Aby szybko i skuteczne naprawiać systemy wtrysku Common Rail, trzeba dobrze rozumieć fizyczne zasady jego działania. Owszem, w literaturze spotykamy dokładne opisy elementów, z jakich składa się cały system. Brakuje jednak „prostego spojrzenia” i wytłumaczenia, o co tak naprawdę chodzi w tym rodzaju zasilania paliwem? Uzupełnijmy tę lukę najprostszym opisem, który ułatwi zrozumienie fizyki działania i szybkie wykrycie usterek. 
Duży zbiornik z paliwem
Wyobraźmy sobie, że mamy duży zbiornik, do którego wtłaczamy paliwo pod wielkim ciśnieniem. Oczywiście robi to pompa wysokociśnieniowa, a wartość ciśnienia reguluje odpowiedni zawór. W ten sposób możemy osiągnąć naprawdę duże ciśnienie rzędu 2000 barów (dla porównania, w oponie mamy tylko 2 bary). Poza regulatorem ciśnienia w zbiorniku zamontowano czujnik mierzący na bieżąco ciśnienie paliwa. Informacja ta musi być dostarczona do sterownika, który będzie (sterując pompą i zaworem) mógł wytworzyć takie ciśnienie, jakiego zażądamy.
Zbiornik łączymy z silnikiem
Zbiornik nie będzie nam przydatny, jeśli nie połączymy go z silnikiem. Montujemy więc zawory (w naszej wyobraźni mogą być to takie zawory, jakie są w kranie, tzw. kurki), a wyjścia z nich montujemy bezpośrednio do cylindrów. W zależności od czasu otwarcia tych zaworów napuścimy więcej lub mniej paliwa do cylindrów. Idea wpuszczania paliwa ze zbiornika przez zawory do cylindrów jest w zasadzie bardzo prosta, a kluczem do niej jest duże ciśnienie paliwa w systemie Common Rail. Załóżmy, że mamy określony czas wpuszczania paliwa, np. jedną sekundę. Ilość paliwa, jaka znajdzie się cylindrach, zależy nie tylko od czasu otwarcia zaworu (czyli tej jednej sekundy), ale również (a może przede wszystkim) od ciśnienia, jakie panuje w zbiorniku. Jak mamy potężne ciśnienie, to nawet w ciągu ułamka sekundy ilość paliwa przedostająca się do cylindra będzie ogromna. W ten sposób w każdym momencie możemy dostarczyć tyle paliwa do cylindrów, ile obliczy sterownik zarządzający pracą silnika. Nie zawsze potrzebne są duże dawki. Jeśli samochód nie będzie przyspieszał, a zacznie pracować na biegu jałowym, zapotrzebowanie na paliwo gwałtownie spadnie. Możemy, a nawet musimy wówczas natychmiast obniżyć ciśnienie (w zbiorniku). Odpowiednio sterowany zawór paliwa musi być na tyle szybki, aby nadążył za „myślami” sterownika.
Małe (pierwsze) podsumowanie
Jeśli chcemy dowiedzieć się, dlaczego silnik nie startuje albo nie osiąga pełnej mocy, musimy zobaczyć, jakie mamy ciśnienie paliwa. W tym celu możemy posłużyć się czujnikiem ciśnienia zamontowanym w zbiorniku. W fachowej literaturze zbiornik ten nazywa się wspólną szyną, bo rzeczywiście jest wspólnym zasobnikiem paliwa dla wszystkich cylindrów. Jednak odczyt szybko zmieniającego się ciśnienia paliwa, widoczny na skanerze, to dla nas za mało. Musimy posłużyć się specjalnym oscyloskopem, na którym będą „wyrysowane” nawet najmniejsze zmiany, drgnięcia ciśnienia (na przykład po wtrysku paliwa do cylindra). Służy do tego oscyloskop EDIA-5 podłączony do czujnika ciśnienia. Na wykrycie wielu usterek pozwoli nam już sama obserwacja przy pomocy oscyloskopu ciśnienia na wspólnej szynie.
„Wgryzamy się” w wykres ciśnienia
Silnik nie startuje. Patrzymy na narastające ciśnienie – rośnie ono bardzo wolno, a przy pracującym rozruszniku mamy zaledwie 100 barów. To zdecydowanie za mało. Może źle pracuje regulator ciśnienia? A może niezbyt wydajna jest pompa wysokiego ciśnienia? Mamy punkt zaczepienia. Możemy na przykład podstawić drugi regulator paliwa i sprawdzić, jak wtedy zachowa się nasze ciśnienie. Tak przeprowadzana diagnostyka pozwoli nam najszybciej ustalić przyczynę niesprawności. Zauważmy, że skupiamy się tylko na jednym, najważniejszym parametrze w systemie Common Rail – ciśnieniu paliwa.
Przykład drugi
Zacznijmy od teorii. Otwarciu zaworu (jakim jest wtryskiwacz) towarzyszy zawsze spadek ciśnienia w szynie. Dlatego, że nie jest to tak wielki zbiornik jak basen pływacki i wtrysk powoduje chwilowy spadek ciśnienia. Aby to zobaczyć, potrzebujemy dokładnego oscyloskopu.
Jeżeli wszystko gra (małe spadki widzimy w postaci – nazwijmy to – zębów), załamania ciśnienia będą jednakowe – zęby są tej samej wielkości. Ale jeśli wtryskiwacz będzie zatarty, to do danego cylindra wtryśnięta zostanie mniejsza ilość paliwa i ząbek będzie mały. Zauważmy, że choć przyrząd diagnostyczny wpięty jest tylko do czujnika ciśnienia, o pracy wtryskiwaczy i tak potrafimy powiedzieć dużo. Skanery diagnostyczne nie dostarczają nam takich informacji. My podpinamy się równolegle do sterownika – do czujnika ciśnienia wpięty jest skaner i oscyloskop, a więc dwa przyrządy wpięte są równolegle.
Rozważania o oscyloskopie
Wpięty oscyloskop rejestruje przebieg napięcia na czujniku ciśnienia. Aby mieć pożytek z wykresu (który zarejestrował EDIA-5), musimy wziąć lupę i obejrzeć taki wykres w dużym powiększeniu. Na osi poziomej mamy czas. Odpowiednio operując skalą czasu, możemy dowolnie rozciągnąć wykres. Przyrząd EDIA-5 jest specjalnie do tego celu przystosowany. Inne oscyloskopy mogą nie pozwolić nam na takie dokładne badania i najważniejsze szczegóły zostaną zgubione. Oś pionowa to skala napięcia. Aby zobaczyć ząbki (czyli na ile spada ciśnienie paliwa podczas pracy poszczególnych wtryskiwaczy), musimy mieć możliwość dowolnego operowania skalą na tej osi. Wtedy zobaczmy wszystko jak na dłoni. Czasami zimny silnik nie pracuje równomiernie, a po nagrzaniu jego praca się wyrównuje. Nagrajmy wykres ciśnienia zarówno wtedy, kiedy silnik jest zimny, jak i ciepły. Porównajmy wykresy. Może od razu znajdziemy w ten sposób niedomagający wtryskiwacz?
Kompendium wiedzy o CR trzeba uzupełnić o wtryskiwacze
Intuicyjnie czujemy, że do kompletu informacji o pracy systemu Common Rail potrzebne jest jeszcze podglądanie pracy wtryskiwaczy. Są to elementy najbardziej narażone na uszkodzenia – są one precyzyjnymi elementami wykonawczymi, mogącymi ulec uszkodzeniom mechanicznym, przede wszystkim w wyniku dostania się brudów. O wykresach przedstawiających pracę wtryskiwaczy napiszę w następnym numerze „Nowoczesnego Warsztatu”. Może nawet lepiej, że materiał jest podzielony na dwie części. Z praktyki wynika, że diagności, mając oscyloskop, przyzwyczajeni są do analizy pracy przede wszystkim wtryskiwaczy. A w systemie Common Rail decydujące znaczenie ma ciśnienie paliwa panujące na wspólnej szynie. Zwróćmy uwagę na to, że często zaniedbujemy wykres ciśnienia, które jest przecież podstawowym nośnikiem informacji. Oczywiście pełen komplet informacji dostaniemy, analizując zarówno pracę wtryskiwaczy, jak i zachowanie się ciśnienia paliwa, o czym więcej powiemy za miesiąc.
Stanisław Mikołaj Słupski
Do diagnostyki potrzebny jest skaner i specjalny oscyloskop. Jednym z lepszych i najtańszych na rynku diagnoskopów do CR jest EDIA-5 z firmy DeltaTech Electronics.
Duży zbiornik z paliwem
Wyobraźmy sobie, że mamy duży zbiornik, do którego wtłaczamy paliwo pod wielkim ciśnieniem. Oczywiście robi to pompa wysokociśnieniowa, a wartość ciśnienia reguluje odpowiedni zawór. W ten sposób możemy osiągnąć naprawdę duże ciśnienie rzędu 2000 barów (dla porównania, w oponie mamy tylko 2 bary). Poza regulatorem ciśnienia w zbiorniku zamontowano czujnik mierzący na bieżąco ciśnienie paliwa. Informacja ta musi być dostarczona do sterownika, który będzie (sterując pompą i zaworem) mógł wytworzyć takie ciśnienie, jakiego zażądamy.
Zbiornik łączymy z silnikiem
Zbiornik nie będzie nam przydatny, jeśli nie połączymy go z silnikiem. Montujemy więc zawory (w naszej wyobraźni mogą być to takie zawory, jakie są w kranie, tzw. kurki), a wyjścia z nich montujemy bezpośrednio do cylindrów. W zależności od czasu otwarcia tych zaworów napuścimy więcej lub mniej paliwa do cylindrów. Idea wpuszczania paliwa ze zbiornika przez zawory do cylindrów jest w zasadzie bardzo prosta, a kluczem do niej jest duże ciśnienie paliwa w systemie Common Rail. Załóżmy, że mamy określony czas wpuszczania paliwa, np. jedną sekundę. Ilość paliwa, jaka znajdzie się cylindrach, zależy nie tylko od czasu otwarcia zaworu (czyli tej jednej sekundy), ale również (a może przede wszystkim) od ciśnienia, jakie panuje w zbiorniku. Jak mamy potężne ciśnienie, to nawet w ciągu ułamka sekundy ilość paliwa przedostająca się do cylindra będzie ogromna. W ten sposób w każdym momencie możemy dostarczyć tyle paliwa do cylindrów, ile obliczy sterownik zarządzający pracą silnika. Nie zawsze potrzebne są duże dawki. Jeśli samochód nie będzie przyspieszał, a zacznie pracować na biegu jałowym, zapotrzebowanie na paliwo gwałtownie spadnie. Możemy, a nawet musimy wówczas natychmiast obniżyć ciśnienie (w zbiorniku). Odpowiednio sterowany zawór paliwa musi być na tyle szybki, aby nadążył za „myślami” sterownika.
Małe (pierwsze) podsumowanie
Jeśli chcemy dowiedzieć się, dlaczego silnik nie startuje albo nie osiąga pełnej mocy, musimy zobaczyć, jakie mamy ciśnienie paliwa. W tym celu możemy posłużyć się czujnikiem ciśnienia zamontowanym w zbiorniku. W fachowej literaturze zbiornik ten nazywa się wspólną szyną, bo rzeczywiście jest wspólnym zasobnikiem paliwa dla wszystkich cylindrów. Jednak odczyt szybko zmieniającego się ciśnienia paliwa, widoczny na skanerze, to dla nas za mało. Musimy posłużyć się specjalnym oscyloskopem, na którym będą „wyrysowane” nawet najmniejsze zmiany, drgnięcia ciśnienia (na przykład po wtrysku paliwa do cylindra). Służy do tego oscyloskop EDIA-5 podłączony do czujnika ciśnienia. Na wykrycie wielu usterek pozwoli nam już sama obserwacja przy pomocy oscyloskopu ciśnienia na wspólnej szynie.
„Wgryzamy się” w wykres ciśnienia
Silnik nie startuje. Patrzymy na narastające ciśnienie – rośnie ono bardzo wolno, a przy pracującym rozruszniku mamy zaledwie 100 barów. To zdecydowanie za mało. Może źle pracuje regulator ciśnienia? A może niezbyt wydajna jest pompa wysokiego ciśnienia? Mamy punkt zaczepienia. Możemy na przykład podstawić drugi regulator paliwa i sprawdzić, jak wtedy zachowa się nasze ciśnienie. Tak przeprowadzana diagnostyka pozwoli nam najszybciej ustalić przyczynę niesprawności. Zauważmy, że skupiamy się tylko na jednym, najważniejszym parametrze w systemie Common Rail – ciśnieniu paliwa.
Przykład drugi
Zacznijmy od teorii. Otwarciu zaworu (jakim jest wtryskiwacz) towarzyszy zawsze spadek ciśnienia w szynie. Dlatego, że nie jest to tak wielki zbiornik jak basen pływacki i wtrysk powoduje chwilowy spadek ciśnienia. Aby to zobaczyć, potrzebujemy dokładnego oscyloskopu.
Jeżeli wszystko gra (małe spadki widzimy w postaci – nazwijmy to – zębów), załamania ciśnienia będą jednakowe – zęby są tej samej wielkości. Ale jeśli wtryskiwacz będzie zatarty, to do danego cylindra wtryśnięta zostanie mniejsza ilość paliwa i ząbek będzie mały. Zauważmy, że choć przyrząd diagnostyczny wpięty jest tylko do czujnika ciśnienia, o pracy wtryskiwaczy i tak potrafimy powiedzieć dużo. Skanery diagnostyczne nie dostarczają nam takich informacji. My podpinamy się równolegle do sterownika – do czujnika ciśnienia wpięty jest skaner i oscyloskop, a więc dwa przyrządy wpięte są równolegle.
Rozważania o oscyloskopie
Wpięty oscyloskop rejestruje przebieg napięcia na czujniku ciśnienia. Aby mieć pożytek z wykresu (który zarejestrował EDIA-5), musimy wziąć lupę i obejrzeć taki wykres w dużym powiększeniu. Na osi poziomej mamy czas. Odpowiednio operując skalą czasu, możemy dowolnie rozciągnąć wykres. Przyrząd EDIA-5 jest specjalnie do tego celu przystosowany. Inne oscyloskopy mogą nie pozwolić nam na takie dokładne badania i najważniejsze szczegóły zostaną zgubione. Oś pionowa to skala napięcia. Aby zobaczyć ząbki (czyli na ile spada ciśnienie paliwa podczas pracy poszczególnych wtryskiwaczy), musimy mieć możliwość dowolnego operowania skalą na tej osi. Wtedy zobaczmy wszystko jak na dłoni. Czasami zimny silnik nie pracuje równomiernie, a po nagrzaniu jego praca się wyrównuje. Nagrajmy wykres ciśnienia zarówno wtedy, kiedy silnik jest zimny, jak i ciepły. Porównajmy wykresy. Może od razu znajdziemy w ten sposób niedomagający wtryskiwacz?
Kompendium wiedzy o CR trzeba uzupełnić o wtryskiwacze
Intuicyjnie czujemy, że do kompletu informacji o pracy systemu Common Rail potrzebne jest jeszcze podglądanie pracy wtryskiwaczy. Są to elementy najbardziej narażone na uszkodzenia – są one precyzyjnymi elementami wykonawczymi, mogącymi ulec uszkodzeniom mechanicznym, przede wszystkim w wyniku dostania się brudów. O wykresach przedstawiających pracę wtryskiwaczy napiszę w następnym numerze „Nowoczesnego Warsztatu”. Może nawet lepiej, że materiał jest podzielony na dwie części. Z praktyki wynika, że diagności, mając oscyloskop, przyzwyczajeni są do analizy pracy przede wszystkim wtryskiwaczy. A w systemie Common Rail decydujące znaczenie ma ciśnienie paliwa panujące na wspólnej szynie. Zwróćmy uwagę na to, że często zaniedbujemy wykres ciśnienia, które jest przecież podstawowym nośnikiem informacji. Oczywiście pełen komplet informacji dostaniemy, analizując zarówno pracę wtryskiwaczy, jak i zachowanie się ciśnienia paliwa, o czym więcej powiemy za miesiąc.
Stanisław Mikołaj Słupski
Komentarze (1)