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