Elektronski sistemi paljenja i ubrizgavanja - Diplomski rad - Opel Zafira B

1. Uvod

Cilj ovog rada su analiza i proučavanje elektronskog sistema za upravljanje radom motora CR/EDC 16C-9, kao i svih njegovih elemenata (senzora, aktuatora...). Ovo je ostvareno analizom

komunikacionih i osciloskoposkih merenja koja su izvršena na vozilu kao i uopštenim  proučavanjem i obradom pojedinih podsistema. Vozilo koje je tema ovog diplomskog rada, koristi dizel motor Z19 DTH sa snagom o d 110 kw, i

zapreminom od 1990 cc, čijim radom upravlja elektronska centralna jedinica Bosch EDC 16C 9. Ovo vozilo ima common rail sistem ubrizgavanja sa bosch CP1H pumpom visokog pritiska. pritiska. Opel Zafira B je automobil koji je prvi put prikazan u evropi u 2004 godini, a sa prodajom je  počeo 2005. Dok je prva generacija motora koji koristi dosta starija od toga. U pitanju je motor iz Fijatove porodice JTD (skraćenica od uniJet Turbo Diesel) motora koja je počela da se

 proizovdi još 1997 godine. Motor ugrađen u ovaj automobil pripada drugoj generaciji tih motora a radi se o Opelovoj verziji tog motora, tj o CDTI Ecotec motoru gde je Ecotec skraćenica od Emissions Control Optimisation TEChnology, a odnosi se na seriju tehnologija primenjenih u optimizaciji kontrole izduvnih gasova. Osim u Zafiru B Opel je ove motore još ugrađivao i u Vektru, Signum, Astru, a ugrađivani su i u mnoge Fijatove i SAAB-ove automobile, jer su se  pokazali kao pouzadni motori.

1

2. Osnovni podaci o vozilu:

Težina i dimenzije Dužina Širina

4476 (mm)

Visina

1635 (mm)

Međuosovinsko rastojanje Težina praznog vozila Maksimalna dozvoljena težina

2703 (mm) 1528 (kg)

Zapremina rezervoara

58 (l)

Zapremina prtljažnika Maksimalna zapremina prtljažnika

140 (l)

Dozvoljen tovar

677 (kg)

Dozvoljeno opterećenje krova Dozvoljeno opterećenje vučne kuke

75 (kg)

Radijus okretanja

11,1 (m)

Trag točkova napred Trag točkova nazad

1488 (mm)

1801 (mm)

2205 (kg)

1820 (l)

75 (kg)

1510 (mm)

Preformanse Maksimalna brzina

198 (km/h)

Ubrzanje 0-100 km/h

10,7 (s)

Potrošnja 2

Prosečna potrošnja u gradu Prosečna potrošnja van grada Kombinovana potrošnja

9,8 (l/100km) 5,7 (l/100km) 7,2 (l/100km)

Motor Oznaka motora

Z19 DTH

Zapremina

1990 (cc)

Prazan hod

750 - 1050 (rpm)

Kompresioni pritisak Max. gubitak kompresije izme đu cilindara

24 - 32 (bar)

Diferencioni limit između cilindara

< 1.5 (bar) > 1.0 / 850 (bar/rpm), >4.0 / 4000 (bar/rpm)

Pritisak ulja

25 (%)

( pri 100 C )

Maksimalna snaga

110 (kw)

Maksimalna snaga

150 (KS)

Maksimalni obrtni moment

320 (Nm)

Motor (Dizel)

Centralni računar

Bosch CR/EDC 16C-9

Sistem ubrizgavanja

Common rail

Pumpa visokog pritiska

Bosch CP1H

Pumpa visokog pritiska (pritisak)

1350 / 2220 (bar/rpm)

Pumpa niskog pritiska (pritisak)

< 8.5 (bar)

Brizgaljke

Bosch CRIP 2 - MI

Broj cilindara

4 / DOHC

Broj ventila po cilindru

4

Prečnik x hod klipa

82.0 x 90.4 (mm)

Sistem otvaranja ventila

OHC

Stepen kompresije

17.5 : 1

Redosled ubrizgavanja

1-3-4-2

Maksimalni rail pritisak

1600 (bar)

Izduvni gasovi (manualna transmisija) Standard

Euro 4

CO2 (Prosečno)

165 g/km

CO

0.114 g/km

NOx

0.221 g/km

HC NOx

0.237 g/km

3

Izduvni gasovi (automatska transmisija) Standard

Euro 4

CO2 (Prosečno)

191 - 194 g/km

CO

0.016 g/km

NOx

0.217 g/km

HC NOx

0.225 g/km

Čestice

0.001 g/km

Akumulator i Alternator Akumulator Akumulator

60 Ah Opciono

Alterantor Alterantor

70 Ah 100 A

Opciono

4

140 A

3. Uopšteno o načinu rada pojedinih sistema na ovom vozilu U ovom prvom delu biće uopšteno izložen sistem rada ECU i način rada common rail sistema, dok će ostali sistemi i senzori biti detaljno obrađeni  kroz ostatak rada, vezano za konkretna merenja na ovom vozilu.

 – Upravljačka jedinica motora 3.1 ECU (Engine Control Unit)  – Upravljačka

Slika 1 - Primer funkcionisanja ECU

Motorni računar (ECU - electronic control unit) je mikroprocesorski sistem sistem koji potpuno upravlja radom motora. Sastoji se od ulazne jedinice koja prikuplja ulazne vrednosti kao što su: temperatura motora, temperatura ulaznog vazduha, broj obrtaja motora, zapremina ili masa

usisanog vazduha, brzina vozila, sastav izduvnih gasova, opterećenje motora i mnoge druge. Prikupljeni podaci se u AD konvertorima k onvertorima pretvaraju u digitalne vrednosti . Mikroprocesor obrađuje primljene vrednosti i na osnovu njih određuje izlazne parametre kao što su: vreme otvaranja brizgaljki, ugao palenja itd. Podaci se ažuriraju i obradjuju i po nekoliko desetina puta u sekundi. Vrednosti se iz digitalnog oblika pretvaraju u analogni, pojačavaju i vode na izlazne

 pinove računara a odatle na izvršne elemente (brizgaljke, bobine, koračne motore itd). Ukoliko se neki od senzora pokvari, ECU jedinica prelazi na poseban, siguronosni režim rada Safe Mode. Motor i dalje nastavlja sa radom, ali sa smanjenim performansama.

5

Dobar primer rada ECU se može videti na blok šemi, preuzetoj iz Opel TIS-a:

Slika 2 - Blok dijagram sistema Z19DTH, ED C 16 C39 - gornji deo

B22

Senzor pozicije pedalje gasa

B23

Senzor spoljne temperature

B28

Senzor pozicije bregaste

B30

Senzor pozicije radilice

S41

Prekidač kvačila

Sa jedne strane imamo na ulazu podatke i signale sa različitih senzora i prekidača koje ECU zatim obrađuje.

6

Zatim motorni računar na osnovu toga šalje upravljačke u pravljačke signale prema raznim drugim delovima sistema, sa kojima je potrebno upravljati, kao što su na primer u ovom slučaju to: M1_M8

Pumpa goriva

L2A

Injektor - cilindar 1

L2B

Injektor - cilindar 2

Takođe možemo videti da računar ima uzajamnu komunikaciju sa drugim kontrolnim  jedinicama, koje upravljaju pojedinim delovima sistema, kao što su u ovom slučaju to A111 (Kontrolna jedinica koja određuje poziciju leptir klapne) ili A147 (Kontrolna jedinica koja određuje period rada grejača).

7

3.2 Common rail sistem ubrizgavanja:

Slika 3 - Primer Common rail sistema ubrizgavanja

Common-rail u prevodu znači zajednički kanal, koji diretktno snabdeva sve cilindre gorivom, u

ovom slučaju euro dizelom. U zajedničkom kanalu vlada "konstantan" pritisak, te motor radi mirnije, brže postiže radnu temperaturu, a sama konstrukcija sistema dozvoljava glavnom  procesoru da preciznije dozir a koliko je goriva potrebno svakom cilindru u određenom trenutku. To znači da kada vozite polako, a motor radi na 2.000 o/min, u cilindre se ubacuje siromašna smeša, kako bi se smanjila potrošnja goriva. Ukoliko se pokaže potreba za naglim ubrzanjima,  procesor brizgaljkama u hiljaditom delu sekunde menja parametre i ubrizgava veliku količinu goriva da bi se dobila potrebna snaga. Mnogi od dizel agregata sa common-rail sistemom imaju 16 ventila, što svakako doprinosi do prinosi njihovom elastičnijem radu. Dakle motor ima bolji odziv na gas, i osetno je elastičniji, tako da se kod među-ubrzanja manje opterećuje motor.

U ovom konkretnom slučaju imamo common rail sistem sa pumpom visokog pritiska Bosch CP1H, čijim radom upravlja motorni računar Bosch CR/EDC 16C-9.

8

Slika 4 - Bosch EDC16 common rail sistem

Kao što možemo videti na slici ovaj sistem se može podeliti u tri osnovna dela, a to su: - Sistem dovoda goriva niskog pritska, koji gorivo vodi od pumpe niskog pritiska koja se nalazi u

rezervoaru, u filter goriva, pa u pumpu visokog pritiska, i koji je na ovoj ovo j slici označen narandžastom bojom. - Sistem dovoda goriva visokog pritiska koji gorivo vo di od pumpe visokog pritiska do magistrale, pa u brizgaljke. Na slici je označen crvenom bojom. - Sistem povrata goriva koji višak goriva vraća opet u pumpu niskog pritiska.Na slici je označen  plavom bojom.

9

3.3 Delovi common rail sistema:

Slika 5 - Pregled komponenti common rail sistema Bosch EDC 16

10

1. Ventil za regulaciju pritiska u railu Ventil za regulaciju pritiska ima zadatak da u rail-u uspostavi i održava pritisak zavisno od

režima rada motora: -  pri suviše visokom pritisku u rail-u ventil za regulaciju pritiska se otvara, tako da jedan deo goriva iz rail-a dospeva preko sabirnog cevovoda nazad u rezervoar goriva. -  pri previše niskom pritisku u rail-u ventil za regulaciju pritiska se zatvara i vrši zaptivanje visoko-pritisne strane u odnosu na nisko-pritisnu stranu.

Slika 6 - Ventil za regulaciju pritiska u railu

2. Akumulator visokog pritiska pritiska (rail) (rail) Akumulator visokog pritiska (rail) (rail) ima zadatak da akumulira gorivo pri pri visokom pritisku. Akumulatorska zapremina treba pri tom da priguši oscilacije pritiska izazvane isporukom goriva i ubrizgavanjem.

Pritisak u razvodniku goriva zajedničkom za sve cilindre održava se na približno konstantnoj vrednosti i pri oduzimanju većih količina goriva. Time se obezbeđuje da pritisak  p ritisak  ubrizgavanja ostaje konstantan pri otvaranju brizgaljke.

Slika 7 - Akumulator visokog pritiska 11

3. Senzor pritiska u rail-u Senzor pritiska u rail-u mora da: - meri aktuelni pritisak u rail-u sa dovoljnom tačnošću i u odgovarajućem kratkom vremenu - kao i da upravljačkoj jedinici šalje naponski signal koji odgovara trenutnom pritisku. Senzor pritiska u rail-u sastoji se od sledećih sastavnih delova: - jednog integrisanog senzorskog elementa koji je navaren na priključak za pritisak - jedne štampane ploče sa električnim kolima za obradu podataka - kućišta senzora sa usadnim električnim priključcima

Slika 8 - Senzor pritiska u railu

4. Ograničavač protoka

Ograničavač protoka ima zadatak da spreči malo verovatnu pojavu trajnog brizganja injektora. Da bi se, u slučaju prekoračenja maksimalno predviđene količine goriva koja se preuzima iz raila, ovaj zadatak izvršio, ograničavač protoka zatvara dovod goriva ka dotičnom injektoru.

12

5. Ventil ograničenja pritiska

Zadatak ventila za ograničavanje pritiska odgovara zadacima regulacionog ventila. Ventil ograničenja pritiska vrši ograničavanje pritiska u rail-u tako što on pri prevelikom opterećenju oslobađa otvor za isticanje. On u rail-u dopušta kratkotrajni pritisak od maksimalno 1500 bar-a. Kod ventila za ograničenje pritiska radi se o jednoj komponenti sa mehaničkim dejstvom. Sastoji se od sledećih komponenti: - kućišta sa spoljašnim navojem za uvrtanje u rail - priključka na vod povratnog goriva ka rezervoaru - pokretnog klipa i - opruge.

Kučište na priljučnoj strani ka rail-u ima jedan otvor koji je sa unutrašnje strane zatvoren koničnim završetkom klipa koji naleže na zaptivno sedište. Pri normalnom radnom pritisku (do 1350 bar) jedna opruga pritiska klip na sedište u zaptivni položaj, tako da rail ostaje zatvoren. Tek pri prekoračenju maksimalnog sistemskog pritiska klip pod dejstvom pritiska u rail-u savladava silu opruge, i sabijeno gorivo kroz kanale vodi u centralni otvor klipa i dalje preko sabirnog cevovoda nazad ka rezervoaru za gorivo.Sa otvaranjem ventila gorivo ističe iz rail-a:  posledica toga je redukcija pritiska u rail-u.

Slika 9 - Ventil ograničenja pritiska

13

6. Injektor (brizgaljka)

Početak ubrizgavanja i količina goriva uspostavljaju se posredstvom brizgaljke koja se otvara električnim putem. On zamenjuje kombinaciju nosača brizgaljke (brizgaljku i nosač brizgaljke) uobičajenih dizel postrojenja za ubrizgavanje goriva pod visokim pritiskom. Pri postavljanju injektora na glavu cilindra prednost se najčešće daje primeni steznih šapa slično kao kod postojećih nosača brizgaljki b rizgaljki za dizel motore sa direktnim ubrizgavanjem DI (direct injection). Injektor može biti podeljen na različite funkcionalne blokove: brizgaljka sa rupicama, hidraulični servo-sistem i magnetni ventil.

Slika 10 - Brizgaljka

14

7. Ventil za kontrolu količine količine goriva Ovaj ventil se nalazi na pumpi visokog pritiska, i njegova uloga je kontrola dovoda goriva u

 pumpu visokog pritiska. Ovaj ventil je kontrolisan od strane ECU putem negativno okidajućeg PWM signala. Radna frekfencija mu je oko 180 Hz.

Slika 11 - Ventil za kontrolu količine goriva

Kada nema struje u elektromagnetu ventila, ventil je otvoren, i to znači nizak dovod goriva u  pumpu visokog pritiska.

Kada je dovedena struja u elektromagnet ventila, ventil se zatvara, i to znači visok dovod goriva u pumpu visokog pritiska. Prednosti ovakve kontrole su: - Samo potrebna količina goriva se šalje od pumpe visokog pritiska ka magistrali goriva. - Umanjeno cirkulisanje goriva kroz sistem, rezultuje u samnjenoj temperaturi povratnog goriva. - Smanjena parazitska opterećenja na motor.

15

Slika 12 - Primer funkcionisanja common rail sistema kroz zatvorenu petlju

 Na slici iznad možemo videti da se sa leve strane motornog računara nalaze komponente od čijih signala zavisi proračunavanje pritiska u railu, koje treba da d a izvrši motorni računar.Na osnovu tih  podataka računar šalje signale ventilu koji reguliše količinu goriva u PVP i ventilu koji reguliše  pritisak goriva u railu, a zatim preko senzora pritiska u railu, dobija nazad povratnu informaciju na osnovu koje vrši dalje korekcije.

Leva strana APP

Senzor pozicije pedale gasa

CKP

Senzor pozicije radilice

ECT

Senzor temperature rashladne tečnosti motora

B+

Napon sa baterije

DPF

DPF filter Senzor pritiska u rail-u

Desna strana Ventil za kontrolu količine goriva

Ventil za regulaciju pritiska u rail -u

16

4. Pregled motornog prostora

Slika 13 - pogled na motor odozgo (Bosch ESItronic)

A20.1

Upravljački uređaj motora Upravljački uređaj vremena paljenja Upravljačka jedinica prigušne leptir klapne

B2.10

Senzor rail pritiska

B3.2

Senzor temperature sredstva za hlađenje

B4.7

Senzor pozicije bregaste osovine

B8.3 R3.x

Merač mase vazduha vrućim filmom Grejači

Y10.38

Senzor pritiska punjenja

Y10.57

Magnetni ventil torizijske klapne

Y2.x

Injektori

Y9.3

Ventil regulacije pritiska

A1.1 A1.9

17

Slika 14 - Pogled na motor sa zadnje strane (Bosch ESItronic)

B13.1

Senzor nivoa motornog ulja

B3.71

Senzor pritiska punjenja/temperature

B4.4

Senzor pozicije radilice

S3.5

Prekidač za ulje u motoru

Y10.13

Magnetni ventil povrata izduvnog gasa

Y28.1

Ventil za kontrolu količine goriva

 Napomene:

Komponenta senzor nivoa motornog ulja, se izrađuje kao komponenta prekidač nivoa motornog ulja. Komponenta magnetni ventil povrata izduvnog gasa se nalazi na komponenti upravljačka

 jedinica prigušne leptir klapne.

18

Slika 15 - Pogled na motor odozgo (WokshopData)

38

Senzor pozicije bregaste osovine

188

Regulator pritiska goriva

19

Slika 16 - Pogled na motor (WorkshopData)

33

Senzor pozicije klapne

42

Senzor temperature rashladne tečnosti

20

Slika 17 - Pogled na motor sa zadnje strane (WorkshopData)

23

EGR ventil

110

Alternator

174

Senzor pozicije radilice

290

Senzor pritiska turbine

934

Ventil za kontrolu količine goriva

21

Slika 18 - Pogled na motor spreda (WorkshopData)

132

Senzor nivoa ulja

148

Kontrolni ventil vrtloženja Prekidač pritiska ulja

149

22

Slika 19 - Pogled na motor (Opel TIS 2000)

B28

Senzor pozicije bregaste

B176

Senzor pritiska ulja

L2A

Ventil ubrizgavanja - cilindar 1

L2B

Ventil ubrizgavanja - cilindar 2

L2C

Ventil ubrizgavanja - cilindar 3

L2D

Ventil ubrizgavanja - cilindar 4

 Na slikama iznad je predstavljen raspored komponenti u motornom prostoru vozila, tj njihov

 položaj na samom vozilu. Kasnije će biti više rečeno o samim komponentama, kompon entama, ali za sada je  bitno videti položaj ugradnje istih, kako bi znali gde se te komponente nalaze pri samim merenjima, ili eventualnoj zameni i popravci istih.

23

5. Osigurači i releji  Na narednim stranicama će biti predstavljen raspored osigurača i releja u ovom o vom vozilu.Pre nego

što se pređe na elektirčne šeme, bitno je znati preko kojeg osigurača i releja ide koja komponenta, jer često uzrok samog kvara kv ara može biti neispravan osigurač ili relej.

Slika 20 - Glavni osigurači u motornom delu

Osigurač FL1 - 0.0A Osigurač FL2 - 80A Osigurač FL3 - 80A Osigurač FL4 - 100A

Nekorišten

Osigurač FL5 - 80A

29, 30, 33, 35

Kontrolna jedinica

Napajanje upravljača Dodatni grejač vazduha Osiguračka kutija u prtljažnom delu, osigurači 1, 3, 4, 5, 22, 23, 24, 26, 27, Osiguračka kutija u prtljažnom delu, osigurači 1, 3, 4, 5, 22, 23, 24, 26, 27,

Osigurač FL6 - 80A

29, 30, 33, 35

24

Slika 21 - Osiguračka kutija u motornom delu

Osigurač 1 - 20A Osigurač 2 - 30A Osigurač 3 - 40A Osigurač 4 - 40A Osigurač 5 - 40A Osigurač 6 - 40A Osigurač 7 - 10A Osigurač 8 - 15A Osigurač 9 - 25A Osigurač 10 - 20A Osigurač 11 - 0.0A Osigurač 12 - 0.0A Osigurač 13 - 15A Osigurač 14 - 30A Osigurač 15 - 30A Osigurač 16 - 5A Osigurač 17 - 25A Osigurač 18 - 0.0A Osigurač 19 - 25A

Or Or Kontrola klime Grejanje

Hlađenje motora Hlađenje motora Pumpa brisača vetrobranskog stakla Relej trube

Pumpa brisača Centralna brava

Nekorišćen Nekorišćen Prednja svetla za maglu

Pumpa brisača vetrobranskog stakla Brisač Osiguračko - relejska kutija u prtljažnom delu Grejač filtera za gorivo Nekorišćen Relej startera 25

Osigurač 20 - 10A

Klima

Osigurač 21 - 20A Osigurač 22 - 7.5A Osigurač 23 - 10A Osigurač 24 - 15A Osigurač 25 - 15A Osigurač 26 - 10A Osigurač 27 - 5A Osigurač 28 - 5A Osigurač 29 - 7.5A Osigurač 30 - 15A Osigurač 31 - 10A Osigurač 32 - 5A Osigurač 33 - 5A Osigurač 34 - 7.5A Osigurač 35 - 20A Osigurač 36 - 7.5A

Kontrolna jedinica motora

Rele1 R1 - 0.0A

Starter relej

Rele1 R2 - 0.0A

Kontrolna jedinica motora

Rele1 R3 - 0.0A

Terminal 15

Rele1 R4 - 0.0A Rele1 R6 - 0.0A

Relej brisača za veći broj obrtaja Prekidač brisača prednjeg stakla Relej pumpe tečnosti za pranje

Rele1 R7 - 0.0A

Relej kompresora klime

Rele1 R8 - 0.0A

Relej pumpe za gorivo

Rele1 R9 - 0.0A

Rele1 R13 - 0.0A

Relej ventilatora za hlađenje Relej ventilatora za hlađenje Relej ventilatora za hlađenje Relej grejača filtera za gorivo Relej duvača

Rele1 R14 - 0.0A

Relej prednjih svetala za maglu

Rele1 R5 - 0.0A

Rele1 R10 - 0.0A Rele1 R11 - 0.0A Rele1 R12 - 0.0A

Kontrolna jedinica motora Prednja svetla Pumpa za gorivo Automatska transmisija Kontrolna jedinica motora

Napajanje upravljača Automatska transmisija Automatska transmisija Bobina Podesiva prednja svetla Relej kompresora klime

Prekidač za svetlo Instrument tabla Radio Info displej

26