12 4100 350 diesel@gladysek.pl Otwarte: Pn-Pt 8:00-17:00

Artykuł: Czujniki w układach diesla

CZUJNIKI W UKŁADACH DIESLA

CZUJNIKI W UKŁADACH DIESLA

W obecnych czasach systemy diesla bardzo upodobniły się do układów elektronicznego wtrysku benzyny, stąd większość czujników można spotkać zarówno w jednych, jak i w drugich zastosowaniach. Wymagania stawiane przez klientów, ochrona środowiska, konkurencja wśród producentów pojazdów sprawiły, że przy konstruowaniu nowoczesnych pojazdów rację bytu mają tylko elektronicznie sterowane układy zasilania silnika. Wiąże się to z zastosowaniem całego szeregu różnych elementów elektrycznych i elektronicznych, począwszy od sterownika, a skończywszy na czujnikach i elementach wykonawczych. Gamę czujników wykorzystywanych przez układ sterowania silnika można podzielić na grupy spełniające określone zadania w torze pomiarowym, a zakres ich zastosowania zależy od rodzaju systemu wtryskowego zastosowanego w pojeździe. Od dawna były wykorzystywane czujniki prędkości i położenia wału korbowego, a następnie wprowadzono do systemów czujniki położenia wałka rozrządu. Prędkość pojazdu jest mierzona za pomocą niezależnego czujnika lub sygnał ten jest pobierany z czujnika systemu ABS. Następną grupę stanowią czujniki temperatury: płynu chłodzącego, zasysanego powietrza i paliwa. Oprócz nich są czujniki położenia pedału przyspieszenia, a także czujniki: położenia nastawnika dawki paliwa i wzniosu iglicy wtryskiwacza. Niezależne czujniki nadzorują ciśnienie paliwa i powietrza w kolektorze ssącym, a także ciśnienie atmosferyczne - bardzo ważne ze względu na prawidłowe funkcjonowanie turbodoładowania. W silnikach diesla, przede wszystkim ze względów ekologicznych dokonuje się pomiaru masy zasysanego powietrza poprzez objętościowe, jak i masowe przepływomierze powietrza. Grupy czujników zamykają wyłączniki określające położenie pedałów hamulca i sprzęgła oraz wyłączniki związane ze skrzynią biegów, a także z tempomatem.
Ogrom zagadnień z tym związanych sprawia, że można by napisać o czujnikach obszerną książkę. Z punktu widzenia warsztatu samochodowego istotna jest rola czujników w procesie sterowania czy regulacji oraz metody diagnostyczne pozwalające na wskazanie uszkodzonego elementu pomiarowego. W zasadzie nie ma czujników niepotrzebnych, jednak ich znaczenie w układzie posiada różny ciężar gatunkowy, zależny od roli, jaką pełnią w systemie elektronicznym układu zasilania diesla oraz od rodzaju zastosowanego w pojeździe systemu wtryskowego EDC (Elektronic Diesel Control).

Czujniki prędkości i położenia wału korbowego silnika.
Należą one do najważniejszych czujników w systemie sterowania silnika diesla, ponieważ na podstawie pomiarów prędkości obrotowej i położenia wału, przez sterownik obliczane są takie parametry jak dawka paliwa czy kąt wtrysku. Do tego należy dodać niezależną od obciążenia regulację i stabilizację prędkości obrotowej biegu jałowego silnika. Nie każdy wie, że na podstawie sygnału z tego czujnika, sterownik oblicza przyspieszenia kątowe wału korbowego, a co za tym idzie zapotrzebowanie na moc silnika. Dzięki temu, w odniesieniu do poszczególnych cylindrów jest realizowana selektywna regulacja dawki paliwa. W bardzo ograniczonym zakresie w trybie awaryjnym jest możliwa praca silnika z systemem EDC bez czujnika wału korbowego, kiedy sygnał prędkości obrotowej pobierany jest z czujnika wzniosu iglicy wtryskiwacza. Mimo tego, nie jest możliwy rozruch silnika z uszkodzonym czujnikiem wału korbowego.
Do rozpoznania prędkości obrotowej i położenia wału korbowego stosuje się czujniki indukcyjne.



Czujnik położenia i prędkości obrotowej wału korbowego silnika.

1- magnes stały
2- obudowa
3- korpus silnika
4- rdzeń z miękkiego żelaza
5- cewka
6- tarcza ze znacznikiem położenia wału

Czujnik ten składa się z cewki indukcyjnej, magnesu trwałego i rdzenia z miękkiego żelaza. Diagnostyka takiego czujnika polega przede wszystkim na sprawdzeniu jego rezystancji i porównaniu wyniku z wartością katalogową, najczęściej dostępną w systemie informacyjnym SIS w programie ESI[tronic] firmy Bosch. Wartość rezystancji czujnika indukcyjnego waha się najczęściej w granicach (0,5-1,5) kΩ. Następnym krokiem może być wykonanie pomiarów oscyloskopowych sygnału z czujnika.



Przebieg oscyloskopowy z czujnika prędkości obrotowej i położenia wału korbowego w Audi A6 2,5 TDI, wykonany diagnoskopem Bosch FSA 740.

Główne parametry, jakie możemy ocenić podczas takiego badania, to amplituda sygnału nie mniejsza od 2V, symetria przebiegu bez widocznych odkształceń oraz brak zakłóceń nakładających się na krzywą przebiegu oscyloskopowego. Dopuszcza się nierównomierność amplitudy sygnału pomiarowego z czujnika, jednak nie większą niż 30%. Do trudnych do zdiagnozowania usterek należy zaliczyć okresowy brak sygnału z czujnika indukcyjnego, spowodowany chwilową przerwą na uzwojeniu cewki. Najczęściej jest to związane z silną podatnością miedzi na jej rozszerzanie i kurczenie w związku ze zmianą temperatury środowiska, w jakiej pracuje czujnik. W takiej sytuacji wskazane jest schłodzenie czujnika np. w zamrażalniku, a następnie podgrzewanie go do temperatury ok. 100 ºC przy jednoczesnym monitorowaniu jego rezystancji. W ten sposób możemy zdiagnozować ewentualną przerwę w obwodzie cewki czujnika. Innym powodem braku rozruchu silnika jest zbyt niska amplituda napięcia z czujnika, niezbędnego do rozpoznania przez sterownik EDC położenia wału korbowego. Może to być spowodowane np. zbyt dużą szczeliną pomiędzy czołem czujnika, a wieńcem impulsatora wału korbowego lub zwarciem międzyzwojowym cewki wywołanym najczęściej na drodze mechanicznej. Aby zwiększyć pole magnetyczne, można spróbować przyłożyć do czujnika magnes sztabkowy, co powinno spowodować zwiększenie amplitudy napięcia sygnału. Z kolei deformacje impulsatora umieszczonego na wale korbowym, jak również zbierające się na nim opiłki żelaza czy inne zanieczyszczenia, mogą być przyczyną nierównej pracy silnika. Kilka zdań na temat czujników prędkości i położenia wału korbowego nie wyczerpuje tego tematu. W pojazdach w zależności od modelu i marki występują różne mutacje rozwiązań technicznych koła impulsatora, jak i czujnika, co wiąże się z różnorodnym kształtem oscyloskopowych przebiegów sygnału obserwowanych przez nas podczas pomiarów. Jeśli posługujemy się diagnoskopem silnikowym z serii FSA7xx firmy Bosch, możemy sami zbudować bazę przykładowych przebiegów oscyloskopowych przypisanych do modelu i marki pojazdu. Może ona być bardzo przydatnym narzędziem w pracy diagnosty.

Hallotronowe czujniki fazy.
W systemach common rail czy w układach z pompowtryskiwaczami UIS/UPS powszechnie stosuje się czujniki określające fazy rozrządu, poprzez nadzorowanie położenia wałka rozrządu silnika.



Hallotronowe czujniki faz rozrządu.

Określenie położenia wałka rozrządu uzyskuje się za pomocą czujnika wykorzystującego zjawisko Halla, polegające na zależności napięcia z czujnika od zmian wielkości strumienia pola magnetycznego oddziałującego na ten element. Możemy spotkać różne rozwiązania techniczne, tak w zakresie budowy koła impulsatora, jak i samego czujnika, które zależą od wersji systemu wtryskowego zastosowanego w pojeździe. W każdym jednak przypadku otrzymujemy sygnał prostokątny o amplitudzie ok. 5V. Dla celów diagnostycznych powinniśmy użyć oscyloskopu, by ocenić sygnał z czujnika Halla. Stosowanie próbówek z żarówkami może skończyć się uszkodzeniem czujnika. Pomiary multimetryczne można wykonać jedynie w zakresie oceny napięcia z czujnika na stojącym silniku, obracając powoli wał silnika. Należy pamiętać, że do pracy czujnika Halla niezbędne jest zasilanie, stąd trzy piny w gnieździe czujnika: zasilanie +5V, sygnał i masa. Brak sygnału z czujnika faz rozrządu uniemożliwia sekwencyjną pracę układu wtryskowego, a więc jego poprawne funkcjonowanie. Czujniki faz rozrządu podlegają samodiagnozie, więc powinniśmy za pomocą testera usterek, w postaci kodu błędu uzyskać informację o ewentualnej usterce tego czujnika.

Czujnik wzniosu iglicy wtryskiwacza NBF.
Zadaniem tego czujnika jest informowanie sterownika systemu EDC o aktualnym kącie wtrysku, poprzez podanie sygnału napięciowego generowanego przez cewkę umieszczoną w korpusie jednego z wtryskiwaczy. Dzięki pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika, następuje właściwa regulacja kąta wtrysku. Wygenerowane podczas ruchu iglicy wtryskiwacza napięcie jest porównywane w sterowniku z sygnałem górnego zwrotnego punktu GZP.



Przebieg oscyloskopowy z czujnika wzniosu iglicy wtryskiwacza, wykonany diagnoskopem Bosch FSA 740.

Na podstawie ich różnicy wyliczany jest rzeczywisty początek wtrysku. Aby uzyskać odpowiednie pole magnetyczne wokół rdzenia iglicy wtryskiwacza, sterownik systemu wytwarza prąd podmagnesowujący o regulowanej wartości (30-40)mA. Aby sygnał ten był właściwie zrozumiały przez sterownik musi być spełniony warunek amplitudy i fazy przebiegu. Pierwszy wzrost napięcia powyżej 150 mV jest dla sterownika oznaką początku wtrysku, pod warunkiem, że impuls ten ma charakter pozytywny. Badanie tego sygnału należy przeprowadzić oscyloskopem na wtyczce podłączonego wtryskiwacza na pracującym silniku. Sygnał ten zwiększa się wraz z prędkością obrotową silnika i wydłuża wraz ze wzrostem dawki wtrysku. W przypadku braku sygnału należy sprawdzić rezystancję cewki wtryskiwacza, która w zależności od temperatury zawiera się w zakresie (80-120)Ω. Następnie, po rozpięciu wtyczki do wtryskiwacza, możemy sprawdzić napięcie zasilania cewki ze sterownika ok. 12V. W przypadku braku napięcia zasilającego sprawdzamy ciągłość obwodów do sterownika. W ostateczności możemy wymienić sterownik. W niektórych silnikach o wtrysku bezpośrednim luzy prowadnicy przedłużacza igły rozpylacza, powiększone wskutek zużycia, mogą prowadzić do fałszywych sygnałów oraz przerw w zapłonie przy dużych prędkościach obrotowych. Aby wykryć przyczynę usterki , należy przy prędkości obrotowej 3000 obr/min. lekko uderzyć we wtryskiwacz metalowym przedmiotem. Jeśli obraz sygnału zmieni się z równoczesnym szarpnięciem silnika, to oznacza, że wtryskiwacz należy wymienić.
Jeśli czujnik skoku iglicy ulegnie awarii, uruchamiany jest program awaryjny. Za jego pomocą początek wtrysku sterowany jest na podstawie zaprogramowanej charakterystyki. Ponadto następuje redukcja dawki wtrysku, a system recyrkulacji spalin EGR będzie wyłączony.

Przepływomierze powietrza.
Aby dokładnie określić masę powietrza zasysanego przez silnik ZS niezbędną do optymalnego spalania paliwa i prawidłowego funkcjonowania systemu recyrkulacji spalin, stosuje się przepływomierze powietrza. W ciągu minionych lat ich konstrukcja uległa zmianie. Pierwsze rozwiązania techniczne opierały się o tzw. przepływomierze objętościowe zwane potocznie klapkowymi.



Przepływomierz klapkowy.

1- ścieżka kolektorowa
2- suwak potencjometru
3- wieniec zębaty napinający sprężynę
4- sprężyna powrotna
5- płytka ceramiczna z rezystorami

Polegały one na umieszczeniu w kanale powietrznym klapy spiętrzającej z umocowaną na jej osi sprężyną powrotną oraz potencjometrem jako elementem pomiarowym. Rozwiązanie to miało szereg wad. Po pierwsze, użycie potencjometru wiązało się z wycieraniem się ścieżki kolektorowej, po której poruszał się suwak potencjometru, co w przypadku występowania szumów i przerw na ścieżce dawało zafałszowania sygnału. Po drugie, sprężyna dająca moment zwrotny podlegała zużyciu, a zatem i wartość wstępnego napięcia z czasem ulegała obniżeniu. Powodowało to zawyżanie wskazań wielkości strumienia powietrza, a więc mogło sugerować sterownikowi możliwość zwiększenia i tym samym przekroczenia dopuszczalnej dawki paliwa, co przyczyniało się do wzrostu zadymienia.
Należy wspomnieć o termistorowym czujniku temperatury powietrza umieszczonym w kanale powietrznym przepływomierza. Diagnostyka takiego przepływomierza jest w zasadzie dość prosta. Oprócz badań rezystancji pomiędzy poszczególnymi pinami, nie wolno zapominać o niezastąpionych w tym przypadku badaniach oscyloskopowych sygnału. Z racji wieku może dochodzić do zacierania się łożysk, a więc płynność i lekkość ruchu klapy przepływomierza powinna być poddana naszej weryfikacji.
Przełomem w pomiarze masy powietrza było pojawienie się produkowanych przez firmę Bosch przepływomierzy z gorącą warstwą HFM5.



Przepływomierz masowy HFM5 firmy Bosch.

Ta nowoczesna konstrukcja oparta o czysto elektroniczne rozwiązania, miała zapewnić precyzyjny i niezawodny pomiar masy zasysanego powietrza. Jak wszyscy wiemy, warsztaty mają z tym pewien problem, ponieważ okazało się, że przepływomierze te ulegają dość często awarii, a nie każdy może poradzić sobie z diagnozą tego czujnika. Do tego należy dołączyć całe bogactwo rynku części zamiennych z zamiennikami, „używkami” oraz z wkładami do przepływomierzy. Ostatnio w literaturze fachowej pojawiły się artykuły, prezentujące wyniki badań przepływomierzy produkowanych przez inne firmy jako zamienniki dla produktów firmy Bosch. Okazuje się, że różnice w pomiarze masy powietrza sięgają nawet 50%. Taki zamiennik nie jest godny polecenia. Jeśli chodzi o wkłady przepływomierzy, chciałbym przestrzec przed ewentualnymi konsekwencjami takiej zamiany. Firma Bosch nie sprzedaje samych wkładów do przepływomierzy, ponieważ jest to tylko półprodukt. Do użycia nadaje się obudowany przepływomierz zawierający właściwy, skalibrowany w fabryce na stanowisku kontrolnym wkład pomiarowy. Zły dobór przepływomierza wywołuje duże zużycie paliwa, ograniczenie mocy silnika lub zwiększenie zadymienia. Jedyna słuszna metoda doboru przepływomierza wiedzie przez odszukanie w katalogu części zamiennych numeru przyporządkowanego do modelu i marki pojazdu. Przepływomierze masowe, zwłaszcza z gorącą warstwą są bardzo wrażliwe na wszelkie zanieczyszczenia. Dlatego bezwzględnie należy stosować wysokiej jakości markowe filtry powietrza, regularnie wymieniać olej silnikowy, a przy pracach z układem dolotowym powietrza zwrócić szczególną uwagę na czystość wykonywanych operacji.
Diagnostyka przepływomierzy masowych HFM 5 polega przede wszystkim na kontroli napięć zasilających, tj. ok.12V na zasilaniu grzałki oraz 5V na zasilaniu układu pomiarowego przepływomierza. Sygnał najlepiej można zmierzyć oscyloskopem na wolnych obrotach, a następnie przy różnych prędkościach obrotowych silnika. Należy zaobserwować, jak zmienia się sygnał z przepływomierza, kiedy pomiaru dokonujemy podczas jazdy próbnej i kiedy nagle zwiększymy obciążenie silnika przez mocne dodanie gazu. Oczekujemy wtedy zdecydowanej odpowiedzi w postaci nagłego wzrostu poziomu sygnału z przepływomierza. Samodiagnoza, mimo braku mocy silnika, tylko w nielicznych przypadkach pokazuje kod błędu zapisany w pamięci sterownika dotyczący przepływomierza powietrza. Już w systemach z pompą wtryskową EDC 1.4, nie wspominając o common rail, posługując się testerem usterek z serii KTSXXX, można było odczytać wartość zmierzoną i oczekiwaną czy inaczej wymaganą przez sterownik systemu wtryskowego.



Zrzut z ekranu testera usterek Bosch KTSXXX z wartościami zmierzonymi w zakresie pomiaru masy powietrza.

Zbyt duża różnica wskazań może świadczyć o uszkodzeniu elektroniki tego tak ważnego dla procesów sterowania czujnika.
Postęp w konstrukcji nowych czujników sprawia, że możemy oczekiwać od rynku nowości, na które musimy być przygotowani. Prawidłowy dobór części zamiennych oraz naprawa zgodna z technologią Boscha może przynieść nam sukcesy na polu naprawy systemów diesla. Wiedza i doświadczenie to za mało, aby sprostać wszystkim wyzwaniom warsztatowym. Potrzebujemy na co dzień wsparcia, jakie możemy otrzymać mając do dyspozycji system informacyjny SIS, wchodzący w skład pakietu oprogramowania dla warsztatów samochodowych ESI[tronic] firmy Bosch. I na koniec urządzenia kontrolno- pomiarowe, bez których naprawa pojazdu to nieraz wróżbiarstwo. Bardzo często naprawa wymaga użycia testera usterek, bądź diagnoskopu silnikowego z oscyloskopem cyfrowym. Komputeryzacja, a co za ty idzie komplikacja systemów elektronicznych dotyczy również, a może przede wszystkim systemów zasilania silnika, w tym systemów przenoszenia danych pomiędzy sterownikami, jak również czujnikami, czy układami wykonawczymi. Aby nie zostać w tyle, należy brać udział w szkoleniach i kursach, gdzie otrzymacie Państwo wiedzę niezbędną do naprawy nowoczesnych pojazdów. Reszta należy do Was.

Jerzy Gładysek
GŁADYSEK BOSCH SERVICE
Kraków

© Wszystkie prawa zastrzeżone

Artykuły

Artykuły dotyczące układów wtryskowych diesla wtryskiwacz Common Rail, pompowtryskiwacz oraz pompa rozdzielaczowa, a także inne elementy systemu wtryskowego.

Autorzy
Jerzy Gładysek, Michał Gładysek
Gładysek Bosch Service Kraków