Ford Mondeo, Moottorin korjausta ja huoltoa

Saimme työksemme löytää ja korjata 1996 vuoden Ford Mondeossa oleva moottorin käyntivika.

Asiakkaan arvauksen mukaan vika oli siinä että 1. sylinteri ei toiminut kunnolla, joten lähdimme etsimään vikaa kokeilemalla vaihtaa tulppien ja sytytyspuolien paikkoja. Tulpat ja puolat olivat kunnossa sillä ne toimivat muissa sylintereissä kuin 1. sylinterissä jolloinka vian täytyi olla joko itse sylinterissä/männässä tai kannen tiivisteessä/kannen kieroudessa.

Mittasimme myös sylinterien puristussuhteet.

Puristussuhdemittari

Puristusten mittausta..

Puristussuhdemittarin mittaustulokset

Puristuksia mitatessa 1. sylinteristä lensi starttauksessa jäähdytinnestettä tulpanreiästä ulos josta voitiin päätellä että joko kansi on kiero tai kannen tiiviste vuotaa.

Aloimme siis irroittamaan sylinterikantta moottorista.

Venttiilikansi irroitettuna

Nokka-akselien kiinnikkeet ja piirrustus muistaaksemme mikä kiinnike kuuluu mihinkin kohtaan.

Kuvia sylinterikanteen kiinnittyvien osien kuten imu- ja pakosarjan irroituksesta:

  

 

Pakosarjaan kiinnittyvät metalliputket olivat osa Fordin omaa pulseair-järjestelmää, jotka vaikeuttivat _hieman_ pakosarjan irroitusta.

Jako- ja apulaitehihnan irroittamisesta:

Tässä nokka-akselit jo irroitetuna ja kansi melkein kokonaan irti koneesta.

Irroitimme kannen ja tarkistimme viivasuoran avulla oliko kansi suora.

Kuten huomaa kuvan oikeimman puoleisen 1. sylinterin värityksestä, on palotapahtuma ollut erilainen kuin muissa sylintereissä.

Kuten kuvasta näkyy vanhojen tiivisteiden poistamisenkin jälkeen viivasuoran alta näkyi  valoa, joka merkitsi sitä että kansi oli jonkinverran kiero. Päätimme ottaa kannesta mahdollisimman pienen lastun pois suoristaaksemme kannen ilman että loisimme itse uutta käyntihäiriötä laskemalla kantta liikaa.

Ensiksi irroitimme kannesta venttiilit ja niiden jouset tällä laitteella:

Asetimme sylinterikannen koneeseen ja tarkistimme mittakellolla että se on varmasti tasaisesti kiinnitetty, ettemme ota lastua vain osittain kannesta ja pilaisi kantta.

Tästä säädimme kuinka korkealla terä on. Asetimme sen niin että se juuri ja juuri ottaa kiinni kanteen.

Ja sitten eikun lastuamaan!

Samalla kun pidimme silmällä kannen lastuamista, hiekkapuhalsimme venttiili lautaset ja koneistimme ne uudelleen.

Kun kannen lastuaminen oli vihdoin saatu päätökseen oli aika koneistaa venttiili istukat uudelleen.

Ensiksi säädimme oikean kokoisen terän näille istukoille.

Mittaterä asetetaan venttiilin tiivistyspinnan kohdalle.

Mittaterä oikein aseteltuna loven kohdalle.

Sitten opettelimme käyttämään "Miraa" joka oli istukoiden koneistamisene käytetyn laitteen nimi.
Kiristimme kannen pöytään kiinni ja seurasimme koneen ohjeita:

Keskitys nappia painettaessa kone itse keskitti itsensä istukkaan nähden.

Tässä lukitsemme laitteen paikoilleen.

Tässä vaiheessa keskitys suoritettiin uudelleen, jolloin kone keskitti itse terän istukkaan nähden.

Sitten sekin lukittiin paikalleen.

Tässä vaiheessa aloitimme istukoiden kaivertamisen.

Terän pyörittämistä ei saa lopettaa kesken ennenkuin se on kokonaan irti istukasta.

Hyvää jälkeä! (työstämätön ja työstetty istukka vierekkäin)Vaihdoimme myös venttiilien ohjurikumit.

Poistimme vanhat kannentiivisteet.

Irroitimme vanhan vesipumpun

Ja asensimme uuden paikoilleen.

Tässä vaiheessa aloimme kokoamaan moottoria takaisin kokoon. Aloitimme laittamalla kannen takaisin kiinni moottoriin, joka ei ollut paras vaihtoehto sillä laitoimme vahingossa imusarjan tiivisteen väärinpäin paikoilleen..

Kiristimme kannen pultit momenttiin ohjeiden mukaisesti ensin kiristämällä pultit tiettyyn momenttiin ja tämän jälkeen vielä kiristämällä tietyn määrän asteita lisää.

Huomasimme vasta tässä vaiheessa imusarjan tiivisteen olleen väärinpäin. Kannen pultit saa kiristää vain kertaalleen, joten jouduimme avaamaan imusarjan edestä vielä laturin ja laturin kiinnikkeen, joka viivästytti työn valmistumista jonkinverran.

Sitten vain asensimme loput osaset paikoilleen ja pistimme jaon kohdilleen.

Jako lukittu kohdilleen.

Jakohihna vielä löysällä.

Ja hihna kiristettynä!

Pitkä ja vaivalloinen oli työ, mutta tulipahan loppujen lopuksi valmiiksi. Ehjänä vieläpä!
Alkuun auton käynnissä ollessa moottori piti outoa kilinää, mutta tämä johtui siitä että hydrauliset venttiilin nostimet eivät olleet vielä täyttyneet öljyllä. Melu katosi ajan myötä.
Tässä vielä pari kuvaa täysin kootusta, koeajolla käytetystä autosta:

Äidinkielen "Harjoitusopinnäytetyö" Ford Mondeon kannen koneistamisesta

Kannen suoristus/koneistus

            

1. Johdanto

Tämä teksti kertoo moottorin kieron sylinterikannen suoristamisesta.
Kiero sylinterikansi tarkoittaa sitä kun moottori on käynyt liian kuumana, ja kansi on vääntynyt kieroon kuumuuden takia jolloin sylinterit eivät ole enää tiiviitä. Tämä vaikuttaa moottorin käyntiin. Valitsin kyseisen aiheen tekstini aiheeksi, koska tämä oli minusta mielenkiintoisin aihe.
Tekstin tavoitteena on kertoa lukijalle kannen suoristamisen työvaiheista, ja niiden suorituksesta.
Tavoitteen saavutan kertomalla tekstissä vaiheittain työn teosta.

2. Työn valmistelu

Minä ja luokkalaiseni saimme asiakastyönannon opettajaltamme. Tarkoitus oli selvittää miksi vuoden 1996 Ford Mondeon moottori kävi huonosti ja korjata käyntivika. Ohjeina käyntivian löytämiseen saimme asiakkaan epäilyksen ensimmäisen sylinterin viasta ja opettajan neuvot kuinka lähteä etsimään vikaa testaamalla sytytystulppien toiminnan ja puristussuhdemittauksella.
Ennen töiden aloittamista puimme työhaalarit ja muut turvavälineet kuten turvakengät ja suojahanskat.

3. Työosuuden tekeminen

Työskentelimme koulussamme toisen vuoden toisella opintojaksollamme syksyllä 2013.
Aloitimme siis vaihtelemalla sytytyspuolien ja –tulppien paikkoja testataksemme niiden toiminnan.
Sitten mittasimme sylintereiden puristussuhteet, josta kävi samalla ilmi että ensimmäiseen sylinteriin vuosi jäähdytysnestettä, kun sitä lensi ulos tulpanreiästä autoa startattaessa.
Tämä merkitsi sitä että joko sylinterikansi oli kiero, tai sitä että kannen tiiviste vuotaa joten aloimme purkamaan auton moottoritilaa irroittaaksemme kannen.

Ensiksi irroitimme venttiilikannen ja poistimme nokka-akselit, sitten aloimme irroittamaan muita sylinterikanteen kiinnittyviä osia kuten pako- ja imusarjaa ja moottorin kiinnikettä.
Pakosarjan irrotusta vaikeutti huomattavasti Fordin oma ”pulse air”-järjestelmä joka kiinnittyi pakosarjaan.

Kannen irrotettuamme ensiksi pesimme kannen osienpesukoneessa. Tutkimme tiivisteen kunnon ja katsoimme viivasuoran ja valon avulla oliko kansi suora. Tiiviste oli kunnossa mutta kansi oli kiero.
Irrotimme kannesta venttiilit ja aloimme suoristamaan kantta ottamalla siitä mahdollisimman pienen lastun pois joka kuitenkin suoristaisi kannen.

Hiekkapuhalsimme venttiilit puhtaaksi ja koneistimme venttiililautasten tiivistepinnat uudelleen. Uudelleen koneistimme myös kannessa olevat venttiililautasten ”vastakohdat” eli venttiilien istukat joihin venttiilit tiivistyvät. Samalla vaihdoimme myös uudet venttiilienohjurikumit.

Valitettavasti pitäessämme taukoa kannen koneistuksesta, oli istukan koneistuslaitteeseen vaihdettu erikokoinen terä joten pilasimme kaksi istukkaa joten ne täytyi hankkia uudet.
Lopuksi asensimme venttiilit takaisin kanteen ja testasimme alipainemittarilla niiden tiiveyden.
Sitten vain laitoimme kannen takaisin kiinni moottoriin ja asensimme samalla muita uusia osia kuten vesipumpun ja jakohihnan.

4.  Palaute ja työnarviointi

Onnistuin työssä ylipäätään mielestäni melko hyvin. Asioita joita tekisin toisin työni kannalta olisi parempi huolenpito autosta irrotetuista osista. Moottorin koneistus oli minulle täysin uutta, joten opin kyseisestä aiheesta paljon.

5. Päätäntä

Kannen suoristuksessa ja koneistuksessa tärkeintä on hoitaa itse kannen ja kannen venttiilien ja istukoiden lastuaminen kunnolla ja tarkasti, jotta kansi pysyy tiiviinä. Takaisin koottaessa tärkeää on laittaa kaikki osat oikeille paikoilleen takaisin.

Tämän tekstin kirjoittaminen sujui minulta melko hyvin. Onnistuin mielestäni työosuuden kirjoittamisessa hyvin, vaikka siitä olisi voinut kertoa vielä yksityiskohtaisemminkin. Työnarvioinnin luominen tuotti eniten vaikeuksia. Joitain ongelmia oli myös tekstin tehtävänannon kanssa, mutta niihin sai apua opettajalta.

Tekstiä kirjoittaessa olisin voinut varmasti muotoilla joitain asioita paremmin ja kirjoittaa työvaiheistakin yksityiskohtaisemmin. Mutta loppujen lopuksi näytetyön kirjoittaminen sujua minulta mielestäni kohtalaisesti.

Diesel-tekniikka

Diesel- ja ottomoottorin erot:
- Seossuhde; Diesel-moottorissa seossuhteella ei ole teoriassa merkitystä. Se voi ottaa niin paljon ilmaa kuin se vain pystyy, kun taas ottomoottorissa on tietty seossuhde joka on optimaalinen moottorin käynnille.
Diesel-moottorissa ei ole ollenkaan kaasuläppää joka rajoittaisi ilman saantia toisinkuin ottomoottoreissa.

- Sytytys; Ottomoottorissa sytytystulppien kipinällä, Diesel-moottorissa ilma paineistetaan niin että se kuumiaa jolloin kuumaan ilmaan suihkutetaan kovalla paineella diesel-polttoaine sytyttäen sen.

- Polttoaineen ruiskutus; Ottomoottorissa  polttoaine ruiskutetaan sylinteriin imutahdin aikana ilman seassa (polttoaineilmaseos muodostetaan yleensä sylinterin ulkopuolella).
Diesel-moottorissa polttoaine ruiskutetaan sylinteriin puristustahdin lopuilla.


Hehkutulpan tehtävä on esilämmittää palotila, tämä on käytännöllinen varsinkin kylmä käynnistyksessä.


Diesel-moottorit voidaan karkeasti jakaa esikammio- ja suoraruiskutus moottoreihin.
Esikammioruiskutuksessa polttoaineen palaminen alkaa esikammiossa josta se leviää sylinteriin.
Esikammioruiskutusmenetelmän ominaisuudet:

- Hyötysuhde n. 35%
- Hiljainen moottorin käyntiääni
- Kompaktimpi ja kevyempi rakenne


Suoraruiskutusmenetelmässä polttoaine ruiskutetaan suoraan palotilaan, ja palaminen alkaa koko seoksessa samanaikaisesti.
Suoraruiskutusmenetelmän ominaisuudet:

- Hyötysuhde 45%+
- Kova moottorin ääni
- Iso rakenne


Moottorin hyötysuhde kertoo kuinka monta prosenttia polttoaineen energiasta saadaan siirrettyä voimansiirtoon.


Common-Rail suoraruiskutusjärjestelmän kehitys:

- Riviruiskutuspumppu, matalahko ruiskutuspaine
- Jakajaruiskutuspumppu, korkeahko ruiskutuspaine
- Pumppusuuttimet, korkeampi ruiskutuspaine
- Common-Rail yhteispaineruiskutus, korkein ruiskutuspaine (nykyään käytössä)

Ruiskutusjärjestelmän kierto:

- Polttoainesäiliö
-> Polttonesteen esilämmitysventtiili lämmittää polttonestettä estääkseen parafiinikiteet tukkimasta suodatinta (tätä ei ole joka autossa)
-> Polttonestesuodatin puhdistaa polttoaineen
-> Polttonesteen siirtopumppu pumppaa polttonesteen korkeapainepumpulle (pumppu voi olla sähköinen pumppu tankin sisällä tai mekaanin pumppu konetilassa)
-> Sähköinen pysäytysventtiili pysäyttää polttonesteen syötön hätätilanteessa
-> Korkeapainepumppu luo polttonesteen korkeapaineen
-> Rail-putki varaa korkeapaineistetun polttonesteen
-> Rail-putken painetunnistin mittaa polttoaineen paineen, tämä on tärkeä tieto moottorinohjainlaitteelle
-> Paineensäätöventtiili ylläpitää tarvittavan paineen Rail-putkessa
-> Injektorin eli ruiskutussuuttimen tehtävä on ruiskuttaa polttoneste palotilaan

Paluukierto:
-> Polttonesteen jäähdytin jäähdyttää kuumaa ylijäänyttä polttonestettä
-> Käyttämätön polttoneste palaa polttonestesäiliöön

Common-Rail järjestelmä on rakenteeltaan yksinkertainen, ja sitä on helppo muokata teknisen kehityksen mukana.

Rail-putki, rail-putken painetunnistin ja moottorinohjainlaite muodostavat polttonesteen paineen säätöpiirin.

Moottorinohjauksen periaate ja komponentit

Moottorinohjainlaite vastaanottaa antureilta signaaleja (tulosignaali).
Kun moottorinohjainlaite lukee signaalin, se lähettää tarvittaessa toimilaitteille signaalin (lähtösignaali).

Sytytysjärjestelmä säätää sytytysjännitteen ja sytytyshetken.

Moottonohjainlaite sovittaa moottorin erilaisiin olosuhteisiin, kuten ilman lämpötilaan ja auton kuormitukseen sopivaksi. Ohjainlaite siis testaa moottorin toimintaa jatkuvasti muokatakseen sen täydelliseksi.

Moottorinohjainlaitteelle pakolliset tiedot moottorin toiminnan kannalta ovat;
sisään imetyn ilman massa,
tieto kuljettajan kaasuttamisesta,
kampiakselin ja nokka-akselin asennot,

lambda- ja nakutustunnistimien tiedot.

Nakutustunnsitin tarkkailee että sytytyshetki ei ole liian aikainen.
Lambdatunnistin kertoo polttoaineseoksen seossuhteesta, eli mittaa jäännöshapen määrän pakokaasuista, ja näillä tiedoilla seossuhdetta säädetään.

Mitä suurempi alipaine imusarjassa on sitä lyhyempi on suihkutusventiilien aukioloaika.

Kaasuläpän säädinosa ilmaisee kuormitustiloja ja sen onko kyseessä tyhjäkäynti vai moottorijarrutus.

Kampiakselin asema-anturi mittaa moottorin kierrosluvun, kertoo moottorin asennon ja optimoi moottorin sytyshetken, suihkutushetken ja suihkutuksen keston.
Nokka-akseli synkronoi suihkutus- ja sytyshetken kaasunvaihtotyöhön.

Moottorin käyttölaitteet

-Kaasuläpän säädinosa:
Mitä suurempi ilmamäärä, sitä enemmän lisätään bensiinin syöttöä

-Suihkutusventtiili

-Sytytyspuola ja sytytystulppa:
Mitä korkeampi kierrosluku, sitä aiemmin sytytyshetki eli ennen yläkuolokohtaa.

Lambda-anturin toiminta ja mittaus

Lambda-anturi sijaitsee pakoputkessa.

Teoriaa:

Anturin tehtävä on kertoa moottorinohjainlaitteelle pakokaasujen jäännöshappipitoisuuden määrä. Tämän tiedon perusteella moottorinohjausjärjestelmä säätää moottorin polttoaineen seoksensäädön. Jäännöshapen mittauksesta voidaan siis päätellä polttoaine-ilmaseoksen sekoitussuhde. Täydellinen seossuhde on 14,7kg ilmaa 1kg polttoainetta kohtaan.

Jäännöshapen määrää kuvataan lambda-arvolla. Optimaalinen lambda-arvo on tasan 1.
Kun moottori käy rikkaalla lambda-arvo on alle yhden, ja päinvastoin moottorin käydessä laihalla lambda-arvo on yli yhden.

Lambda-anturin toiminta perustuu ZrO-keramiikkaan. Anturin tulee olla yli 600C asteinen toimiakseen. Keramiikkapintojen välille syntyessä happipitoisuuseroa keramiikan päiden välille syntyy jännite-eroa. Rikkaalla seoksella muodostuva jännite on n. 0.8-0.9V kun taas laihalla seoksella jännite on lähes 0V.

Moottorinohjausjärjestelmä pyrkii pitämään seoksen stökiometrisenä (optimaalisena) laihentamalla ja rikastamalla seossuhdetta jatkuvasti. Kun jännite on yli 0.45V seosta laihennetaan ja kun jännite on alle 0.45V seosta rikastetaan. Katalysaattori toimii tehokkaimmin kun seossuhde muuttuu jatkuvasti.



Mittasimme koulumme harjoitusmoottorin lambda-anturille kulkevaa jännitettä oskiloskoopilla.

Lambda-anturi

 

Oskiloskoopin asetimme kiinni lambda-anturin virta- ja maadoitusjohtoon.

Oskiloskooppi

Toimintakäyrä esittää kuinka seossuhdetta muutetaan joka sekunti.

Fiestan moottorinohjausjärjestelmän antureiden testausta

Ensimmäinen moottorinohjausjärjestelmäharjoitustyömme oli mitata ja testata jonkin auton moottorinohjauslaitteen anturit. Antureille kulkevan virran voisi mitata liittimien kannasta, mutta meillä oli käytössä "break-out boxi" joka helpotti työtä huomattavasti.

Break-out boxi on siis laite joka kytketään auton moottorinohjauslaitteen ja autossa olevien antureiden väliin. Boxilta lähtee myös johto oskiloskoopille, joka muuntaa antureiden tiedot kuvaajiksi tietokoneen näytölle.

Kuvassa oikealla musta loota on break-out box, ja vasemmalla sininen loota oskiloskooppi.

Tässä kuva Fiestan moottorinohjauslaitteen sähkökaaviosta.

Sitten kuvia mittaustuloksista..

Tässä näkyy diesel-moottorin sylinterin ruiskutussuuttimen ruiskutuksien määrä. Suutin ruiskuttaa siis tasaisilla kierroksilla kolme ruiskutusta (esi-, pää- ja jälkiruiskutus) yhden puristus- ja työtahdin aikana. 

Korkeammille kierroksille noustessa ruiskutukset vähenee kahteen ja lopulta vain yhteen ruiskutukseen.

Useampi ruiskutus mahdollistaa paineen säilyttämisen palotilassa pidemmäksi aikaa, joka lisää moottorin tehokkuutta ja hyötysuhdetta.

Tässä kuva ruiskutussuuttimen toiminnasta korkeilla kierroksilla. (Vain yksi pitkä ruiskutus)

EGR, eli pakokaasujen takaisinkierrätysventtiilin toimintakäyrä.

EGR-järjestelmä päästää pakokaasuja moottorin imusarjaan, joka vähentää sylinteriin pääsevän hapen määrää jolla taas saavutetaan moottorin alhaisempi käyntilämpötila. Korkeilla kierroksilla EGR ei päästä pakokaasuja imusarjaan.

EGR-jäähdyttimen ohivirtausventtiilin anturin toimintakäyrä.

Ohivirtausventtiili säätelee takaisin kierrätettyjen pakokaasujen lämpötilaa.

Turbon hukkaportin pulssisuhde ohjatun ahtopaineen ohitusventtiilin toimintakäyrä.

Kun hukkaportin anturille annetaan jännitettä, sulkeutuu hukkaportin ohitusventtiili ja pakokaasut ohjautuvat pyörittämään turbon pakopuolen turbiinia. Tällä siis säädellään imusarjaan syntyvän ylipaineen määrää.

Imunokka-akselin asentotunnistimen anturi.

Tämä anturi kertoo missä asennossa imupuolen nokka-akseli on.

Polttoaineen jakeluputken paineanturi.


Jakaa polttoaineen sopivalla paineella suuttimille.

Polttoaineen lämmittimen toimintakäyrä.

Polttoaineen lämmitin esilämmittää polttoaineen jotta sytytys helpottuu.