Gładysek Bosch Service

Laboratorium firmy Gładysek Bosch Service

Zrozumienie poszczególnych faz sterowania wtryskiwaczem elektromagnetycznym CR wymaga analizy zachodzących zjawisk fizycznych oraz korelacji przebiegów prądowych i napięciowych sygnału sterującego.

Przebieg prądowy sterujący wtryskiwaczem elektromagnetycznym CR można podzielić na cztery wyodrębnione fazy pracy, przedstawione na załączonym schemacie.

Zobacz także

• Sterowanie wtryskiwaczami elektromagnetycznymi CR (cz. I)

Fazy pracy zaworu elektromagnetycznego

Pierwsza z nich, czyli faza Booster, zwana jest również fazą otwierania. W jej trakcie zdefiniowane napięcie kondensatora U_c jest podawane na cewkę zaworu elektromagnetycznego wtryskiwacza. Napięcie to może być generowane przez układ elektroniczny sterowania w urządzeniu testującym wtryskiwacze lub w sterowniku systemu CR w pojeździe. Osiąga ono wartości wielokrotnie wyższe niż napięcie akumulatora U_Batt, dzięki czemu powoduje gwałtowny wzrost prądu w cewce elektrozaworu, aż do uzyskania zdefiniowanego poziomu I_Boost. Mała tolerancja fazy Boost pozwala osiągać wysoką powtarzalność objętości wtryskiwanych dawek.

Fazy pracy zaworu elektromagnetycznego wtryskiwacza CR: 1 – faza Booster (podwyższenie napięcia), 2 – faza przyciągania zwory elektromagnesu, 3 – faza podtrzymania zwory w pozycji przyciągniętej, 4 – faza wyłączania

W fazie przyciągania, czyli po osiągnięciu zadanej wartości I_Boost, elektronika sterująca zasila zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza napięciem akumulatora U_Batt. Poprzez taktowanie (sterowanie impulsowe, zwane też czoperowaniem) tegoż napięcia na cewce elektrozaworu, kontrolowany jest prąd pomiędzy I_Amin i I_Amax w czasie t_A, potrzebnym do realizacji tej fazy pracy. Generowana wtedy siła pola magnetycznego podnosi kotwicę (zworę) elektromagnesu wtryskiwacza, powodując otwarcie zaworu upuszczającego paliwo z komory sterującej, po czym iglica rozpylacza unosi się i rozpoczyna się wtrysk.

Zadaniem fazy podtrzymania jest utrzymanie zaworu elektromagnetycznego w pozycji otwartej. Potrzebna jest do tego energia mniejsza niż w fazie przyciągania, więc zdefiniowane ujemne napięcie U_LA zmniejsza prąd w cewce elektrozaworu do ustalonego poziomu I_Hmin. Następnie elektronika sterowania w wyniku taktowania napięcia akumulatora U_Batt ogranicza prąd sterowania pomiędzy I_Hmin i I_Hmax do osiągnięcia wymaganego okresu sterowania T_AD. Okres wysterowania wtryskiwacza T_AD jest określony od nowa w każdym kroku pomiarowym testu. Poprzez gwałtowne obniżanie (wygaszanie) sygnału do poziomu I_H redukuje się straty energii w elektronice sterującej i we wtryskiwaczu. W fazie impulsowego wygaszania sygnału nadmiar energii jest uwalniany w postaci napięcia samoindukcji i kumulowany w kondensatorze, a następnie wykorzystany w fazie Booster.

Uproszczony schemat elektryczny sterownika systemu wtryskowego CR

W fazie wyłączania, w wyniku podania zdefiniowanego ujemnego napięcia U_LH, prąd w cewce elektrozaworu maleje do poziomu zerowego: i(t) = 0 A. Elektrozawór wtryskiwacza jest wyłączony, a iglica dyszy rozpylacza osiada z powrotem w swoim gnieździe. Proces wtryskiwania jest zakończony. Faza wyłączenia jest głównym źródłem energii akumulowanej w kondensatorze jako napięcie samoindukcji i wykorzystywanej w następnej fazie Booster.

Sposób podłączenia sond oscyloskopu

W zależności od konstrukcji systemu wtryskowego faza wyłączania może przebiegać w dwóch alternatywnych trybach: 0 albo 1. Przy trybie 0 wyłączenie odbywa się zawsze z poziomu prądu podtrzymania (I_H), a rozwiązanie to dotyczy nowszych generacji wtryskiwaczy. W trybie 1 wyłączenie jest przeprowadzone z poziomu prądu podtrzymania (I_H), jeżeli okres sterowania (t_AD) jest dłuższy niż czas przyciągania (t_A) i minimalny czas podtrzymania (t_Hmin). Jeśli jednak okres sterowania (t_AD) jest krótszy niż czas przyciągania (t_A) i minimalny czas podtrzymania (t_Hmin), wyłączenie jest przeprowadzone z poziomu prądu przyciągania (I_A). Tryb 1 obowiązuje dla starszej generacji wtryskiwaczy.

Przy wyłączaniu w fazie przyciągania możliwe są dwie opcje redukcji prądu poprzez zmiany napięcia U_LA. Standardem jest tutaj szybkie wyłączenie realizowane przez zastosowanie ujemnego napięcia, którego wartość oblicza się według zasady: –(U_C – U_Batt + 2 V). Możliwością alternatywną jest wolne wyłączenie realizowane za pomocą ustalonego ujemnego napięcia o wartości –1 V.

Analogiczne opcje dotyczą napięcia wyłączania U_LH w fazie podtrzymania. Tu również standardowe, szybkie wyłączenie realizuje się za pomocą ujemnego napięcia, obliczanego według wzoru: – (U_C – U_Batt + 2 V), lecz jest także możliwość bardzo szybkiego wyłączenia realizowanego za pomocą ujemnego napięcia: – (U_C + 2 V).

Możliwości wprowadzania danych profili

Przedstawione poniżej konkretne dane dotyczą przykładu wtryskiwaczy elektromagnetycznych firmy Delphi.

• Czas fazy przyciągania t_A – zakres regulacji: 100–500 µs

• Prąd przyciągania I_A – zakres regulacji: 2–21 A (w krokach 0,25 A), przy tolerancji: 0,5–2,5 A (w krokach 0,25 A)

Zakres regulacji mieści się pomiędzy dopuszczalnym prądem I_Amin a górną wartością graniczną I_Amax, zadaną dla prądu przyciągania z uwzględnieniem określonej tolerancji.

• Napięcie akumulatora U_Batt, czyli napięcie zasilania wtryskiwaczy: 14 lub 28 V

• Napięcie na kondensatorze U_C – zakres regulacji: 30–60 V

• Zmiana prądu I_Boost – zakres regulacji: 5–25 A (w krokach 0,25 A)

Napięcie na kondensatorze wpływa na szybkość wzrostu impulsu prądu.

• Minimalny czas podtrzymania t_Hmin – zakres regulacji: 30–100 µs

• Prąd podtrzymania I_H – zakres regulacji: 2–17 A (w krokach 0,25 A), przy tolerancji: 0,5–2,5 A (w krokach 0,25 A)

Zakres regulacji, w którym prąd podtrzymania ma być kontrolowany, mieści się pomiędzy dopuszczalną dolną granicą prądu I_Hmin a górną wartością graniczną I_Hmax. Określa go wartość zadana przy uwzględnieniu tolerancji.

Rejestracja przebiegów oscyloskopowych

Poszczególne elementy prądowego sterowania wtryskiwacza zostały poglądowo zobrazowane na załączonym schemacie elektrycznym sterownika. Łączące je kolorowe linie symbolizują przepływy prądu w odpowiednich obwodach elektrycznych.

Do rejestracji przebiegów napięciowo-prądowych można posłużyć się dwukanałowym oscyloskopem cyfrowym, takim jak np. FSA 7XX lub FSA 500 firmy Bosch.

Przykładowy przebieg elektryczny wyświetlony na ekranie oscyloskopu

Sposób podłączenia zacisków napięciowych i sondy prądowej (cęgi prądowe) pokazuje kolejna z ilustracji. W przypadku zastosowania dodatkowo przewodu uziemiającego diagnoskop FSAXXX (przewód masowy z dużym czarnym krokodylkiem) należy bezwzględnie użyć funkcji bezpotencjałowego pomiaru przebiegu napięciowego, aby nie doszło do awarii sprzętu pomiarowego z powodu zwarcia z masą pojazdu jednego z normalnie od niej izolowanych biegunów cewki wtryskiwacza.

Dla zapewnienia dostatecznej rozdzielczości pomiaru przebiegu prądowego proponuje się zastosowanie cęgów prądowych o zakresie 30 A.

Jerzy Gładysek, Michał Gładysek

Tweet

Michał Gładysek
Gładysek Bosch Service