Проверка электрических параметров системы питания Common Rail

Проверка гидравлических параметров системы питания Common Rail требует частичного или полного демонтажа элементов системы, что приводит к значительным потерям времени для определения возникшей неисправности. Чтобы исключить разборочные работы для проверок системы питания Common Rail можно применять мотор-тестеры, например, мотор-тестер BOSCH FSA 740 – это полнофункциональная универсальная система для моторной и системной диагностики компонентов автомобиля на базе измерительного модуля FSA и системного тестера KTS.

FSA 740 регистрирует специфические сигналы, поступающие от автомобильных систем, и через USB-интерфейс передает их в ПК, работающий в операционной системе Windows. На ПК установлено системное программное обеспечение FSA для управления процессами и отображения данных измерений. FSA включает в себя следующие функции:

– идентификация автомобилей,

– установки,

– системный анализ автомобилей:

– проверочные шаги (проверка бензиновых и дизельных двигателей),

– URI (мультиметр),

– генератор сигналов (например, для проверки датчиков),

– тест компонентов (проверка компонентов автомобилей),

– запоминающее устройство проверочных кривых,

– универсальный осциллограф,

– осциллограф первичной цепи,

– осциллограф вторичной цепи.

Оценить данные измерений позволяет их сравнение с признанными в качестве эталонных кривыми, занесенными в запоминающее устройство.

FSA 740 в базовом исполнении (рис. 15.32) состоит из передвижной тележки с персональным компьютером, принтером, клавиатурой, мышью, измерительным модулем и дистанционным управлением. Кроме того, имеется возможность для расширения функций при установке на тележке газоанализатора BEA 050 (для бензиновых двигателей) и дымомера RTM 430 (для дизельных двигателей).

Включение/выключение FSA 740 осуществляется с помощью центрального выключателя на задней приборной стенке. Подключаем датчики к соответствующим гнездам измерительного модуля (рис. 15.33). Токовые цанги на 30 А и на 1000 А подключаются только в случае необходимости.

Вид стартового окна на экране после включения ПК представлен на рис. 15.34.

Работа с системным программным обеспечением FSA осуществляется с помощью клавиатуры ПК, мыши с USB-разъемом или дистанционного пульта, в том числе посредством функциональных клавиш и кнопок.

Основные функции мотор-тестера указаны на рис. 15.35. Остановимся непосредственно на функциях, связанных с проверкой работоспособности топливных форсунок.

Тест «Баланс мощности по цилиндрам».

Проверку эффективности работы топливных форсунок с помощью мотор-тестера, как правило, начинают с проведения теста «Баланс мощности по цилиндрам» (power balance) – специальный режим диагностирования, который служит для оценки вклада каждого цилиндра в работу двигателя и выявления неработающего цилиндра или цилиндра, работающего существенно хуже остальных. Принцип проведения теста заключается в последовательном отключении цилиндров при установившейся работе двигателя (как правило, примерно на 1000-1500 об/мин). Отключение форсунок производится мотор-тестером в режиме управления исполнительными устройствами (если электронный блок управления диагностируемого двигателя поддерживает выполнение этого теста) или в ручном режиме – через отключение разъемов форсунок. После каждого отключения ждут стабилизации оборотов и фиксируют установившиеся обороты, а также показания дымности. Чем больше снижение оборотов – тем больше вклад соответствующего цилиндра в работу двигателя. Анализ дымности по результатам проведения теста дает еще более полезную информацию: если после отключения цилиндра показания дымности существенно уменьшились – значит при отключении цилиндра мы устранили источник попадания несгоревшего топлива в выхлоп – и именно в этом цилиндре надо искать проблему.

Современные электронные системы впрыска топлива, такие как система индивидуальных ТНВД с электромагнитным клапаном (UPS), позволяют провести тест баланса по цилиндрам без их последовательного отключения. Данные электронные системы впрыска адаптируются к возникающей неисправности цилиндра и компенсируют недостаток его вклада в работу двигателя повышением топливоподачи к его форсунке. Величины, на которые ЭБУ приходится корректировать количество впрыскиваемого топлива, выводятся на экран мотор-тестера в режиме просмотра фактических параметров в виде баланса по цилиндрам. Чем больше величина коррекции, тем менее работоспособен цилиндр.

В общем случае тест «Баланс мощности по цилиндрам» и анализ величин топливных коррекций по цилиндрам достаточно надежно указывает на проблемный цилиндр, однако конкретизировать неисправность топливной форсунки с помощью него нельзя (неисправность может быть в системе топливоподачи или цилиндропоршневой группе). Поэтому самые точные данные об эффективности работы топливных форсунок мы можем получить, подключив к ним осциллограф.

Анализ осциллограммы пульсации давления топлива в трубопроводах высокого давления.

Для оценки эффективности работы механических форсунок с гидравлическим управлением подъема иглы по пульсации давления топлива в трубопроводах высокого давления используется клеммный пьезодатчик осциллографа (рис. 15.36), который при помощи пьезоэлектрического измерительного элемента преобразуют распространяющиеся по топливопроводу деформации в электрический сигнал.

Такой метод позволяет только оценивать характер изменения сигнала, но не производить абсолютное измерение давления впрыскивания. Любая аппаратура впрыскивания в исправном состоянии показывает типичную кривую давления в топливопроводе высокого давления, зависящего от параметров устройства. На кривую давления впрыскивания влияют тип распылителя, нагнетательный клапан и объем имеющегося в топливопроводе высокого давления топлива. На рис. 15.37 показана осциллограмма давления впрыскивания дизельного двигателя.

В начале подачи топлива в объеме плунжерной пары ТНВД возрастает давление. После открытия нагнетательного клапана волна давления движется от насоса к форсунке. Возникновение волны давления объясняется тем, что, вопреки общепринятому мнению, топливо при высоком давлении является сжимаемым. Чтобы сжать 1 см³ дизельного топлива на 1%, требуется давление около 100 бар, a для сжатия на 1% того же объема стали необходимо давление около 25 000 бар. Таким образом, самый податливый материал в системе впрыска – топливо, поступающее в контур высокого давления и ответственное за возникновение волн давления, которые движутся по топливопроводу со скоростью в диапазоне от 1350 до 1450 м/с.

Если давление перед иглой распылителя форсунки достигло давления открытия, игла поднимается под действием этого давления на ее конусный поясок, и начинается процесс впрыскивания топлива в камеру сгорания.

После окончания впрыскивания и посадки иглы в седло корпуса распылителя возникает кратковременное повышение давления – так называемый «запорный крюк». Величина повышения давления зависит от конструкции и степени закоксованности распылителя. Последующее резкое падение давления указывает на действие нагнетательного клапана. Если распылитель и нагнетательный клапан плотно закрыты, остающееся в топливопроводе давление образует волны, которые из-за трения в топливе медленно затухают. Характер распространения отраженных волн зависит от частоты вращения коленчатого вала, объема топлива в топливопроводе высокого давления и конструкции нагнетательного клапана.

Анализируя записанные осциллограммы пульсации давления в топливопроводах можно определить следующие параметры:

– характер изменения давления;

– величину повышения давления перед началом впрыскивания;

– давление начала и окончания впрыскивания;

– продолжительность впрыскивания;

– остаточное давление и амплитуду отраженных волн;

– наличие подвпрысков топлива.

Так как к осциллографу мотор-тестера BOSCH FSA760 одновременно можно подключить только один клеммный пьезодатчик, сигналы пульсаций давления нужно просматривать и записывать отдельно для каждого цилиндра. При формировании отчёта можно выбрать записи графиков разных цилиндров и свести их вместе для большей наглядности.

Такой метод позволяет, сравнивая пульсации давления с разных форсунок, оценить их состояние. Для сравнения и анализа осциллограмм давления впрыскивания, а также для определения причин некорректной работы форсунок необходимо воспользоваться таблицей поиска неисправностей (таблица 15.1).

Например, осциллограмма, представленная на рисунке 15.38, б, по сравнению с осциллограммой для исправной форсунки (рис. 15.38, а), имеет более плавную кривую подъема давления, низкую величину пикового давления и увеличенную продолжительность впрыскивания топлива. Согласно таблице 15.1, такие признаки характерны для топливной форсунки с низким давлением открытия и неплотной посадкой иглы распылителя в седло.

Если осциллограммы давления во всех топливопроводах идентичны, то можно даже при неизвестной эталонной кривой сделать заключение об исправности аппаратуры впрыскивания.

Анализ осциллограмм напряжения питания, напряжения и силы тока сигнала управления электромагнитным клапаном форсунки.

Подаваемый в нужный момент импульс от блока управления двигателя к форсунке запускает процесс впрыска. Продолжительность открытого состояния форсунки и системное давление определяются количеством впрыскиваемого топлива. Дополнительно топливо для каждого цикла горения может делиться на несколько порций (рис. 15.39).

Сравнивая осциллограммы, полученные при работе двигателя с эталонными, определяют неисправности впрыска топлива.

Для аккумуляторных систем впрыска Common Rail с электрогидравлическими форсунками нельзя провести анализ пульсаций давления с использованием клеммных пьезодатчиков. В этом случае при помощи осциллографа можно зафиксировать осциллограммы напряжения и силы тока сигнала управления электромагнитным клапаном форсунки.

В разъеме ЭГФ имеется два вывода. На один из выводов подается «+», а другой вывод управляющий, т.е. при замыкании его на «массу» электромагнитный клапан форсунки откроется.

Для снятия осциллограмм напряжения питания необходимо подключить канал осциллографа к питающему выводу форсунки. При включении зажигания напряжение питания на выводе форсунки будет равно напряжению в бортовой сети автомобиля. Если напряжения на питающем выводе форсунки не будет, то возможны несколько причин:

– нет контакта щупа осциллографа с выводом форсунки;

– ошибка при выборе канала осциллографа;

– обрыв подводящего провода;

– неисправность управляющего ключа в электронном блоке управления.

При работающем двигателе осциллограмма напряжения питания имеет довольно сложную форму, и ее анализ затруднителен (рис. 15.40), так как питающий вывод обмотки электромагнитного клапана каждой из форсунок подключен к общему проводу, и сигналы управления одной форсункой частично отражается на осциллограммах напряжений на питающих выводах других форсунок.

Более наглядной для анализа является осциллограмма напряжения сигнала управления электромагнитным клапаном форсунки. Для снятия осциллограмм напряжения сигнала управления необходимо подключить канал осциллографа к управляющему выводу форсунки. Однако электромагнитный клапан форсунки имеет индуктивность, из-за чего при отключении питания обмотка форсунки генерирует импульс самоиндукции величиной в несколько десятков вольт. Поэтому подключать осциллограф к форсунке нужно обязательно к входу с делителем напряжения 1:10.

Форма осциллограммы, снятой с управляющего вывода форсунки, зависит от алгоритма управления, заложенного в электронном блоке управления.

При включении зажигания напряжение на управляющем выводе форсунки будет равно напряжению питания, так как напряжение питания проходит через обмотку электромагнитного клапана форсунки и попадает на вход осциллографа. А сопротивление обмотки настолько мало, что осциллограф не в состоянии зафиксировать потери напряжения на ней.

Если же при включении зажигания напряжения на управляющем выводе форсунки не будет, то тут возможны несколько причин:

– нет контакта щупа осциллографа с выводом форсунки;

– обрыв обмотки электромагнитного клапана форсунки;

– ошибка при выборе канала осциллографа.

При включении форсунки ее управляющий вывод подключается к «массе». В этот момент напряжение на этом выводе уменьшается с напряжения бортовой сети до величины менее одного вольта (это величина падения напряжения на управляющем транзисторе электронного блока управления и питающих проводах, и, обычно, она составляет несколько десятых вольта) (рис. 15.41).

При выключении форсунки (при отключении ее управляющего вывода от «массы») на осциллограмме появляется всплеск напряжения самоиндукции, величиной в несколько десятков вольт. Если в обмотке электромагнитного клапана форсунки есть короткозамкнутые витки, то напряжение самоиндукции будет значительно снижено.

После достижения максимального значения напряжения самоиндукции (т.е. после наивысшей точки графика) напряжение плавно снижается. На осциллограмме видна нисходящая дуга. В нижней части этой дуги виден характерный «бугорок» 3. Он возникает в момент посадки запорной иглы форсунки в седло, т.е. это фактический момент закрытия форсунки.

В системе Common Rail впрыску основной дозы топлива предшествует короткий предварительный впрыск, способствующий снижению уровня шума сгорания, расхода топлива, уровня токсичности выхлопа. Фрагмент осциллограммы, относящийся к предварительному впрыскиванию малой дозы топлива (рис. 15.41, область 4 – 5), состоит из тех же фаз, что и фрагмент осциллограммы, относящийся к основному впрыскиванию топлива. Но так как продолжительность впрыскивания малой дозы существенно меньше продолжительности основного впрыскивания, фаза удержания иглы распылителя форсунки в открытом состоянии во время предвпрыска меньше, чем во время основного впрыскивания.

Если момент закрытия форсунки хорошо виден на осциллограмме напряжения, то момент ее открытия хорошо видно только на осциллограмме тока. Для вывода графика тока на экран осциллографа используются токовые клещи бесконтактного типа (рис. 15.42).

Блок управления двигателем контролирует именно величину тока, протекающего через обмотку клапана форсунки; напряжение же является только лишь средством, при помощи которого задаётся величина тока. И, как видно по приведённой выше иллюстрации, график тока, протекающего через обмотку клапана, является намного более наглядным в сравнении с осциллограммами напряжений. Кроме того, график тока отражает только те процессы, которые относятся к исследуемой форсунке (в данном случае на рисунке 0.0 график тока отражает процессы предвпрыска и основного впрыска), и не отражает процессов, относящихся к «соседним» форсункам.

Как известно, после подключения к источнику напряжения, ток в обмотке электромагнитного клапана нарастает не мгновенно, а постепенно. Для открытия электромагнитного клапана форсунки требуется обеспечить ток в обмотке клапана на уровне около 20 ампер. Исходя из требований к быстродействию, время, затрачиваемое на достижение этого значения тока, должно быть сведено к минимуму. Поэтому для увеличения скорости нарастания тока в цепи во время фазы открытия электромагнитного клапана форсунки на её обмотку подаётся напряжение порядка 100 вольт со специального бустерного конденсатора (рис. 15.43).

После того как ток в обмотке электромагнитного клапана форсунки достигает уровня около 20 ампер (рисунок 0.0, 2), обмотка отключается от бустерного конденсатора и подключается к аккумуляторной батарее. Но так как обмотка клапана форсунки низкоомна, несмотря на существенное снижение воздействующего на обмотку напряжения, ток в обмотке по-прежнему продолжает расти. Дальнейшее увеличение тока могло бы вызвать перегрев и повреждение обмотки, поэтому величина протекающего через обмотку тока ограничивается. Величина тока ограничивается на уровне около 20 ампер путём применения широтно-импульсной модуляции управляющего сигнала.

С целью снижения потерь электрической энергии, величина тока во время фазы удержания иглы распылителя форсунки в открытом состоянии снижается до уровня около 12 A (поз 4 рис. 15.43). В момент снижения величины тока высвобождается запасённая в магнитном поле катушки энергия. Эта энергия высвобождается в виде возникновения Электродвижущей Силы самоиндукции (ЭДС самоиндукции) на обмотке клапана. Возникающая в этот момент ЭДС самоиндукции используется для зарядки бустерного конденсатора (обмотка клапана при этом служит источником напряжения / тока).

В момент отключения обмотки клапана форсунки от источника напряжения ток резко обрывается (поз 5 рис. 15.43), за счёт чего на обмотке клапана возникает ЭДС самоиндукции, и эта высвобождающаяся энергия так же используется для зарядки бустерного конденсатора.

В момент прихода запорной иглы в верхнюю точку на графике тока виден характерный «провал» (поз. 1, рис. 15.44).

Если на осциллограммах напряжения и тока управляющего импульса видны только начало и конец управляющего импульса, а моменты открытия и закрытия иглы распылителя форсунки не прослеживаются, то можно сделать вывод о механической неисправности клапана данной форсунки.

Время открытия форсунки можно измерить по снятым осциллограммам при помощи измерительных маркеров (рисунок 0.0, 2-3). Время открытия форсунки может изменяться в очень широких пределах, и зависеть от температуры двигателя, режима его работы и типа системы управления двигателем. Время открытия форсунки (продолжительность впрыска) – очень важный параметр, с точки зрения гидравлических свойств распылителя. Сравнивая этот параметр с базовыми параметрами работы системы возможно определить степень износа и закоксованности распылителя форсунки.

Сравнительные осциллограммы напряжений питающих и управляющих сигналов, а также полученные при помощи токовых клещей бесконтактного типа графики протекающего в цепи тока позволяют анализировать величину и качество этих сигналов. При помощи анализа осциллограмм возможно определить следующие неисправности как электрических, так и механических частей форсунки:

– обрыв подводящего провода по отсутствию напряжения на питающем выводе форсунки;

– обрыв обмотки электромагнитного клапана форсунки по отсутствию напряжения на управляющем выводе форсунки;

– наличие короткозамкнутых витков обмотки электромагнитного клапана форсунки по снижению величины напряжения самоиндукции обмотки клапана;

– механическое заклинивание электромагнитного клапана форсунки по отсутствию на осциллограммах моментов открытия и закрытия иглы распылителя форсунки;

– снижение гидравлических свойств распылителя форсунки по увеличению времени предварительного и основного впрыскивания.

Таким образом, применение данного диагностического комплекса и описанных выше методов диагностирования с достаточной достоверностью позволяет судить о техническом состоянии топливных форсунок, без их снятия с двигателя, что существенно снижает трудоемкость диагностических работ.

Электроклапана проверяют на наличие обрывов и сопротивление обмоток. Датчики системы проверятся на выдаваемое напряжение.

Учитывая особые требования системы Common Rail к попаданию в нее загрязнений, что приводит к ее повреждению, существуют определенные требования к чистоте и технологии ТО и ремонта.

Заглушки в системах Common Rail одно­разовые и повторное их использование не допускается. Запрещено применять для очистки ве­тоши или обычной бумаги, так как они оставляют волокна, загряз­няющие топливную систему. Для очистки используются специальные одноразовые салфетки.

Любой снятый элемент систем впрыска после установки заглушек отверстия должен храниться в герметичном пластиковом пакете.

После отсоединения топливопроводов категорически запрещается использо­вать кисточки, растворители, приспособ­ления для очистки сжатым воздухом, ёршики, обычную ветошь.

Перед любым вмешательством в топ­ливную систему необходимо соблюдать следующие рекомендации.

После остановки двигателя выжидают не менее 30 секунд прежде чем выполнять любые действия на элементах топлив­ной системы, что обеспечивает сниже­ние давления до атмосферного.

Перед ослаблением соединений эле­ментов топливной системы, работаю­щей под высоким давлением или перед снятием топливной форсунки при по­мощи соответствующего растворителя (например, Sodimac) тщательно очищают область предполагаемой работы. Наносят растворитель при помощи кисточки на уровне соединений трубо­проводов и на форсунки на уровне их зажимов, при этом нельзя использовать сжа­тый воздух.

Сразу же после отсоединения топли­вопровода обязательно заглушают от­верстия, через которые могут попасть загрязнения.

При каждом снятии трубопровода возврата топлива от топливных форсу­нок его необходимо заменять на новый. Запрещается повторное использование уплотнение форсунок.

Запрещено разбирать топливный на­сос высокого давления и форсунки.

Для очистки форсунок запрещается применять металлические щетки, наждачную бумагу, ультразвуковую очистку. Для очистки распылителя форсунки используют обезжириватель и протирают его чистой салфеткой.

При обслуживании современной топливной аппаратуры крайне важно выполнять ее прокачку после разгерметизации (например, после замены топливного фильтра). Это связано с тем, что при попадании воздуха в насос, особенно под нагрузкой и при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя, кулачок может развернуться поперек плунжера. Это случается и при попытке выгнать воздух из системы с помощью длительной работы стартера. При развороте кулачка начинается быстрый и необратимый износ плунжерной пары с активным образованием металлической стружки, которая расходится по всей топливной системе.

В топливную магистраль после фильтра не должны попадать частицы размером более трех микрон. Поэтому при ремонте форсунок необходимо создать практически стерильные условия.