Fot. Moto-Profil

Nowoczesne układy wtryskowe typu common rail stają się kłopotliwe w warsztatowej obsłudze i naprawach, gdyż niedostateczne są: wiedza mechaników, dostęp do danych technicznych i specjalistycznego wyposażenia.

W układzie common rail proces wytwarzania ciśnienia paliwa oraz sterowanie wtryskiem są rozdzielone, a każdy z nich wymaga innego podejścia podczas diagnostyki. Osobne są także obwody niskiego i wysokiego ciśnienia. W części niskociśnieniowej, przy biegu jałowym silnika panuje przeważnie ciśnienie ok. 300 barów, a po stronie wysokociśnieniowej przy pełnym obciążeniu sięga już nawet 2200 barów.

Do obwodu niskiego ciśnienia należą zbiornik paliwa z zanurzoną w nim elektryczną pompą zasilającą, podgrzewacz paliwa, filtr paliwa oraz przewody niskociśnieniowe. Obwód wysokiego ciśnienia tworzą natomiast takie elementy, jak pompa wysokiego ciśnienia, elektromagnetyczny zawór regulujący ciśnienie paliwa, przewody wysokociśnieniowe, zasobnik paliwa zwany wspólną szyną paliwową (common rail) z zaworem redukcyjnym, czujnik ciśnienia paliwa, wtryskiwacze elektromagnetyczne bądź piezoelektryczne.

Zasada działania systemów wtryskowych common rail jest zawsze taka sama, a różnią się jedynie konstrukcje elementów tych układów. Dlatego ich diagnozowanie powinno być poprzedzone identyfikacją producenta (Bosch, Delphi, Continental/Siemens, Denso). Obecnie najczęściej spotykane są systemy Boscha. Potem identyfikujemy typ pompy wysokiego ciśnienia i wtryskiwaczy.

Sterowanie ciśnieniem

 Rozpoznanie pompy wysokociśnieniowej pozwala zidentyfikować również sposób regulacji wysokiego ciśnienia. Może to odbywać się za pomocą zaworu upustowego DRV po stronie wysokiego ciśnienia albo zaworu dozującego ZME (MPROP) po stronie niskiego ciśnienia, przy zasilaniu pompy wysokociśnieniowej.

Każdy z tych elektrozaworów jest sterowany bezpośrednio przez sterownik silnika sygnałem PWM. Mechanik ma możliwość odczytania testerem procentowej zmiany współczynnika wypełnienia tego sygnału w odczycie wartości rzeczywistych. Posiadanie testera diagnostycznego lub oscyloskopu to jednak tylko połowa sukcesu. Konieczna jest bowiem także właściwa interpretacja wartości tego sygnału, podawanej w procentach.

Spróbuję w tym krótkim artykule przybliżyć tok postępowania i interpretacji wyników pomiarowych dotyczących jedynie sposobu sterowania ciśnieniem w układzie paliwowym common rail w systemach Bosch. Przeanalizujemy więc trzy sposoby regulacji ciśnienia:

• tylko zaworem upustowym DRV,
• tylko zaworem dozującym ZME,
• systemie dwustopniowym korzystającym z obu zaworów.

Pierwszy z wymienionych sposobów polega na upuszczaniu w większym lub w mniejszym stopniu nadmiaru paliwa tłoczonego przez pompę wysokiego ciśnienia. Wydajność tej pompa zawsze jest nadmierna, aby pokrywała zwiększone zapotrzebowanie przy wzroście obciążenia silnika. W sprawnie działającym układzie wysterowanie zaworu DRV na biegu jałowym powinno mieścić się w zakresie 18–25%. Umożliwia to utrzymanie na biegu jałowym ciśnienia ok. 300 barów.

Schemat układu zasilania common rail

Zbyt wysokie wysterowanie, wynoszące np. 30% na biegu jałowym, skutkuje doszczelnieniem przelewu, a co za tym idzie – tworzeniem wyższego ciśnienia na szynę common rail. Sterownik silnika, analizując wartość tego ciśnienia sygnalizowaną przez czujnik, może więc odpowiednio wyżej przesterować zawór DRV, np. do 30%, próbując w ten sposób podnieść to ciśnienie i tym samym doszczelnić przelew. Pozwala to już wstępnie podejrzewać konkretne usterki, czyli np. nieszczelność wtryskiwaczy, nieszczelność sekcji pompy wysokiego ciśnienia, blokowanie mechaniczne zaworu regulacji dawki DRV.

Z kolei zbyt niskie wysterowanie zaworu DRV, np. 13%, skutkuje zwiększeniem przelewu po stronie wysokiego ciśnienia. Sterownik silnika próbuje w ten sposób zniwelować nadmiar ciśnienia paliwa. Przyczyną takiego stanu mogą być problemy ze zbyt szybkim wzrostem ciśnienia w szynie common rail. Tu również można podejrzewać usterkę wtryskiwaczy, np. zakoksowanie dyszy rozpylacza i przyklejenie iglicy do jej gniazda, skutkujące zablokowaniem przepływu paliwa do komory spalania. W układach z zaworem DRV wyposażonych w sitko filtrujące może dojść również do jego zatkania, ponieważ średnica otworków wynosi ok. 5 µm. Paliwo jest przez zatkane sitko dławione na przelewie, przez co ciśnienie common rail nadmiernie rośnie. Sterownik próbuje poprzez wolniejsze wysterowanie zaworu DRV upuścić nadmiar paliwa do przelewu. Przy maksymalnym obciążeniu silnika wysterowanie tego zaworu wynosi ok. 50%–60%.

W nowszej generacji układów common rail, gdzie ciśnienia maksymalne po stronie wysokociśnieniowej przekraczają 1450 barów, stosuje się regulację zaworem dozującym ZME po stronie niskiego ciśnienia, na zasilaniu pompy wysokiego ciśnienia. ZME jest również sterowany bezpośrednio przez sterownik silnika sygnałem PWM. Stosowanie tego sposobu sterowania zmniejsza (w porównaniu z zaworem DRV) straty energii powodowane dławieniem przepływu paliwa po stronie wysokiego ciśnienia.

Z lewej: zawór DRV, z prawej: zawór ZME

Zawór dozujący ZME (lub MPROP), jak sama nazwa wskazuje, odmierza ściśle ustaloną dawkę paliwa przed jej sprężeniem przez kolejne sekcje pompy wysokiego ciśnienia. Sterownik koryguje sygnałem sterującym ustawienie zaworu na podstawie zmian ciśnienia w szynie common rail odczytywanego przez czujnik. Stosowane są dwa rodzaje tego zaworu: normalnego działania i odwrotnego działania. Zależnie od zastosowanego zaworu, mamy do czynienia z różnymi sygnałami sterującymi.

Zawór ZME normalnego działania po odłączeniu zasilania elektrycznego pozostaje w pozycji otwartej i paliwo przepływa nim swobodnie. Zawór odwrotnego działania po odłączeniu zasilania zamyka się i odcina przepływ paliwa. W podobny też sposób identyfikuje się typ tego zaworu przy silniku pracującym na biegu jałowym. Jeżeli po odpięciu wtyczki silnik nie gaśnie, to mamy zawór normalnego działania, a jeśli zgaśnie – to działania odwrotnego.

Wysterowanie tego zaworu na biegu jałowym w przypadku ZME standardowego działania opiera się na sygnale oscylującym w zakresie 35%–40%. W ZME odwrotnego działania zakres tych zmian wynosi 20%–30%.

Najczęstszą usterką tego zaworu jest jego zanieczyszczenie elementami stałymi i jego blokowanie mechaniczne. Ze względu na to, że znajduje się on zaraz za mechaniczną (zębatkową) pompą zasilającą, opiłki powstające w tej pompie mogą powodować jego przyspieszone domykanie.

Po zmniejszeniu obrotów silnika zawór ZME powinien się szybko domknąć. Jego zablokowanie sprawia, że obroty maleją powoli i słychać twardą pracę silnika – "klekotanie".

Trzeci sposób sterowania umożliwia jeszcze bardziej precyzyjną regulację ciśnienia w szynie common rail. Wstępnie jest ona realizowana za pomocą zaworu dozującego ZME, a potem korygowana ostatecznie zaworem upustowym DRV. W niektórych układach na biegu jałowym i przy niskich obciążeniach, kiedy zapotrzebowanie na paliwo jest małe, zawór upustowy DRV może nie być w ogóle sterowany, a jego funkcję przejmuje sam zawór dozujący ZME.

Wysterowanie tych zaworów na biegu jałowym wygląda następująco: przy zaworze ZME normalnego działania sygnał PWM mieści się w zakresie 30%–40%, przy zaworze ZME odwrotnego działania sygnał zmienia się w zakresie 20%–30%, natomiast zawór upustowy DRV wysterowywany jest w zakresie 20%–30%.

Tweet

Witold Rogowski
Sales Representative HEPU Germany