Diagnostyka i obsługa silników z bezpośrednim wtryskiem oleju napędowego cr typu bluehdi – problemy serwisowe

Rodzina francuskich silników z oznaczeniem HDI przez ostatnie lata stała się bardzo popularna, m.in. za sprawą zastosowania ich w wielu koncernach, nie tylko francuskich. W samochodach osobowych powszechnie stosowano jednostki napędowe 1.6 HDI oraz 2.0 HDI. Z uwagi na globalny plan wdrożenia norm emisji spalin, koncern francuski podobnie jak wszystkie inne koncerny samochodowe musiał odpowiedzieć technologią, która spełniłaby perspektywiczne, rygorystyczne wymogi homologacyjne. Francuską odpowiedzią stała się nowa generacja silników z oznaczeniem „BlueHDi”, o pojemnościach 1.5, 1.6, 2.0 oraz 2.2 [l].  

W silnikach o pojemności 1.5 i 1.6 BlueHDi zastosowano układ wtryskowy Common Rail firmy Bosch. Silnik 1.6 jest wyposażony w pompę CP4S1, pracującą z maksymalnym ciśnieniem 180 MPa i napędzaną paskiem rozrządu w sposób synchronizowany 1:1. Prawidłowe ustawienie pompy podczas montażu jest w tym przypadku kluczowe, z dwóch powodów. Po pierwsze pomaga to zmniejszyć pulsacje ciśnienia w szynie paliwowej synchronizując otwarcie wtryskiwaczy z suwem sprężania pompy. Po drugie zespół tłoczący pompy jest jednosekcyjny i posiada duży skok tłoka, dlatego przy dużym obciążeniu występują skoki naprężenia, które muszą być skompensowane innym obciążeniem (np.: układem rozrządu). Nakładanie się obciążeń paska powoduje jego przedwczesne zużycie, a w dalszej konsekwencji nawet jego zerwanie. Zasobnik wysokiego ciśnienia jest pozbawiony odpływu paliwa, a strategia regulacji ciśnienia z użyciem zaworu dozującego ZME (z jęz. niem.: Zumesseinheit) jest charakterystyczna jak dla pomp CP4S1 (bez sterowania dozownik ZME jest otwarty). W popularnych platformach informacyjnych można znaleźć schemat układu paliwowego, który przedstawiono na poniższym rysunku. 

Przy takiej konfiguracji, dla usterki otwartego obwodu elektrycznego na zaworze dozującym ZME niezbędne było zastosowanie blokady rozruchu oraz wyłączenie wtryskiwaczy. W silnikach 1.6 HDI poprzedniej generacji, wyposażonych w pompę typu CP1H występowało odwrócone działanie, tzn. w stanie bezprądowym zawór dozowania ZME był zamknięty, co skutkowało zmniejszeniem ciśnienia przy otwartym obwodzie zaworu ZME. Układ niskiego ciśnienia zasilany jest przez elektryczną pompę paliwa umieszczoną w zbiorniku, natomiast wartość 3,5 do 4,1 bar ciśnienia wstępnego regulowana jest przez zawór przelewowy umieszczony w pompie wysokiego ciśnienia. Pomiar ciśnienia wstępnego można wykonać testerem diagnostycznym, wykorzystując parametr czujnika, który jest zamontowany w obwodzie pomiędzy filtrem a pompą.

Nieco odmienną zasadę działania zastosowano w silnikach 1.5 BlueHDi, które są przygotowane pod przyszłe normy spalin, i w przyszłości mają zastąpić jednostkę 1.6. W tym silniku, w układzie paliwowym wykorzystano pompę wysokiego ciśnienia CP4S1 najnowszej generacji, z funkcją zwaną eSV (z jęz. niem.: elektrisches Saugventil). Podobne rozwiązanie spotkamy również w silnikach z koncernu VW oraz silnikach Renault. O ile układ niskiego ciśnienia nie różni się znacząco, to w układzie wysokiego ciśnienia wprowadzono istotne modyfikacje.  

Jak można zauważyć na rysunku 2, pompa eSV nie posiada typowego zaworu dozującego ZME, został on zastąpiony elektrycznym zaworem sekcji ssącej, umieszczonym w górnej części cylindra pompy. W przeciwieństwie do zaworu ZME, który dławił przepływ paliwa, zawór eSV jest mechanicznie otwarty i może być zamykany w dowolnej chwili przez sterownik silnika. Podczas suwu ssania napływa paliwo, a podczas suwu sprężania odpływa. Wysokie ciśnienie wytwarzane jest jedynie podczas zamykania eSV w końcowej fazie sprężania z tym, że kąt jego zamknięcia decyduje o wydatku pompy. To rozwiązanie rodzi konieczność precyzyjnego synchronizowania pompy względem układu rozrządu, a nieprawidłowy montaż spowoduje zbyt niski wydatek paliwa lub jego całkowity brak. Kolejna zmiana dotyczy szyny paliwowej, która w tym wykonaniu wyposażona jest w zawór odpływowy PLV (pressure limited Valve), umieszczony na jej końcu. Zawór PLV pełni tu rolę mechanicznego zabezpieczenia przed zbyt wysokim ciśnieniem.

Podczas testów tego układu paliwowego należy pamiętać, że potencjalna nieszczelność może występować nie tylko we wtryskiwaczach, ale również na zasobniku ciśnienia. W pierwszych wersjach silników 1.5 BlueHDi zastosowano wtryskiwacze z zaworem krawędziowym CRI2-20, które pracują przy maksymalnym ciśnieniu 2000 bar, natomiast w najnowszych rozwiązaniach zastosowano wtryskiwacze CRI2-22 pracujące przy ciśnieniu 2200 bar. Wtryskiwacze tego typu charakteryzują się wysoką odpornością na przecieki i dużą sprawnością hydrauliczną, dlatego ich przelewy podczas testów na biegu jałowym nie przekraczają wartości 5 ml/min. Pojawiające się ewentualne nieszczelności, wynikające z eksploatacji są rekompensowane przez wydatek pompy. Zaletą pompy typu eSV jest możliwość ustawienia dokładnego kąta sprężania przez sekcję tłoczącą, który jest regulowany i celowany w moment otwarcia wtryskiwacza. Sygnał zaworu eSV jest taktowany względem obrotów silnika a współczynnik wypełnienia decyduje o wydatku. Przy małych obciążeniach komputer może manipulować użyciem krzywki pompy, co pozwala na zmniejszenie pulsacji obciążeń paska rozrządu.

W silnikach 2.0 i 2.2 Blue HDI zastosowano układ paliwowy firmy Delphi Technologies. Układ ten zasilany jest z elektrycznej pompy paliwa, zabudowanej w module zbiornikowym oraz zintegrowanym zaworem regulacyjnym, utrzymującym ciśnienie w układzie na poziomie 4,5-5,5 bar. Podobnie jak w przypadku mniejszych silników, również tutaj w obwodzie niskiego ciśnienia za filtrem występuje czujnik ciśnienia i temperatury paliwa. W popularnych platformach informacyjnych możemy znaleźć schemat tego układu paliwowego (rysunek 5).  

Pozycja montażu czujnika temperatury paliwa jest uzasadniona tym, że w tym układzie paliwo podgrzewane jest przy użyciu grzałki elektrycznej, umieszczonej w filtrze paliwa. Układ wysokiego ciśnienia jest wyposażony w nadciśnieniowy zawór bezpieczeństwa PLV, którego zadaniem jest ograniczenie ciśnienia w szynie CR do wartości 2250 bar. Z uwagi na brak zaworu elektrycznego na zasobniku, redukcja ciśnienia z wysokiego na niskie odbywa się tutaj na zasadzie „trawienia ciśnienia przez wtryskiwacze” i jest to typowe dla układów firmy Delphi.

Pompa wysokiego ciśnienia produkcji Delphi Technologies również jest wykonana jako jednosekcyjna, a zmienny wydatek regulowany jest za pomocą zaworu dozującego, określonego w tym przypadku zaworem IMV (z jęz. ang.: Inlet Metering Valve). Elektrozawór odpowiada za wydatek pompy, dlatego jeżeli mamy usterkę polegającą na nieprawidłowej regulacji ciśnienia to w pierwszej kolejności możemy go wskazać jako potencjalną przyczynę. Na elektrozaworze znajduje się materiał filtrujący, dlatego po jego wyjęciu warto sprawdzić czy w układzie nie pojawiają się opiłki lub inne zanieczyszczenia. Po stwierdzeniu znacznej ilości opiłków, mamy do czynienia z poważną awarią pompy polegającą na zużyciu krzywki i rolki prowadzącej w pompie. W tym przypadku, cały układ paliwowy włącznie z zasobnikiem i wtryskiwaczami jest zanieczyszczony i musi zostać zweryfikowany oraz oczyszczony, a pompa wysokiego ciśnienia musi zostać wymieniona.     

W silnikach 2.0 i 2.2 BlueHDi pompa nie jest napędzana z paska rozrządu, lecz z przekładni napędowej (multiplikatora) napędzanej przez wałek rozrządu strony wydechowej. Zastosowana przekładnia zwiększa dwukrotnie prędkość obrotową sprawiając, że obroty pompy odpowiadają prędkości obrotowej silnika. Przełożenie jest ważne ze względu na synchronizację sprężania pompy z pracą wtryskiwaczy, co zostało już opisane wcześniej.  

W tym miejscu należy zwrócić uwagę na prawidłowe zamontowanie pompy, ponieważ gwałtowne skoki obciążenia nałożone na obciążenia wałków mogą uszkodzić moduł multiplikatora lub spowodować uszkodzenia paska rozrządu. Prawidłowe ustawienie pompy podczas jej montażu można osiągnąć jedynie poprzez zastosowanie się do odpowiedniej procedury montażu. Na kole zębatym pompy jest umieszczony znak w postaci kropki, która musi się pokryć ze znakiem na obudowie, co zostało przedstawione na rysunku nr 9. Podczas wkładania pompy silnik musi być ustawiony w położeniu dla montażu pompy, a nie w położeniu do montażu paska rozrządu. Ustawienie to można uzyskać po wyjęciu blokad rozrządu i przekręceniu silnika około 50° za GMP(TDC). Należy zwrócić uwagę na blokowanie koła wałka rozrządu, które posiada dwa otwory blokujące na 8mm i 6mm. Blokada 8mm służy do montażu paska natomiast blokada 6mm służy do montażu pompy wysokiego ciśnienia (rysunek 10). Zamontowanie pompy na blokadę 8mm jest częstą przyczyną przedwczesnego uszkodzenia paska rozrządu. Na rysunku 8 strzałką zaznaczono zaślepkę inspekcyjną. Jeżeli zaślepka występuje to znaczy, że w tej wersji występuje automatyczny sprężynowy system kompensacji luzu i przed samym wymontowaniem pompy należy ją odkręcić wsunąć tam trzpień blokujący.     

Z czego wynika przedstawiona procedura? Pompa DFP6.1 nie posiada blokady tak jak ma to miejsce w silnikach 1.5 i 1.6. Z tego powodu ustawienie jej na GMP (TDC) silnika wymagałoby ustawienia specyficznej pozycji, w której sprężyna zespołu tłoczącego napiera na krzywkę i obraca wałek pompy. Montaż pompy w tym przypadku byłby bardzo skomplikowany, w związku z tym konstruktorzy opracowali procedurę montażu w pozycji po GMP (TDC) silnika. 

 

Kolejnym ważnym elementem, na który należy zwrócić uwagę są wtryskiwacze. Podobnie jak w przypadku pompy wysokiego ciśnienia, podczas obsługi układu wtryskiwaczy należy pamiętać o pewnych szczegółach technicznych. Wymiana wtryskiwaczy wymaga specyficznej procedury odpowietrzania i uruchomienia. Po zamontowaniu wtryskiwaczy, przykręceniu przewodów wysokociśnieniowych oraz podłączeniu przelewów zaleca się ich odpowietrzenie poprzez wytworzenie ciśnienia w szynie paliwowej bez sterowania wtryskiwaczami. Można to uzyskać poprzez kilkukrotne zakręcenie rozrusznikiem na odłączonych złączach elektrycznych wtryskiwaczy. Przed tą czynnością warto kilkukrotnie uruchomić elektryczną pompę paliwa używając do tego celu testera diagnostycznego. Podczas pracy pompy elektrycznej wypływające paliwo z przelewu pompy wysokiego ciśnienia wytwarza w obwodzie powrotu wtryskiwaczy podciśnienie. Efekt ten jest bardzo pomocny przy odpowietrzaniu i charakterystyczny dla tego układu paliwowego, ponieważ producent od samego początku w obwodzie powrotu pompy i wtryskiwaczy stosuje dyszę Venturiego. W silnikach BlueHDi z układem Delphi znajduje się ona w króćcu powrotnym pompy wysokiego ciśnienia. Nieprawidłowe odpowietrzenie może spowodować zacięcie zaworków wtryskiwaczy, a w konsekwencji uniemożliwienie rozruchu silnika lub jego nierówną pracę. Sam montaż i odpowietrzenie to jeszcze nie koniec procedury, ponieważ dodatkowo należy przeprowadzić kodowanie wtryskiwaczy (20 znakowe kody), a następnie wykonać kalibrację podczas jazdy. Proces kalibracji odbywa się automatycznie i sterownik silnika wykonuje go samoczynnie po zakodowaniu wtryskiwaczy. W tym celu, po uruchomieniu silnika należy pozostawić go na biegu jałowym aż do rozgrzania, po czym wykonać jazdę próbną stosując tzw. „tryb hamowania silnikiem” Wartości adaptacyjne wyznaczane są przy różnych ciśnieniach, przykładowo 230, 400, 800, 1000, 1200, 1600 bar i konieczne jest spełnienie poniższych warunków:

• Temperatura silnika > 70°C  

• Temperatura paliwa > 0°C

• Pedał gazu nienaciśnięty 

• Profil hamowania silnikiem 

• Prędkość pojazdu > 50 km/h
• Autoadaptacja może być w pełni przeprowadzona po przejechaniu nawet 200-500 km.

 

Podsumowując, restrykcyjne normy ekologiczne wymuszają na producentach ciągłą modyfikację istniejących systemów sterowania. Idea i zasada działania popularnych silników Diesla ogólnie pozostaje taka sama, jednak konfiguracje systemów kolejnych generacji różnią się w szczegółach. Ciągła zmiana parametrów pracy, tj. np., ciśnienia wtrysku, liczby wtrysków realizowanych na suw pracy silnika, czy rozbudowa układów oczyszczania spalin wymagają zmian konstrukcyjnych, które mogą stanowić poważne wyzwanie dla warsztatów naprawczych. Brak znajomości specyfikacji, konkretnej konfiguracji jak i zależności poszczególnych elementów systemu może spowodować ogromne trudności diagnostyczne. 

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia związane z gamą silników serii BlueHDi, które w praktyce pomogą usprawnić warsztatom samochodowym proces obsługi, diagnozy i naprawy tych popularnych jednostek napędowych.