygnałowy do sterownika.
4. Uszkodzony czujnik położenia.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie elektryczne; napięcie powinno wynosić 5 V.
2. Sprawdzić przewód masy.
3. Sprawdzić sygnał na przewodzie sygnałowym; powinien wynosić od 0,5 do 4,5 V.
4. Zmierzyć oporność kabli.
5. Ewentualnie wymienić czujnik położenia.

Czujnik ciśnienia doładowania

Czujnik ciśnienia doładowania przekazuje sterownikowi informacje o rzeczywistym ciśnieniu ładowania. Zanim jednak turbosprężarka zostanie przestawiona, następuje sprawdzenie wiarygodności danych z czujnika. Poza tym porównuje się sygnał czujnika ciśnienia doładowania z czujnikiem ciśnienia otoczenia (czujnikiem ciśnienia atmosferycznego). Jeżeli obie wartości są takie same, turbosprężarka zostaje przestawiona. Jeżeli wystąpi odchylenie lub usterka czujnika ciśnienia doładowania, turbosprężarka jest ustawiana na podstawie awaryjnej charakterystyki wykreślnej, a ciśnienie doładowania ograniczone jest do minimum, co prowadzi do silnego spadku mocy.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód masy.
3. Przerwany przewód sygnałowy do sterownika.
4. Uszkodzony czujnik ciśnienia doładowania.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie elektryczne; napięcie powinno wynosić 5 V.
2. Sprawdzić przewód masy.
3. Sprawdzić sygnał na przewodzie sygnałowym; powinien wynosić od 0,5 do 4,5 V.
4. Zmierzyć oporność kabli.
5. Ewentualnie wymienić czujnik ciśnienia doładowania.

Recyrkulacja spalin

Recyrkulację spalin stosuje się w celu zmniejszenia udziału tlenków azotu w spalinach. Dzięki prowadzeniu spalin z powrotem obniża się udział tlenu i temperatura w komorze spalania, co prowadzi do obniżenia temperatury spalania i w konsekwencji do mniejszej ilości tlenków azotu. Jednak nie w każdym trybie pracy silnika sterowanie silnikiem wymusza recyrkulację spalin. Gdyby tak było, to skutkiem zbyt niskiego poziomu tlenu byłoby niepełne spalanie i zbyt duża emisja węglowodorów (HC). Recyrkulacja spalin przez pewien czas pracuje na biegu jałowym, a także w zakresie obciążenia częściowego. Jeżeli pojazd przyspiesza, recyrkulacja spalin zostaje zamknięta, aby silnik dostawał wystarczająco dużo powietrza i mógł osiągnąć maksymalną moc.

Warto wiedzieć
 
Silnik Diesla nadaje się szczególnie dobrze do doładowania, ponieważ spręża się w nim tylko powietrze, a nie mieszaninę powietrza i paliwa. Przy użyciu turbosprężarki powietrze można w stanie sprężonym doprowadzić do cylindra. To z kolei zwiększa masę powietrza, co przy odpowiednio większej masie paliwa prowadzi do wyższej mocy przy takiej samej pojemności lub takiej samej mocy przy mniejszej pojemności. Dzięki zmniejszeniu pojemności („downsizing”) osiąga się znaczne zmniejszenie zużycia paliwa oraz poprawę wartości emisji spalin.

TOP w kategorii




Zawór recyrkulacji spalin

Zawór recyrkulacji spalin jest wysterowywany zależnie od ilości spalin, jaką należy odprowadzić z powrotem. Aby sterowanie silnikiem mogło określić ilość odprowadzonych z powrotem spalin, konieczne jest zastosowanie miernika mas powietrza. W zaworze recyrkulacji spalin mogą wystąpić usterki spowodowane obciążeniem mechanicznym i termicznym. Znajdująca się w spalinach sadza może zablokować zawór.

Oznaki usterek:
Stale otwarta recyrkulacja spalin powoduje problemy ze startem lub silnik nie uruchamia się. Poza tym dochodzi do spadku mocy, pojawia się czarny dym spowodowany brakiem powietrza. Jeżeli pojazd wyposażony jest w filtr cząstek, należy go regenerować częściej z uwagi na wyższą zawartość sadzy.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód sygnałowy do sterownika.
3. Mechanicznie uszkodzony zawór recyrkulacji spalin, np. przez wiszący lub spalony grzybek zaworu.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie na komponencie; napięcie powinno wynosić 12 V.
2. Sprawdzić sygnał o modulowanej szerokości impulsu w przewodzie sterowniczym.
3. Sprawdzić zawór recyrkulacji spalin pod kątem uszkodzeń mechanicznych.

Czujnik położenia zaworu recyrkulacji spalin

Czujnik położenia przekazuje sterownikowi informacje o pozycji zaworu recyrkulacji spalin. W przypadku nieprawidłowego działania sterowanie silnikiem zamyka recyrkulację spalin, wówczas nie są odprowadzane z powrotem żadne spaliny. Jeżeli czujnik położenia nie działa lub podaje nieprawidłową wartość, może dojść do spadku mocy z powodu zbyt dużej ilości odprowadzonych z powrotem spalin. Jeżeli recyrkulację spalin kontroluje miernik masy powietrza, recyrkulacja spalin może ewentualnie zostać wyłączona.

Poszukiwanie usterek:
1. Przerwany przewód zasilający.
2. Przerwany przewód masy.
3. Przerwany przewód sygnałowy do sterownika.
4. Uszkodzony czujnik położenia.

Diagnoza:
1. Sprawdzić zasilanie elektryczne; napięcie powinno wynosić ok. 5 V.
2. Sprawdzić przewód masy.
3. Sprawdzić sygnał na przewodzie sygnałowym; powinien wynosić 0,5–4,5 V.
4. Zmierzyć oporność kabli.
5. Ewentualnie wymienić czujnik położenia.

Udostępnij:

Drukuj





autoFACHMANN



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również