badania wybranych elementów układu zasilania common rail ... · marcin Łukasiewicz, sebstian...

MARCIN ŁUKASIEWICZ, SEBSTIAN DOBEK, TOMASZ KAŁACZY SKI

BADANIA WYBRANYCH ELEMENTÓW UKŁADU ZASILANIA COMMON RAIL SILNIKÓW O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

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 najcz ciej wykorzystywanym układem zasi-laj cym nowoczesne szybkoobrotowe silniki o zapłonie samoczynnym samochodów osobowych. Pierwszy układ tego typu wprowadzono w 1997 roku. Z racji tego e z biegiem lat nast pował jego rozwój i zostawał coraz cz ciej stosowany w silnikach Diesla to te istnienie szeroki zakres wiedzy na jego temat. Wiedza obejmuje cały zakres zwi zany z omawianym systemem to znaczy: budow , działanie, przyczyny usterek, sposoby diagnozowania, sposoby naprawiania, wytyczne dotycz ce prawidłowej eksploatacji. Głównymi ródłami informacji s literatura w postaci poradników dia-gnostycznych, katalogów firmowych, instrukcji u ytkowania przyrz dów diagnostycznych, prasa i zawarte w niej liczne artykuły, oraz multimedia tj.: wizualizacje w postaci animacji komputero-wych. Jako e w na polskim rynku nie istnieje niezale ny producent układów wtryskowych Common Rail to te wi kszo literatury w j zyku polskim stanowi tłumaczenia z literatury zagra-nicznej.

Hydromechaniczne układy wtryskowe (starszej generacji) nie pozwalaj na spełnienie coraz bardziej restrykcyjnych wymaga wobec silników Diesla. S nimi: ograniczenie zu ycia paliwa, zminimalizowanie emisji szkodliwych produktów spalania m.in. COx, NOx, cz stek stałych rów-nie sadzy. Ponad to producenci poczynili starania w kierunku poprawienia charakterystyki pracy silników o zapłonie samoczynnym (ZS) tj.: ograniczenia poziomu hałasu, drga , oraz zwi kszeniu mocy i momentu obrotowego. To wszystko w poł czeniu ze wspomnianym aspektem ekonomicz-nym to spowodowało wzrost zainteresowania pojazdami wyposa onymi w silniki Diesla, st d

Marcin Łukasiewicz, Sebstian Dobek, Tomasz Kałaczyński Badania wybranych elementów układu zasilania Common Rail silników o zapłonie samoczynnym

142

obserwowany w ci gu ostatnich kilkunastu lat ich bardzo intensywny rozwój. Układ CR okazał simie najwi cej poszukiwanych zalet, przez co wyparł (w sektorze pojazdów osobowych) układy wykorzystuj ce rozdzielaczowe pompy wtryskowe i pompowtryskiwacze. Ponad pi dziesi ciopro-centowy udział w sprzeda y aut osobowych i niemal całkowity aut u ytkowych wyposa onych w silniki ZS sprawia e konieczno ci jest istnienie zaplecza serwisowego które sprosta naprawom i obsłudze eksploatowanych pojazdów. Tyczy si to autoryzowanych dealerów jak i prywatnych warsztatów. Odpowiednia baza serwisowa musi posiada urz dzenia niezb dne do diagnozowania pojazdów i ich napraw. Warunkiem koniecznym jest te zatrudnianie osób o odpowiednich kwali-fikacjach.

2. Budowa i działanie układów wtryskowych Common Rail

Ze wzgl du na temat pracy konieczne jest poznanie budowy i zrozumienie sposobu działania układów CR. Du a ilo rozwi za technicznych zastosowanych przez producentów układów wtry-skowych CR utrudnia przeanalizowanie budowy i szczegółowego sposobu działania ka dego z nich. W zwi zku z tym w dalszej cz ci pracy przedstawiono wybrane rozwi zania techniczne układów CR, d c do opisania ich od ogólnej do szczegółowej budowy.

2.1. Elementy obwodu niskiego ci nienia układów Common Rail

Obwód niskiego ci nienia dzieli si na stron zasilaj c oraz powrotn . Funkcjami obwodu ni-skiego ci nienia po stronie zasilaj cej s przechowywanie i filtrowanie paliwa, oraz zasilanie pompy wysokiego ci nienia i tym samym układu wysokiego ci nienia. Natomiast powrotna cz obwodu niskiego ci nienia odpowiada za odprowadzanie nadmiaru paliwa z obwodu wysokiego ci nienia. To zadanie jest realizowane poprzez poł czenie przewodów z zaworami regulacyjnymi wysokiego ci nienia, oraz bezpo rednio ze wtryskiwaczami.

Rys. 1. Schemat obwodu niskiego ciśnienia układu wtryskowego CR. Oznaczenia:1-zbiornik pa-liwa, 2-filtr wstępnego oczyszczania paliwa, 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.

ródło: [3].

143

2.2. Elementy obwodu wysokiego ci nienia układów Common Rail

Powszechnie przyj to podział obwodu wysokiego ci nienia według poni szego schematu przedstawionego na rysunku 2. Nale y jednak pami ta ze układy CR ró ni si pomi dzy sob ze wzgl du na zastosowanie odmiennych rozwi za 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

ródło: [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 pochodz z czujników i nadajników warto ci znamionowych. Przetwo-rzone przez sterownik dane trafiaj do elementów wykonawczych układu CR. Układ sterowania EDC jest podzielony na trzy bloki funkcyjne:

• czujniki i nadajniki warto ci znamionowych,• sterownik,• elementy wykonawcze.Charakterystyczny dla układu EDC jest brak bezpo redniego wpływu kieruj cego pojazdem na

dawk paliwa wtryskiwan do komory spalania. Dawk wtrysku okre la sterownik na podstawie analizy wielu czynników, tym samym d y do zapewnienia prawidłowego działania. W toku prze-twarzania sygnałów nast puje odczytanie informacji, rozpoznanie ewentualnych bł dów i korekcja sygnałów wysyłanych do elementów wykonawczych [5].

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014


144

Rys. 3. Schemat układu sterowania EDC zawierający architekturę sterownika silnika

ródło: [5].

Zadaniem czujników układu CR jest okre lanie warunków pracy silnika, na przykład pr dko ci obrotowej, ci nienia doładowania, temperatury cieczy chłodz cej. Pomimo ró nic w budowie cechwspóln wszystkich czujników jest przetwarzanie wielko ci fizycznych na sygnały elektryczne, i przesyłanie ich do sterownika. Nadajniki przekazuj warto ci znamionowe informuj ce o poło e-niu wł czników. Zadaniem nastawników układu EDC jest zamiana elektrycznych sygnałów wyj ciowych wysłanych przez sterownik silnika na wielko ci mechaniczne. Odpowiednie nastawy elementów wykonawczych sprowadzaj si do sterowania prac wszystkich układów odpowiedzial-nych bezpo rednio za działanie silnika. Pomi dzy sterownikami poszczególnych układów wykonawczych zachodzi wymiana danych, pozwala ona na współprac układów wykonawczych. Wytyczne co do sposobu działania pojazdu s okre lane na podstawie danych zebranych z czujni-ków i nadajników. Wzajemne współdziałanie wszystkich układów powoduje dostosowanie działania poszczególnych układów do aktualnych wymaga stawianych samochodowi. Na potrzeby szybkiej transmisji du ej ilo ci informacji stworzono sie szeregowej transmisji danych, jest ona nazywana Controller Area Network (CAN). Wszystkie sterowniki poł czone z magistral CAN przesyłaj dane sekwencyjnie. Ograniczenie liczby przewodów ł cz cych sterowniki do dwóch po-zwoliło upro ci budow instalacji elektrycznej. Magistrala CAN ł czy nast puj ce sterowniki układu EDC:

• sterownik silnika,• sterownik skrzyni biegów,• sterownik ESP z ABS i ASR,• sterownik czasu arzenia wiec,• sterownik układu klimatyzacji,• komputer pokładowy z elementami obsługi [3].

145

3. Metody bada układów wtryskowych Common Rail

Zapisywanie informacji o usterkach układów wtryskowych jest realizowane w trakcie jazdy za po rednictwem steruj cych układów elektronicznych. Fakt wykrycia usterki jest sygnalizowany u ytkownikowi przez za wiecenie kontrolnej lampki ang. Malfunction Indicator Lamp (MIL). Jest to informacja dla u ytkownika samochodu mówi ca o konieczno ci zwrócenia si do warsztatu samochodowego celem usuni cia przyczyny awarii. Diagnostyka warsztatowa opiera si na wyko-rzystaniu odpowiednich metod bada realizowanych w poje dzie i poza nim z u yciem dost pnych przyrz dów kontrolnych. W ramach diagnostyki warsztatowej wykorzystuje si informacje pocho-dz ce z systemu diagnostyki pokładowej oraz, informacje zdobyte przy pomocy zewn trznych przyrz dów kontrolnych [1,2,4].

3.1. Diagnostyka pokładowa On Board Diagnostics

Współcze nie diagnostyka warsztatowa rozpoczyna si od pozyskania informacji zgromadzo-nych dzi ki diagnostyce pokładowej „On Board Diagnostics (OBD) w sterowniku samochodu. W tym celu wykorzystuje si testery przeznaczone do pracy z autami konkretnych marek lub uni-wersalne interfejsy diagnostyczne z dostosowanymi do gniazd sterowników szesnastostykowymi wtykami zł cz Data Link Controler (DLC). Odpowiednie oprogramowanie umo liwia poł czenie komputera diagnostycznego ze sterownikiem samochodu i odczytywanie danych. Głównymi infor-macjami s kody usterek wraz z opisami mówi ce o mo liwych ródłach problemów. Dodatkowo poza odczytywaniem kodów bł dów testery umo liwiaj wgl d w parametry pracy układów samo-chodu. Parametry pracy zawieraj informacje takie jak ci nienie paliwa, dawka wtrysku, temperatura paliwa, temperatura powietrza doładowuj cego, napi cie akumulatora, informacje do-tycz ce układu recyrkulacji spalin. Dost p do pami ci sterownika jest równie konieczny do wykasowania bł dów po dokonanej naprawie. Dopiero wykasowanie bł dów pozwala na ponowne uruchomienie wymienionych lub naprawionych podzespołów samochodu. Wymagane jest wykona-nie jazdy testowej i ponowne sprawdzenie pami ci diagnostycznej w celu uzyskania potwierdzenia i bł dy nie pojawiły si w pami ci sterownika ponownie [1,2,4].

3.2. Metody hydrauliczne

Układ wtryskowy CR jest skomplikowanym systemem hydraulicznym funkcjonuj cym w po-ł czeniu z systemami elektronicznymi. Cz sto mimo dost pu do diagnostyki OBD i pr dowych metod diagnostycznych nie jest mo liwe jednoznaczne okre lenie powodu usterki. W tego typu sy-tuacjach jest konieczne wykorzystanie innych metod diagnostycznych, takich jak metody hydrauliczne oraz organoleptyczne. Do metod hydraulicznych nale pomiar ci nienia paliwa i wy-datku tłoczenia, natomiast do metod organoleptycznych nale poszukiwanie oznak nieprawidłowo ci w funkcjonowaniu układu na przykład opiłków metalu w filtrach obwodu wyso-kiego ci nienia, obserwacja wycieków, obserwacja uszkodze przewodów hydraulicznych takich jak: załamania, otarcia. Diagnozowanie układu tymi metodami wymaga w wi kszo ci ingerencji w sam obwód hydrauliczny układu CR. Nale y pami ta , i prowadzenie jakichkolwiek czynno ci w obr bie układu CR wymaga zachowania czysto ci. Przedostanie si zanieczyszcze do cz ci układu znajduj cej si za filtrem głównego paliwa stwarza powa ne ryzyko uszkodzenia elementów układu CR. Owe zagro enie wynika z wysokiej dokładno ci wykonania tych elementów oraz ich



146

pracy w trudnych warunkach. Do kontroli pomp niskiego ci nienia pod k tem wytwarzanego ci nie-nia wykorzystuje si zestawy manometrów z odpowiednimi przewodami i ko cówkami. Sposób wykonania badania jest zale ny od rozwi zania technicznego zastosowanego w konkretnym ukła-dzie CR. Na przykład w układach z elektryczn pomp niskiego ci nienia za pomoc odpowiedniego trójnika montuje si manometr na przewodzie paliwowym za filtrem paliwa pomi dzy pomp ni-skiego a wysokiego cisnienia. Po czym wł cza si zapłon, wówczas powinno si zaobserwowaci nienie o warto ci nominalnej. Je eli pompa nie reaguje trzeba sprawdzi napi cie na bezpieczniku pompy, w przypadku braku poboru pr du nale y skontrolowa przeka nik pompy. Je eli pompa działa lecz wytwarzane ci nienie jest zbyt niskie nale y sprawdzi napi cie akumulatora oraz filtr paliwa pod kontem dro no ci. Ostatnim testem pompy jest sprawdzenie maksymalnego wytwarza-nego ci nienia. Je eli wzro nie ono znacznie powy ej warto ci nominalnej oznacza to uszkodzenie zaworu ograniczaj cego ci nienia [1,2,4].

3.3. Metody elektryczne

Samodiagnostyka jest narz dziem przyspieszaj cym proces naprawy przez naprowadzenie dia-gnosty na przyczyn awarii. Ogólne wskazówki dotycz ce uszkodze poszczególnych podzespołów musz by weryfikowane z wykorzystaniem innych metod w tym metod pr dowych. Na przykład je eli usterka sygnalizowana przez system samodiagnostyki dotyczy czujnika temperatury powie-trza doładowuj cego nale y sprawdzi czy jest uszkodzony sam czujnik, przewód, skorodowane zł cze czy uszkodzeniu uległ sterownik. Podstawowym urz dzeniem wykorzystywanym do po-miaru wielko ci fizycznych w diagnostyce układów CR jest miernik uniwersalny nazywany temultimetrem. Multimetr jest urz dzeniem przeno nym, pozwala mierzy napi cie, nat enie, rezy-stancj , pojemno oraz cz stotliwo . Za pomoc multimetru mo na dokonywa pomiarów pr du w sposób stykowy z wykorzystaniem odpowiednich zł czy lub igieł pomiarowych. Miernik uniwer-salny pozwala równie dokonywa pomiarów w sposób bezstykowy. W tym celu nale y wykorzysta c gi pr dowe które nie s standardowym wyposa eniem miernika. Multimetr dokonuje dwóch do trzech pomiarów na sekund wiec wiarygodne jest jedynie mierzenie wielko ci stałych lub zmieniaj cych si wolno. Kolejnym przyrz dem pomiarowym pozwalaj cym realizowa po-miary napi cia i pr du jest oscyloskop. Oscyloskop mo e by pracuj cym niezale nie urz dzeniem stacjonarnym lub przeno nym. Specjalnie przystosowane oscyloskopy mog by podł czane do komputera PC. Wy szo oscyloskopu nad multimetrem wynika z mo liwo ci pomiaru sygnałów szybkozmiennych, gdy cz stotliwo próbkowania oscyloskopu mo e wynosi nawet 50 x 106 próbek/s. Oscyloskop obrazuje przebieg napi cia lub nat enia w funkcji czasu. Z uwagi na mo li-wo porównywania sprawdzanych sygnałów najcz ciej wykorzystywanymi s oscyloskopy dwukanałowe. Tak funkcje wykorzystuje si na przykład do porównywania sygnałów pochodz -cych z czujnika GMP oraz z czujnika wału rozrz du [2,3].

147

4. Badania stanowiskowe uszkodze wybranych elementów układu Common Rail

Obiektem bada jest układ CR pierwszej generacji osi gaj cy maksymalne ci nienie 135–140 MPa. Głównymi elementami wykonawczymi układu s pompa BOSCH CP1S3 oraz wtryskiwacze elektromagnetyczne BOSCH. System steruj cy układu CR zbudowano w oparciu o sterownik EDC15C wykorzystywany do sterowania silnikiem 2.4 JTD koncernu FIAT. Wykorzystany w ba-daniach układ CR jest cz ci symulacyjnego stanowiska badawczego. Rysunek 4 przedstawia stanowisko badawcze. Stanowisko badawcze składa si z dwóch głównych członów. Członem pierwszym jest symulator wykonawczej cz ci układu CR mog cy działa niezale nie dzi ki mo-dułowi steruj cemu EDC. Moduł steruj cy EDC pozwala na wprowadzanie danych parametrów pracy w trybie pracy niezale nej. Ta cz stanowiska badawczego posiada osprz t pozwalaj cy sprawdza działanie systemu pod wzgl dem hydraulicznym po przez wykonanie pomiarów wydatku przelewu i dawki wtrysku wtryskiwaczy. Manometr pozwala oceni działanie obwodu niskiego ci-nienia. Drugim członem jest zewn trzny symulator sterowania silnika ZS zasilanego przez układ

CR. Symulator sterowania silnika pozwala na zadawanie parametrów pracy odpowiadaj cych rze-czywistym stanom pracy układu CR, równie z uszkodzonymi elementami układu CR.

Rys. 4. Stanowisko badawcze. 1 – człon wykonawczy, 2 – człon sterujący

ródło: opracowanie własne.



148

Badanie uszkodzenia zaworu regulacji wysokiego ci nienia układu Common Rail Metody zastosowane do wykrywania usterek zaworu regulacji wysokiego ci nienia w trakcie

badania opierały si o informacje uzyskane za pomoc : diagnostyki OBD; metody pr dowej; me-tody hydraulicznej; metody organoleptycznej.

Na podstawie przeprowadzonych bada 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]

Zawór regulacji wysokiego ci nienia P

[Mpa] 1 2 3 4 1 2 3 4 Umax.[V]

Umin.[V]

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. r. 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 ci nienia P

[Mpa] 1 2 3 4 1 2 3 4 Umax.

[V] Umin.

[V] 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. r. tak tak 0 0 0 0 0 0 0 0 12.9 -2.3 250 10.2


149

Badanie uszkodzenia czujnika poło enia wału rozrz du układu Common Rail Metody zastosowane do wykrywania usterek czujnika poło enia wału rozrz du w trakcie bada-

nia opierały si o informacje uzyskane za pomoc : diagnostyki OBD; metody elektrycznej; metody organoleptycznej.

Na podstawie przeprowadzonych bada 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 rozrz du P [Mpa] 1 2 3 4 Umin.

[V] Umax.

[V] Freq. [Hz]

Umin.

[V] Umax.

[V] 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.r. 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 ROZRZ DU OBD [tak/ nie]

Dawka wtrysku [cm3] czujnik GMP czujnik faz rozrz du P [Mpa] 1 2 3 4 Umin.

[V] Umax.[V]

Freq. [Hz]

Umin.[V]

Umax.[V]

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.r. tak 0 0 0 0 -4.3 4.2 583.7 - - - 36.3




150

Badanie uszkodzenia wtryskiwacza układu Common RailMetody wykrywania usterek w trakcie badania opierały si o informacje uzyskane za pomoc :

diagnostyki OBD; metody elektrycznej; metody hydraulicznej. Na podstawie przeprowadzonych bada 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.

r. 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.

r. tak 0 21.2 19.7 23.8 0 51.3 46.3 63 - - 80.2


151

5. Analiza wyników bada

Na podstawie przeprowadzonego badania wydatku wtrysku przy zało onej zdatno ci 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 kluczow informacj jest natomiast sam fakt zaobserwowania procesu wtrysku który oznacza w domy le przebieg procesu spalania i prac silnika. Rysunek 5. przedstawia zmierzone warto ci obydwu parametrów. Wyniki zamieszczone w tabeli 4.1. wiadcz e niezdatno zaworu regulacji wysokiego ci nienia uniemo -liwia prac układu CR.

Rys. 5. Wartości wydatku wtrysku i przelewu wtryskiwaczy układu CR w cm3/min przy prędkości 1000 obr/min


Mniej czasochłonn i kosztown metod pozwalaj c oceni działanie wtryskiwaczy jest po-miar przelewu wtryskiwaczy. Wyniki pomiaru przelewu wtryskiwaczy stanowiska badawczego bez wprowadzonej usterki wskazuj na prawidłow prac wtryskiwaczy. Natomiast po wprowadzeniu usterki potwierdzaj brak wtrysku do komory spalania czyli nie wł czanie wtryskiwaczy. Taki stan rzeczy znajduj aprobat gdy wtryskiwacze nie s wł czane przy ci nieniu ni szym ni 18 MPa. Organoleptyczne sprawdzenie zaworu przez obserwacj intensywno ci wypływu paliwa zł czem powrotu paliwa zostało dokonane przez demonta w a powrotu paliwa i zast pienie go bezbarw-nym w em którego uj cie odprowadzono do dodatkowego naczynia. Obserwacje wykazały e paliwo wypływa przypadku pracy z wprowadzonym uszkodzeniem jak równie bez niego. Taki stan rzeczy tłumaczony jest konstrukcj pompy wysokiego ci nienia czyli zabudowaniem zaworu na pompie i wspólnym kanałem odprowadzaj cym paliwo smaruj ce pomp i nadmiar paliwa z aku-mulatora paliwa przez otwarcie zaworu regulacyjnego. Natomiast widoczna była ró nica ilo ci wypływaj cego paliwa i w intensywno ci wypływu paliwa. Taki stan rzeczy potwierdził nieprawi-dłowe działanie zaworu regulacji ci nienia paliwa.



152

W przypadku działaj cego układu wtryskowego sprawdzenie obwodu sterowania z wykorzy-staniem oscyloskopu dostarczyło informacji na temat dokładnego przebiegu pr du steruj cego zaworem regulacyjnym. Wyst powanie wyników o zbli onych warto ciach jest spowodowane fak-tem i sygnał jest generowany przez sterownik i nie zmienia si w takim zakresie jak w przypadku sygnału wysyłanego z nadajnika. Układ z wprowadzonym uszkodzeniem zareagował zanikiem sy-gnału steruj cego na zaworze regulacji ci nienia 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-zna wydatek rozruchowej dawki wtrysku i w przypadku sprawnego układu wskazuje na równomierne wtryskiwanie dawki rozruchowej. W układzie z niedziałaj cym czujnikiem poło enia wału rozrz du 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


Kolejn metod wykorzystan do ostatecznego zdiagnozowania usterki był pomiar sygnału czujnika poło enia wału rozrz du oraz czujnika GMP. Obydwa czujniki odpowiadaj za odczyt przez sterownik prawidłowej synchronizacji układu korbowo tłokowego z układem rozrz du co umo liwia cykliczne wł czanie wtryskiwaczy i prac silnika. Sygnał pochodz cy jedynie z czujnika GMP nie pozwala na wł czenie wtryskiwaczy i rozruch silnika. Analiza wyników badania uszko-dzenia wtryskiwacza układu Common Rail wykonana metod OBD w obydwu rozpatrywanych przypadkach została słusznie, odmiennie zdiagnozowana. W przypadku sprawnego układu nie wy-kryto bł dów, w układzie z uszkodzonym wtryskiwaczem rozpoznano uszkodzenie. Uzyskane informacje wskazywały na awarie elektryczn wtryskiwacza lub obwodu jego sterowania.

153

Rys. 7. Wykres porównawczy wyników pomiaru wydatku przelewu


Wgl d w wykaz parametrów bie cych pozwolił sprawdzi ci nienie w zasobniku paliwa wysokiego ci nienia. Osi gane warto ci ci nienia wynosz warto ci ok. 80 MPa i wiadcz o spraw-no ci hydraulicznej układu. Dokonane pomiary wydatku wtrysku oraz wydatku przelewu w przypadku sprawnego układu nie wykazuj nieprawidłowo ci. W przypadku układu z wprowa-dzonym uszkodzeniem wtryskiwacza zaobserwowano zerowy wydatek wtrysku oraz przelewu. Zerowe warto ci s nast pstwem braku sygnału steruj cego i potwierdzaj usterk zaworu. Dodat-kowo zerowy wydatek przelewu wiadczy o bardzo dobrej szczelno ci wtryskiwacza i tym samym wyklucza jego usterk hydrauliczn . Do sprawdzenia wtryskiwacza pod k tem działania sterowania zastosowano pomiary napi cia sterowania przeprowadzone z wykorzystaniem oscyloskopu. W przypadku uszkodzenia obwodu steruj cego nast puje zanik sygnału ze sterownika pracy silnika.

6. Wnioski

Wybrany obiekt bada pozwolił na zastosowanie szerokiego spektrum konfiguracji ustawieelementów układu CR. Pozwoliło to na przeprowadzenie symulacji pracy układu CR w ró nych stanach z uwzgl dnieniem stanu zdatno ci oraz zadanych uszkodze wybranych elementów układu CR. Teoretyczne zalecenia co do przydatno ci metody diagnostycznej OBD i wykorzystania inter-fejsów diagnostycznych znalazły swój pozytywny odd wi k w trakcie realizacji bada co potwierdzaj przeanalizowane wyniki bada . W ka dym badanym przypadku generowane komuni-katy pozwoliły na obranie wła ciwego kierunku co do kolejnych podejmowanych procesów diagnostycznych. Kluczow co do tej metody bada jest informacja i musi by ona zweryfikowana z pomoc innych metod w sposób jaki zostało to przeprowadzone. Mimo tego e informacje zdoby-wane przy pomocy interfejsów do diagnostyki OBD musz by weryfikowane to nie ma mo liwo ci rezygnacji z ich wykorzystania. Taki stan wynika z potrzeby komunikacji ze sterownikiem silnika w celu dokonywania chocia by zmian w pami ci sterownia po zako czonej naprawie. Metoda



154

sprawdzania elementów układu CR z wykorzystaniem pomiarów oscyloskopowych daje mo liwoweryfikacji wskaza wynikaj cych z wskaza OBD. Czyni j to szczególnie przydatn je eli zacho-dzi konieczno dokonania pomiaru elementów układu CR sterowanych impulsami elektrycznymi lub elementów które generuj sygnały tego rodzaju. Wykorzystane metod hydraulicznych do wery-fikowania poprawno ci działania elementów układu CR jest pracochłonne jak w przypadku pomiaru wydatku wtrysku gdzie konieczno ci jest wymontowanie wtryskiwacza. Jednak w nie ka dej sytu-acji stopie skomplikowania czynno ci jest tak wysoki. Przykładem mo e by pomiar wydatku przelewu który pozwala oceni stan wtryskiwaczy. Wszystkie pozostałe metody hydrauliczne rów-nie te niewykorzystane podczas bada stanowiskowych nie mog by wyeliminowane z procesu diagnozowania stanu. Wykorzystanie metod organoleptycznych poł czonych z do wiadczeniem i wiedz diagnosty, dokonuj cego badania układu CR mo e równie pozwoli na okre lenie aktual-nego stanu technicznego badanego elementu. Przykładem wykorzystania metody tego typu mo e by obserwacja sposobu wypływu paliwa przewodem powrotnym, lub obserwacja sposobu rozpy-lenia paliwa podczas badania wtryskiwacza z wykorzystaniem stołu pobierczego. Niemo liwym wydaje si przeprowadzenie prawidłowego i w pełni wiadomego procesu diagnozowania nowo-czesnego układu CR w oparciu o informacje uzyskane tylko jedn metod diagnostyczn . Zaleca sizatem 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.

155

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 Kałaczy ski Faculty of Mechanical Engineering Department of Vehicles and Diagnostics University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz


badania wybranych elementów układu zasilania common rail ... · marcin Łukasiewicz, sebstian...

Documents