Streszczenie
Stosowanie układów zasilania paliwem Common Rail silników o zapłonie samo-czynnym stawia wysokie wymagania diagnostom na etapie badań diagnostycznych tych układów. Trafne wykrycie i zlokalizowanie usterki wymaga od diagnostów posia-dania szerokiej wiedzy na temat budowy i zasad działania silników ZS i omawianych układów wtrysku. Ważna jest znajomość sposobu działania poszczególnych elementów i umiejętność interpretacji ich parametrów pracy na tle ich wpływu na pracę całego układu. Pozwala to bowiem tworzyć pomocne w rozwiązaniu problemu schematy przy-czynowo skutkowe. Celem wyjaśnienia sposobu wykonywania czynności diagnostycznych i interpretacji ich wyników w pracy zostanie omówiona problematyka badań wybranych elementów układów zasilania Common Rail pojazdów.
Słowa kluczowe: diagnostyka, układ zasilania Common Rail, wnioskowanie diagnostyczne 1. Wprowadzenie
Układ zasilania paliwem Common Rail (CR) jest najczĊĞciej wykorzystywanym układem zasi-lającym nowoczesne szybkoobrotowe silniki o zapłonie samoczynnym samochodów osobowych. Pierwszy układ tego typu wprowadzono w 1997 roku. Z racji tego Īe z biegiem lat nastĊpował jego rozwój i zostawał coraz czĊĞciej stosowany w silnikach Diesla to teĪ istnienie szeroki zakres wiedzy na jego temat. Wiedza obejmuje cały zakres związany z omawianym systemem to znaczy: budowĊ, działanie, przyczyny usterek, sposoby diagnozowania, sposoby naprawiania, wytyczne dotyczące prawidłowej eksploatacji. Głównymi Ĩródłami informacji są literatura w postaci poradników dia-gnostycznych, katalogów firmowych, instrukcji uĪytkowania przyrządów diadia-gnostycznych, prasa i zawarte w niej liczne artykuły, oraz multimedia tj.: wizualizacje w postaci animacji komputero-wych. Jako Īe w na polskim rynku nie istnieje niezaleĪny producent układów wtryskowych Common Rail to teĪ wiĊkszoĞü literatury w jĊzyku polskim stanowią tłumaczenia z literatury zagra-nicznej.
Hydromechaniczne układy wtryskowe (starszej generacji) nie pozwalają na spełnienie coraz bardziej restrykcyjnych wymagaĔ wobec silników Diesla. Są nimi: ograniczenie zuĪycia paliwa, zminimalizowanie emisji szkodliwych produktów spalania m.in. COx, NOx, cząstek stałych rów-nieĪ sadzy. Ponad to producenci poczynili starania w kierunku poprawienia charakterystyki pracy silników o zapłonie samoczynnym (ZS) tj.: ograniczenia poziomu hałasu, drgaĔ, oraz zwiĊkszeniu mocy i momentu obrotowego. To wszystko w połączeniu ze wspomnianym aspektem ekonomicz-nym to spowodowało wzrost zainteresowania pojazdami wyposaĪoekonomicz-nymi w silniki Diesla, stąd
obserwowany w ciągu ostatnich kilkunastu lat ich bardzo intensywny rozwój. Układ CR okazał siĊ mieü najwiĊcej poszukiwanych zalet, przez co wyparł (w sektorze pojazdów osobowych) układy wykorzystujące rozdzielaczowe pompy wtryskowe i pompowtryskiwacze. Ponad piĊüdziesiĊciopro-centowy udział w sprzedaĪy aut osobowych i niemal całkowity aut uĪytkowych wyposaĪonych w silniki ZS sprawia Īe koniecznoĞcią jest istnienie zaplecza serwisowego które sprosta naprawom i obsłudze eksploatowanych pojazdów. Tyczy siĊ to autoryzowanych dealerów jak i prywatnych warsztatów. Odpowiednia baza serwisowa musi posiadaü urządzenia niezbĊdne do diagnozowania pojazdów i ich napraw. Warunkiem koniecznym jest teĪ zatrudnianie osób o odpowiednich kwali-fikacjach.
2. Budowa i działanie układów wtryskowych Common Rail
Ze wzglĊdu na temat pracy konieczne jest poznanie budowy i zrozumienie sposobu działania układów CR. DuĪa iloĞü rozwiązaĔ technicznych zastosowanych przez producentów układów wtry-skowych CR utrudnia przeanalizowanie budowy i szczegółowego sposobu działania kaĪdego z nich. W związku z tym w dalszej czĊĞci pracy przedstawiono wybrane rozwiązania techniczne układów CR, dąĪąc do opisania ich od ogólnej do szczegółowej budowy.
2.1. Elementy obwodu niskiego ciĞnienia układów Common Rail
Obwód niskiego ciĞnienia dzieli siĊ na stronĊ zasilającą oraz powrotną. Funkcjami obwodu ni-skiego ciĞnienia po stronie zasilającej są przechowywanie i filtrowanie paliwa, oraz zasilanie pompy wysokiego ciĞnienia i tym samym układu wysokiego ciĞnienia. Natomiast powrotna czĊĞü obwodu niskiego ciĞnienia odpowiada za odprowadzanie nadmiaru paliwa z obwodu wysokiego ciĞnienia. To zadanie jest realizowane poprzez połączenie przewodów z zaworami regulacyjnymi wysokiego ciĞnienia, oraz bezpoĞrednio ze wtryskiwaczami.
Rys. 1. Schemat obwodu niskiego ciśnienia układu wtryskowego CR. Oznaczenia:1-zbiornik pa-liwa, 2-filtr wstępnego oczyszczania papa-liwa, 3-elektryczna pompa zasilająca, 4-filtr dokładnego oczyszczania, 5-przewody paliwowe niskiego ciśnienia, 6-pompa wysokiego ciśnienia, 7-przewody
paliwa wysokiego ciśnienia, 8-zasobnik paliwa wysokiego ciśnienia, 9-wtryskiwacz. ħródło: [3].
2.2. Elementy obwodu wysokiego ciĞnienia układów Common Rail
Powszechnie przyjĊto podział obwodu wysokiego ciĞnienia według poniĪszego schematu przedstawionego na rysunku 2. NaleĪy jednak pamiĊtaü ze układy CR róĪnią siĊ pomiĊdzy sobą ze wzglĊdu na zastosowanie odmiennych rozwiązaĔ technicznych.
Rys. 2. Schemat obwodu wysokiego ciśnienia układu CR. Oznaczenia: 1- pompa wysokiego ciśnienia paliwa, 2-zawór wyłączający sekcję tłoczącą (stosowany do 2000r. w pompach Bosch i Siemens), 3- zawór regulacyjny ciśnienia, 4-przewody paliwowe wysokiego ciśnienia, 5- zasobnik
paliwa wysokiego ciśnienia, 6-czujnik ciśnienia paliwa w zasobniku, 7-zawór regulacyjny ciśnienia paliwa w zasobniku, 8-wtryskiwacz, 9-sterownik
ħródło: [5].
2.3. Elektroniczny układ sterowania Electronic Diesel Control
W procesach sterowania układem CR wykorzystywany jest elektroniczny układ sterowania Electronic Diesel Control (EDC) – schemat układu przedstawiono na rysunku 3. Dane w formie sygnałów elektrycznych pochodzą z czujników i nadajników wartoĞci znamionowych. Przetwo-rzone przez sterownik dane trafiają do elementów wykonawczych układu CR. Układ sterowania EDC jest podzielony na trzy bloki funkcyjne:
• czujniki i nadajniki wartoĞci znamionowych, • sterownik,
• elementy wykonawcze.
Charakterystyczny dla układu EDC jest brak bezpoĞredniego wpływu kierującego pojazdem na dawkĊ paliwa wtryskiwaną do komory spalania. DawkĊ wtrysku okreĞla sterownik na podstawie analizy wielu czynników, tym samym dąĪy do zapewnienia prawidłowego działania. W toku prze-twarzania sygnałów nastĊpuje odczytanie informacji, rozpoznanie ewentualnych błĊdów i korekcja sygnałów wysyłanych do elementów wykonawczych [5].
Rys. 3. Schemat układu sterowania EDC zawierający architekturę sterownika silnika ħródło: [5].
Zadaniem czujników układu CR jest okreĞlanie warunków pracy silnika, na przykład prĊdkoĞci obrotowej, ciĞnienia doładowania, temperatury cieczy chłodzącej. Pomimo róĪnic w budowie cechą wspólną wszystkich czujników jest przetwarzanie wielkoĞci fizycznych na sygnały elektryczne, i przesyłanie ich do sterownika. Nadajniki przekazują wartoĞci znamionowe informujące o połoĪe-niu włączników. Zadaniem nastawników układu EDC jest zamiana elektrycznych sygnałów wyjĞciowych wysłanych przez sterownik silnika na wielkoĞci mechaniczne. Odpowiednie nastawy elementów wykonawczych sprowadzają siĊ do sterowania pracą wszystkich układów odpowiedzial-nych bezpoĞrednio za działanie silnika. PomiĊdzy sterownikami poszczególodpowiedzial-nych układów wykonawczych zachodzi wymiana danych, pozwala ona na współpracĊ układów wykonawczych. Wytyczne co do sposobu działania pojazdu są okreĞlane na podstawie danych zebranych z czujni-ków i nadajniczujni-ków. Wzajemne współdziałanie wszystkich układów powoduje dostosowanie działania poszczególnych układów do aktualnych wymagaĔ stawianych samochodowi. Na potrzeby szybkiej transmisji duĪej iloĞci informacji stworzono sieü szeregowej transmisji danych, jest ona nazywana Controller Area Network (CAN). Wszystkie sterowniki połączone z magistralą CAN przesyłają dane sekwencyjnie. Ograniczenie liczby przewodów łączących sterowniki do dwóch po-zwoliło uproĞciü budowĊ instalacji elektrycznej. Magistrala CAN łączy nastĊpujące sterowniki układu EDC:
• sterownik silnika,
• sterownik skrzyni biegów, • sterownik ESP z ABS i ASR, • sterownik czasu Īarzenia Ğwiec, • sterownik układu klimatyzacji,
3. Metody badaĔ układów wtryskowych Common Rail
Zapisywanie informacji o usterkach układów wtryskowych jest realizowane w trakcie jazdy za poĞrednictwem sterujących układów elektronicznych. Fakt wykrycia usterki jest sygnalizowany uĪytkownikowi przez zaĞwiecenie kontrolnej lampki ang. Malfunction Indicator Lamp (MIL). Jest to informacja dla uĪytkownika samochodu mówiąca o koniecznoĞci zwrócenia siĊ do warsztatu samochodowego celem usuniĊcia przyczyny awarii. Diagnostyka warsztatowa opiera siĊ na wyko-rzystaniu odpowiednich metod badaĔ realizowanych w pojeĨdzie i poza nim z uĪyciem dostĊpnych przyrządów kontrolnych. W ramach diagnostyki warsztatowej wykorzystuje siĊ informacje pocho-dzące z systemu diagnostyki pokładowej oraz, informacje zdobyte przy pomocy zewnĊtrznych przyrządów kontrolnych [1,2,4].
3.1. Diagnostyka pokładowa On Board Diagnostics
WspółczeĞnie diagnostyka warsztatowa rozpoczyna siĊ od pozyskania informacji zgromadzo-nych dziĊki diagnostyce pokładowej „On Board Diagnostics (OBD) w sterowniku samochodu. W tym celu wykorzystuje siĊ testery przeznaczone do pracy z autami konkretnych marek lub uni-wersalne interfejsy diagnostyczne z dostosowanymi do gniazd sterowników szesnastostykowymi wtykami złącz Data Link Controler (DLC). Odpowiednie oprogramowanie umoĪliwia połączenie komputera diagnostycznego ze sterownikiem samochodu i odczytywanie danych. Głównymi infor-macjami są kody usterek wraz z opisami mówiące o moĪliwych Ĩródłach problemów. Dodatkowo poza odczytywaniem kodów błĊdów testery umoĪliwiają wgląd w parametry pracy układów samo-chodu. Parametry pracy zawierają informacje takie jak ciĞnienie paliwa, dawka wtrysku, temperatura paliwa, temperatura powietrza doładowującego, napiĊcie akumulatora, informacje do-tyczące układu recyrkulacji spalin. DostĊp do pamiĊci sterownika jest równieĪ konieczny do wykasowania błĊdów po dokonanej naprawie. Dopiero wykasowanie błĊdów pozwala na ponowne uruchomienie wymienionych lub naprawionych podzespołów samochodu. Wymagane jest wykona-nie jazdy testowej i ponowne sprawdzewykona-nie pamiĊci diagnostycznej w celu uzyskania potwierdzenia iĪ błĊdy nie pojawiły siĊ w pamiĊci sterownika ponownie [1,2,4].
3.2. Metody hydrauliczne
Układ wtryskowy CR jest skomplikowanym systemem hydraulicznym funkcjonującym w po-łączeniu z systemami elektronicznymi. CzĊsto mimo dostĊpu do diagnostyki OBD i prądowych metod diagnostycznych nie jest moĪliwe jednoznaczne okreĞlenie powodu usterki. W tego typu sy-tuacjach jest konieczne wykorzystanie innych metod diagnostycznych, takich jak metody hydrauliczne oraz organoleptyczne. Do metod hydraulicznych naleĪą pomiar ciĞnienia paliwa i wy-datku tłoczenia, natomiast do metod organoleptycznych naleĪą poszukiwanie oznak nieprawidłowoĞci w funkcjonowaniu układu na przykład opiłków metalu w filtrach obwodu wyso-kiego ciĞnienia, obserwacja wycieków, obserwacja uszkodzeĔ przewodów hydraulicznych takich jak: załamania, otarcia. Diagnozowanie układu tymi metodami wymaga w wiĊkszoĞci ingerencji w sam obwód hydrauliczny układu CR. NaleĪy pamiĊtaü, iĪ prowadzenie jakichkolwiek czynnoĞci w obrĊbie układu CR wymaga zachowania czystoĞci. Przedostanie siĊ zanieczyszczeĔ do czĊĞci układu znajdującej siĊ za filtrem głównego paliwa stwarza powaĪne ryzyko uszkodzenia elementów układu CR. Owe zagroĪenie wynika z wysokiej dokładnoĞci wykonania tych elementów oraz ich
pracy w trudnych warunkach. Do kontroli pomp niskiego ciĞnienia pod kątem wytwarzanego ciĞnie-nia wykorzystuje siĊ zestawy manometrów z odpowiednimi przewodami i koĔcówkami. Sposób wykonania badania jest zaleĪny od rozwiązania technicznego zastosowanego w konkretnym ukła-dzie CR. Na przykład w układach z elektryczną pompą niskiego ciĞnienia za pomocą odpowiedniego trójnika montuje siĊ manometr na przewodzie paliwowym za filtrem paliwa pomiĊdzy pompą ni-skiego a wysokiego cisnienia. Po czym włącza siĊ zapłon, wówczas powinno siĊ zaobserwowaü ciĞnienie o wartoĞci nominalnej. JeĪeli pompa nie reaguje trzeba sprawdziü napiĊcie na bezpieczniku pompy, w przypadku braku poboru prądu naleĪy skontrolowaü przekaĨnik pompy. JeĪeli pompa działa lecz wytwarzane ciĞnienie jest zbyt niskie naleĪy sprawdziü napiĊcie akumulatora oraz filtr paliwa pod kontem droĪnoĞci. Ostatnim testem pompy jest sprawdzenie maksymalnego wytwarza-nego ciĞnienia. JeĪeli wzroĞnie ono znacznie powyĪej wartoĞci nominalnej oznacza to uszkodzenie zaworu ograniczającego ciĞnienia [1,2,4].
3.3. Metody elektryczne
Samodiagnostyka jest narzĊdziem przyspieszającym proces naprawy przez naprowadzenie dia-gnosty na przyczynĊ awarii. Ogólne wskazówki dotyczące uszkodzeĔ poszczególnych podzespołów muszą byü weryfikowane z wykorzystaniem innych metod w tym metod prądowych. Na przykład jeĪeli usterka sygnalizowana przez system samodiagnostyki dotyczy czujnika temperatury powie-trza doładowującego naleĪy sprawdziü czy jest uszkodzony sam czujnik, przewód, skorodowane złącze czy uszkodzeniu uległ sterownik. Podstawowym urządzeniem wykorzystywanym do po-miaru wielkoĞci fizycznych w diagnostyce układów CR jest miernik uniwersalny nazywany teĪ multimetrem. Multimetr jest urządzeniem przenoĞnym, pozwala mierzyü napiĊcie, natĊĪenie, rezy-stancjĊ, pojemnoĞü oraz czĊstotliwoĞü. Za pomocą multimetru moĪna dokonywaü pomiarów prądu w sposób stykowy z wykorzystaniem odpowiednich złączy lub igieł pomiarowych. Miernik uniwer-salny pozwala równieĪ dokonywaü pomiarów w sposób bezstykowy. W tym celu naleĪy wykorzystaü cĊgi prądowe które nie są standardowym wyposaĪeniem miernika. Multimetr dokonuje dwóch do trzech pomiarów na sekundĊ wiec wiarygodne jest jedynie mierzenie wielkoĞci stałych lub zmieniających siĊ wolno. Kolejnym przyrządem pomiarowym pozwalającym realizowaü po-miary napiĊcia i prądu jest oscyloskop. Oscyloskop moĪe byü pracującym niezaleĪnie urządzeniem stacjonarnym lub przenoĞnym. Specjalnie przystosowane oscyloskopy mogą byü podłączane do komputera PC. WyĪszoĞü oscyloskopu nad multimetrem wynika z moĪliwoĞci pomiaru sygnałów szybkozmiennych, gdyĪ czĊstotliwoĞü próbkowania oscyloskopu moĪe wynosiü nawet 50 x 106 próbek/s. Oscyloskop obrazuje przebieg napiĊcia lub natĊĪenia w funkcji czasu. Z uwagi na moĪli-woĞü porównywania sprawdzanych sygnałów najczĊĞciej wykorzystywanymi są oscyloskopy dwukanałowe. Taką funkcje wykorzystuje siĊ na przykład do porównywania sygnałów pochodzą-cych z czujnika GMP oraz z czujnika wału rozrządu [2,3].
4. Badania stanowiskowe uszkodzeĔ wybranych elementów układu Common Rail
Obiektem badaĔ jest układ CR pierwszej generacji osiągający maksymalne ciĞnienie 135–140 MPa. Głównymi elementami wykonawczymi układu są pompa BOSCH CP1S3 oraz wtryskiwacze elektromagnetyczne BOSCH. System sterujący układu CR zbudowano w oparciu o sterownik EDC15C wykorzystywany do sterowania silnikiem 2.4 JTD koncernu FIAT. Wykorzystany w ba-daniach układ CR jest czĊĞcią symulacyjnego stanowiska badawczego. Rysunek 4 przedstawia stanowisko badawcze. Stanowisko badawcze składa siĊ z dwóch głównych członów. Członem pierwszym jest symulator wykonawczej czĊĞci układu CR mogący działaü niezaleĪnie dziĊki mo-dułowi sterującemu EDC. Moduł sterujący EDC pozwala na wprowadzanie Īądanych parametrów pracy w trybie pracy niezaleĪnej. Ta czĊĞü stanowiska badawczego posiada osprzĊt pozwalający sprawdzaü działanie systemu pod wzglĊdem hydraulicznym po przez wykonanie pomiarów wydatku przelewu i dawki wtrysku wtryskiwaczy. Manometr pozwala oceniü działanie obwodu niskiego ci-Ğnienia. Drugim członem jest zewnĊtrzny symulator sterowania silnika ZS zasilanego przez układ CR. Symulator sterowania silnika pozwala na zadawanie parametrów pracy odpowiadających rze-czywistym stanom pracy układu CR, równieĪ z uszkodzonymi elementami układu CR.
Rys. 4. Stanowisko badawcze. 1 – człon wykonawczy, 2 – człon sterujący ħródło: opracowanie własne.
Badanie uszkodzenia zaworu regulacji wysokiego ciĞnienia układu Common Rail
Metody zastosowane do wykrywania usterek zaworu regulacji wysokiego ciĞnienia w trakcie badania opierały siĊ o informacje uzyskane za pomocą: diagnostyki OBD; metody prądowej; me-tody hydraulicznej; meme-tody organoleptycznej.
Na podstawie przeprowadzonych badaĔ stanowiskowych uzyskano macierz obserwacji. Tab. 1. Macierz obserwacji wyników badania zaworu regulacji wysokiego ciśnienia
układu Common Rail
Lp.
UKŁAD BEZ WPROWADZONEGO USZKODZENIA OBD Wypływpaliwa
Dawka
wtrysku[cm3] Wydatek przelewu [cm3] wysokiego ciĞnienia Zawór regulacji P
[Mpa]
1 2 3 4 1 2 3 4 U[V] max. U[V] min. Freq. [Hz]
1 nie nie 5 4 4 6 12 14 11 18 13.0 -2.4 250.0 60.2 2 nie nie 5 5 4 6 13 13 12 17 12.8 -2.4 250.0 60.1 3 nie nie 6 5 5 7 12 14 11 17 13.0 -2.2 250.0 61.5 4 nie nie 5 5 4 6 13 14 11 16 13.0 -2.4 250.0 58.7 5 nie nie 6 5 4 7 12 15 12 19 12.8 -2.4 250.0 61.0 6 nie nie 6 5 5 6 12 14 13 17 13.0 -2.4 250.0 59.9 7 nie nie 5 6 5 7 12 14 11 18 13.0 -2.2 250.0 60.5 8 nie nie 6 5 4 7 11 13 12 18 13.0 -2.2 250.0 61.0 9 nie nie 5 5 5 6 11 13 12 18 12.8 -2.4 250.0 59.7 10 nie nie 6 4 5 6 12 14 11 16 12.8 -2.4 250.0 68.8
wart.Ğr. nie nie 6 4.9 5 6 12 14 12 17 12.9 -2.3 250.0 61.1
Lp.
UKŁAD Z WPROWADZONYM USZKODZENIEM OBD [tak/nie] Wypływ paliwa [tak/nie] Dawka wtrysku
[cm3] Wydatek przelewu [cm3] Zawór regulacji wy-sokiego ciĞnienia P
[Mpa]
1 2 3 4 1 2 3 4 U[V] max. U[V] min. Freq. [Hz]
1 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.4 250 9.8 2 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.8 -2.2 250 10 3 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.4 250 10.3 4 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.4 250 9.7 5 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.8 -2.4 250 10.9 6 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.8 -2.2 250 10.6 7 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.2 250 10.3 8 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.8 -2.4 250 9.5 9 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.4 250 10.5 10 tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 13 -2.2 250 9.9
wart.Ğr. tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.9 -2.3 250 10.2
Badanie uszkodzenia czujnika połoĪenia wału rozrządu układu Common Rail
Metody zastosowane do wykrywania usterek czujnika połoĪenia wału rozrządu w trakcie bada-nia opierały siĊ o informacje uzyskane za pomocą: diagnostyki OBD; metody elektrycznej; metody organoleptycznej.
Na podstawie przeprowadzonych badaĔ stanowiskowych uzyskano macierz obserwacji. Tab. 2. Macierz obserwacji wyników badania czujnika położenia wału rozrządu układu CR
Lp.
UKŁAD BEZ WPROWADZONEGO USZKODZENIA OBD
[tak/ nie]
Dawka wtrysku [cm3] czujnik GMP czujnik faz rozrządu
P [Mpa] 1 2 3 4 U[V] min. U[V] max. Freq. [Hz] U[V] min. U[V] max. Freq. [Hz]
1 nie 5 6 6 7 -5.4 5.2 714.3 0.2 13.0 5.02 36.9 2 nie 6 5 4 6 -5.4 5.4 606.1 0.0 12.4 5.04 36.1 3 nie 5 4 5 6 -5.2 5.2 600.0 0.2 13.2 5.03 39.0 4 nie 5 6 5 7 -5.2 5.2 527.4 0.4 13.0 5.02 40.0 5 nie 6 6 5 7 -5.4 5.4 588.2 0.2 13.0 5.01 36.7 6 nie 4 4 5 6 -5.3 -5.8 625.0 0.2 12.8 5.02 36.8 7 nie 5 4 5 5 -4.8 5.0 555.6 0.2 13.2 5.05 37.0 8 nie 4 5 4 5 -5.6 5.4 625.0 0.0 13.0 5.03 36.0 9 nie 5 4 5 4 -5.4 5.4 584.0 0.0 12.6 5.07 36.5 10 nie 5 4 4 5 -5.2 5.4 625.0 0.0 13.2 5.01 37.4 wart. Ğr. nie 5 4.8 4.8 5.8 -5.3 4.2 515.1 0.1 12.9 5.03 37.2 Lp.
UKŁAD Z WPROWADZONYM USZKODZENIEM CZUJNIKA FAZ ROZRZĄDU OBD
[tak/ nie]
Dawka wtrysku [cm3] czujnik GMP czujnik faz rozrządu
P [Mpa] 1 2 3 4 U[V] min. U[V] max. Freq. [Hz] U[V] min. U[V] max. Freq. [Hz]
1 tak 0 0 0 0 -5.4 5.2 609.8 - - - 36.9 2 tak 0 0 0 0 -5.2 5.2 595.2 - - - 37.0 3 tak 0 0 0 0 -5.2 5.2 586.0 - - - 35.4 4 tak 0 0 0 0 -5.4 5.4 620.0 - - - 36.8 5 tak 0 0 0 0 -5.4 5.4 588.0 - - - 36.7 6 tak 0 0 0 0 -5.2 -5.8 625.0 - - - 35.8 7 tak 0 0 0 0 -5.2 5.0 445.0 - - - 37.2 8 tak 0 0 0 0 -5.6 5.4 555.0 - - - 34.8 9 tak 0 0 0 0 -5.4 5.4 588.0 - - - 37.0 10 tak 0 0 0 0 5.2 5.2 625.0 - - - 35.6 wart. Ğr. tak 0 0 0 0 -4.3 4.2 583.7 - - - 36.3
Badanie uszkodzenia wtryskiwacza układu Common Rail
Metody wykrywania usterek w trakcie badania opierały siĊ o informacje uzyskane za pomocą: diagnostyki OBD; metody elektrycznej; metody hydraulicznej.
Na podstawie przeprowadzonych badaĔ stanowiskowych uzyskano macierz obserwacji. Tab. 3. Macierz obserwacji wyników badania wtryskiwaczy układu CR
Lp.
UKŁAD BEZ WPROWADZONEGO USZKODZENIA OBD
[tak/nie]
Dawka wtrysku[cm3] Wydatek przelewu [cm3] Wtryskiwacz nr.1 P
[Mpa] 1 2 3 4 1 2 3 4 Umin. [V] Umax. [V] 1 nie 22.0 21.0 19.0 24.0 48.0 52.0 45.0 64.0 -59.2 88.8 80.2 2 nie 21.0 21.0 19.0 23.0 47.0 50.0 47.0 61.0 -58.4 90.0 80.1 3 nie 22.0 22.0 21.0 25.0 48.0 51.0 46.0 62.0 -61.4 86.4 81.5 4 nie 21.0 21.0 19.0 22.0 46.0 50.0 45.0 60.0 -59.6 87.2 78.7 5 nie 22.0 21.0 20.0 24.0 49.0 52.0 46.0 65.0 -62.2 85.6 81.0 6 nie 22.0 21.0 21.0 25.0 48.0 51.0 46.0 62.0 -58.6 87.8 79.9 7 nie 21.0 22.0 19.0 24.0 48.0 50.0 47.0 61.0 -56.8 93.2 80.5 8 nie 22.0 21.0 19.0 25.0 47.0 51.0 46.0 62.0 -60.4 87.6 81.0 9 nie 22.0 21.0 20.0 24.0 46.0 50.0 48.0 63.0 -57.2 89.4 79.7 10 nie 22.0 20.0 20.0 23.0 49.0 53.0 45.0 60.0 -55.8 91.6 78.8 wart. Ğr. nie 21.7 21.1 19.7 23.9 47.6 51.0 46.1 62.0 -59.0 88.8 80.1 Lp.
UKŁAD Z WPROWADZONYM USZKODZENIEM WTRYSKIWACZA NR.1 OBD
[tak/nie]
Dawka wtrysku[cm3] Wydatek przelewu [cm3] Wtryskiwacz nr.1 P
[Mpa] 1 2 3 4 1 2 3 4 Umin. [V] Umax. [V] 1 tak 0 21 20 24 0 51 47 62 - - 81.0 2 tak 0 20 20 23 0 50 45 63 - - 78.8 3 tak 0 21 21 25 0 53 46 64 - - 80.5 4 tak 0 22 19 24 0 51 46 65 - - 81.9 5 tak 0 21 19 23 0 50 48 62 - - 79.5 6 tak 0 21 20 23 0 53 45 64 - - 78.9 7 tak 0 22 19 24 0 52 45 62 - - 79.6 8 tak 0 21 19 25 0 51 46 63 - - 81.3 9 tak 0 22 21 25 0 50 47 61 - - 81.7 10 tak 0 21 19 22 0 52 48 64 - - 78.7 wart. Ğr. tak 0 21.2 19.7 23.8 0 51.3 46.3 63 - - 80.2
5. Analiza wyników badaĔ
Na podstawie przeprowadzonego badania wydatku wtrysku przy załoĪonej zdatnoĞci układu i pozostałych warunkach pracy uzyskano informacje o wydatku wtrysku sprawnego układu CR w ta-kich warunkach pracy. W stosunku do badania na stanowisku badawczym kluczową informacją jest natomiast sam fakt zaobserwowania procesu wtrysku który oznacza w domyĞle przebieg procesu spalania i pracĊ silnika. Rysunek 5. przedstawia zmierzone wartoĞci obydwu parametrów. Wyniki zamieszczone w tabeli 4.1. Ğwiadczą Īe niezdatnoĞü zaworu regulacji wysokiego ciĞnienia uniemoĪ-liwia pracĊ układu CR.
Rys. 5. Wartości wydatku wtrysku i przelewu wtryskiwaczy układu CR w cm3/min
przy prędkości 1000 obr/min ħródło: opracowanie własne.
Mniej czasochłonną i kosztowną metodą pozwalającą oceniü działanie wtryskiwaczy jest po-miar przelewu wtryskiwaczy. Wyniki popo-miaru przelewu wtryskiwaczy stanowiska badawczego bez wprowadzonej usterki wskazują na prawidłową pracĊ wtryskiwaczy. Natomiast po wprowadzeniu usterki potwierdzają brak wtrysku do komory spalania czyli nie włączanie wtryskiwaczy. Taki stan rzeczy znajdujĊ aprobatĊ gdyĪ wtryskiwacze nie są włączane przy ciĞnieniu niĪszym niĪ 18 MPa. Organoleptyczne sprawdzenie zaworu przez obserwacjĊ intensywnoĞci wypływu paliwa złączem powrotu paliwa zostało dokonane przez demontaĪ wĊĪa powrotu paliwa i zastąpienie go bezbarw-nym wĊĪem którego ujĞcie odprowadzono do dodatkowego naczynia. Obserwacje wykazały Īe paliwo wypływa przypadku pracy z wprowadzonym uszkodzeniem jak równieĪ bez niego. Taki stan rzeczy tłumaczony jest konstrukcją pompy wysokiego ciĞnienia czyli zabudowaniem zaworu na pompie i wspólnym kanałem odprowadzającym paliwo smarujące pompĊ i nadmiar paliwa z aku-mulatora paliwa przez otwarcie zaworu regulacyjnego. Natomiast widoczna była róĪnica iloĞci wypływającego paliwa i w intensywnoĞci wypływu paliwa. Taki stan rzeczy potwierdził nieprawi-dłowe działanie zaworu regulacji ciĞnienia paliwa.
W przypadku działającego układu wtryskowego sprawdzenie obwodu sterowania z wykorzy-staniem oscyloskopu dostarczyło informacji na temat dokładnego przebiegu prądu sterującego zaworem regulacyjnym. WystĊpowanie wyników o zbliĪonych wartoĞciach jest spowodowane fak-tem iĪ sygnał jest generowany przez sterownik i nie zmienia siĊ w takim zakresie jak w przypadku sygnału wysyłanego z nadajnika. Układ z wprowadzonym uszkodzeniem zareagował zanikiem sy-gnału sterującego na zaworze regulacji ciĞnienia paliwa. Taki wynik badania dostarcza ostatecznej informacji na temat rzeczywistej przyczyny uszkodzenia czyli przerwania obwodu zasilania zaworu i jest ona zgodna z faktycznym wprowadzonym uszkodzeniem. Pomiar dawki wtrysku pozwala po-znaü wydatek rozruchowej dawki wtrysku i w przypadku sprawnego układu wskazuje na równomierne wtryskiwanie dawki rozruchowej. W układzie z niedziałającym czujnikiem połoĪenia wału rozrządu wtrysk nie zachodzi. Tak jak w poprzednim badaniu traktujemy taki stan rzeczy jako zachodzenie procesu spalania lub jego brak. Rysunek 6 przedstawia wyniki pomiaru wydatku wtry-sku.
Rys. 6. Wykres zawierający wyniki pomiaru wydatku wtrysku ħródło: opracowanie własne.
Kolejną metodą wykorzystaną do ostatecznego zdiagnozowania usterki był pomiar sygnału czujnika połoĪenia wału rozrządu oraz czujnika GMP. Obydwa czujniki odpowiadają za odczyt przez sterownik prawidłowej synchronizacji układu korbowo tłokowego z układem rozrządu co umoĪliwia cykliczne włączanie wtryskiwaczy i pracĊ silnika. Sygnał pochodzący jedynie z czujnika GMP nie pozwala na włączenie wtryskiwaczy i rozruch silnika. Analiza wyników badania uszko-dzenia wtryskiwacza układu Common Rail wykonana metodą OBD w obydwu rozpatrywanych przypadkach została słusznie, odmiennie zdiagnozowana. W przypadku sprawnego układu nie wy-kryto błĊdów, w układzie z uszkodzonym wtryskiwaczem rozpoznano uszkodzenie. Uzyskane informacje wskazywały na awarie elektryczną wtryskiwacza lub obwodu jego sterowania.
Rys. 7. Wykres porównawczy wyników pomiaru wydatku przelewu ħródło: opracowanie własne.
Wgląd w wykaz parametrów bieĪących pozwolił sprawdziü ciĞnienie w zasobniku paliwa wysokiego ciĞnienia. Osiągane wartoĞci ciĞnienia wynoszą wartoĞci ok. 80 MPa i Ğwiadczą o spraw-noĞci hydraulicznej układu. Dokonane pomiary wydatku wtrysku oraz wydatku przelewu w przypadku sprawnego układu nie wykazują nieprawidłowoĞci. W przypadku układu z wprowa-dzonym uszkodzeniem wtryskiwacza zaobserwowano zerowy wydatek wtrysku oraz przelewu. Zerowe wartoĞci są nastĊpstwem braku sygnału sterującego i potwierdzają usterkĊ zaworu. Dodat-kowo zerowy wydatek przelewu Ğwiadczy o bardzo dobrej szczelnoĞci wtryskiwacza i tym samym wyklucza jego usterkĊ hydrauliczną. Do sprawdzenia wtryskiwacza pod kątem działania sterowania zastosowano pomiary napiĊcia sterowania przeprowadzone z wykorzystaniem oscyloskopu. W przypadku uszkodzenia obwodu sterującego nastĊpuje zanik sygnału ze sterownika pracy silnika. 6. Wnioski
Wybrany obiekt badaĔ pozwolił na zastosowanie szerokiego spektrum konfiguracji ustawieĔ elementów układu CR. Pozwoliło to na przeprowadzenie symulacji pracy układu CR w róĪnych stanach z uwzglĊdnieniem stanu zdatnoĞci oraz zadanych uszkodzeĔ wybranych elementów układu CR. Teoretyczne zalecenia co do przydatnoĞci metody diagnostycznej OBD i wykorzystania inter-fejsów diagnostycznych znalazły swój pozytywny oddĨwiĊk w trakcie realizacji badaĔ co potwierdzają przeanalizowane wyniki badaĔ. W kaĪdym badanym przypadku generowane komuni-katy pozwoliły na obranie właĞciwego kierunku co do kolejnych podejmowanych procesów diagnostycznych. Kluczową co do tej metody badaĔ jest informacja iĪ musi byü ona zweryfikowana z pomocą innych metod w sposób jaki zostało to przeprowadzone. Mimo tego Īe informacje zdoby-wane przy pomocy interfejsów do diagnostyki OBD muszą byü weryfikozdoby-wane to nie ma moĪliwoĞci rezygnacji z ich wykorzystania. Taki stan wynika z potrzeby komunikacji ze sterownikiem silnika w celu dokonywania chociaĪby zmian w pamiĊci sterownia po zakoĔczonej naprawie. Metoda
sprawdzania elementów układu CR z wykorzystaniem pomiarów oscyloskopowych daje moĪliwoĞü weryfikacji wskazaĔ wynikających z wskazaĔ OBD. Czyni ją to szczególnie przydatną jeĪeli zacho-dzi koniecznoĞü dokonania pomiaru elementów układu CR sterowanych impulsami elektrycznymi lub elementów które generują sygnały tego rodzaju. Wykorzystane metod hydraulicznych do wery-fikowania poprawnoĞci działania elementów układu CR jest pracochłonne jak w przypadku pomiaru wydatku wtrysku gdzie koniecznoĞcią jest wymontowanie wtryskiwacza. Jednak w nie kaĪdej sytu-acji stopieĔ skomplikowania czynnoĞci jest tak wysoki. Przykładem moĪe byü pomiar wydatku przelewu który pozwala oceniü stan wtryskiwaczy. Wszystkie pozostałe metody hydrauliczne rów-nieĪ te niewykorzystane podczas badaĔ stanowiskowych nie mogą byü wyeliminowane z procesu diagnozowania stanu. Wykorzystanie metod organoleptycznych połączonych z doĞwiadczeniem i wiedzą diagnosty, dokonującego badania układu CR moĪe równieĪ pozwoliü na okreĞlenie aktual-nego stanu techniczaktual-nego badaaktual-nego elementu. Przykładem wykorzystania metody tego typu moĪe byü obserwacja sposobu wypływu paliwa przewodem powrotnym, lub obserwacja sposobu rozpy-lenia paliwa podczas badania wtryskiwacza z wykorzystaniem stołu pobierczego. NiemoĪliwym wydaje siĊ przeprowadzenie prawidłowego i w pełni Ğwiadomego procesu diagnozowania nowo-czesnego układu CR w oparciu o informacje uzyskane tylko jedną metodą diagnostyczną. Zaleca siĊ zatem stosowanie na etapie diagnozowania przynajmniej tych metod, które zostały opisane w ni-niejszej pracy.
Bibliografia
1. Gunther H., Diagnozowanie silników wysokoprężnych, WKIŁ, Warszawa 2009.
2. Gunther H., Układy wtryskowe Common Rail w praktyce warsztatowej, WKIŁ, Warszawa 2011.
3. Herner A. Riehl H-J., Elektrotechnika i elektronika w pojazdach samochodowych, WKIŁ, Warszawa 2012.
4. Rokosh U., Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samochodów OBD, WKiŁ, Warszawa 2007.
5. Informator techniczny Bosch. Zasobnikowe układy wtryskowe Common Rail, WKiŁ, Warszawa 2009.
THE CHOSEN UNITS INVESTIGATIONS OF DIESEL ENGINE WITH COMMON RAIL Summary
The aplication of Common Ril system in Diesel engine fuel suply systems places high requirements or diagnostics stuff during diagnostic investigations of Common Rail system.The fault accurate detection and situating requires from the diagnostician possession of wide knowledge in the subject of Common Rail arrangement building and operation in Diesel engines. The most important is the knowledge about individual units working way and the personal skill of the parameters interpretation on the back-ground of their influence on the whole arrangement work. This allow to create helpful solution of the cause – conseqentive patern for further works. The aim of the diagnostic actions explanation and the interpretation of their results in these work has introduced the problems of the chosen units of Common Rail system audits.
Keywords: diagnostcs, cmmon rail system, diagnostics inference Marcin Łukasiewicz
Sebstian Dobek Tomasz KałaczyĔski
Faculty of Mechanical Engineering Department of Vehicles and Diagnostics
