Współczesne układy sterowania zaskakują swoim zachowaniem na plus i na minus. Na plus, gdy potrafią sobie dać radę z poważnymi usterkami, jak np. praca w trybie sekwencyjnym pomimo braku sygnału z wałka rozrządu. Na minus, gdy pomimo wymiany całego układu wtryskowego wciąż pojawia się błąd i pali się kontrolka wtrysku, jak np. w przypadku błędu uczenia wtryskiwaczy P116x lub błędu korekty wtryskiwanego paliwa P02Cx.

Niejednokrotnie diagnosta czuje, że ma do czynienia ze ściśle zaprogramowanym działaniem układu. Cóż z tego, skoro nie jest w stanie zajrzeć do czarnej skrzynki (ECU silnika) i poznać zapisanych w niej algorytmów. Wspomniane tu algorytmy to w dużym stopniu tzw. strategie. Ich celem jest zwykle wyliczanie tzw. korekt, które „nakładane” są na stałe mapy zapisane w sterowniku. Strategie pozwalają na dostosowanie parametrów pracy silnika do zmieniających się warunków zewnętrznych (np. zmiany temperatury czy jakości paliwa), jak również uwzględniają jego zużycie. Odrębną grupą strategii są algorytmy pozwalające utrzymać określoną wartość regulowaną w polu tolerancji w sytuacji, gdy czysta mechanika nie daje gwarancji precyzji działania. Taką właśnie strategią jest PICL (Pilot Injection Close Loop).

Jak już wcześniej wspomniano, strategia ma charakter dynamiczny – nie tworzy ona nowej mapy, ale wciąż modyfikuje tę, z którą jest związana. W przypadku PICL mapą odniesienia jest mechaniczna charakterystyka wtryskiwacza typu I3C (Improved Individual Injection Correction), generowana i wpisywana do sterownika podczas cyklu produkcji pojazdu (ilustracja 1). Jak sugeruje rozwinięcie nazwy strategii PICL, związana jest ona ze sterowaniem tzw. wtryskiem pilotującym powszechnie stosowanym w układach sterowania silników Diesla. Pomaga on zmniejszyć hałas silnika w zakresie obciążeń częściowych, stabilizuje wolne obroty oraz wpływa na redukcję emisji związków toksycznych.

Dobrze jednak uzmysłowić sobie, w jakich warunkach hydromechanicznych realizowany jest wtrysk pilotujący. Jak powszechnie wiadomo, ciśnienie w szynie Common Rail często przekracza 2000 barów, a więc odpowiada naciskowi wywieranemu przez szpilkę buta, na który działa ciężar samochodu. Wydatek wtrysku pilotującego to np. 1 mg, co odpowiada około 1/50 objętości kropli. Czy więc coś takiego jak wtrysk pilotujący jest w ogóle możliwe? Ku naszemu zaskoczeniu tak – i to w formie, która nie zlewa się w jedną strugę z następującym zaraz po nim wtryskiem zasadniczym. Nietrudno się domyślić, że realizacja powtarzalnych sekwencji wtrysków pilotujących sterowanych ze stałej mapy wymagałaby bardzo dużej precyzji wykonania wtryskiwacza, co wykracza poza technologiczne i finansowe możliwości współczesnego przemysłu. Nowy wtryskiwacz Common Rail generacji Euro 5 sklasyfikowany zgodnie z procedurą I3C jest w stanie zapewnić dokładność wtrysku pilotującego na poziomie ± 1 mg, co przekłada się na 100% błędu dla wtrysku pilotującego o takiej wartości. Wraz ze zużyciem wtryskiwacza osiągi te ulegają dalszemu pogorszeniu. Co ważne, błąd dawki pilotującej w granicach ± 0,3 mg daje już satysfakcjonujące wyniki. Celem strategii PICL jest więc utrzymanie dokładności wtrysku pilotującego na poziomie ± 0,3 mg. Idea algorytmu PICL opiera się na wysterowaniu testowego impulsu sterującego wtryskiwaczem i na analizie sygnału prędkości obrotowej wału korbowego. Cały cykl testu PICL odbywa się wyłącznie podczas hamowania silnikiem. Tylko ta faza pracy silnika daje dostateczną stabilność prędkości obrotowej wału oraz zapewnia brak zakłóceń towarzyszących pracy silnika pod obciążeniem. Ponadto faza hamowania silnikiem pozwala na ustabilizowanie ciśnienia w szynie Common Rail.

Pierwszym krokiem algorytmu PICL jest podanie testowego impulsu sterującego wtryskiwaczem, który odpowiada zapisanej w mapie konkretnej wartości wydatku wtryskiwacza dla danego ciśnienia rail. Co istotne, sterownik widzi wydatek wtryskiwacza w postaci przyrostu momentu obrotowego, a więc zwiększającej się prędkości obrotowej silnika. Kolejny krok analizy PICL to odczyt chwilowej zmiany prędkości obrotowej silnika (podczas hamowania silnikiem) przez czujnik położenia i prędkości wału korbowego (ilustracja 2). Mówimy tu o zmianach na poziomie około ± 20 obr./min dla prędkości średniej wału np. 2000 obr./min. Dokładność współczesnych czujników aktywnych lub smart sensorów z powodzeniem pozwala na realizację tego typu pomiarów. Jeżeli więc testowemu impulsowi sterującemu 0,4 ms, dla którego zapisana wartość wydatku to 2 mg, odpowiada chwilowa zmiana prędkości wału, którą z kolei sterownik rozpoznaje jako wydatek 2,6 mg, to pojawia się tzw. drift, a więc odstępstwo, które musi zostać skorygowane (2 mg ≠ 2,6 mg). Sterownik wykonuje przedstawiony na ilustracji 3 cykl obliczeń, którego wynikiem jest określenie nowej charakterystyki czasów impulsów sterujących, gdzie wydatek 2 mg będzie realizowany już nie przez impuls 0,4 ms, ale przez nową nastawę 0,28 ms.

Oczywiście algorytm PICL nie jest realizowany natychmiast po zdjęciu nogi z pedału gazu. Fazy testów dla poszczególnych wtryskiwaczy odbywają się w ściśle określonych zakresach pracy silnika (różne ciśnienia w Common Rail, różne prędkości obrotowe zwalniającego silnika) (ilustracja 4). Ważne jest, że realizacja strategii PICL jest „niewidoczna” dla kierowcy. Co dobre dla kierowcy, nie zawsze jest przyjazne diagnoście. Podstawowy problem diagnostyczny z PICL to rozpoznanie, czy strategia jest realizowana i czy obserwowana anomalia pracy silnika może mieć z nią związek.

Niestety nawet fabryczne urządzenia diagnostyczne producentów pojazdów nie oferują pełnego monitorowania strategii. W niektórych układach wtryskowych dostępne są parametry informujące o stanie strategii (tzn. czy tzw. pętle wczytywania wtryskiwaczy są wykonywane) oraz o przebiegu, przy którym pozytywnie została wykonana ostatnia „pętla” wczytywania. Parametr ten pozwala określić, czy anomalia pracy silnika ma związek z PICL. Ale brak „pętli” może też oznaczać, że klient unika hamowania silnikiem i ma nawyk wciskania sprzęgła po każdorazowym zdjęciu nogi z pedału gazu. Jeżeli auto jest serwisowane w ASO, pozostaje możliwość zdalnej diagnostyki przez Platformę Wsparcia Technicznego, której oprzyrządowanie pozwala na odczyt nie tylko funkcjonowania strategii, ale również wartości obliczonych nowych nastaw. Otrzymanie takich danych bardzo ułatwia wytypowanie np. konkretnego wtryskiwacza, dla którego nastawa jest zbyt duża w stosunku do nastaw pozostałych wtrysków (ilustracja 5).

Dotykamy tu zagadnienia przekroczenia wartości dopuszczalnych strategii PICL. Jak każdy algorytm sterujący, tak i PICL ma swoje graniczne korekty. Jeżeli zostaną one przekroczone (np. nowa nastawa impulsu sterującego > 10 ms), sterownik sygnalizuje błąd, np. wspomniany na początku P1163 – błąd uczenia wtryskiwacza. Bardzo często towarzyszy temu np. podwyższenie wolnych obrotów do 1100–1200 obr./min (bo brak pilota, który jest wyłączony, nie pozwala na ich stabilizację) lub twarda praca silnika na zimno, która poprawia się po jego rozgrzaniu (brak pilota).

Jakie są „warsztatowe” metody diagnostyki PICL? Jedną z nich jest wykasowanie zapisanych w sterowniku kodów IMA, czyli kodów charakterystyki mechanicznej typu I3C. Ponowne wpisanie skasowanych uprzednio kodów IMA powoduje automatyczne wyzerowanie korekt PICL. Jeśli po tej operacji praca silnika poprawiła się, należy wykonać jazdę próbną z kilkunastoma fazami hamowania silnikiem. Jeśli po jeździe próbnej praca silnika jest prawidłowa, pozostaje skierować uwagę na elementy, które mogą zaburzać realizację strategii PICL.

Czy mowa tu tylko o układzie wtryskowym? Niestety nie. Oczywiście problem ze stabilnym pilotem może być wynikiem wady wtryskiwacza lub wady jego montażu. Jednak zaburzenie bardzo precyzyjnej przecież strategii PICL może być spowodowane np. wadą paska napędu osprzętu, którego nierównomierna sztywność wzdłużna będzie powodować drgania skrętne wału, a więc chwilowe zmiany prędkości szczytowej widziane przez PICL jako drift – odstępstwo od wartości zadanej (ilustracja 6). Podobnie uszkodzone podatne koło pasowe może spowodować błędną analizę prędkości obrotowej wału i na przykład niezamierzone zmniejszenie impulsu sterującego pilotem prowadzące do jego zaniku.