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

Artykuł: Elektromagnetyczny wtryskiwacz systemu Common Rail

W systemie wtryskowym Common Rail początek wtrysku i dawka wtrysku paliwa są regulowane za pomocą elektrycznie sterowanego wtryskiwacza. Zmniejszenie emisji spalin oraz hałasu silnika wysokoprężnego wymaga bardzo precyzyjnego wtrysku paliwa. Dlatego od wtryskiwaczy oczekuje się możliwości zarówno wtryskiwania bardzo małych dawek wstępnych, jak i dawki głównej a czasem nawet dotrysku. W systemach CR pierwszej i drugiej generacji były stosowane wtryskiwacze elektromagnetyczne z jednoczęściową i dwuczęściową kotwicą, natomiast w trzeciej generacji systemów wtryskowych CR zastosowano wtryskiwacze piezoelektryczne.
Wtryskiwacz elektromagnetyczny składa się z trzech członów funkcjonalnych: rozpylacza otworkowego, hydraulicznego układu wspomagającego i zaworu elektromagnetycznego. Paliwo dopływa kanałem od złącza wysokiego ciśnienia do rozpylacza oraz przez dławik do komory sterującej. Komora ta jest połączona z przelewem przez dławik odpływu zakończony gniazdem zaworu z kulką dociskaną do gniazda za pomocą sprężyny zaworu elektromagnetycznego. Elektryczne wysterowanie zaworu elektromagnetycznego powoduje uniesienie kulki i udrożnienie kanału przelewowego, wskutek czego gwałtownie spada ciśnienie w komorze sterującej. Powoduje to uniesienie iglicy rozpylacza i wtrysk paliwa. Podczas pracy silnika można wyróżnić cztery etapy działania wtryskiwacza występujące w każdej fazie wtrysku:

- wtryskiwacz zamknięty (pod wysokim ciśnieniem),
- otwieranie się wtryskiwacza (początek wtrysku),
- wtryskiwacz całkowicie otwarty,
- zamykanie się wtryskiwacza (koniec wtrysku).

Występowanie tych stanów pracy zależy od chwilowego rozkładu sił działających na elementy wewnętrzne wtryskiwacza. Przy zatrzymanym silniku i braku ciśnienia w zasobniku siła docisku sprężyny rozpylacza zamyka wtryskiwacz.
W stanie spoczynku przez zawór elektromagnetyczny wtry-skiwacza nie płynie prąd i dlatego jest on zamknięty. Gdy przez cewkę zaworu elektromagnetycznego zaczyna przepływać prąd (tzw. prąd przyciągania), wywołuje on szybkie otwarcie tego zaworu. Wymagane krótkie czasy reakcji wtryskiwacza można uzyskać przez odpowiednie sterowanie zaworami elektromagnetycznymi w sterowniku przy pomocy wysokich napięć i prądów. Po krótkiej chwili następuje spadek prądu przyciągania elektromagnesu do wartości zapewniającej podtrzymanie otwarcia zaworu elektromagnetycznego. Wtryskiwana dawka paliwa przy danym ciśnieniu jest proporcjonalna do czasu włączenia zaworu elektromagnetycznego i niezależna od prędkości obrotowej silnika lub pompy (sterowanie czasem wtrysku). Po zaniku prądu w uzwojeniu sterującym zaworu elektromagnetycznego kotwica jest dociskana w dół siłą sprężyny zaworu i kulka zamyka zawór odpływu paliwa. Wtrysk kończy się, gdy iglica rozpylacza osiągnie położenie dolnego zderzaka. Przy wysokiej wartości ciśnienia paliwa panującego we wnętrzu wtryskiwacza zawór elektromagne-tyczny nie jest w stanie samodzielnie wytworzyć sił niezbęd-nych do uniesienia igły rozpylacza. Ponadto siła docisku sprężyny umieszczonej nad iglicą w dolnej części wtryskiwacza jest niewystarczająca do jego zamknięcia. Dlatego też zastosowano pośrednie sterowanie igły rozpylacza poprzez wspomagający układ hydrauliczny.
Sterowanie elektryczne elektromagnetycznego wtryskiwacza w momencie jego załączania jest podzielone na kilka faz.

Faza prądu otwierania
W celu ułatwienia szybkiego otwarcia zaworu elektromagnetycznego prąd musi najpierw wzrosnąć według stromej, dokładnie zdefiniowanej krzywej do wartości ok. 20 A. Aby uzyskać małe tolerancje oraz dużą powtarzalność, napięcie zasilające wtryskiwacz zostaje chwilowo zwiększone do ok. 50 V. Napięcie jest podwyższane w sterowniku i gromadzone w kondensatorze. Po przyłożeniu tego podwyższonego napięcia do zaworu elektromagnetycznego prąd narasta bardziej stromo, niż w przypadku przyłożenia napięcia akumulatora.

Faza prądu przyciągania
W fazie prądu przyciągania zawór elektromagnetyczny jest zasilany napięciem akumulatora. Prąd przyciągania jest ograniczony przez układ regulacji do ok. 20 A.

Faza prądu podtrzymania
Podczas fazy prądu podtrzymania prąd sterujący zmniejsza się do ok. 13 A w celu ograniczenia strat mocy w sterowniku i we wtryskiwaczu. Spadek wartości prądu przyciągania do wartości prądu podtrzymania związany z ograniczeniem prądowym, powoduje wyzwalanie energii elektromagnetycznej gromadzonej na kondensatorze.

Wyłączanie
Podczas wyłączania prądu w celu zamknięcia zaworu elektromagnetycznego powstaje przepięcie indukcyjne, a uzyskana w ten sposób energia elektromagnetyczna jest gromadzona w kondensatorze sterownika systemu CR.

Doładowanie kondensatora
Doładowanie kondensatora odbywa się za pośrednictwem wzmacniacza napięcia wbudowanego w sterowniku. Już na początku fazy prądu przyciągania energia pobrana z kondensatora podczas fazy otwierania zaczyna być uzupełniana. Proces ten trwa aż do uzyskania początkowej wartości energii niezbędnej do otwarcia zaworu elektromagnetycznego.

•Warunki przeprowadzenia pomiarów wtryskiwacza CR
–Zapiąć krokodylki - czerwony na klemę plusową a czarny na klemę minusową akumulatora.
–Podłączyć żółtą końcówkę pomiarową kanału CH1 do styku sygnałowego na złączu elektrycznym wtryskiwacza elektro-magnetycznego lub na odpowiedni styk na wtyczce sterownika silnika.
–Podłączyć niebieską końcówkę pomiarową kanału CH1 do masy pojazdu.
–Zapiąć cęgi prądowe 30A na przewodzie zasilającym lub sterującym wtryskiwacza elektromagnetycznego.



Schemat połączeń do pomiaru wtryskiwacza CR

•Algorytm wyboru funkcji pomiarowej
Z menu diagnoskopu wybrać funkcję pomiarową w kolejnych krokach:
FSA 720/740/750 → Test podzespołów → Zasilanie paliwem → Wtryskiwacz

•Przykładowy schemat elektryczny układu zawierającego badany element



Sch. 1. Schemat elektryczny z elektromagnetycznymi wtryskiwaczami systemu Common Rail - pojazd oznaczony w ESI[tronic] poprzez Klucz RB: MB 3322

Legenda
Y6 – wtryskiwacze elektromagnetyczne.
X13 – złącze sterownika systemu wtryskowego CR.
Pin (5.02, 5.04) – zasilanie wtryskiwaczy.
Pin (5.03, 5.05, 5.07, 5.09) – sygnały sterujące wtryskiwaczami.

•Opis przeprowadzonych badań wraz z interpretacją wyni-ków pomiarów
Przed przystąpieniem do pomiarów wtryskiwacza elektromagnetycznego należy za pomocą przycisku F3 uruchomić funkcję Zmierz, a następnie przy użyciu przycisku F4 / Krzywe wybrać odpowiednią funkcję pomiarową. Do wyboru istnieje możliwość pomiaru napięcia, prądu i rezystancji. Sprawdzenie wtryskiwacza elektromagnetycznego można zacząć od pomiaru rezystancji cewki elektrozaworu. W tym celu należy rozpiąć wtyczkę elektryczną z wtryskiwacza i dokonać pomiaru bezpośrednio na stykach cewki zaworu elektromagnetycznego. Otrzymana wartość rezystancji cewki powinna wynosić ok. 0,3 Ω, natomiast rezystancja pomiędzy stykami cewki a korpusem wtryskiwacza musi być nieskończenie duża. Sporadycznie występują zwarcia międzyzwojowe cewki wtryskiwacza, ale w tym wypadku w diagnoskopie nie ma odpowiedniej funkcji pomiarowej.

Przy weryfikacji wtryskiwaczy można posłużyć się prostą metodą zamiany wtryskiwaczy między sobą, aby przekonać się, czy usterka „podąża” za wtryskiwaczem. Jeśli wynik próby jest pozytywny, to uszkodzony wtryskiwacz należy naprawić lub wymienić na nowy. Powinno się przy tym postępować zgodnie z technologią naprawy, stosując odpowiednie procedury. Należy pamiętać o wprowadzeniu właściwych klas wtryskiwaczy do sterownika silnika, posługując się testerem usterek.
Najszybszym i najbardziej miarodajnym pomiarem prądu płynącego przez cewkę wtryskiwacza jest jego badanie oscyloskopowe. Pomiar ten wykonuje się za pomocą cęgów prądowych o zakresie 30 A. Sonda ta na swojej obudowie posiada strzałkę wskazującą kierunek przepływu mierzonego prądu. Odwrotne założenie sondy spowoduje odwrócenie obrazu oscyloskopowego i najczęściej brak możliwości jego oceny.

Po wyborze z menu funkcji pomiarowej Prąd CH2 można przystąpić do pomiaru prądu wtryskiwacza. Po ustaleniu właściwej podstawy czasu na osi X dostosowanej do prędkości obrotowej silnika, otrzymuje się oscylogram prądu wtryskiwacza, na którym uwidocznione są charakterystyczne fragmenty przebiegu (wyk. 1). W lewej części ekranu przedstawione są dwie dawki wtrysku wstępnego o stałej szerokości ok. 0,4 ms i amplitudzie prądu 20 A. Następnie w środkowej części ekranu obserwuje się przebieg prądu związany z główną dawką wtrysku, składającą się z prądu przyciągania i prądu podtrzymania ograniczonego do poziomu ok. 12 A. Po wyłączeniu wtryskiwacza z pracy pojawiają się impulsy prądowe o amplitudzie nie przekraczającej 4 A. Prąd ten nie jest na tyle duży, aby otworzyć wtryskiwacze. Impulsy te służą do naładowania kondensatora w czasie pomiędzy procesami wtrysku.



Wyk. 1. Przebieg sygnału prądu sterującego wtryskiwacz CR

W przypadku zmiany podstawy czasu X z 5 ms na 200 ms na ekranie pojawią się jednocześnie przebiegi z kilku cykli sterowania pracą wtryskiwacza (wyk. 2). Między poszczególnymi wtryskami widoczne są niewielkie porcje impulsów doładowujące kondensatory, które znajdują się w sterowniku systemu wtryskowego.



Wyk. 2. Przebieg sygnału prądu sterującego wtryskiwacz CR przy dłuższej podstawie czasu

Napięcie samoindukcji powstające po kolejnych wyłączeniach prądu z cewki wtryskiwacza jest wykorzystywane do ładowania kondensatorów w sterowniku. Aby dokładnie prześledzić to zjawisko, należy użyć funkcji pomiarowej Napięcie CH1. Przebieg napięciowy należy pobrać z wtryskiwacza lub ze styków elektronicznego sterownika silnika. Impulsy napięciowe (przepięcia indukcyjne) ładujące kondensatory są wyraźnie widoczne na przebiegu oscyloskopowym (wyk. 3).



Wyk. 3. Przebieg sygnału napięcia sterującego wtryskiwacz CR

Impulsy napięciowe mogą osiągać wartości ok. 70 V, co jest charakterystyczne dla wtryskiwaczy elektromagnetycznych pierwszej generacji. Zbyt niskie napięcie impulsów może być spowodowane uszkodzeniem kondensatora lub tranzystora kluczującego w sterowniku systemu wtryskowego CR.
Bardzo ważny jest stan naładowania akumulatora w badanym pojeździe. Za niskie napięcia zasilające są przyczyną zbyt małej amplitudy przepięć indukcyjnych ładujących kondensatory w sterowniku, co utrudnia lub uniemożliwia rozruch silnika.



Autorzy

Inż. Jerzy Gładysek
Mgr inż. Michał 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