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