Opis
W książce opisano budowę, działanie i sposoby sprawdzania układów oczyszczania spalin stosowanych we współczesnych pojazdach samochodowych. Omówiono przebieg procesu spalania oraz problemy emisji silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Przedstawiono rodzaje stosowanych współcześnie katalitycznych reaktorów spalin i filtrów cząstek stałych. Wiele miejsca poświęcono systemom diagnostycznym OBD oraz kontroli emisji spalin w pojazdach z systemem OBD. Zamieszczono wyciągi z przepisów europejskich dotyczących ograniczania emisji w pojazdach, a także wykaz kodów usterek według SAE J2012 oraz ISO 15 031-6.
Odbiorcy: pracownicy warsztatów, stacji obsługi i stacji kontroli pojazdów (technicy, kierownicy serwisów, inżynierowie mechanicy i mechatronicy), studenci wydziałów mechanicznych o kierunku samochodowym i mechatronicznym, uczniowie techników samochodowych mechanicznych i mechatronicznych oraz użytkownicy samochodów o pewnym przygotowaniu technicznym zainteresowani zagadnieniami diagnostyki pokładowej i oczyszczania spalin.
Książka ani w całości, ani we fragmentach nie może być skanowana, kserowana, powielana bądź rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczana ani rozpowszechniana w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.
Spis treści
PRZEDMOWA 10
WPROWADZENIE 12
WYKAZ UŻYTYCH SKRÓTÓW 14
1. ROZWÓJ TECHNIKI SILNIKOWEJ 19
1.1. Porównanie silników z okresu 90 lat rozwoju 20
1.2. Możliwości współczesnych silników i ich układów sterowania 20
2. USTAWODAWSTWO DOTYCZĄCE EMISJI SPALIN 25
2.1. Ustawodawstwo światowe w zakresie toksyczności spalin 25
2.2. Europejskie normy emisji spalin 31
2.3. Plan czasowy wprowadzania nonny Euro 4 i kolejnych 35
2.4. Europejski cykl jezdny NEDC w badaniach homologacyjnych 38
2.4.1. Określenie emisji przez parowanie 40
2.4.2. Badanie emisji metodą CYS 41
2.4.2.1. Opis metody CYS 42
2.4.2.2. Analizatory spalin typu Fill 43
2.4.2.3. Analizatory spalin typu NDIR 44
2.4.2.4. Metoda pomiaru stężenia tlenu 45
2.4.2.5. Pomiar emisji cząstek stałych 45
2.5. Dobrowolne zobowiązania własne przedstawicieli przemysłu motoryzacyjnego odnośnie do zmniejszenia zużycia paliwa i emisji CO2 46
3. SKŁADNIKI SPALIN SILNIKOWYCH 50
3.1. Substancje szkodliwe i toksyczne 50
3.2. Tlenek węgla CO 51
3.3. Węglowodory HC 52
3.4. Tlenki azotu NOx 52
3.5. Tlenki siarki SOx 53
3.6. Siarkowodór H2S 54
3.7. Amoniak NH3 54
3.8. Sadza i cząstki stałe 55
3.9. Pył drobnocząstkowy 57
3.10. Dymienie niebieskie i białe 58
3.11. Dwutlenek węgla CO2 58
4. PRZEBIEG PROCESU SPALANIA I EMISJA SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM 62
4.1. Wymagania ogólne 62
4.2. Skład mieszanki palnej 63
4.3. Skład mieszanki palnej a emisja silników o zapłonie iskrowym 64
4.4. Rozwiązania konstrukcyjne stosowane w celu ograniczenia emisji 68
5. PRZEBIEG PROCESU SPALANIA I EMISJA SILNIKÓW O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM 73
5.1. Proces spalania w silniku o zapłonie samoczynnym 73
5.2. Kanał dolotowy zawirowujący i ruch powietrza w cylindrze 76
5.3. Przebieg procesu spalania w silniku o zapłonie samoczynnym 78
5.3.1. Czynniki wpływające na opóźnienie samozapłonu 79
5.3.2. Tworzenie mieszanki i spalanie w silniku o zapłonie samoczynnym 81
5.3.3. Pilotująca dawka paliwa we współczesnych silnikach o zapłonie samoczynnym 84
5.3.4. Adaptacja wtrysku we współczesnych silnikach o zapłonie samoczynnym 87
5.4. Skład mieszanki palnej a emisja silników o zapłonie samoczynnym 89
5.5. Rozwiązania konstrukcyjne stosowane w celu ograniczenia emisji i zadymienia spalin 91
I5.6. Przyszłościowe rozwiązania techniczne 93
5.6.1. Wtrysk bezpośredni piezokwarcowy 93
5.6.2. Nowe systemy spalania z bezpośrednim wtryskiem benzyny 96
5.6.3. Przyszłościowe układy wtryskowe silników o zapłonie samoczynnym 99
6. KATALITYCZNE REAKTORY SPALIN 103
6.1. Podstawowe typy reaktorów katalitycznych 103
6.2. Budowa reaktorów katalitycznych 105
6.2.1. Porównanie reaktorów z nośnikiem ceramicznym i metalowym 107
6.2.2. Zasoby metali szlachetnych - surowców do produkcji reaktorów katalitycznych 109
6.2.3. Procesy chemiczne zachodzące w reaktorze katalitycznym 110
6.2.4. Stopień konwersji reaktora katalitycznego 111
6.3. Eksploatacja samochodu z reaktorem katalitycznym 112
6.4. Reaktory katalityczne do silników o zapłonie iskrowym 114
6.4.1. Utleniający reaktor katalityczny 114
6.4.2. Reaktor katalityczny potrójnego działania 115
6.4.3. Wymagania w stosunku do reaktorów nowych koncepcji 116
6.4.4. Reaktory katalityczne zintegrowane z kolektorem wylotowym 118
6.4.5. Układy ze zmienną drogą przepływu spalin typu bypass 119
6.4.6. Reaktory katalityczne ogrzewane elektrycznie 120
6.4.7. Reaktory katalityczne adsorpcyjne - SCR 121
6.4.8. Reaktory katalityczne redukujące o działaniu ciągłym 123
6.4.9. Reaktory katalityczne redukujące o działaniu cyklicznym 124
6.5. Reaktory katalityczne do silników o zapłonie samoczynnym 126
6.5.1. Reaktor katalityczny utleniający 126
6.5.2. Reaktor katalityczny typu SCR 127
6.5.3. Inne układy oczyszczania spalin silników o zapłonie samoczynnym 131
7. REGULACJA SKLADU MIESZANKI PALNEJ I CZUJNIKI TLENU 133
7.1. Napięciowy czujnik cyrkonowy 135
7.2. Rezystancyjny czujnik na bazie dwutlenku tytanu 137
7.3. Szerokopasmowy czujnik tlenu LSU 138
7.4. Czujnik stężenia tlenków azotu - czujnik dwukomorowy 141
7.5. Diagnozowanie czujników tlenu 142
8. FILTRY CZĄSTEK STAŁYCH 149
8.1. Filtry cząstek stałych w samochodach osobowych z silnikami o zapłonie samoczynnym 152
8.1.1. Filtr cząstek stałych FAP ? Peugeot 154
8.1.2. Kieszeniowy filtr cząstek stałych typu Bosch 156
8.1.3. Układy filtracji cząstek stałych stosowane w samochodach VW i Audi 157
8.1.4. Filtr cząstek stałych BMW 159
8.1.5. System D-CAT firmy Toyota 161
8.2. Filtry cząstek stałych w pojazdach użytkowych 164
8.2.1. System CRT 165
8.2.2. System SCR-AC 167
8.2.3. Przyszłościowe kompleksowe układy oczyszczania spalin silników o zapłonie samoczynnym 168
8.3. Oczyszczanie i regeneracja filtrów cząstek stałych 169
8.3.1. Porównanie temperatur spalin różnych systemów 169
8.3.2. Samooczyszczanie się filtrów 171
8.3.3. Określanie stopnia zanieczyszczenia filtra 171
8.3.4. Kontrolka zanieczyszczenia filtra i eksploatacja samochodu na krótkich odcinkach 174
8.3.5. Eksploatacja samochodu z filtrem cząstek stałych 175
8.3.6. Montaż filtrów cząstek stałych w samochodach znajdujących się w eksploatacji i uwarunkowania podatkowe 176
9. SYSTEM DIAGNOSTYKI POKŁADOWEJ OBD 181
9.1. Historia systemów OBD I oraz OBD II 181
9.2. Zadania systemów OBD 183
9.2.1. Wymagania ogólne 185
9.2.2. Ochrona przed ingerencją osób nieuprawnionych 188
9.2.3. Procedura rozpoznawania i zapisywania usterek 189
9.2.4. Warunki wyłączenia systemu OBD 193
9.2.5. Standardowe złącze diagnostyczne systemu OBD 194
9.2.6. Procedura komunikacji z systemem OBD 195
9.3. Sposób oznaczania usterek w systemie OBD 198
9.3.1. Informacje zawarte w ramce zamrożonej 201
9.3.2. Kod gotowości systemu OBD 202
9.4. Zakres funkcji kontrolnych systemu OBD 206
10. SYSTEM OBD SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM 214
10.1. Konfiguracja systemu OBD 214
10.2. Rozpoznawanie wypadania zapłonów 216
10.2.1. Analiza chwilowej prędkości obrotowej 217
10.2.2. Analiza chwilowego momentu obrotowego 220
10.3. Monitorowanie działania reaktora katalitycznego 221
10.4. Monitorowanie działania czujników tlenu 224
10.4.1. Diagnozowanie czujnika zamontowanego przed reaktorem katalitycznym 224
10.4.2. Diagnozowanie czujnika zamontowanego za reaktorem katalitycznym 225
10.4.3. Diagnozowanie układu ogrzewania czujnika tlenu 226
10.4.4. Diagnozowanie szerokopasmowego czujnika tlenu 227
10.5. Monitorowanie układu recyrkulacji spalin 228
10.6. Monitorowanie układu odprowadzania par paliwa 230
10.7. Monitorowanie układu powietrza dodatkowego 232
10.8. Monitorowanie układu paliwowego 233
10.9. Adaptacja układu regulacji składu mieszanki 236
10.10. Monitorowanie elektronicznego pedału gazu 241
10.11. Diagnozowanie termostatu 244
10.12. Monitorowanie sieci transmisji danych CAN 245
10.13. Monitorowanie działania innych układów oraz czujników 246
10.13.1. Monitorowanie ciśnienia doładowania 248
10.13.2. Monitorowanie sygnału prędkości pojazdu 248
10.13.3. Monitorowanie przepływomierza powietrza 249
10.13.4. Monitorowanie czujników położenia pedału hamulca i sprzęgła 250
10.13.5. Monitorowanie układu rozrządu 251
11. SYSTEMY OBD SILNIKÓW O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM 253
11.1. Monitorowane układy i czujniki 253
11.2. Rozpoznawanie wypadania zapłonów 256
11.3. Odchyłki regulacji kąta początku wtrysku 257
11.4. Monitorowanie układu recyrkulacji spalin 259
11.4.1. Odchyłki regulacji pneumatycznego zaworu recyrkulacji spalin 260
11.4.2. Odchyłki regulacji elektrycznego zaworu recyrkulacji spalin 260
11.5. Odchyłki regulacji ciśnienia doładowania 261
11.6. Układ wstępnego podgrzewania komory spalania ze świecami żarowymi 262
11.7. Monitorowanie działania innych układów oraz czujników 263
11.7.1. Diagnozowanie usterek sieci transmisji danych CAN 264
11.7.2. Czujnik temperatury cieczy chłodzącej 264
11.7.3. Czujnik temperatury paliwa 265
11.7.4. Przepływomierz powietrza 266
11.7.5. Czujnik tlenu i układ ogrzewania czujnika 266
11.7.6. Sygnał prędkości pojazdu 267
11.8. Monitorowanie filtra cząstek stałych 268
11.8.1. Czujniki ciśnienia i temperatury przed oraz za filtrem 268
11.8.2. Czujnik temperatury przed turbiną 269
11.8.3. Czujnik tlenu i przepływomierz powietrza 270
11.8.4. Kontrolka filtra cząstek stałych 271
11.8.5. Monitorowanie systemów filtracji cząstek stałych z dodatkowymi płynami 272
11.9. Czujniki cząstek stałych do kontroli procesu spalania lub filtra cząstek stałych 272
12. ZADANIA TECHNICZNE W PROCESIE REALIZACJI URZĘDOWYCH STANDARDÓW DIAGNOSTYCZNYCH 275
12.1. Organizacja czasowa realizacji funkcji diagnostycznych 277
12.2. Uwzględnienie zróżnicowanych wersji samochodów 278
12.3. Uwzględnienie przyszłościowych sposobów oczyszczania spalin 280
12.4. Dostosowanie funkcji diagnostycznych do specyfiki nowych silników 280
13. PODSTAWOWE WARUNKI KONIECZNE DLA PRZEPROWADZENIA DIAGNOZY USTEREK OBD 282
14. KONTROLA EMISJI SPALIN W POJAZDACH Z SYSTEMEM OBD 286
14.1. Kontrola wzrokowa elementów emisyjnych 286
14.2. Oprogramowanie do kontroli emisji spalin pojazdów z systemem OBD 288
14.3. Urzędowa kontrola emisji spalin w pojazdach z silnikiem o zapłonie iskrowym z systemem OBD 289
14.4. Protokół z badania pojazdu z systemem OBD 291
14.5. Problemy związane z badaniami pojazdów z silnikiem o zapłonie iskrowym z systemem OBD 293
14.5.1. Indywidualne trudności diagnostyczne związane z wybranymi samochodami 295
14.5.2. Procedura zastępcza dla silników samochodów Volkswagen 298
14.6. Urzędowa kontrola emisji spalin w pojazdach z silnikiem o zapłonie samoczynnym z systemem OBD 299
14.7. Protokół z badania pojazdu z systemem D-OBD 301
15. OBD III, OBM I PRZYSZŁOŚCIOWE WYMAGANIA 303
16. WYCIĄG Z USTAWODAWSTWA EUROPEJSKIEGO DOTYCZĄCEGO OBD 308
Wyciąg z regulaminu 98/69/EG Parlamentu Europejskiego z dnia 13.10.1998 roku w sprawie sposobów zapobiegania zanieczyszczeniu powietrza przez emisję związaną z eksploatacją pojazdów i w sprawie zmiany regulaminu 70/220/EWG 308
Dyrektywa 1999/102/EG, z dnia 15.12.1999 roku, w sprawie wynikających z postępu technicznego zmian w dyrektywie 70/220/EWG, dotyczącej środków zapobiegania zanieczyszczeniu powietrza atmosferycznego przez emisję związaną z eksploatacją pojazdów 325
DODATEK: LISTA KODÓW USTEREK STOSOWANYCH W SYSTEMIE OBD, ZGODNIE SAE J2012 I ISO 15 031-6 329
DODATEK DO WYDANIA POLSKIEGO 366
LITERATURA 390
SKOROWIDZ 392
