Autor: Dalibor Vukić
Mentor: Vladimir Matijević
Studijski program: Mehatronika
Cilj istraživanja je analiza tehničkog stanja vozila sa dizel motorom pre i posle izmena parametarskih tabela u sistemu upravljanja motorom. U tom cilju je izvršeno prikupljanje podataka u komunikaciji sa upravljačkim računarom, kao i pomoću analizatora sastava izduvnih gasova.
Elektronski sistemi upravljanja na vozilima daju velike mogućnosti u pogledu složenosti upravljačkog programa. Već krajem 80-ih godina prošlog veka procesori mikrokontrolera su bili dovoljno brzi da osim izvršenja zadatka upravljanja obavljaju i dodatne funkcije. Neke od tih funkcija poput samodijagnoze olakšavaju posao serviserima u postupku traženja uzroka neispravnosti na vozilu. Ostvarena je i mogućnost ručnog resetovanja zapamćenih korektivnih vrednosti kao i direktnog upisivanja tih vrednosti. Jedna od značajnih funkcija je i mogućnost upisa kompletnog upravljačkog programa priključenjem odgovarajućeg dijagnostičkog uređaja na namensku utičnicu. Prvi ozbiljni koraci u ovoj oblasti načinjeni su po uspostavljanju američkog OBD2 standarda. Po ovom standardu proizvođači su dužni da omoguće izmene u upravljačkim programima u cilju otklanjanja eventualnih sistemskih grešaka priključenjem dijagnostičkog uređaja i upisom nove datoteke koja se može preuzeti bilo kroz redovne dopune koje se dostavljaju servisnoj mreži, bilo sa mrežnog servera proizvođača putem internet konekcije. Na ovaj način su napravljena „mala vrata“ za sve koji imaju interes u izmeni upravljačkog programa.
Mogućnost upisa upravljačkih programa je široku primenu našla kod servisera zainteresovanih za povećano iskorišćenje resursa motora po pitanju momenta i snage. Situacija je takva da postoji na desetine velikih „tjunerskih“ (modifikatorskih) kuća koje ozbiljno pristupaju izmenama u programima motornih računara i veliki broj njihovih podružnica čiji se posao svodi na upis datoteka u memoriju upravljačkog računara bez uvida u načinjene izmene. Osim toga postoji i veliki broj onih koji se amaterski bave ovim poslom i vrše izmene bez ikakvih analiza efekata tih izmena na radni vek motora, emisiju štetnih gasova, potrošnju goriva itd. Osnovna ideja ovog rada je da se izvrši provera rada motora sa takvim izmenama u programu, kakve su široko dostupne i kakve najčešće primenjuju moderi amateri.
Zadatak motornog računara kod dizel motora se svodi samo na jedan jednostavan cilj – bez obzira na zahtev vozača, opterećenje, radni režim itd treba prilagoditi parametre ubrizgavanja tako da motor radi u veoma uskoj oblasti između povećane emisije čestica i povećane emisije NOx. To se postiže praćenjem podataka sa različitih senzora i upravljanjem odgovarajućim aktuatorima. Kako senzori daju uglavnom analogne vrednosti napona, neophodno je izvršiti njihovu digitalizaciju pomoću AD konvertora kojih može biti i više od jednog u sklopu motornog računara. Vrednosti ON/OFF tipa prikupljaju se bez kondicioniranja direktnim dovođenjem na neki od ulazno – izlaznih portova kontrolera. Za upravljanje aktuatorima pretežno se koristi tajmer – brojač periferija i njena nadogradnja, impulsno širinski modulator.
Mape po kojima računar radi imaju sledeću svrhu. Recimo da treba definisati zavisnost količine ubrizganog goriva od opterećenja i broja obrtaja. Za određenu vrednost dva ulazna parametra ispitivanjima u fabrici bira se optimalna vrednost izlaznog parametra, u ovom slučaju faktora za proračun trajanja ubrizgavanja. Površinu koju sačinjavaju sve tačke u koordinatnom sistemu ova tri parametra nije moguće predstaviti jednostavnom matematičkom funkcijom. Zato je jednostavnije da motorni računar na osnovu izmerenih ulaznih vrednosti u mapi potraži odgovarajuću izlaznu vrednost. I najjednostavniji elektronski sistemi za kontrolu rada motora izvršavaju proračun trajanja ubrizgavanja po osnovu minimalno nekoliko mapa. Osim pomenute, potrebno je izvršiti korekciju na osnovu pritiska turbo punjača, količine recirkulisanih izduvnih gasova, pritiska goriva itd. Što je regulacija složenija, to u sistemu ima više senzora i parametara koje oni daju, a time i mapa po kojima se vrše proračuni. Jedna od najznačajnijih mapa za modere je mapa za ograničenje količine čestica u izduvnim gasovima (smoke limit). Bez izmena ove mape nije moguće „preterati“ sa količinom goriva. Pitanje je samo, da li će izmene u ovoj mapi biti ispraćene drugim neophodnim zahvatima na sistemu, kako i u izmenjenim uslovima rada ne bi nastajala povećana količina čestica.
Najbrži put do povećanja momenta i snage motora postiže se povećavanjem količine ubrizganog goriva. Veoma je bitan izbor dela mape na kome će se izmene vršiti. Na dijagramima je prikazan efekat „produžavanja“ momenta u visokim brojevima obrtaja na snagu motora. Iako moment ni sa modifikovanom mapom nigde nije veći od maksimalnog sa izvornom mapom, maksimalna snaga je uvećana za 10%. Kada se posmatra snaga na maksimalnom broju obrtaja uočava se porast od 20% do 30% u odnosu na originalnu mapu. Ovo je jedan od popularnih moderskih zahvata kojim se izbegava sa razlogom postavljeno ograničenje momenta na visokim brojevima obrtaja.
Ukoliko se izvrši samo povećanje količine ubrizganog goriva neće biti dovoljno vazduha za sagorevanje. Zato je potrebno izvršiti povećanje pritiska koji ostvaruje punjač da bi se dobilo više vazduha u cilindru i povećanje pritiska goriva da bi se poboljšala atomizacija goriva i mešanje sa vazduhom. Povećanje pritiska iznad deklarisanih vrednosti povećava i eroziju elemenata kroz koje gorivo pod tako visokim pritiskom prolazi.
Povećanje pritiska turbine na visokim obrtajima je rizičnije i štetnije nego povećanje pritiska goriva. Pri konstantnom pritisku u usisnom vodu, sa porastom broja obrtaja, raste protok vazduha. Da bi ostvarila veći protok za isti pritisak, turbina odnosno kompresor se mora vrteti brže nego inače. Kada se modifikacijama mape dopusti da pritisak na velikom broju obrtaja bude jednak pritisku na srednjem broju obrtaja, onda turbinski ili kompresorski element dostižu kritične brzine. Pri kritičnim brzinama dolazi do cepanja materijala impelera, turbulentnog oscilovanja ose rotacije rotora, gubitka podmazivanja i totalne havarije punjača.
Tokom ispitivanja na vozilu, proverene su maksimalna brzina vozila po ravnom putu uz vetar do 3 m/s, najniža brzina do koje vozilo u petom stepenu prenosa uspori uz konstantan uspon od 7%, potrošnja goriva pri 120 km/č po ravnom putu i izvršeno je merenje zadimljenosti izduvnih gasova. Merenja su vršena pre i posle izmene mape ubrizgavanja.
Rezultati merenja performansi vozila pre i posle modifikacija su prikazani u tabeli, gde su Vmax – maksimalna brzina vozila,Vmin – minimalna brzina uz uspon i Q – potrošnja goriva pri 120 km/č. Brzine su merene pomoću navigacionog uređaja, a potrošnja kao radni parametar koji proračunava motorni računar.
Kontinualno merenje zadimljenosti u praznom hodu pokazuje da u oblasti rada gde mapa nije menjana motor i dalje radi u skladu sa ekološkim normama. Merenje u testu „slobodnog ubrzanja“ najbolje prikazuje uticaj modifikacija na emisiju čestica (čađ – zadimljenost). Ono što je bilo vizuelno uočljivo (oblaci dima iza vozila) potvrđeno je i na testu zadimljenosti pr čemu je prikazana vrednost zapravo recipročna prozirnosti izduvnih gasova.
Izvedena merenja navode na isti zaključak da nije moguće izvesti promene u mapama računara bez upotrebe adekvatne opreme poput dinamometarskih valjaka, analizatora izduvnih gasova sa mogućnošću merenja NOx i vršenja određenih izmena na mehaničkim komponentama motora. Može se smatrati da velika većina vozila kod kojih su vršene modifikacije u radu motora u najmanju ruku odstupa od homologovanih podataka, a vrlo verovatno ne zadovoljava ni minimume predviđenih ekoloških normi. Zakoni već predviđaju da je za svaku izmenu koja utiče na tehničke karakteristike vozila deklarisane od strane proizvođača neophodan atest, ali je pitanje na koji način ovlašćena lica na tehničkom pregledu mogu da utvrde odstupanja u slučaju da su ekološke norme zadovoljene. Ipak, ekološke norme uglavnom nisu zadovoljene ne samo kod modifikovanih, nego i kod standardnih vozila koja su u saobraćaju, ali sva imaju regularne zapisnike sa tehničkog pregleda.
Šteta koju mogu da načine modifikovani automobili je izuzetno velika. Povećanje potrošnje goriva kao uvoznog proizvoda negativno utiče na spoljnotrgovinski bilans i mora se suzbijati bez obzira na mogućnosti vlasnika vozila da podnesu povećane troškove eksploatacije. Vozila sa znatno izmenjenim karakteristikama dostižu maksimalne brzine koje proizvođač nije predvideo, pa raste i mogućnost saobraćajnih nesreća. Konačno uticaj zagađenja koje proizvode ovakvi automobili na zdravlje ljudi u već zagađenim sredinama dodatno opterećuje zdravstveni sistem.
Više informacija: Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija, Vojvode Stepe 283, 11000 Beograd/Voždovac, Srbija, tel: 011/2471-099, web: www.viser.edu.rs/asu
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
Ostavite odgovor