Diagnostyka samochodowych instalacji LPG

Niniejszy artykuł poświęcony jest samochodowym instalacjom zasilania gazem LPG w kontekście metod ich diagnostyki oraz wpływu na pracę silników benzynowych wyposażonych w system samodiagnostyki OBD. Omówione zostaną wersje systemów LPG II i IV generacji z uwagi na największą ich popularność i najszersze zastosowanie.

Samochodowe instalacje gazowe II generacji

Instalacje gazowe LPG II generacji są bezpośrednim rozwinięciem podstawowego typu instalacji gazowej (tzw. I generacji). Mogą być one montowane w pojazdach wyposażonych w jedno- lub wielopunktowy wtrysk paliwa, katalizator oraz czujnik (lub czujniki) zawartości tlenu w spalinach (tzw. sondy λ). Przewaga instalacji LPG II generacji nad poprzednią wersją wynika głównie z możliwości wykorzystania sygnałów z czujników tlenu do monitorowania i regulowania składu mieszanki LPG-powietrze zasilającej silnik. Sterownik LPG na podstawie sygnału z sond λ reguluje skład mieszanki, poprzez zwiększanie lub zmniejszanie przepływu gazu z reduktora (parownika) do mieszalnika (miksera), będącego elementem dołączonym bezpośrednio do układu dolotowego silnika. Regulacja przepływu odbywa się zazwyczaj za pomocą wysterowania przez centralkę gazu silnika krokowego, dławiącego dopływ paliwa LPG. Oprócz sygnału z sondy λ centralka do wyznaczania wydatku LPG uwzględnia takie parametry pracy silnika jak jego prędkość obrotowa czy też kąt otwarcia przepustnicy. Dzięki temu możliwe jest realizowanie takich funkcji jak ogranicznik prędkości obrotowej silnika, odcinanie dopływu LPG podczas hamowania silnikiem czy wzbogacanie mieszanki podczas gwałtownego przyspieszania. Również przełączanie zasilania z benzynowego na gazowe może być realizowane automatycznie.

Aby umożliwić prawidłową pracę na paliwie LPG wtryskiwacz (lub wtryskiwacze) nie mogą dostarczać benzyny do układu dolotowego silnika. W tym celu stosuje się tzw. emulator wtryskiwaczy, który ma za zadanie odłączyć je od obwodu sterownika benzyny, a w ich miejsce dołączyć zastępczą rezystancję symulującą ich obecność. Zazwyczaj końcówki wyprowadzeń emulatora włączane są pomiędzy wiązkę biegnącą ze sterownika silnika
a złącza wtryskiwaczy benzyny.

Innym emulatorem wykorzystywanym w instalacjach LPG jest emulator sondy λ, który zazwyczaj realizowany jest poprzez odpowiedni układ generatora fali prostokątnej umieszczony w centralce gazowej. Zamiast sygnału z sondy λ do sterownika silnika podawany jest przebieg odpowiadający stechiometrycznemu składowi spalin (λ =1) tak, aby podczas zasilania paliwem LPG nie zmieniały się wartości korekty (adaptacje) dawki, które wyznaczane i zapisywane są w pamięci sterownika silnika dla potrzeb zasilania benzyną.

Instalacja LPG IV generacji

Rosnący stale stopień zaawansowania technicznego układów sterowania wtryskiem benzyny, prowadzący do zwiększenia precyzji dawkowania paliwa, przy jednoczesnej redukcji szkodliwych substancji emitowanych przez silniki o zapłonie iskrowym, wymusił na projektantach i producentach instalacji LPG stworzenie zupełnie nowej koncepcji zasilania paliwem gazowym - powstały instalacje IV generacji. Układy te bowiem muszą ściśle współpracować z systemami zasilania benzyną, które posiadają coraz bardziej wyrafinowaną samodiagnostykę, zgodną z wytycznymi dyrektyw EOBD/OBDII. Sterownik silnika oprócz wykonywania zadań związanych ze sterowaniem układem paliwowym i zapłonowym, wykonuje dodatkowo ciągłą kontrolę sprawności komponentów tych układów. W ten sposób zapewnione jest utrzymanie parametrów związanych z emisją spalin w zgodzie z deklarowaną przez producenta pojazdu normą (np. EURO 4, EURO 5 itd.).

IV generacja instalacji gazowych bazuje na koncepcji wielopunktowego, sekwencyjnego wtrysku fazy lotnej gazu. Wyposażona jest ona w sterownik elektroniczny zarządzający działaniem wtryskiwaczy gazowych oraz zaworów doprowadzających paliwo ze zbiornika. Zasadniczo w trakcie pracy na gazie sterownik ten musi odczytywać informacje z różnych czujników silnika. Są to w szczególności sygnał prędkości obrotowej, sygnał obciążenia silnika z czujnika podciśnienia w kolektorze dolotowym (MAP) oraz sygnał z sond λ. Właściwą pracę zapewnia przede wszystkim odczyt impulsów sterujących wtryskiwaczami benzyny, pochodzący ze sterownika silnika (ang. ECU - Electronic Control Unit). Na ich podstawie sterownik gazowy wysterowuje wtryskiwacze gazowe, wprowadzając uprzednio odpowiednią korektę (mnożnik) czasu otwarcia wtryskiwacza gazu, w stosunku do wtryskiwacza benzyny. W nowoczesnych komputerach sterujących doprowadzeniem gazu tworzona jest trójwymiarowa mapa w postaci zależności korekty czasu wtrysku od prędkości obrotowej i obciążenia silnika. Do określenia jakości i precyzji dawkowania wykorzystywany jest sygnał sondy λ przed reaktorem katalitycznym. Taka koncepcja pozwala na utrzymanie składu spalin i parametrów adaptacyjnych mieszanki zapisanych w ECU na poziomie zbliżonym, jak dla silnika zasilanego benzyną. Zbędne są zatem emulatory wtryskiwaczy i sond λ, spotykane w układach II generacji. Znacznemu uproszczeniu uległ również reduktor, którego zadaniem jest zmiana fazy LPG z ciekłej na gazową oraz redukcja ciśnienia gazu. Nie posiada on już membrany II stopnia regulującej ilość dopływającego gazu do kolektora, której funkcję przejęły tu wtryskiwacze gazu. Dodatkowo w systemach IV gen. występuje czujnik ciśnienia gazu po stronie niskiego ciśnienia, pozwalający na automatyczne przełączenie się na zasilanie benzyną w momencie spadku ciśnienia gazu - np. przy niskim poziomie LPG w zbiorniku. Najnowsze rozwiązania sprzężone są z systemem diagnostyki pokładowej EOBD/OBDII poprzez złącze diagnostyczne, co m. in. umożliwia odczyt parametrów korekcyjnych (adaptacji) dawkowania paliwa ze sterownika benzyny ECU.

Wpływ elementów instalacji LPG na pracę silnika i system sterowania składem mieszkanki

W celu zminimalizowania wzrostu toksyczności spalin oraz zachowania prawidłowych parametrów pracy silnika wymagane jest, aby instalacja LPG była prawidłowo wyregulowana. Ponadto powinna mieć jak najmniejszy wpływ na elementy sterowania składem mieszanki podczas zasilania silnika benzyną. W najnowszych rozwiązaniach układów benzynowych ECU przeprowadza aktywne testy sprawności czujników i elementów wykonawczych. Polegają one na celowym wymuszeniu określonych warunków pracy silnika (np. wzbogacenie mieszanki) i zbadaniu reakcji na nie odpowiednich czujników i układów. Kontrolowane jest działanie m. in. reaktora katalitycznego, sond λ, wtryskiwaczy, układu zapłonowego. W razie wykrycia niesprawności uruchamiany jest tryb pracy awaryjnej polegający na wyraźnym ograniczeniu mocy silnika. W pamięci diagnostycznej zapisany zostaje kod usterki, a na zestawie wskaźników zapalana jest kontrolka niesprawności silnika (ang. MIL, „check engine"). W związku z tym praca instalacji gazowej nie może powodować zakłóceń prowadzących do negatywnych wyników wspomnianych testów.

Z uwagi na właściwości mieszaniny LPG - powietrze w komorze spalania występują trudniejsze warunki do przeskoku iskry niż w przypadku benzyny, co może objawiać się tzw. wypadaniem zapłonów, w szczególności występującym przy zubożeniu mieszanki. W wyniku tego zjawiska niedopalone paliwo dostaje się do układu wylotowego, a jego spalanie następuje w reaktorze katalitycznym. Prowadzi to do znacznego podniesienia temperatury samego katalizatora, w wyniku czego podlega on dużo szybszemu zużyciu a w konsekwencji uszkodzeniu. W przypadku układów II gen. niedopalona mieszanka może także gromadzić się w kolektorze dolotowym, co prowadzi do ryzyka jej niekontrolowanego zapłonu i zniszczenia układu dolotowego. Dlatego też szczególnie ważne przy zasilaniu paliwem LPG jest właściwe wyregulowanie instalacji oraz sprawność układu zapłonowego (cewka zapłonowa, przewody WN i świece zapłonowe). Wypadanie zapłonów może zostać wykryte przez ECU na podstawie analizy zmian chwilowej prędkości obrotowej, w silnikach wyposażonych w system samodiagnostyki i zasygnalizowane odpowiednim kodem błędu, zapisanym w pamięci diagnostycznej.

W instalacjach II generacji w przypadku doboru niewłaściwego emulatora wtryskiwaczy benzynowych lub nieprawidłowego jego podłączenia sterownik silnika może wykryć i zapamiętać błędy związane z nieprawidłową pracą układu wtrysku benzyny. Dodatkowo w przypadku nieprawidłowego sygnału z emulatora sondy λ może nastąpić niepożądana zmiana adaptacji mieszanki, co spowoduje problemy z poprawną pracą silnika przy zasilaniu go benzyną (np. trudny rozruch, nierównomierna praca, brak mocy, kody błędów świadczące o uszkodzeniu sondy λ lub przekroczenia dopuszczalnych wartości parametrów adaptacji).

W przypadku uszkodzonej lub źle wyregulowanej instalacji IV gen. (np. nieprawidłowo dobrany mnożnik czasu wtrysku lub wadliwy wtryskiwacz gazu) współpracującej z silnikiem wyposażonym w system samodiagnostyki EOBD/OBDII wynik procedury kontroli sond λ może być również negatywny.

Podobnie, niesprawność instalacji LPG może prowadzić do nieprawidłowych wyników podczas przeprowadzania przez system samodiagnostyki testu reaktora katalitycznego, polegającego na analizie sygnałów z sond λ.

Diagnostyka silników wyposażonych w instalację LPG

Zarówno w instalacjach II jak i IV generacji regulacja parametrów pracy instalacji gazowej możliwa jest poprzez specjalne programy komputerowe, współpracujące z interfejsami sprzętowymi centralki gazowej. Urządzenia te są opracowywane przez producentów sterowników gazowych i dedykowane wyłącznie dla nich.

Jednak ciągle podstawowym warunkiem właściwej regulacji i parametryzacji instalacji gazowych jest poprawna praca silnika w trakcie zasilania benzyną. W tego typu przypadkach wszelkie czynności diagnostyczne, z uwagi na ich poprawność i miarodajność rezultatów należy przeprowadzać po wykonaniu pełnego cyklu jezdnego, podczas którego silnik będzie zasilany tylko benzyną. Spowoduje to, iż wszystkie monitory (testy) diagnostyczne a także procedury adaptacyjne będą mogły zostać przeprowadzone bez przeszkód i przekłamań, jakie może wprowadzać instalacja LPG. Do diagnostyki silnika konieczne w tym przypadku są testery EOBD/OBDII. Przykładem jest urządzenie UD16041 firmy Technodiag. Sprzęt tego typu niezbędny jest w warsztatach zajmujących się m. in. montażem jak i serwisowaniem instalacji LPG. Pozwala on przede wszystkim odczytać kody i opisy usterek zapisanych w pamięci diagnostycznej sterownika i sprawdzić wyniki wspomnianych monitorów diagnostycznych systemu samodiagnostyki pokładowej. Istnieje także możliwość odczytu parametrów sond λ oraz przeprowadzenia szczegółowej analizy ich pracy, której wynikiem są wartości opisujące przebieg sygnału sondy. Dodatkowo urządzenie ma możliwość stworzenia szczegółowego raportu diagnostycznego który może być wydrukowany, bądź zarchiwizowany na dysku komputera. Za pomocą takiego testera możliwa jest zatem weryfikacja poprawności wyregulowania instalacji gazowej i jej wpływu na układ zasilania benzyną. Diagnoza powinna być wykonana w następujących krokach: odczyt kodów usterek zapisanych w pamięci sterownika pozwalający wstępnie ocenić poprawność montażu instalacji i jej wyregulowania, analiza pracy oraz parametrów sond λ przy zasilaniu silnika paliwem LPG w odniesieniu do zasilania benzyną, przeprowadzenie jazdy próbnej na LPG i odczyt statusu monitorów diagnostycznych oraz ponowne przejrzenie pamięci usterek, wykonanie analizy spalin za pomocą analizatora.

Autor: Paweł Pazderski i Marcin Machnik z Technodiag

Komentarze

Nie ma jeszcze komentarza do tego arykułu