• Ze względu na skomplikowaną budowę wtryskiwaczy elektromagnetycznych wśród producentów można zaobserwować trend, który polega na stosowaniu hydraulicznego wzmocnienia ciśnienia wtrysku we wtryskiwaczach tego typu.
• Wtryskiwacze typu HADI wykorzystują specjalny tłok, który zwiększa ciśnienie do ponad 2500 barów, czyli do poziomu osiąganego przez wtryskiwacze piezoelektryczne. 
• Dzięki technologii piezoelektrycznej możliwe jest osiągnięcie ciśnienia wtrysku nawet na poziomie 3000 barów.

Powiązane firmy

Na porządku dziennym są silniki wyposażone w układ wtryskowy typu Common Rail, który pracuje z ciśnieniem roboczym na poziomie 1800 barów. Tak wysokie ciśnienie wtrysku niesie za sobą konieczność produkcji podzespołów układu wtryskowego z zachowaniem szczególnych wymogów wymiarowych i czystościowych.

Jeśli chodzi o pompę wysokociśnieniową, to jedyny problem, z jakim można się spotkać, polega na niewłaściwym doborze materiału oraz kształtu bieżni w sekcji tłoczącej skutkujący łuszczeniem się jej podczas pracy. Swego czasu był to dość powszechny przypadek w silnikach TDCi. W przypadku uszkodzenia pompy wysokiego ciśnienia (zacierania się rolek tłoczących na bieżni) powstają opiłki, które są transportowane z paliwem do listwy zasilającej i dalej do wtryskiwaczy. Następnie opiłki są transportowane przewodami zwrotnymi do zbiornika paliwa, co skutkuje całkowitym zanieczyszczeniem układu paliwowego.

Jedynym rozwiązaniem tego problemu jest wymiana pompy wysokiego ciśnienia oraz dokładne czyszczenie układu paliwowego, a nawet wymiana przewodów i zbiornika paliwa. Wtryskiwacze – nawet te ze starych silników Diesla – są wykonane z tak dużą precyzją, że już jeden dostający się do nich opiłek działa niszcząco. W przypadku zaobserwowania opiłków w paliwie dostarczanym do wtryskiwaczy wina leży praktycznie zawsze po stronie pompy. Przed nią bowiem zamontowany jest filtr paliwa, który wcześniej wyłapuje wszystkie nieczystości w nim zawarte.

Co naprawiać, a czego już nie?

Wtryskiwacze elektromagnetyczne w większości przypadków dają się naprawić przez wymianę uszkodzonych elementów. W przypadku wtryskiwaczy piezoelektrycznych producenci są zdania, że ich naprawiać się nie powinno. Wynika to właśnie z rygorów stawianych przez precyzję wykonania oraz wymaganą czystość montażu. Ich ewentualna naprawa musi się odbywać w warunkach najwyższej czystości.

>>>>>Urządzenia do kontroli wtryskiwaczy<<<<<

Ze względu na skomplikowaną budowę wtryskiwaczy elektromagnetycznych wśród producentów można zaobserwować trend, który polega na stosowaniu hydraulicznego wzmocnienia ciśnienia wtrysku we wtryskiwaczach tego typu.

W 2007 r. wprowadzono do produkcji czwartą generację układu Common Rail do samochodów ciężarowych. W Europie jest ona dostępna od 2011 r. Nowością było zastosowanie hydraulicznego układu wzmacniania ciśnienia we wtryskiwaczach (HADI – Hydraulically Amplified Diesel Injector – wtryskiwacz ze wzmocnieniem hydraulicznym).

W tym układzie pompa wtryskowa generuje mniejsze ciśnienie niż układy wtrysku trzeciej generacji. Najwyższe ciśnienie jest wytwarzane we wtryskiwaczu i wynosi od 2200 do 2500 barów. Proces tworzenia ciśnienia przebiega więc dwustopniowo – najpierw w pompie, a następnie we wtryskiwaczu.

Wtryskiwacze typu HADI wykorzystują specjalny tłok, który zwiększa ciśnienie do ponad 2500 barów, czyli do poziomu osiąganego przez wtryskiwacze piezoelektryczne. Ma to niebagatelne znaczenie, jeśli chodzi o żywotność pompy wysokiego ciśnienia oraz możliwość odchudzenia elementów układu zasilania.

Dla przykładu, w Mercedesie Actrosie pompa wysokiego ciśnienia CPN 5 dostarcza paliwo pod ciśnieniem 900–1000 barów. W zakresie niskich obciążeń czterostykowy (dwucewkowy) wtryskiwacz CRIN 4.2 pracuje z wykorzystaniem jednej cewki sterującej bez wzmocnienia ciśnienia wtrysku. Gdy wymagane jest wyższe ciśnienie wtrysku – na przykład przy dużym obciążeniu – wysterowana zostaje druga cewka, co skutkuje podniesieniem ciśnienia wtrysku do 2700 barów.

Wtryskiwacze piezoelektryczne

W systemach Common Rail pierwszej i drugiej generacji wtryskiwacze były sterowane elektromagnetycznie. Iglicę zaworu uruchamiała w nich jedno- lub dwuczęściowa zwora elektromagnesu zasilanego impulsami elektrycznymi formowanymi przez elektroniczny sterownik. W najnowszych generacjach układów wtryskowych Common Rail stosuje się wtryskiwacze piezoelektryczne, w których wykorzystywane jest zjawisko odkształcania się kryształów określonych materiałów pod wpływem przyłożonego do nich napięcia elektrycznego.

Wtryskiwacz elektromagnetyczny składa się z 3 głównych części:

• rozpylacza otworkowego,
• kulkowego zaworu otwieranego elektromagnesem i zamykanego sprężyną powrotną,
• wspomagającego otwieranie hydraulicznego układu, w którym funkcję płynu roboczego pełni olej napędowy.

Paliwo dopływa z wysokociśnieniowego zbiornika przez złącze wtryskiwacza do kanału rozpylacza i równocześnie przez dodatkowy dławik do hydraulicznej komory sterującej. Drugi dławik odpływowy łączy tę komorę z paliwowym przewodem powrotnym. Gdy elektromagnes unosi kulkę, odrywając ją od jej szczelnie dopasowanego gniazda, następuje udrożnienie kanału przelewowego. Skutkiem tego jest gwałtowny spadek ciśnienia w komorze sterującej, co powoduje hydrauliczne uniesienie iglicy zaworu głównego i wtrysk paliwa przez rozpylacz. W pracy wtryskiwacza wyróżnić więc można następujące fazy:

• zawór iglicowy zamknięty wysokim ciśnieniem paliwa,
• otwieranie zaworu (początek wtrysku),
• pełne otwarcie zaworu,
• zamykanie się zaworu (koniec wtrysku).

Mimo odmiennej konstrukcji wtryskiwacze piezoelektryczne działają w podobnych cyklach, tylko zmiany faz następują szybciej. Dla wszystkich zatem generacji wtryskiwaczy Common Rail badanie ich funkcjonowania sprowadza się do oscyloskopowej kontroli przebiegów elektrycznych inicjujących poszczególne fazy pracy.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Inne

Diagnostyka pompowtrysku

Diagnostyka i naprawa układów zasilania z pompowtryskiwaczami może stanowić nie lada problem zarówno dla niezależnego warsztatu, jak i autoryzowanego serwisu. Z uwagi na znaczny stopień ich skomplikowania proces poszukiwania usterek w obrębie systemu powinien uwzględniać wiele czynników.

Naprawy

Dlaczego wtryskiwacze Common Rail ulegają zużyciu?

Dzisiejszy wtryskiwacz Common Rail może wykonywać wielokrotne wtryski paliwa podczas jednego cyklu spalania i wtryskiwać je do komory spalania przy znacznie wyższych ciśnieniach – nawet do ponad 2500 barów. Wszystko to możliwe jest dzięki bardzo małym tolerancjom wykonania na poziomie 1 mikrometra. Chociaż przynosi to znaczne korzyści, np. niższą emisję spalin, większą oszczędność paliwa i lepsze odczucia za kierownicą, równocześnie takie wtryskiwacze są znacznie bardziej podatne na zużycie.

Silnik i układ napędowy

Co i kiedy sprawdzać we wtryskiwaczach

Uszkodzenie wtryskiwacza nie jest łatwe do zdiagnozowania. Kiedy więc klient trafia do warsztatu? Najczęściej wtedy, gdy na desce rozdzielczej jego auta stale świeci kontrolka „check engine”.

• 1
• 2
• 3

Warto wiedzieć

Zjawisko piezoelektryczne odwrotne

Polega na zmianie wymiarów materiału pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Odkształcenie powstaje na skutek rozsunięcia jonów pod wpływem sił elektrostatycznych i jest proporcjonalne do przyłożonego pola. Dla właściwości elementu wykonanego z piezoelektryka duże znaczenie ma sposób, w jaki wycięto go z kryształu, a ściślej orientacja wyciętej płytki względem osi krystalograficznych (X, Y, Z). Na rysunku przedstawiono fragment kryształu kwarcu oraz wyciętą z niego płytkę o tzw. cięciu X. Od rodzaju cięcia zależą również właściwości temperaturowe otrzymanego elementu, ma więc ono duże znaczenie praktyczne, a w technice używa się płytek o różnych orientacjach krystalograficznych, w zależności od wymaganych parametrów. Stosuje się też elementy klejone z płytek o różnych orientacjach krystalograficznych oraz tzw. bimorfy, czyli elementy składające się z dwóch różnych rodzajów kryształów o różnych właściwościach. Dla kierunku i wielkości ładunku powstałego na piezoelektrycznej płytce znaczenie ma kierunek i wartość naprężenia oraz orientacja krystalograficzna (rodzaj cięcia kryształu). Jeżeli wykonaną z kwarcu płytkę o cięciu X podda się ściskaniu lub rozciąganiu wzdłuż krystalograficznej osi X, pojawi się ładunek na powierzchniach prostopadłych do kierunku działania siły. Jeżeli siły działają w kierunku krystalograficznej osi Y, ładunki pojawiają się na płaszczyznach równoległych do naprężenia.

Kryształy piezoelektryczne

Piezoelektryki lub materiały piezoelektryczne to kryształy, w których obserwowane jest zjawisko piezoelektryczne. Polega ono na pojawieniu się pod wpływem naprężeń mechanicznych ładunków elektrycznych na ich powierzchni. Piezoelektryki przejawiają również odwrotne zjawisko piezoelektryczne, polegające na zmianie wymiarów kryształu pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Takie zjawisko wykorzystywane jest między innymi we wtryskiwaczach piezoelektrycznych i bywa błędnie nazywane elektrostrykcją.

Kryształy piezoelektryczne charakteryzują się tym, że mają wiązania jonowe, a ich komórka elementarna nie ma środka symetrii. Pod wpływem naprężenia w takich kryształach dochodzi do różnego przesunięcia „środków ciężkości” ładunku dodatniego i ujemnego, co powoduje polaryzację elektryczną kryształu. Pojawiający się na krawędziach kryształu ładunek elektryczny jest proporcjonalny do odkształcenia. Piezoelektryki charakteryzują się też odwrotnym zjawiskiem, które polega na tym, że po przyłożeniu do nich potencjału elektrycznego zmieniają swój kształt. Zjawisko to okazało się podstawą do zastosowania elementów piezoelektrycznych we wtryskiwaczach. Pakiety piezoelektryczne wykorzystywane są jako elementy wykonawcze. Zastępują one cewki elektromagnetyczne, dzięki czemu wtryskiwacz wykazuje się szybszą reakcją na sygnały sterujące oraz precyzyjniejsze staje się jego sterowanie.

Pompy wtryskowe

Pompy w trakcie eksploatacji ulegają zużyciu. Szczególnie niekorzystne dla pomp jest stosowanie paliwa zawierającego zabrudzenia, ponieważ może to doprowadzić do uszkodzenia mechanicznego pompy. Diagnostyka jest realizowana na stołach probierczych. Określenie parametrów pompy w trakcie testu na stole umożliwia ocenę, jakie elementy są zużyte i muszą ulec wymianie. Minimalne ciśnienie pozwalające na rozruch silnika generowane przez pompę wysokiego ciśnienia to ok. 180 barów, w nowych samochodach ciśnienie to wynosi już ok. 250 barów.

Jeżeli ciśnienie jest wystarczająco wysokie, a sterownik generuje błąd dotyczący zbyt niskiego ciśnienia, przyczyna leży poza układem paliwowym. W takim przypadku należy sprawdzić ciśnienie i wydatek pompy paliwa. Poprawny wynik jest różny dla różnych pomp i układów wtryskowych.

Aby przystąpić do kontroli, najpierw trzeba się zaopatrzyć w specyfikację techniczną danej pompy i modelu samochodu. Jeśli wartości nominalne nie zostaną osiągnięte, należy sprawdzić drożność przewodów paliwowych i filtra paliwa. Po sprawdzeniu drożności pompy paliwa należy sprawdzić samą pompę. Test ten można wykonać, mierząc podciśnienie generowane przez pompę. Jeśli wartość będzie zerowa, oznacza to, że w niej leży problem, ponieważ jest nieszczelna.

Kolejnym krokiem w diagnozie jest sprawdzenie zaworów oraz czujników ciśnienia na szynie zasilającej. Dość częstym przypadkiem błędu mówiącego o niskim ciśnieniu jest uszkodzenie czujnika albo jego nieprzypisanie po wymianie. W takim przypadku sterownik nie wie, że w układzie zainstalowany jest nowy czujnik lub zawór i przyjmuje wartości zastępcze. Po dokonaniu jakiejkolwiek naprawy konieczne jest sprawdzenie, czy pompa i wtryskiwacze działają w prawidłowy sposób. Do tego konieczne jest sprawdzenie wartości sterowania zaworem na szynie zasilającej oraz wartości ciśnienia wskazywanych przez czujnik.

Opracowano na podstawie informacji dostarczonych przez firmę Robert Bosch.