Vážení čtenáři, tento článek je dalším pokračováním volného seriálu, který připravuje specialista Dalibor Plischke ze společnosti MOTOR expert s.r.o. Tentokrát podrobně vysvětluje řešení problému s výpadky prvního a třetího válce u vozidla Subaru Impreza 1.5R, kód motoru EL15, model 2008 aneb problém s rozvody Subaru.
Obsah článku:
• Kontrola paměti závad
• Testování pomocí KTS
• Zamyšlení nad dosavadními zjištěními
• Otázky, které jsem si kladl
• Pomoc dalšího motortesteru
• Nouze o diagnostická data
• Kontrola ventilů
• Stav po opravě
• Závěr
• Pro zvídavé
Článek ze seriálu Liga mistrů diagnostiky. Další díly ZDE.
Více detailů k případu se dozvíte z uvedených videí ZDE.
Osud tomu chtěl a já, aniž bych to v daný moment tušil, jsem se podruhé setkal se stříbrnou Imprezou 1.5R (vysvětlím v závěru), která začala svého majitele trápit výrazně kolísavým volnoběhem motoru, hrozícím až jeho zhasnutím. Abych byl úplně přesný, v době přebírání vozu do opravy impreza na volnoběh dokonce zhasínala, na což se můžete podívat i ve videu č. 1. Samovolné zhasínání měla na svědomí „zrychlená změna adresy opravce“, kdy kolega z jiného servisu z radosti, že k nám může vozidlo přeposlat, jaksi opomněl řádně upevnit sací potrubí airboxu ke komoře sání a také chyběl vzduchový filtr včetně uzavíracího víka, a v tomto stavu předal vůz zákazníkovi, viz video č. 2. Tento stav je zachycen také na úvodní fotografii. Jak se říká, jsme jenom lidi a euforie dokáže dělat divy.
Ve videu č. 3 je k vidění stav po instalaci vzduchového filtru a dotažení trubky sání ke komoře sání. Motor již samovolně nezhasínal (tuto závadu jsem výše uvedeným zásahem odstranil), ale byly pozorovatelné výrazné výchylky volnoběhu, kdy motor neměl daleko ke zhasnutí. Také se střídavě rozblikávala a rozsvěcovala kontrolka MIL. Pokud jsem otáčky motoru zvýšil třeba na 2 000 min-1, byl jeho chod výrazně lepší, také při volných akceleracích se nechal bez protestů vytočit.
Kontrola paměti závad
Jak jsem předpokládal, řídicí jednotka motoru (ECU) uložila DTC výpadků ve spalování u válce 1 a 3 (obr. 1). Jde o tzv. řadu válců 1 nacházející se na straně spolujezdce, kdy válec č. 1 je přední a č. 3 je zadní. Pro úplnost dodám, že řada válců 2 – na straně řidiče – má přední válec č. 3 a zadní č. 4 (viz video č. 4).
Testování pomocí KTS
Kontrola zobrazovaných hodnot pomocí tohoto zařízení (viz videa č. 5 a 6) je vidět na obr. 2, kde si můžete prohlédnout log doby vstřiku při volnoběhu ze sériového testeru Bosch KTS. Do obrázku jsem také na ukázku vložil dvě mezní hodnoty krátkodobé korekce směsi, kmitající v rozsahu –26,6 % až +23,4 %. Toto kolísání lambda-regulace se projevovalo změnou hodnot vzdušného součinitele lambda v intervalu 0,8 až 1,2. Tzn. –20 % až +20 % od stechiometrické jedničky spolu s výrazným kolísáním volnoběžných otáček v rozsahu od cca 357 až do 1 255 min-1 (viz video č. 3). Za povšimnutí stojí také fakt, že dlouhodobá adaptace směsi zůstávala na konstantní hodnotě –1 %.
Zamyšlení nad dosavadními zjištěními
Pokud je dlouhodobá adaptace směsi blízko 0 %, lze s nejvyšší pravděpodobností vyloučit problém v palivové soustavě, ve funkci zátěžových snímačů a také třeba v netěsnosti sání. Navíc je vidět, že kolísání amplitudy doby vstřiku odpovídá volnoběžné frekvenci lambda-regulace. Tzn. nejde o nahodilý jev, ale o reakci ECU motoru na hodnotu signálu přední lambda-sondy jakožto zpětnovazebního snímače lambda-regulace. Zde bych chtěl upozornit na důležitou okolnost. Vzhledem k vysokému počtu vybraných hodnot (osm) a pomalému vzorkování sériového rozhraní si ne vždy vzájemně odpovídají všechny hodnoty zobrazené testerem, čehož si můžete všimnout ve zmíněném videu č. 3. Např. pokud je zobrazovaná hodnota lambda 0,8 (o 20 % bohatší směs), tak určitě nebude odpovídající krátkodobá adaptace v kladných číslech, protože to by ECU problém ještě více zhoršila a dále obohatila směs.
Otázky, které jsem si kladl
Co tedy způsobuje problém s rozkolísáním lambda-regulace? Mají výpadky válců 1 a 3 nějakého společného jmenovatele? A proč je problém pozorovatelný jen při volnoběhu a v jemu blízkém pásmu otáček?
Pomoc dalšího motortesteru
Zde jsem se rozhodl využít služeb již vícekrát osvědčeného motortesteru MTPro 4 s digitálním osciloskopem (viz videa č. 7 až 13). Naobr. 3 je vidět analýza účinnosti válců. Z té je zřejmé, že při volnoběhu (světle modře podbarvené oblasti označené písmenem V) vykazují válec 1 a válec 3 záporné zrychlení klikové hřídele neboli mají výpadky ve spalování. Při kalibrační akceleraci (KA, světle žlutá oblast) je u válců 1 a 3 pozorovatelné výrazné kmitání zrychlení při jejich expanzních dobách. Při volné akceleraci (VA, světle červená oblast) a také při akceleraci kompresní (AK, světle černá plocha) jsou již zrychlení všech válců takřka vyrovnaná. Tento záznam potvrzuje dosavadní zjištění dle sériového testeru KTS a pozorování chování motoru. Relativní komprese (u válce 1 o hodnotě 97 %, a u válce 2 dokonce 100 %) napovídají, že problém se s nejvyšší pravděpodobností nebude týkat těsnosti spalovacích komor.
Když se podíváte na obr. 4, zachycující pulzace napěťových signálů snímačů MAP a MAF během jednoho pracovního cyklu (720 °KH), jistě neujde vaší pozornosti nápadná rozkolísanost tlaku v sání – hodnota MAP (normálně by měl být tento průběh pravidelná sinusovka, co se frekvence i amplitudy týče, s počtem vrcholů odpovídajícím počtu válců). K výrazným nárůstům tlaku dochází v době probíhajícího střihu ventilů (střih vyznačen modro-červenými svislými pásy), a to právě u problémových válců 1 a 3 se společnou vačkovou hřídelí sání (obr. 5). Záměrně jsem do obr. 4 vyznačil světle modré vodorovné plochy, označené písmeny A a B. Oblast A pokrývá celou dobu otevření sacího ventilu válce 4 vč. doby střihu a oblast B náleží stejné době u válce 3. Z pouhého porovnání hladin napětí signálu MAF snímače (váhy vzduchu) ve zmíněných oblastech plyne, že v oblasti A s maximem napětí okolo 1,4 V se napětí v průměru pohybuje výše než v oblasti B s maximem o cca 0,1 V nižším → válec 2 tedy nasává více vzduchu při volnoběhu oproti válci 3.
Příčinou je právě rozdílné nastavení úhlu střihu mezi řadou válců 1 (problémové válce 1 a 3) a řadou válců 2 (znatelně lépe pracující válce 2 a 4). Čím je úhel střihu ventilů větší, tím dříve se otevře sací ventil před horní úvratí v době výfuku a dojde k výraznějšímu plnění sacího potrubí výfukovými plyny (píst tlačí plyny nejen do výfuku, ale i do sání). To má za následek dva výše uvedené jevy – vyšší tlakový pulz na snímače MAP (zvýšení tlaku v sání) a zároveň snížení množství čerstvě nasávaného vzduchu o podíl odpovídající zpětně nasávaným výfukovým plynům.
To je i odpověď na to, proč ECU tak výrazně měnila dobu vstřiku při volnoběhu v rozsahu 1,5 až 3,8 ms (normálně by byla okolo 2,5 ms). Válce 1 a 3 totiž pracují díky zvýšené vnitřní recirkulaci výfukových plynů s menším podílem čerstvého vzduchu způsobujícím posun hodnoty vzdušného součinitele λ mimo katalyzátorové okno (0,97 až 1,03), a sice do oblasti λ < 1, tedy bohaté směsi. A protože dochází k výpadkům v hoření, nachází se hodnota λ pravděpodobně poblíž čísla 0,5, což je tzv. spodní mez zapálení směsi pro motory s vnější tvorbou směsi. Korunu všemu nasazuje informace z přední lambda-sondy, která je společná pro všechny válce a má vliv na nastavení doby vstřiku. Její signál totiž reaguje na celkový mix výfukových plynů s příslušným obsahem kyslíku. A že je to v tomto případě „divočina“, jste už viděli…
Nouze o diagnostická data
Jak je z videí patrné, trpěl jsem při řešení tohoto případu jistým deficitem v oblasti informačních podkladů. Neměl jsem k dispozici žádný diagnostický manuál ani elektrická schémata. Naštěstí mi pomohla nabídka jednoho kolegy naměřit si potřebné údaje na jeho Impreze 1.5R, kterou jsem bez váhání využil. Nikde se mi např. nepodařil sehnat vzorový diagram fází klika–vačka pro vyhodnocení správnosti nastavení rozvodového mechanismu. Tento hendikep jsem vnímal jako rozhodující pro zdárný posun případu do cíle (viz nepravidelné pulzace tlaku od jednotlivých válců v signálu snímačů MAP a MAF). Popis připojení osciloskopu k vzorové impreze si můžete prohlédnout ve videu č. 8. Pomocí obr. 6 a obr. 7 lze vzájemně porovnat zmíněné fáze klika–vačka u obou vozidel.
Na obr. 6 je průběh vzorového signálu snímačů otáček, tlaku v sání a primárního proudu válce 1 během cca jednoho pracovního cyklu při volnoběhu. Fialové pravítko 1 osciloskopu je proloženo sestupnou hranou prvního zubu zleva signálu VHL (levé vačkové hřídele sání). Oproti 0° na měřicím pravítku sladěném vůči značce na snímači klikové hřídele (KH) je v poloze –10°. Zelené pravítko osciloskopu 2 je proloženo skrze sestupnou hranu prvního zubu zleva signálu VHP (pravé vačkové hřídele), vůči 0° na měřicím pravítku je v poloze 327°. Vzájemná vzdálenost obou sestupných hran je tedy ∆ 337°.
Popis situace na obr. 7 je obdobný jako na obr. 6. Zde si můžete všimnout, že první sestupná hrana signálu VHL je na hodnotě cca –8°, což je oproti vzorovému vozidlu o 2° později. Také první sestupná hrana signálu VHP je v jiné poloze oproti vzorovému vozidlu, a sice na 267°, což je posun o (267° – 327°), tedy o cca –60° do polohy dříve. Toto porovnání tedy odpovídá na otázku, jak moc bylo rozladěno nastavení rozvodového mechanismu – pravá sací vačková hřídel (řada 1) je posunuta asi o 60° dříve a levá vačková hřídel (řada 2) do polohy o 2° později. Pokud si porovnáte průběhy signálů snímače MAP na obr. 6 a obr. 7, vidíte, jak masivní vliv má nežádoucí posun časování pravé vačkové hřídele do polohy dříve při volnoběhu – vznikly dva výrazné tlakové pulzy, odpovídající době střihu u válců 1 a 3.
Kontrola ventilů
Dále následovala kontrola řídicích ventilů nastavení poloh sacích vačkových hřídelí (viz video č. 9 až 11). Při vzájemném vizuálním porovnání obou ventilů systému VVT se potvrdilo, že pístek ventilu řady 1 zůstal zaseknutý v přední poloze odpovídající přestavení pravé vačkové hřídele do polohy dřívějšího otevření sacích ventilů (obr. 8).
Následovalo úspěšné odstranění mechanické nečistoty a kontrola demontovaného ventilu pomocí aktivátoru PWM2. Po tomto testu jsem ještě pro jistotu provedl záměnu řídicích ventilů mezi oběma řadami válců. Vše již fungovalo o poznání lépe.
Stav po opravě
Ve videích č. 12 a 13 a na obr. 9 se můžete podívat na výsledek opravy. Na první pohled je vidět výrazné zlepšení průběhu výstupního signálu snímače MAP – nositele informace o kvalitě činnosti rozvodového mechanismu. Pulzace od jednotlivých válců jsou již vyrovnané a s výrazně menší amplitudou než před opravou. I když si pozorný čtenář mohl všimnout, že střední hladina výstupního signálu MAP se zde pohybuje okolo 1,6 V, ale u vzorového vozidla (viz obr. 6) to bylo okolo 1,4 V. Zde je otázka, nakolik to bylo rozdílem volnoběžných otáček v daném okamžiku (755 vůči 774 min-1) nebo odlišným nastavením fází vačkových hřídelí vůči hřídeli klikové. Protože v tomto ohledu je také zjevný rozdíl u obou vozidel. Oproti vzoru je např. pravá sací vačková hřídel (signál VHP) zpožděna o 21° (viz obr. 9). Jelikož v tuto chvíli nemám k dispozici stoprocentně správný vzorový průběh fáze klika–vačka, mohu jen spekulovat, které z obou vozidel je blíže požadovanému nastavení. Jisté je, že ani u jednoho si ECU motoru nestěžovaly na polohu fází klika–vačka.
Na závěr se podívejte na obr. 10, zachycující průběhy fází v analýze účinnosti válců během zkušební jízdy. Oranžově orámovaná fáze VHP (regulace VVT pravé vačkové hřídele sání) ukazuje na závadu signálu snímače vačkové hřídele, spočívající ve skokové změně šířky zubu (viz dvě černě orámované oblasti s modrým signálem – hodnota 0 V). Dále si všimněte celkového rozsahu regulace mezi dorazem „dříve“ a „později“, který je u obou vačkových hřídelí shodně 52°. Takže lze prohlásit, že obě řady válců pracují s plným rozsahem variabilního časování sacích vaček. Během plných akcelerací jsou sací vačkové hřídele natáčeny do polohy později a při deceleraci na dříve.
Závěr
Tento případ mi opět potvrdil, jak důležité je umět vyhodnotit činnost rozvodového mechanismu. Obzvlášť pokud již motor disponuje nějakým variabilním systémem časování nebo zdvihu ventilů (obecně VVT – Variable Valve Timing). V tomto případě to byl systém Subaru AVCS (Active Valve Control System) ve verzi single – variabilního časování pouze sacích vačkových hřídelí. U opravovaného vozidla zůstal pístek řídicího ventilu průtoku oleje zaseknut do fázového kola u pravé řady válců (1 a 3) v poloze „dříve“ (viz obr. 8). Výsledkem bylo např. rozkolísání signálů snímačů MAP i MAF a také otáček motoru a ukládání DTC P0301 a P0303.
Ještě dlužím vysvětlení z úvodu – při jaké příležitosti jsem se s tímto vozem setkal poprvé. Bylo to shodou okolností při mé návštěvě bývalého zaměstnavatele – servisu Subaru, kde přejímací technik právě předával tuto Imprezu zákazníkovi po servisu, jenže ta zrovna odmítala nastartovat. Tehdy jsem zavtipkoval „To máte ale štěstí, že jdu právě kolem“ … o tom v posledním videu č. 13.
Pro zvídavé
Další informace k problematice diagnostiky vozidel, měření emisí, provádění STK, potřebné legislativě atd. naleznete na našem vzdělávacím portálu Akademie automobilního vzdělávání, dostupné na https://app.aav.academy/, s možností týdenního vyzkoušení zdarma.
plischke@motorexpert.cz
ZDE si můžete stáhnout tento článek v PDF.
Tento článek najdete v časopisu AutoEXPERT, vydání č. 12/2024.
