DIAGNOSTICAREA SISTEMELOR DE SUPRAALIMENTARE ALE AUTOVEHICULELOR DIN GRUPUL VAG ECHIPATE CU TURBINE by Mîrzea Vasile

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA CATEDRA AUTOVEHICULE ŞI MOTOARE

- PROIECT-

Disciplina: DIAGNOSTICAREA LA BORD A AUTOVEHICULELOR Tema: DIAGNOSTICAREA SISTEMELOR DE SUPRAALIMENTARE ALE AUTOVEHICULELOR

DIN

GRUPUL

VAG

ECHIPATE

TURBINE GARRET

Îndrumător: Prof. dr. ing. Dogariu Mihai

Student: Mîrzea Vasile Grupa 1562

-1–

Cuprins: I.

MODUL DE FUNCŢIONARE A SISTEMULUI DE SUPRAALIMENTARE AL MOTORULUI...............................................................................................................3

II.

DESCRIEREA FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI CU GEOMETRIE VARIABILĂ..................................................................................................................5

III.

MANAGEMENTUL FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI.............................10

IV.

DIAGNOSTICAREA FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI...........................20

BIBLIOGRAFIE .........................................................................................................39

-2–

MODUL DE FUNCŢIONARE A SISTEMULUI DE SUPRAALIMENTARE AL MOTORULUI

1. Principiul de baza al unei turbosuflante Cu ajutorul turbinelor se pot ob ine pentru motoare cupluri mai bune si de asemenea puteri mai mari. Aceasta se realizează prin comprimarea aerului admis. În acest fel, la fiecare ciclu de admisie, cantitatea de aer este mai mare si deci se poate injecta in camera de ardere o cantitate mai mare de combustibil. Odată cu cre terea "ofertei" de oxigen este posibila o ardere mai buna. In acest fel puterea creste. Gazele de evacuare ale unui motor "con in" căldura si energie de mi care. Acesta energie este folosita de către sistemul turbo pentru antrenarea turbinei. Astfel gazele de evacuare pierd o parte din energie si se răcesc. Roata de turbina a gazelor de evacuare antrenează pe cea de comprimare, care comprima aerul. Prin comprimare aerul se încălze te si "pierde" astfel o parte din comprimare. In răcitorul de aer el este din nou răcit, mărindu-se astfel din nou comprimarea. În figura 1 este prezentat acest principiu de funcţionare.

Figura 1 – Principiul de funcţionare al turbosuflantei 2. Turbina cu By-Pass Pentru o turbină exista doua domenii problematice de func ionare: -

In domeniul tura iilor mari - tura ia turbinei este foarte mare. In acest caz aerul va fi comprimat mai mult decât este necesar. -3–

In domeniul tura iilor scăzute - tura ia turbinei este foarte mica. In acest caz aerul nu va fi comprimat suficient. Motorul nu va atinge parametrii dori i (gaura de turbo).

Prin introducerea turbosuflantei cu By-Pass (turbina cu geometrie fixă (FGT) plus wastegate - supapă de refulare) a fost aleasă o solu ie constructivă de compromis. În domeniul tura iilor ridicate o parte din debitul gazelor de evacuare va fi evacuata prin supapa (By-Pass), astfel încât valoarea optimă a comprimării să nu fie depă ita. În domeniul tura iilor joase, acest sistem nu are totu i nici o influenţă. Supapa By-Pass se va deschide sau închide cu ajutorul unei capsule pneumatice. În figura 2 este prezentat principiul de funcţionare al turbosuflantei cu geometrie fixă şi westgate.

Figura 2 – Turbosuflanta cu By-Pass 3. Turbina cu geometrie variabilă (VGT) Constructiv turbina este aceea i ca în cazul celei cu geometrie fixe. Diferen a este dată de existen a unor palete la intrarea în turbină care ajustează sec iunea de curgere a gazelor de evacuare. Modificarea sec iunii de curgere are ca efect modificare vitezei de curgere a gazelor deci implicit a tura iei turbinei. Acest mecanism permite controlul presiunii de supraalimentare prin controlul tura iei compresorului (figura 3). Avantajele turbinei VGT -

În domeniul tura iilor mici este disponibila o putere destul de mare a motorului, -4–

prin influenta pe care clapetele reglabile o au asupra curentului gazelor de evacuare; -

Prin mic orarea presiunii aerului admis la tura ii ridicate si prin ob inerea unei puteri mai bune la tura ii mai scăzute, se ob ine un consum redus de combustibil;

Valorile substan elor nocive din gazele de evacuare scad printr-o ardere mai eficienta a combustibilului.

Figura 3 – Turbina cu geometrie variabilă II.

DESCRIEREA FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI CU GEOMETRIE VARIABILĂ

1. Principiul de funcţionare al turbinei VGT Turbina cu geometrie variabila se deosebe te de turbina cu By-Pass prin faptul ca pe întreg domeniul de tura ii poate determina ob inerea unei comprimări dorite a aerului admis. Aceasta este posibil datorita folosirii sistemului de clapete cu pozi ie reglabila ce modifica modul de "curgere" a gazelor de evacuare către turbina (figura 4). Acest mecanism permite controlul presiunii de supraalimentare prin controlul tura iei compresorului. -5–

Capsulă vacuumatică

Figura 4 – Schema de funcţionare a turbinei VGT Dacă pe traseul de "curgere" a unui gaz printr-o conducta există la un moment dat o sec iune îngustata (figura 5), pe aceasta por iune viteza de curgere a gazului se măre te (daca se men ine constanta presiunea lui). Pe acest principiu fizic se bazează si turbina cu geometrie variabila. Figura 5 – Modificare vitezei de curgere a gazului în funcţie de secţiune

2. Regimurile de funcţionare ale turbinei VGT În scopul diagnosticării sistemului de supraalimentare al motorului trebuie înţeles foarte bine modul de func ionare a turbocompresorului în funcţie de regimul de funcţionare al motorului. Astfel deosebim două situaţii importante: a) Tura ie de motor mică În această situaţie necesitatea de comprimare a aerului este mai accentuată. Sec iunea de trecere a curentului gazelor de evacuare se mic orează, înaintea roţii de turbina, prin modificarea pozi iei clapetelor mobile (figura 6). Astfel viteza de trecere a

-6–

gazelor de evacuare prin această sec iune mic orata creşte, determinând cre terea tura iei turbinei. În acest fel se poate ob ine şi în domeniul tura iilor joase o comprimare destul de ridicată a aerului admis. Figura 6– Funcţionarea turbinei la turaţie scăzută

b) Tura ie de motor ridicată Sec iunea de trecere a gazelor de evacuare se măre te prin deplasarea clapetelor mobile către pozi ia limita maxima de deschidere (figura 7). În compara ie cu turbina cu by-pass, aici întregul debit de gaze de evacuare poate fi "condus" prin turbina. In acest fel viteza de "curgere" a gazelor de evacuare scade, determinând o tura ie a turbinei ce nu duce la depă irea presiunii maxime de încărcare (din admisie). Figura 7– Funcţionarea turbinei la turaţie ridicată

3. Modul de acţionare al clapetelor mobile Clapetele reglabile sunt montate mobil pe un inel-suport (figura 8). Fiecare clapetă mobila are în celălalt capăt al axului său un bol -7–

de ghidare ce este montat intr-un inel de

reglare. În acest fel, prin ac ionarea inelului de reglare toate clapetele mobile vor fi rotite simultan. Inelul de reglare este la rândul său antrenat de un bol

de ghidare al tijei de

comandă a capsulei vacuumatice (actuator vacuumatic).

Figura 8 – Modul de acţionare al clapetelor mobile

Deoarece la tura ii scăzute sau la accelerări bru te este necesară o cre tere rapidă a presiunii aerului admis, clapetele trebuie a ezate în pozi ie plana (închise). Mic orarea sec iunii determina cre terea vitezei de "curgere" a gazelor de evacuare şi deci o mărire a tura iei turbinei (figura nr. 9) Prin cre terea cantităţii gazelor de evacuare sau când este nevoie de scăderea presiunii aerului din admisie, clapetele mobile vor fi reglate în pozi ia deschise. Sec iunea de trecere a gazelor de evacuare se măre te. Presiunea de încărcare şi puterea turbinei se men in constante (figura nr. 10). Aceasta pozi ie de deschidere maxima a clapetelor turbinei, ce determina o sec iune maxima de trecere a gazelor de evacuare, este si pozi ia de avarie (limp mode).

-8–

Figura 9– Acţionarea vanelor în poziţia închis

Figura 10– Acţionarea vanelor în poziţia deschis

-9–

III.

MANAGEMENTUL FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI

Figura 11 – Schema de funcţionare a managementului presiunii generate de turbocompresor Problemele principale care se pun în cazul supraalimentării motoarelor sunt: asigurarea unei presiuni optime în toată plaja de turaţii şi depă irea presiunii maxime de încărcare (din admisie). Managementul presiunii este realizat de ECU (Engine Control Unit) în funcţie de semnalele primite de la o serie de senzori (figura nr. 12): -

senzorul de turaţie al motorului G28;

senzorul de temperatură al aerului admis G72;

senzorul de presiune din galeria de admisie;

senzorul de presiune atmosferică

Odată ce ECU are un set de semnale de intrare care îi furnizează informaţii despre parametrii de funcţionare şi respectiv cerinţele/comenzile şoferului, trimite semnale către elementele de comandă pentru obţinerea rezultatului dorit în condiţiile date. Lucrul cel mai important pe care îl comandă ECU este cantitatea de motorină pe care o injectează cu care modifică turaţia şi nivelul de putere al motorului. Presiunea de supraalimentare variază direct proporţional cu turaţia turbocompresorului, deci pentru modificarea presiunii este suficient să se modifice corespunzător turaţia turbinei adică gazele de evacuare să cedeze o cantitate de energie mai mare sau mai mică turbinei. Comanda dispozitivului care modifică cantitatea de energie cedată de gazele de evacuare (vanele în cazul VNT-urilor) este realizată de valva "pneumatică" N75 prin - 10 –

comanda într-un tren de impulsuri cu factor de umplere variabil (figura nr. 12).

Figura 12 – Elementele care intervin în managementul presiunii generate de turbocompresor 1. Descrierea elementelor componente ale sistemului de reglare a presiunii Pentru a realiza o diagnoză corectă este necesar să se cunoască rolul şi modul de funcţionare a tuturor elementelor componente ale sistemului de management al turbocompresorului. În acest sistem în afară de ECU există senzori (de temperatură, de presiune, de turaţie, de altitudine), elemente de comandă (valvă pneumatică comandată electric denumită şi electrovalvă) şi elemente de execuţie (actuator vacuumatic). Trebuie menţionat că o parte din aceste tipuri de elemente sunt utilizate şi în managementul gazelor recirculate prin sistemul EGR (Exhaust Gas Recirculation). Având în vedere că aceste elemente pot diferi ca poziţionare şi formă de la un tip de motor la altul în continuare voi descrie elementele care echipează motorul 1.9TDI cod motor ALH. - 11 –

a) Senzori Senzorul de temperatură al aerului admis (G72) şi senzorul de presiune în galeria de admisie (G71) Senzorul pentru temperatura aerului admis este montat in tubulatura de admisie după intercooler. Temperatura aerului admis este utilizata ca un factor de corec ie pentru reglarea presiunii de încărcare. El supraveghează influenta temperaturii asupra comprimării aerului din tubulatura de admisie.

Figura 13 – Senzorul de presiune în care este încorporat şi senzorul de temperatură La acest motor senzorul de temperatură al aerului admis este încorporat în senzorul de presiune din galeria de admisie (figura nr. 13). Senzorul de presiune con ine un element piezorezistiv. Acesta generează o tensiune electrică propor ională cu presiunea aerului măsurat. Circuitul electronic con ine

i un sistem de compensare a influen ei

temperaturii asupra valorii presiunii măsurate. Presiunea de încărcare este necesară pentru stabilirea pozi iei de reglare a clapetelor mobile. Atunci când acest semnal se întrerupe, clapetele mobile sunt reglate în pozi ia deschise, iar puterea motorului se va reduce. Acest timp de senzor de presiune con ine

i un termistor de tipul NTC care- i

modifică rezisten a electrică în func ie de temperatura aerului din admisie (la creşterea temperaturii rezistenţa electrică scade). Prin modificarea rezisten ei se modifică tensiunea electrică (echivalentul temperaturii) citită de calculatorul de injec ie. Destinaţia pinilor: -

pin 1 – ie irea senzorului (semnalul de presiune)

pin 2 – alimentarea senzorului +5V

pin 3 – ie irea senzorului (semnalul de temperatură)

pin 4 – masa senzorului

Relaţia dintre temperatura aerului şi rezistenţa termistorului este prezentată în figura nr. 13 - 12 –

Figura 13– Relaţia dintre rezistenţa ohmică şi temperatura aerului

Atunci când semnalul de la senzorul de temperatură se întrerupe, calculatorul utilizează o valoare de schimb pentru temperatură. În acest caz pot apare modificări ale puterii motorului (scăderi). Senzorul de altitudine Senzorul de altitudine se găse te în calculatorul pentru motor (figura nr. 14). El oferă calculatorului informa ii privind presiunea atmosferică momentană.

Figura 14– Senzorul de altitudine

Presiunea atmosferică este utilizată ca un factor de corec ie pentru reglarea presiunii de încărcare ce trebuie adaptată la modificarea densităţii aerului, odată cu cre terea altitudinii. Acest semnal este utilizat de asemenea şi pentru recircularea gazelor de evacuare. Fără acest semnal turbosuflanta va fi comandata cu putere constanta prin intermediul unui câmp de valori. În acest caz pot apare valori ridicate ale gazelor de evacuare şi anumite "căderi" de putere. Senzorul de turaţie al arborelui cotit (G28) Acest senzor inductiv (figura nr. 15) determina turaţia arborelui cotit. - 13 –

Figura 14– Senzorul de turaţie al arborelui cotit G28

Semnalul de la senzorul pentru tura ia motorului este folosit pentru efectuarea mai multor func ii ale comenzii sistemului. Cu ajutorul acestui semnal se calculează: -

cantitatea injectata de combustibil

momentul când are loc injec ia

reglarea ralantiului

reglarea presiunii de încărcare

În lipsa acestui semnal motorul nu mai porne te. Daca acest defect apare in timpul func ionarii, motorul se va opri. b) Elemente de comandă Electrovalva N75 N75 (figura nr. 15) este comandat de către calculatorul motorului. Prin modificarea factorului de umplere (duty cycle) al semnalului (figura nr. 16) se va regla depresiunea către capsula vacuumatică. Figura 15– Electrovalva N75

Conector semnal ECU

Acest element are un rol foarte important în funcţionarea turbinei de aceea o să prezint mai amănunţit compunerea şi funcţionarea acesteia. - 14 –

Figura 16 – Forma semnalului aplicat solenoidului electrovalvei N75 Comanda electrovalvei N75 este realizată prin semnale PWM. PWM este abrevierea din pentru expresia în limbă engleză Pulse Width Modulation. În traducere înseamnă Modula ia în Durată a Impulsurilor. Un semnal PWM este un semnal dreptunghiular caracterizat de: -

valoare minimă (0V)

valoare maximă (Ubat)

Perioadă (durată)

factor de umplere („duty cycle”)

Factorul de umplere reprezintă procentul din perioada cât semnalul are valoarea maximă: - 15 –

Dacă, de exemplu perioada semnalului este de 1 s iar valoare maximă este

inută

0.5 s, atunci factorul de umplere este de 50% deoarece doar jumătate din perioada întreagă a semnalului este men inută la valoarea maximă (Ubat).

Figura 17 – Compunerea N75 În figura nr. 16 este prezentată în secţiune electrovalva N75, în poziţie relaxată (fără aplicare de tensiune pe solenoid, duty cycle =0) Modul de funcţionare în situaţia când duty cycle = 0 este prezentat în figura nr. 18.În această situaţie vacuum-ul este blocat, iar către membrana actuatorului este trimis doar aer atmosferic, prin urmare membrana acestuia va fi relaxată, iar clapetele mobile vor fi în poziţia deschis (figura nr. 19). Aceasta este şi poziţia în regim de avarie (limp mode). Atunci când N75 primeşte semnal cu duty cycle=99, către membrana actuatorului vacuumatic va fi dirijat numai vacuum (figura nr. 20), membrana acestuia va fi acţionată la maximum, iar poziţia clapetelor mobile va fi pe maxim închis. Este poziţia în care se obţine maximum de presiune din turbocompresor - 16 –

Observaţie: la motoarele echipate cu ECU tip EDC15 în rubrica din log rezervată valorii Duty Cycle pentru turbină (de exemplu în Measuring Blocks, grupul 011, câmpul 4), valorile sunt inversate în sensul că o valoare apropiată de 0 indică un maxim de vacuum deci clapetele în poziţie plană (presiune maximă), iar o valoare de 99 reprezintă un minim de vacuum de clapetele deschise (presiune minimă).

Actuator vacuumatic

Pompa vacuum

Acumulator vacuumatic

Figura 18 – Funcţionarea N75 când când duty cycle = 0

Figura 18 – Poziţia clapetelor mobile când când duty cycle = 0 - 17 –

Actuator vacuumatic

Pompa vacuum

Acumulator vacuumatic

Figura 20 – Funcţionarea N75 când când duty cycle = 99

Figura 21 – Poziţia clapetelor mobile când când duty cycle = 99 Pentru valori intermediare ale factorului de umplere, N75 va dirija către membrana actuatorului alternativ aer atmosferic şi vacuum (figura nr. 22) obţinându-se poziţii intermediare ale clapetelor mobile (figura nr. 23) - 18 –

Actuator vacuumatic

Pompa vacuum

Acumulator vacuumatic

Figura 22 – Funcţionarea N75 când când duty cycle ∈(0, 99)

Figura 23 – Poziţia clapetelor mobile când când duty cycle ∈(0, 99) - 19 –

c) Actuatorul vacuumatic Actuatorul vacuumatic (figura nr. 24) este elementul de execuţie care, în funcţie de cantitatea de vacuum primită de la N75, reglează poziţia clapetelor mobile ale turbinei prin intermediul unei tije de acţionare. Este compus dintr-o capsulă vacuumatică în interiorul căreia se găseşte o membrană ce acţionează tija de acţionare, iar revenirea în poziţia relaxată este asigurată de un arc. Tija de acţionare are lungimea reglabilă asigurându-se astfel plaja de presiune pe care o poate asigura turbina.

Figura 24 – Actuatorul vacuumatic IV.

DIAGNOSTICAREA FUNCŢIONĂRII TURBOCOMPRESORULUI

1. Simptome ale funcţionării defectuoase a turbinei -

Pierderile de putere ale motorului;

Dispari ia rapidă a uleiului din baia de ulei;

Evacuarea pe

Fum negru;

Zgomote neobişnuite la acceleraţie/deceleraţie;

Creşterea consumului.

eava de eşapament a unui fum alb, consistent;

2. Cauzele funcţionării defectuoase a turbinei

- 20 –

Turbocompresorul poate funcţiona incorect atât din cauze mecanice proprii elementelor din compunerea acestuia cât şi din cauze ce ţin de managementul funcţionării turbocompresorului. Din categoria defectelor mecanice putem identifica: a) Contaminarea uleiului cu impurită i Uleiul dacă con ine impurită i poate conduce la uzură abrazivă a buc elor de frecare sau a axului turbocompresorului (figura nr. 25). Particulele fine, invizibile ochiului, conduc la o uzură a buc elor, marginilor drepte fiind netezite. Particulele cu diametru mai mare produc uzuri pronun ate, canale, în buc ă sau axul turbocompresorului.

Figura 25 – Urmări ale contaminării uleiului b) Lubrifierea necorespunzătoare cu ulei Ungerea necorespunzătoare cu ulei poate fi rezultatul debitului insuficient de ulei (blocarea canalelor de curgere) sau a contaminării chimice a uleiului (pierderea proprietă ilor de lubrifiere). În ambele cazuri axul turbinei nu este lubrifiat corespunzător - 21 –

(frecări mai mari deci temperaturi extreme), ceea ce conduce deteriorarea acestuia (figura nr. 26).

Figura 26 – Efectul asupra axului a unei lubrifieri insuficiente c) Func ionarea la regimuri extreme În cazul în care turbocompresorul se rote te la tura ii extreme (ex. defect al electrovalvei N75, ancrasarea geometriei variabile a turbocompresorului) axul

i turbina

pot suferi defecte severe. Tura iile extreme implică temperaturi extreme care pot conduce la arderea uleiului solicită turbina

i deci la lubrifiere necorespunzătoare. De asemenea tura iile extreme

i compresorul foarte multe din punct de vedere mecanic, rezultatul fiind

dezintegrarea acestora (figura nr. 27).

- 22 –

Figura 27 – Efectele funcţionării în regimuri extreme d) Pătrunderea de obiecte/particule solide în turbocompresor Contactul particulelor solide cu turbocompresorului are urmări grave asupra acestuia datorită regimurilor de tura ie ridicate la care func ionează. Nisipul, dacă pătrunde în compresor, are efect de eroziune asupra acestuia (figura nr. 28). De asemenea chiar

materialele moi (textile, hârtie) pot conduce la deteriorarea compresorului dacă intră în contact cu acesta. Desprinderea ruginei sau a depunerilor de particule din galeria de evacuare poate de asemenea conduce la distrugerea turbinei.

- 23 –

Figura 28 – Deteriorarea turbinei ca urmare a pătrunderii de obiecte solide Funcţionarea turbocompresorului poate fi perturbată şi de un management defectuos care poate avea drept cauze posibile: -

vacuum insuficient sau lipsa vacuumului (nefuncţionarea pompei de vacuum sau neetanşeităţi ale reţelei de distribuire a vacuumului)

electrovalva N75 defectă (solenoidul întrerupt, blocarea valvei cu impurităţi, ruperea garniturilor, pierderea etanşării);

circuit electric defect între N75 sau senzori şi ECU (contacte imperfecte, scurtcircuit, circuit întrerupt);

senzori defecţi

defectarea altor sisteme/senzori (EGR, debitmetrul). Este şi motivul pentru care în procedura de diagnosticare a turbinei se evaluează şi aceste elemente a - 24 –

căror funcţionare anormală pot fie să provoace defectarea turbinei fie să genereze simptome care pot fi confundate cu simptomele unei turbine care funcţionează necorespunzător. Unele dintre aceste defecte pot fi determinate utilizând echipamentul de diagnosticare OBD (de obicei aceste defecţiuni au impact şi asupra cre terii emisiilor poluante) 3. Diagnosticarea din punct de vedere mecanic a) Verificarea turbocompresorului în partea de admisie -

se îndepărtează cu grija întregul sistem de filtrare a aerului pentru a ob ine accesul la partea din fata a turbocompresorului;

se observă orice fel de urme de ulei sau conexiuni slăbite care s-ar putea găsi

odată ce se poate vizualiza rotorul compresor, se observă aspectul acestuia. Va trebui să se găsească un compresor curat, fără urme de ulei, semne de ciupituri sau loviri, sau orice alt fel de elemente ce ar putea rezulta ca urmare a frecării dintre rotorul compresor si carcasa.

în condiţiile în care

turbocompresorul este suficient de rece la atingere se

verifică dacă se rote te liber, fără a atinge carcasa. -

dacă se constată ca exista un mic “joc” al roţii, o mi care radiala în lagărele de sus inere ale axului, aceasta nu trebuie sa fie însă intr-atât de mare încât să permită compresorului să atingă carcasa.

se împinge/trage axul compresorului pentru a se identifica orice fel de deplasare axiala a acestuia. Iar aici, extrem de important de re inut este că NICIODATA nu ar trebui sa existe o mi care pe care sa o po i sim i în această direc ie, asta deoarece degajarea nominala în acest caz este de obicei mai mică de 0.0035 inchi.

b) Verificarea turbocompresorului în partea de evacuare -

se îndepărtează

eava de e apament dinspre partea turbosuflantei astfel încât

sa se poată vedea rotorul turbinei; -

aceasta ar trebui sa fie de asemenea destul de curată, fără semne care ar indica prezenta uleiului sau depuneri prea mari de carbon.

roata trebuie sa fie uscata la atingere, fără impurităţi excesive sau deteriorări ale lamelor.

de asemenea, tot în cadrul acestei etape, se inspectează foarte atent şi carcasa turbosuflantei pentru a observa orice fel de semne de fisuri sau

- 25 –

scurgeri, fiecare dintre acestea putând fi poten iale cauze ale pierderilor de performanţă. În timp ce unele dintre problemele semnalate sunt întâlnite mai rar, sau sunt mai greu de identificat fără demontarea turbosuflantei, cele mai frecvente semnale ale unei turbosuflante defecte sunt reprezentate de acumularea uleiului la oricare dintre cele doua părţi (admisie sau evacuare), jocul excesiv al axului sau deteriorările mecanice provocate de contactul dintre roata compresor/turbina si carcasa. 4. Diagnosticarea on-board (OBD) Prin diagnosticarea OBD se pot determina/măsura următoarele: -

modul de funcţionare a turbinei fără ca autovehiculul să se deplaseze (testele se fac la o turaţie fixă de 1400 rmp): o plaja de presiuni la o turaţie fixă obţinută prin închiderea/deschiderea totală a clapetelor mobile; o corelaţia dintre presiunea asigurată şi comanda primită pentru închiderea/deschiderea paletelor mobile; o ancrasarea geometriei variabile; o tasarea arcului actuatorului; o blocaje ale tijei de acţionare a actuatorului vacuumatic; o fisuri ale membranei actuatorului vacuumatic sau ale furtunaşelor care conduc vacuumul către capsula vacuumatică; o modul de funcţionare a sistemului EGR (pe lângă faptul că o funcţionare defectuoasă a acestui sistem poate contribui în mod substanţial la defectarea turbinei, diagnoza acestuia poate oferi, în mod indirect, unele informaţii utile despre turbină)

comportamentul turbinei pe timpul deplasării autovehiculului: o se evaluează timpul în care presiunea măsurată în galeria de admisie egalează presiunea prescrisă de ECU în funcţie de sarcina motorului; o se evaluează corelaţia dintre presiunea prescrisă de ECU şi presiunea măsurată; o tot cu această ocazie se evaluează funcţionarea debitmetrului de aer MAF (Mass Air Flow), deoarece o funcţionare defectuoasă a acestuia afectează funcţionarea sistemului de injecţie cu impact asupra depunerilor din turbină şi EGR, dar şi pentru că poate duce la scăderi ale puterii motorului, simptom întâlnit şi în cazul funcţionării defectuoase a turbinei. - 26 –

determinarea unor cauze care au dus la comportamentul anormal/defectarea turbinei. Acest lucru este important deoarece se evită schimbarea inutilă a turbinei sau defectarea prematură a celei noi.

a) Echipamente utilizate Pentru diagnosticare se poate folosi fie echipamentul original V.A.G. 1551 ori o interfaţă VAGCOM/VCDS. În mod adiţional mai este nevoie de un multimetru pentru verificarea circuitelor electrice şi un instrument pentru crearea/măsurarea vacuum-ului b) Algoritmul diagnozei: i) Utilizarea interfeţei de diagnoză şi a programului VAGCOM/VCDS -

se conectează interfaţa la mufa OBD2

autovehiculului şi la portul USB al

calculatorului; -

se pune contactul pe prima poziţie;

se porneşte programul de diagnoză (trec peste etapele configurării interfeţei);

apare fereastra principală şi se apasă Select (figura nr. 29);

se selectează Engine apoi apăsăm butonul Fault codes pentru scanarea de erori (figura 30).

se citesc erorile, se salvează/printează, se şterg cu ajutorul butoanelor din partea de jos a ferestrei (figura 31)

se apasă Done, Go back.

în continuare pentru testarea parametrilor turbinei şi ai EGR se apasă butonul Basic settings, iar pentru testarea în mers se apasă butonul Measuring blocks;

pentru testarea EGR se va selecta grupul 003 în Basic settings (denumit pe scurt BS003)

pentru testarea TURBINEI se va selecta grupul 011 în Basic settings (denumit pe scurt BS011)

pentru testarea în mers se vor selecta grupurile 003-010-011 în Measuring blocks (pe scurt MB-3-10-11)

- 27 –

Figura 29 – Fereastra principală a programului

Figura 30 - 28 –

Figura 31 - 29 â&#x20AC;&#x201C;

Câteva observaţii suplimentare: -

pentru construirea de grafice şi evaluarea ulterioară a rezultatelor se va utiliza funcţia de Log (fişierele vor fi de forma *.csv care ulterior vor fi salvate în format *.xls) – figura nr. 32;

logul în mers în Measuring Blocks pe grupurile 003,010, 011 se face în treapta a 3a şi a 4-a cu pedala de acceleraţie ţine apăsată la maxim, la podea (WOT) pe toată plaja de turaţii de pe la 1500-1600 rpm până pe la 3800 rmp fără să se mişte piciorul de pe acceleraţie

dacă nu s-a efectuat în prealabil verificarea mecanică a turbinei şi starea acesteia este nesigură (scoate sunete ciudate, pierde ulei) recomandarea este să se efectueze numai logurile în Basic settings, deoarece la logul în mers turbina este solicitată destul de tare şi este posibil să se distrugă ireversibil, ceea ce poate provoca daune importante motorului.

la logurile efectuate în BS003 şi BS011 va clipi intermitent martorul de bujii incandescente şi motorul se va tura singur la 1400rpm.

Figura 32 ii) Scanarea de erori Unele erori au legătură directă cu modul de funcţionare a turbinei şi/sau sistemelor aferente: - 30 –

17965/P1557/005463 - Charge Pressure Control: Positive Deviation. o Această eroare se manifestă prin intrarea in regim de avarie (reducerea puterii motorului, limp mode) şi aprinderea becului MIL în bord şi este rezultatul unei presiuni prea mari în galeria de admisie; o poate avea în principal drept cauze:

blocarea/ancrasarea

clapetelor

mobile

elementelor

geometriei variabile a turbinei;

conectarea greşită a furtunaşelor de vacuum;

defectarea electrovalvei N75.

17964/P1556 /005462 - Charge Pressure Control: Negative Deviation o Această eroare se manifestă prin intrarea in regim de avarie (reducerea puterii motorului, limp mode) şi aprinderea becului MIL în bord şi este rezultatul unei presiuni prea mici în galeria de admisie; o poate avea în principal drept cauze:

blocarea/ancrasarea

clapetelor

mobile

elementelor

geometriei variabile a turbinei;

conectarea greşită a furtunaşelor de vacuum;

defectarea electrovalvei N75;

pierderi de vacuum sau absenţa acestuia (furtunaşe crăpate, capsulele vacuumatice ale EGR sau actuatorului turbinei fisurate, membrana servofrânei fisurată, pompa nu generează suficient vacuum)

Mai pot fi înregistrate erori care indică defectarea senzorilor implicaţi în managementul turbinei sau întreruperi/scurtcircuite ale circuitelor electrice. Se şterg erorile şi se face din nou o scanare, eventual după o probă de drum pentru a vedea care sunt erorile permanente (unele erori au caracter intermitent, accidental şi nu mai reapar la o scanare ulterioară, dar nu trebuie neglijate nici ele pentru că în timp pot să apară din nou). iii) Verificarea parametrilor de funcţionare pentru turbină şi sistemele care influenţează funcţionarea ei: Log în BS011 În figura nr. 33 este prezentată imaginea unui log în BS011 (este un grafic ideal) şi graficul rezultat. În grafic sunt câteva elemente care necesită explicaţii: -

1 – este zona de presiune minimă în care clapetele stau în poziţie total deschisă. Această presiune trebuie să fie ceva mică decât presiunea atmosferică (aceasta poate fi citită în Measuring Blocks în grupul 010, câmpul 3). La modul ideal această - 31 –

porţiune de grafic trebuie să fie cât mai liniară. Neregularităţi în această porţiune pot indica ancrasări ale mecanismului de acţionare a clapetelor turbinei sau tasări ale arcului actuatorului; -

2 – este zona în care clapetele se închid până la maximum. Creşterea trebuie să fie cât mai liniară. O creştere neliniară indică probleme de vacuum, ancrasare a geometriei turbinei, defecţiuni ale N75;

3 – în această zonă presiunea este menţinută constantă. Neliniaritatea acestei zone sau situaţiile când sinusoidele nu ajung la valoare maximă (la modul ideal atât partea de sus cât şi cea de jos a graficului trebuie să ajungă la aceleaşi presiuni) indică de obicei probleme de vacuum (neetanşări, pompă vacuum, N75 defect);

4 – pe flancul coborâtor al graficului clapetele revin la poziţia relaxată ca urmare a acţiunii arcului actuatorului. Neregularităţile pe această porţiune de grafic indică de cele mai multe ori ancrasarea geometriei turbinei sau tasarea arcului actuatorului

Figura 33 – Porţiune de log în BS011

- 32 –

Figura 34 – Graficul după log-ul în BS011 În figura nr. 35 este prezentat graficul unui log real.

Figura 35 – Graficul după log în BS011 real Zonele marcate cu 1 indică pierderi de vacuum sau blocaje ale elementelor de acţionare a turbinei. Ipoteza unui vacuum deficitar este susţinut şi de marcajul nr. 3 care indică faptul că intensitatea vacuum-ului nu este suficientă pentru a învinge forţa arcului actuatorului şi a aduce clapetele la poziţia maximum închis. Zona marcată cu 2 indică unele probleme de gripare a geometriei turbinei. - 33 –

În figura nr. 36 este prezentat un grafic în care vacuumul este aproape absent (pompă vacuum defectă, furtunaşe vacuum sparte, membrană actuator fisurată, N75 defectă)

Figura 36 – Lipsă vacuum În figura nr. 37 este prezentat un grafic în care vacuumul este prezent în permanenţă (N75 defectă)

Figura 37 – Vacuum permanent Log în BS003 Acest log este utilizat în două scopuri principale: pentru a determina dacă se recirculă o cantitate prea mare de gaze evacuate (prea multe gaze recirculate duce la creşterea cantităţii de fum cu implicaţie directă asupra fiabilităţii turbinei) şi pentru a obţine unele

- 34 –

indicii suplimentare asupra funcţionării turbinei

(o recirculare mărită poate indica o

presiune prea mare, iar o recirculare deficitară pierderi de vacuum)

Figura 38 – Grafic după log în BS003 Elemente graficului (figura nr. 38) care necesită explicaţii: -

1 – este palierul care ne indică cantitatea de aer care intră în motor când EGR este complet deschis;

2 - este porţiunea de grafic unde acţionează arcul actuatorului EGR pentru a aduce membrana în poziţia relaxată

3 – cantitatea de aer care intră în motor atunci când EGR este perfect închis (nu primeşte vacuum);

4 – porţiunea de grafic unde acţionează vacuumul pentru deschiderea EGR

În mod concret în graficul din figura 38 se poate observa că se recirculă o cantitate prea mare de gaze pentru un motor Euro 3 cum este motorul ALH de la care provine acest grafic (150mg/str aer şi 450-150=300mg/str gaze recirculate). Cel mai probabil aceasta trădează o geometrie ancrasată care provoacă suprapresiune, dar poate fi vorba şi de un reglaj defectuos al turbinei. Tot în acest grafic se mai observă şi o pierdere de vacuum (zonele marcate cu 5). Gruparea graficului în partea de sus indică pierderi de vacuum (de cele mai multe ori este vorba de fisurarea membranei actuatorului, dar pot fi şi cauzele enumerate la BS011), iar în partea de jos blocarea EGR în poziţia deschis din cauza depunerilor. Această ultimă situaţie este destul de dăunătoare pentru motor şi influenţează rezultatele evaluării turbinei. De aceea dacă nu se pot găsi imediat cauzele recirculării anormale este recomandat să se anuleze EGR cu o şaibă plină pe timpul efectuării testelor. iv) Testarea în mers Testarea în mers se face prin efectuarea de loguri pe canalele 003-010-011 în plaja de - 35 –

turaţii 1500-1600rpm până la 3800 rpm cu acceleraţia apăsată la podea (WOT). După efectuarea logului (figura 39) înainte de construirea graficului se fac observaţii asupra valorilor măsurate de MAF asupra valorilor înregistrate de pedala de acceleraţie (dacă se menţine valoarea 100 pe tot timpul cât a fost WOT) şi valorile Duty cycle ale turbinei care ne arată plaja în care a lucrat Actuatorul (după înregistrarea unui anumit număr de valori consecutive de 94,4 în caz de overboost sau în extrema cealaltă 4,8 în caz de underboost, motorul intră în regim de avarie sau limp mode). În afară de momentul spike-ului (figura 40) când valoarea Duty cycle înregistrează o scădere mai accentuată (în funcţie de reglajul turbinei) în restul logului ea trebuie să se menţină în mijlocul intervalului.

Figura 39 – Log în mers În logul din figura 39 sunt două observaţii importante: -

1. MAF necesită înlocuire deoarece la turaţii mai mari de 3000 rpm valoare măsurată a masei de aer pătrunsă în motor este mai mică decât cea prescrisă de ECU chiar în condiţiile în care avem şi suprapresiune destul de mare.

2. turbina face suprapresiune fiind la limita limp mode-ului

În etapa următoare se construieşte graficul selectând din log numai porţiunea unde am avut WOT (se poate observa acest lucru în grupul 010, câmpul 4 – figura 39). Forma ideală a unui grafic pentru MB-003-010-011 pentru un motor de 1,9 TDI este exemplificată în figura 40. Este interesant de observat că în momentul când turaţia ajunge la 1900-2000 rpm presiunea livrată de turbină are un mic spike (creştere bruscă), moment în care - 36 –

presiunea livrată are o creştere cu 100-150mb faţă de presiunea prescrisă de ECU, după care trebuie să urmărească destul de fidel presiunea prescrisă

Figura 40 – Log în mers Revenind la logul din figura 39, graficul este prezentat în figura 41

Figura 41 – Grafic după logul în mers - 37 –

Se observă că avem spike-ul numai că după aceea presiunea livrată scade destul de mult sub cea prescrisă urmând să se stabilizeze în zona de suprapresiune (overboost), aducând turbina la limita limp mode-ului. De obicei această situaţie este generată de o ancrasare a turbinei, dar acest lucru trebuie confirmat prin analiza BS 011.

- 38 –

BIBLIOGRAFIE

1. Self-study programe no. 190, Adjustable turbocharger-Design and function; 2. http://www.e-automobile.ro/categorie-motor/20-general/33-motor-turbo.html 3. ElsaWin-manualul electronic al grupului VAG; 4. Autodata versiunea 3.38 5. https://www.turboshoet.ro 6. http://www.e-automobile.ro/categorie-electronica/70-senzor-presiune-aer-motor.html 7. http://www.e-automobile.ro/categorie-electronica/103-pwm.html 8. http://www.e-automobile.ro/categorie-motor/20-general/61-defect-turbo.html 9. http://www.ross-tech.com/vag-com/cars/tdi.html

- 39 â&#x20AC;&#x201C;