Diagnostyka układów zasilania silników

1. Moduł 3
Diagnostyka układów zasilania silników z ZI i z ZS
pojazdów samochodowych
1. Wymagania dotyczące norm czystości spalin
2. Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS
3. Diagnostyka mechanicznego układu sterowania silnika
4. Diagnostyka czujników

2. 5. Diagnozowanie silników z ZS sterowane elektronicznie (np. w układ zasobnikowy)
1. Wymagania dotyczące norm czystości spalin
W silnikach pojazdów samochodowych stosuje się silniki spalinowe. Przetwarzają one energię
zawartą w paliwie na pracę mechaniczną. Pierwszym etapem tej pracy jest przygotowanie i
spalenie mieszanki paliwowo – powietrznej. Paliwem jest najczęściej mieszanka
węglowodorów: dla silników z zapłonem iskrowym – benzyna, dla silników z zapłonem
samoczynnym – olej napędowy.
Idealne warunki spalania pozwalają na otrzymanie w wyniku procesu spalania energii, wody i
dwutlenku węgla. W rzeczywistych warunkach, gdzie istnieją ograniczenia typu: ograniczony
czas przebiegu procesu, niejednorodność składu mieszanki itp. mieszanka paliwowo –
powietrzna ulega spalaniu niezupełnemu lub niecałkowitemu.
Podczas spalania niezupełnego w spalinach pozostaje jeszcze pewna część gazów palnych (np.
tlenek węgla) – jest to proces charakterystyczny dla silników z zapłonem iskrowym.
Spalanie niecałkowite natomiast występuje głównie w silnikach z zapłonem samoczynnym i w
spalinach można zauważyć cząstki palne (sadza), czyli część węgla nie zostaje spalona.
Związane jest to głównie z gorszymi warunkami wytworzenia mieszanki palnej oraz krótszym
okresem spalania mieszanki.
W przypadku silników spalinowych wprowadzone zostało pojęcie współczynnik nadmiaru
powietrza. Ma on charakteryzować iloraz rzeczywistej ilości powietrza zawartego w spalanej
mieszance (L), do teoretycznej ilości powietrza niezbędnej do spalania całkowitego i
zupełnego paliwa zawartego w mieszance palnej (Lt). Z matematycznego punktu
przedstawiamy tą zależność następującym wzorem:
λ=
L
Lt
Gdzie:
– współczynnik nadmiaru powietrza,λ
L – rzeczywista ilość powietrza zawartego w spalanej mieszance,
Lt – teoretyczna ilość powietrza niezbędna do spalania całkowitego i zupełnego paliwa
zawartego w mieszance palnej
Współczynnik ten nie ma miana (jest bezwymiarowy).
Jeżeli jego wartość jest mniejsza od jedności, to mieszankę nazywamy bogatą (występuje
nadmiar paliwa lub niedobór powietrza). W przypadku, gdy wartość tego współczynnika jest
większa od jedności, to mieszankę taką nazywamy ubogą (w mieszance jest zbyt mało paliwa,
lub zbyt dużo powietrza).
2

3. Szczególnym przypadkiem jest, gdy wartość tego współczynnika jest równa jeden, wówczas
mieszankę taką nazywamy stechiometryczną, niekiedy nazywaną również idealną.
Silniki z zapłonem iskrowym pracują na ogół na mieszankach, dla których wartość tego
współczynnika mieści się w granicach 0,4 ÷ 1,4. Natomiast silniki z zapłonem samoczynnym
pracują na mieszankach ubogich, tj. wartość współczynnika wynosi 1,15 ÷ 1,7. W silnikach
doładowanych osiąga wartość nawet powyżej 2.
Jak zostało wcześniej wspomniane proces spalania paliwa (inaczej nazywany utlenieniem)
przebiega w silniku w ograniczonych warunkach. Również paliwo nie jest czystym pod
względem chemicznym węglem. Z tego względu spaliny to nie tylko dwutlenek węgla i woda,
ale wiele innych składników. Składniki spalin najogólniej możemy podzielić na:
a) nietoksyczne:
• tlen O2,
• dwutlenek węgla CO2,
• woda (najczęściej w postaci pary wodnej) H2O,
• azot N2.
b) toksyczne:
• tlenek węgla CO,
• węglowodory HC
• tlenki azotu NOx,
• tlenki siarki SO2, SO3,
• sadza C (nazywana również cząstką stałą spalin),
• związki ołowiu Pb.
W celu eliminowania zanieczyszczenia środowiska naturalnego, zwłaszcza toksycznymi
składnikami spalin, zostały ustanowione normy dopuszczalne dla składników spalin.
W krajach europejskich normy takie nazywa się EURO, przy czym po tym wyrażeniu
występuje cyfra rzymska określająca kolejną wersję normy. W tabeli 3.1. przedstawione
zostały główne dopuszczalne normy emisji toksycznych składników spalin dla silników z
zapłonem iskrowym, natomiast w tabeli 3.2. dla silników z zapłonem samoczynnym.
Tabela 3.1. Przykładowe dopuszczalne zawartości szkodliwych składników spalin silników z
zapłonem iskrowym.
Nazwa normy Składnik spalin
CO [g/km] HC [g/km] NOx [g/km]
EURO III –
obowiązuje od 2000
roku
2,30 0,2 0,15
EURO IV –
obowiązuje od 2005
roku
1,0 0,1 0,08
Źródło: Tabela – opracowanie własne, na podstawie:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Europejski_standard_emisji_spalin
3

4. Tabela 3.2. Przykładowe dopuszczalne zawartości szkodliwych składników spalin silników z
zapłonem samoczynnym
Nazwa normy Składnik spalin
CO [g/km] HC + NOx
[g/km]
NOx [g/km] Cząstki stałe PM
EURO III –
obowiązuje od
2000 roku
0,64 0,56 0,5 0,05
EURO IV –
obowiązuje od
2005 roku
0,5 0,3 0,25 0,25
Źródło: Tabela – opracowanie własne, na podstawie:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Europejski_standard_emisji_spalin
W celu dokonania pomiarów zawartości składników spalin podczas badania technicznego
pojazdu stosuje się urządzenia zwane analizatorami spalin. W celu bieżącej kontroli spalanej
mieszanki paliwowo – powietrznej, a ściśle mówiąc produktów spalania – tlenu pozostałego w
stosuje się czujnik(lub kilka czujników) zwany sondą lambda ( ). Informacja dotyczącaλ
aktualnie dostarczanej mieszanki jest przekazywana do komputera sterującego pracą silnika,
którego zadaniem jest takie sterowanie parametrami spalanej mieszanki, aby uzyskiwać
możliwie optymalne parametry pracy silnika, przy jednocześnie zachowanej dopuszczalnej
emisji składników szkodliwych z silnika.
4

5. 2. Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS
Diagnostyka układu sterowania silnika zostanie omówiona na podstawie sterowania
elektronicznego silnika z zapłonem iskrowym, z pośrednim, wielopunktowym wtryskiem
paliwa. Układ taki przedstawiony został na rysunku 3.1.
Rys. 3.1. Schemat układu wtryskowego benzyny sterowanego elektronicznie[4]: 1 – filtr
paliwa z węglem aktywnym, 2 – elektromagnetyczny zawór recyrkulacji spalin, 3 – wentylator
dotłaczania powietrza, 4 – zawór regeneracyjny filtra z węglem aktywnym, 5 – zawór
odprowadzania par paliwa do spalenia w silniku, 6 – czujnik ciśnienia powietrza w kolektorze
dolotowym, 7 – regulator ciśnienia paliwa, 8 – cewka zapłonowa, 9 – czujnik położenia wałka
rozrządu, 10 – przepływomierz powietrza, 11 – wtryskiwacz paliwa, 12 – zawór
elektromagnetyczny dotłaczanego powietrza, 13 – czujnik położenia przepustnicy, 14 – zawór
powietrza dodatkowego, 15 – czujnik temperatury zasysanego powietrza, 16 – filtr paliwa, 17
– czujnik spalania stukowego, 18 – czujnik temperatury cieczy chłodzącej, 19 – elektroniczny
sterownik silnika, 20 – pneumatyczny zawór recyrkulacji spalin, 21 – czujnik położenia i
prędkości obrotowej wału korbowego, 22 – czujnik tlenu w spalinach przed reaktorem
katalitycznym, 23 – transmisja danych do innych sterowników i do celów diagnostycznych, 24
– czujnik ciśnienia par paliwa w zbiorniku, 25 – czujnik tlenu w spalinach za reaktorem
katalitycznym, 26 – lampka kontrolna MIL, 27 – elektryczna pompa paliwa, 28 – czujnik
opóźnienia pojazdu.
5

6. W układzie wtryskowym sterowanym elektronicznie wyróżniamy trzy główne obwody:
• Obwód zasilania paliwem;
• Obwód zasilania powietrzem;
• Obwód sterowania elektronicznego.
Zadaniem obwodu zasilania paliwem jest dostarczenie określonej ilości paliwa w
odpowiednim momencie do wtryskiwaczy. Ciśnienie paliwa wytwarza elektryczna pompa
paliwa, pobierając je z zbiornika paliwa. Paliwo to musi być wstępnie przefiltrowane, w celu
zabezpieczenia pompy przed uszkodzeniem przez cząstki znajdujące się w paliwie.
Z pompy paliwo jest tłoczone przewodami do filtra paliwa, a następnie do zasobnika paliwa. Z
zasobnika jest ono pobierane przez wtryskiwacze i podawane do kolektora dolotowego, gdzie
miesza się z doprowadzonym powietrzem. Tak powstałą mieszanka po otwarciu zaworu
dolotowego trafia do cylindra, gdzie jest spalana. W celu utrzymania ciśnienia paliwa na
możliwie stałym poziomie w układzie stosuje się regulator ciśnienia paliwa. Umożliwia on w
zależności od rodzaju układu na utrzymanie ciśnienia na poziomie 0,3 ÷ 0,45 MPa. Jak
wspomniano wcześniej paliwo jest wtryskiwane do kolektora dolotowego poprzez
wtryskiwacze paliwa. Wielkość dawki paliwa jest ustalana w komputerze sterującym zwanym
inaczej jednostką sterującą, na podstawie wielu parametrów np.: prędkość obrotowa silnika,
temperatura pracy, wychylenie przepustnicy itp. Ustalany jest czas otwarcia wtryskiwacza,
przy którym przez otwartą dyszę paliwo trafia do kolektora dolotowego w pobliże zaworów
dolotowych, tak aby mieszanka paliwowo­powietrzna trafiała w całości i jak najszybciej do
cylindrów. Wtryskiwacze [1] są szybkimi i dokładnymi zaworami, otwierającymi przepływ
paliwa na założony czas, rzędu milisekund, i zespolonymi z odpowiednią dyszą, rozpylającą
wypływające pod ciśnieniem paliwo, w celu jak najszybszego odparowania i wymieszania z
powietrzem w układzie dolotowym lub w cylindrze. Obecnie powszechnie używane
wtryskiwacze to zawory sterowane elektromagnetycznie z iglicą ułożoną podłużnie względem
dyszy i kanału paliwa.
Zadaniem obwodu zasilania powietrzem jest przede wszystkim dostarczenie do cylindrów
powietrza niezbędnego do spalania paliwa. Z punktu widzenia sterowania pracą silnika
najważniejszy dla komputera sterującego jest pomiar ilości dostarczanego paliwa. Określanie
ilości ładunku może być określone poprzez bezpośredni pomiar ilości powietrza
(przepływomierz powietrza) lub w sposób pośredni – pomiar ciśnienia powietrza w kolektorze
dolotowym. Sygnały uzyskane z powyższych czujników są przetwarzane w komputerze
sterującym, a wraz z sygnałem określającym prędkość obrotową silnika służą do określenia
podstawowej dawki wtryskiwanego paliwa, realizowanej przez odpowiedni czas otwarcia
wtryskiwacza.
Obwód sterowania elektronicznego odpowiedzialny jest za sterowanie i regulację pracą silnika
w zależności od zadanych warunków pracy. Układ taki składa się z wielu elementów, których
wzajemne powiązania i funkcje przedstawia rys. 3.2.
6

7. Rys. 3.2. Elementy elektronicznego systemu sterowania pracą silnika Bosch Motronic [4]
Głównym elementem jest komputer (sterownik), który na podstawie sygnałów uzyskanych z
poszczególnych czujników rozpoznaje obecny stan pracy silnika i umożliwia sterowanie pracą
elementów wykonawczych, zgodnie z zadanymi warunkami pracy, np. przyspieszanie,
hamowanie silnikiem itp.
Komputer uzyskuje informacje z następujących czujników:
7

8. 1) Czujnik położenia wału korbowego[1] – przekazuje informacje o obrotach i fazie
pracy poszczególnych cylindrów, synchronizuje pracę układu sterowania z mechaniką
silnika i jego stanem pracy (np. obroty jałowe, maksymalne);
2) Czujnik przepływu powietrza dolotowego (czasem w formie czujnika ciśnienia) [1] –
daje informację o ilości powietrza zasysanego przez silnik w jednostce czasu;
3) Czujnik lub czujniki zawartości tlenu w spalinach (sondy lambda) [1] – daje
informację o rzeczywistej stechiometrii spalania w silniku (mieszanka uboga, bogata) i
pozwala utrzymać optymalny skład mieszanki i spalin w danym momencie pracy
silnika;
4) Czujnik położenia przepustnicy (lub przepustnicy elektronicznej, bez mechanicznego
połączenia z pedałem gazu) – informuje o aktualnym kącie otwarcia przepustnicy;
5) Czujnik położenia pedału hamulca – przekazuje informację o stanie pracy pojazdu.
Komputer sterujący może również uzyskiwać informacje z dodatkowych czujników, np.:
położenia wałka rozrządu, temperatury silnika, temperatury powietrza dolotowego, spalania
stukowego itp., co jest związane z taką regulacją składu mieszanki, aby uzyskiwać żądaną
moc silnika przy zachowaniu optymalnej, nie przekraczającej wartości dopuszczalnych, emisji
spalin.
W przypadku silnika z zapłonem samoczynnym, w którym zastosowano sterowanie
elektroniczne jego budowa i zasada działania zbliżona jest do układu sterowania
elektronicznego silnika z zapłonem iskrowym.
Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnika z ZI i z ZS sprowadza się w głównej
mierze do sprawdzenia poprawności działania, a nieprawidłowości w działaniu układu są na
bieżąco przekazywane kierowcy w postaci lampki sygnalizacyjnej „CHECK ENGINE” –
pierwsze układy diagnostyki OBD (On­Board Diagnostics )(rys. 3.3.), lub lampki „MIL”
(MalfunctionIdicator Lamp) obecnie stosowane systemy diagnostyczne standardu OBD
II/EOBD. Taka samodiagnoza układu pozwala na bieżącym wyeliminowanie usterki lub
dzięki użyciu specjalistycznego testera diagnostycznego określeniu dokładnie elementu, który
uległ uszkodzeniu lub który podaje nieprawidłowy wynik pomiaru do jednostki sterującej.
Rys. 3.3. Lampka „CHECK ENGINE” [2]
Mechanik, aby dokonać pełnej diagnozy pojawiającej się usterki musi połączyć się z
komputerem sterującym poprzez złącze diagnostyczne (rys. 3.4).
8

9. Rys. 3.4. Złącze diagnostyczne [2]
Po skomunikowaniu się testera diagnostycznego z komputerem sterującym możliwe jest
odczytanie kodów błędów – w standardzie OBD za pomocą błyśnięć lampki CHECK
ENGINE, natomiast w standardzie OBD II/EOBD poprzez odczytanie symbolu kodu błędu.
Symbol taki przekazuje informacje w postaci zaszyfrowanej, którą można odczytać
posługując się tabelą kodów błędów. Przykładowo: symbol P0217 informuje o „Stanie
nadmiernej temperatury silnika. Oprócz litery P (oznaczającej usterkę w układzie napędowym
– silniku bądź układzie przeniesienia napędu) można spotkać również oznaczenia:
• B – usterka w nadwoziu,
• C – usterka w podwoziu,
• U – usterka w sieci wymiany danych (układzie komunikacyjnym).
Po odczytaniu kodu błędu mechanik jest w stanie odszukać uszkodzony element. Może go
następnie wymontować i poddać dalszej diagnostyce oraz naprawie lub wymienić na nowy. Po
usunięciu usterki w takim elemencie i zamontowaniu go ponownie w układzie należy z
pamięci sterownika wykasować informację o błędzie. Służy do tego odpowiednia funkcja
testera diagnostycznego.
Więcej informacji na temat diagnostyki standardu OBD2 / EOBD i znaczenia poszczególnych
kodów błędów znajdziecie pod adresem następujących stron:
http://www.automex.pl/techinfo/obd/obdbasic.php
http://motoryzacja.kustosz.net/motoporady/kody­bledow­obdii/
Podana powyżej metoda diagnostyki układu sterowania dotyczy głównie uszkodzeń
elementów, które są połączone z komputerem sterującym. Możliwe jest, iż pojawia się kod
błędu np. wskazujący uszkodzenie czujnika mimo, iż czujnik ten jest sprawny, a awarii uległ
element z nim współpracujący lecz nie połączony z komputerem. Przykładem może być
poluzowanie czujnika prędkości obrotowej silnika – komputer sterujący będzie otrzymywał
błędne informacje dotyczące prędkości obrotowej wału korbowego na skutek niewłaściwych
warunków pracy czujnika. W związku z tym zawsze należy również przeprowadzać ocenę
organoleptyczną elementów celem wyeliminowania uszkodzeń natury zewnętrznej, np.
pęknięcia przewodu, otarcia izolacji itp.
9

10. 3. Diagnostyka mechanicznego układu sterowania silnika
Mechaniczne sterowanie silnika omówione zostanie na przykładzie silnika z zapłonem
samoczynnym, z rzędową pompą wtryskową.
Podobnie jak w układach sterowanych elektronicznie również i w układzie sterowania silnika
o zapłonie samoczynnym wyróżnia się trzy zasadnicze obwody:
• Obwód paliwa o niskim ciśnieniu;
• Obwód paliwa o wysokim ciśnieniu;
• Obwód regulacji.
Budowa układu zasilania z rzędową pompą wtryskową przedstawiona jest na rys. 3.5.
Rys. 3.5. Budowa układu zasilania ZS [4]: 1 – zbiornik paliwa, 2 – pompa zasilająca, 3 – filtr
paliwa, 4 – zawór przelewowy, 5 – rzędowa pompa wtryskowa, 6 – regulator prędkości
obrotowej, 7 – przestawiacz wtrysku, 8 – wtryskiwacz.
Obwód paliwa o niskim ciśnieniu odpowiedzialny jest za dostarczenie paliwa ze zbiornika do
pompy wtryskowej. Możliwe jest to dzięki zastosowaniu pompy zasilającej, która zasysa
paliwo ze zbiornika i przez przewody paliwowe podaje je pod zwiększonym ciśnieniem do
pompy wtryskowej. Paliwo zanim trafi do pompy wtryskowej jest dokładnie filtrowane,
ponieważ elementy tłoczące pompy wtryskowej są bardzo dokładnie do siebie dopasowane.
Pompa zasilająca jest integralną częścią pompy wtryskowej, jest również od niej napędzana
poprzez mechanizm krzywkowy.
10

11. W obwodzie paliwa o wysokim ciśnieniu dostarczone paliwo przez pompę zasilającą jest
przetłaczane przez sekcję tłoczącą, dzięki czemu zwiększa się jego ciśnienie i odmierzana jest
jego odpowiednia ilość. W rzędowej pompie wtryskowej jest tyle sekcji tłoczących ile
cylindrów w silniku, inaczej mówiąc każdy cylinder jest zasilany z osobnej sekcji tłoczącej
pompy wtryskowej. Podstawowymi elementami sekcji tłoczącej są tłoczek i cylinderek.
Tłoczek w górnej swojej części ma krawędzie sterujące, którymi reguluje się wielkość dawki
paliwa oraz przebieg zmian ciśnienia paliwa dostarczanego do wtryskiwacza. W cylinderku
natomiast wykonane są dwa otwory przelewowe – jednym paliwo napływa do cylinderka,
drugim natomiast wytłaczany jest jego nadmiar po zakończeniu tłoczenia. Aby doszło do
zwiększenia ciśnienia dostarczonego paliwa tłoczek musi najpierw odsłonić otwór zasilający –
ruch w dół powoduje sprężyna, która odpycha tłoczek. Natomiast ruch w górę tłoczka
wywołuje obrót wałka z krzywką. Podczas ruchu w górę tłoczka ciśnienie paliwa wzrasta i
jest przetłaczane do przewodu wtryskowego zakończonego wtryskiwaczem. Po przekroczeniu
ciśnienia, zwanego ciśnieniem początku wtrysku, iglica wtryskiwacza unosi się i paliwo
będące pod znacznym ciśnieniem jest wtryskiwane bezpośrednio do cylindra. Proces tłoczenia
trwa do chwili, gdy górna krawędź tłoczka nie odsłoni drugiego kanału przelewowego.
Wówczas następuje gwałtowny spadek ciśnienia paliwa, a iglica wtryskiwacza jest gwałtownie
odepchnięta powodując zamknięcie drogi wypływu paliwa przez wtryskiwacz. Tłoczek
przemieszcza się w dół, odsłaniając ponownie otwór zasilający, napływa nowa dawka paliwa.
Zmianę dawki paliwa dostarczanego do wtryskiwaczy realizuje się poprzez kątowe obrócenie
tłoczka, co powoduje zmianę odsłonięcia kanału przelewowego, a zatem również i ilość
podawanego paliwa do wtryskiwacza. Obrót tłoczka w tulei możliwy jest dzięki połączeniu
tłoczka z tuleją regulacyjną, której obrót poprzez przesunięcie listwy zębatej powoduje
zmianę momentu odsłonięcia kanału przelewowego. Listwa zębata jest połączona zespołem
cięgieł z pedałem przyspieszenia. Wałek krzywkowy pompy wtryskowej jest napędzany
(sprzężony) z napędu rozrządu silnika, zatem sterowanie momentem początku wtrysku paliwa
jest związane z obrotem wału korbowego silnika.
Elementem wtryskującym paliwo bezpośrednio do komory spalania jest wtryskiwacz. Można
założyć, iż jest to zawór hydrauliczny, którego otwarcie zależne jest od ciśnienia w
przewodzie łączącym go z pompą wtryskową. Jeżeli ciśnienie paliwa jest niższe od siły
wywieranej na czop naciskowy blokujący trzpień iglicy wtryskiwacz pozostaje zamknięty.
Jeżeli natomiast wartość ciśnienia będzie większa niż siła nacisku sprężyny – iglica się uniesie
do góry i paliwo będzie mogło przepłynąć przez otwory ulegając jednocześnie znacznemu
rozpyleniu. Po wtryśnięciu dawki paliwa ciśnienie ponownie spadnie, a więc siła sprężyny
spowoduje zamknięcie otworu, którym paliwo było wtłaczane do komory spalania. Regulację
ciśnienia otwarcia takiego wtryskiwacza przeprowadza się poprzez zmianę grubości
podkładek znajdujących się pod sprężyną. Ciśnienie otwarcia wtryskiwaczy wynosi od 11 do
30 MPa i zależy od wielu parametrów konstrukcyjnych silnika oraz rodzaju zastosowanego
wtryskiwacza.
Obwód regulacji układu wtryskowego silnika z zapłonem samoczynnym wyposażonego w
rzędową pompę wtryskową ma za zadanie niedopuszczenie do osiągania przez silnik
nadmiernej prędkości obrotowej, zapewnienie biegu jałowego silnika, podanie dodatkowej
dawki paliwa podczas rozruchu silnika, utrzymywanie zadanej prędkości obrotowej w zakresie
pomiędzy obrotami minimalnymi i maksymalnymi dla danego silnika. Powyższe zadania
spełniają regulatory dawki paliwa, będące integralną częścią pompy wtryskowej. Są to
11

12. najczęściej mechaniczne regulatory połączone z listwą zębatą pompy, wykorzystujące w
swoim działaniu zmianę wartości siły odśrodkowej.
Diagnostykę układu wtryskowego silnika z zapłonem samoczynnym należy rozpocząć od
oględzin wszystkich elementów układu. Należ przede wszystkim zwrócić uwagę na
szczelność połączeń. Jest to szczególnie ważne w tego typie układzie, gdyż nieszczelność
zwłaszcza w obwodzie niskiego ciśnienia będzie powodowało zapowietrzanie układu i jego
niewłaściwą pracę. Jeżeli w przewodzie doprowadzającym paliwo do pompy wtryskowej
będzie można zauważyć pęcherzyki powietrza, to należy zlokalizować miejsce nieszczelności,
usunąć ją i przeprowadzić odpowietrzanie układu. Kolejnym elementem układu podlegającym
sprawdzeniu jest filtr paliwa. Jeżeli producent przewidział taką możliwość, to wkład filtrujący
należy wymienić po określonym czasie użytkowania. W przypadku, gdy filtr jest zarazem
osadnikiem do zbierania z paliwa wody, wówczas należy bezwzględnie usunąć ją.
Diagnostyka pompy wtryskowej polega na sprawdzeniu jej parametrów pracy takich jak:
dawka tłoczonego paliwa przez poszczególne sekcje tłoczące, kąt wtrysku paliwa itp. na
specjalnym stole probierczym
Diagnostyka wtryskiwaczy polega na podłączeniu wtryskiwacza do przyrządu zwanego
próbnikiem wtryskiwaczy (rys. 3.6) i zbadaniu parametrów takich jak: ciśnienie otwarcia
wtryskiwacza, jakość rozpylenia i rozłożenie strug paliwa, szczelność gniazda wtryskiwacza,
szczelność wewnętrzna wtryskiwacza.
Rys. 3.6. Próbnik wtryskiwaczy [4]
Ocena stanu technicznego silnika z ZS na podstawie kontroli zadymienia spalin
Wizualnym dowodem nieprawidłowego przebiegu procesu spalania mieszanki w silniku z ZS
jest zmiana zabarwienia spalin. Obserwując kolor spalin oraz stopień ich zaczernienia można
w pewnym przybliżeniu określić stopień zużycia silnika, rodzaj niedomagania. Zmianę koloru
spalin wywołują głównie dwa składniki:
1) drobne cząsteczki sadzy, powstające w wyniku niecałkowitego spalenia węgla
zawartego w paliwie. Powodują one zabarwienie spalin na kolor czarny.
2) niedopalone cząsteczki węglowodorów (barwa spalin niebieska).
12

13. W związku z możliwością powstawania w spalinach silnika z ZS składników spalin, które
wpływają toksycznie na środowisko naturalne przepisy prawa określają dopuszczalną granicę
stopnia zadymienia spalin, którą można określić wykonując badanie przyrządowe stopnia
zadymienia spalin.
Do pomiaru zadymienia spalin służą dymomierze filtracyjne, lub dymomierze absorpcyjne,
które badają stopień pochłaniania (absorpcji) światła przez warstwę spalin.
Informacje szczegółowe dotyczące norm spalin dla silników z ZS i silników z ZI znajdziecie
na poniższej stronie:
http://gazeo.pl/lpg/od­a­do­z/prawo/Normy­emisji­spalin,artykul,5805.html
Pomiar zadymienia spalin jest szerzej omówiony na stronie:
http://zssplus.pl/publikacje/publikacje35.htm
W przypadku, gdy nie mamy urządzenia do pomiaru zadymienia spalin możemy za pomocą
kontroli wzrokowej wstępnie i w sposób dość uogólniony dokonać oceny stanu technicznego
silnika.
Wzrokowa kontrola barwy spalin
Spaliny wydostające się z rury wydechowej pojazdu powinny dla sprawnego i dobrze
wyregulowanego silnika mieć barwę bezbarwną. Poniżej podane zostaną najczęściej
spotykane barwy spalin i odpowiadające im możliwe przyczyny powstawania:
a) zabarwienie spalin czarne lub ciemnobrunatne może być spowodowane przez:
• złą regulację dawki paliwa (zbyt duże dawkowanie paliwa przez pompę wtryskową);
• bardzo duże zanieczyszczenie filtra powietrza,
• zbyt mały kąt wyprzedzenia wtrysku, spowodowany niewłaściwą regulacją kąta lub
zużyciem elementów napędu pompy wtryskowej,
• zużycie wtryskiwaczy: niewłaściwe rozpylenie paliwa przez wtryskiwacz,
nieszczelność rozpylacza lub przewodów wysokiego ciśnienia,
• niewłaściwe luzy zaworów lub nieprawidłowe ustawienie rozrządu,
• nadmierne zużycie gładzi cylindrów i pierścieni tłokowych lub zablokowanie
(zapieczenie) pierścieni tłokowych.
W czasie eksploatacji pojazdu może wydobywać się przez krótki okres czasu czarny dym z
rury wydechowej. Takie zjawisko jest normalne podczas gwałtownego obciążenia silnika (np.
przy gwałtownym naciśnięciu na pedał przyspieszenia). Zabarwienie to jednak powinno
zniknąć po powrocie silnika do normalnych warunków pracy.
b) zabarwienie niebieskie lub stalowoniebieskie najczęściej powodowane jest przez:
• spalanie nadmiernej ilości oleju, wynikające z zużycia gładzi cylindrów oraz pierścieni
tłokowych, zwłaszcza zgarniających. Powodem może być również zbyt wysoki poziom
oleju w misce olejowej,
c) zabarwienie białe lub jasnoszare może świadczyć o:
• spalaniu cieczy pochodzącej z układu chłodzenia. Możliwą przyczyną jest uszkodzenie
uszczelki lub pęknięcia głowicy, lub cylindra,
• niedogrzaniu silnika.
Biały dym może wystąpić jako naturalny skutek pracy silnika w niskich temperaturach
otoczenia. Powodem tego stanu jest skraplanie się pary wodnej w spalinach.
13

14. 4. Diagnostyka czujników
Czujniki odpowiadają za bieżącą kontrolę określonych parametrów pracy silnika i
przekazywanie informacji do komputera sterującego. Od ich prawidłowej pracy zależy zatem
właściwe sterowanie pracą silnika.
Przepływomierz powietrza z termoanemometrem (przepływomierz z tzw. gorącym drutem)
rys. 3.7 – diagnostyka polega na porównaniu charakterystyki sygnału z wzorcowym sygnałem.
Rys. 3.7. Przepływomierz powietrza z termoanemometrem [4]: 1 – złącze elektryczne, 2 –
układ przetwarzania sygnału, 3 – rura wewnętrzna, 4 – rezystor pomiarowy, 5 –
termoanemometr drutowy, 6 – rezystor kompensacji temperatury, 7 – siatki ochronne, 8 –
obudowa.
Możliwe jest sprawdzenie przy użyciu testera diagnostycznego w rzeczywistych warunkach
pracy. Porównując otrzymaną charakterystykę z charakterystyką wzorcową można stwierdzić
poprawność działania przepływomierza. Jeżeli wartości mierzone nie mieszczą się w polu
tolerancji określonym przy charakterystyce wzorcowej, wówczas stwierdzamy błąd pracy
przepływomierza.
Sonda lambda (czujnik zawartości tlenu w spalinach) rys. 3.8 – diagnostyka polega na ocenie
organoleptycznej, a następnie wykonaniu pomiarów diagnostycznych.
14

15. Rys. 3.8. Schemat dwustanowej sondy lambda [4]: 1 – osłona rurkowa ze szczelinami, 2 –
aktywny trzon z warstwą katalityczną, 3 – obudowa, 4 – styk elektryczny, 5 – tulejka
ochronna, 6 – ceramiczna wkładka rurkowa, 7 – sprężyna tarczowa, 8 – przewód elektryczny.
Podczas oględzin należy zwrócić szczególną uwagę na uszkodzenia mechaniczne oraz kolor
części sondy wkręconej w układ wylotowy silnika. Nie powinno zatem pojawić się pęknięcie
lub wgniecenie, a także ciemny (czarny) osad. Podczas potrząsania sondą nie może być
słychać „grzechotania” elementów wewnątrz, co świadczy o uszkodzeniu wewnętrznego
wkładu ceramicznego. Pomiary diagnostyczne polegają na podłączeniu testera
diagnostycznego i przy uruchomianym silniku zarejestrowanie charakterystyki sondy. Należ
zwrócić przy tym uwagę, czy sygnał sondy zawiera się w granicach 0,1 do 1,0 V oraz czy
zmienia się z określoną częstotliwością. Jeżeli wartość napięcia nie zmienia się lub gdy sygnał
zmienia się bardzo rzadko, świadczy to o jej uszkodzeniu. Sondę można również diagnozować
na specjalnych stanowiskach, w których zastosowano symulację warunków pracy silnika, a
sygnał jest mierzony za pomocą woltomierza diodowego.
Czujnik temperatury rys. 3.9. – diagnostyka polega na sprawdzeniu napięcia zasilania
czujnika (5V) oraz sprawdzeniu rezystancji czujnika przy określonych temperaturach pracy.
Dzięki takim pomiarom można sporządzić charakterystykę czujnika i porównać ją z
charakterystyką wzorcową. Jeżeli badana charakterystyka nie mieści się w założonym polu
tolerancji – świadczy to o uszkodzeniu czujnika.
Rys. 3.9. Czujnik temperatury cieczy chłodzącej [4]: 1 – złącze elektryczne, 2 – obudowa, 3 –
pierścień uszczelniający, 4 – złącze gwintowe, 5 – termistor, 6 – ciecz chłodząca.
Czujnik położenia przepustnicy (potencjometryczny dwuzakresowy czujnik) rys. 3.10. –
diagnostyka polega na sprawdzeniu wartości napięcia i jego zmian wraz z wychylaniem
przepustnicy. Napięcie powinno zmieniać się w zakresie od 0 do 5 V na każdej ścieżce
rezystancyjnej. Jeżeli podczas pomiaru zauważyć się da brak zmiany napięcia lub zanik
napięcia – świadczy to o uszkodzeniu czujnika.
15

16. Rys. 3.10. Potencjometryczny czujnik położenia przepustnicy z dwoma zakresami
pomiarowymi [4]: 1 – obudowa, 2 – ramię ślizgacza, 3 – oś przepustnicy, 4 – ślizgacz, 5 –
bieżnia oporowa (zakres I), 6 – bieżnia prowadząca (zakres I), 7 – bieżnia oporowa (zakres II),
8 – bieżnia prowadząca (zakres II), 9 – uszczelniacz.
Czujnik spalania stukowego – diagnostyka takiego czujnika polega na wykonaniu
charakterystyki czujnika za pomocą oscyloskopu i porównaniu jej z charakterystyką
wzorcową. Jeżeli spowodujemy gwałtowny wzrost prędkości obrotowej silnika obraz
oscyloskopowy powinien wyraźnie wskazywać zwiększoną amplitudę sygnału.
Czujnik podciśnienia – diagnostyka polega na pomiarze napięcia wyjściowego przy zmianie
prędkości obrotowej silnika, zgodnie z warunkami podanymi przez producenta czujnika.
Porównując wyniki zmierzonego napięcia w danej prędkości obrotowej silnika z danymi
producenta otrzymamy informację o poprawności działania czujnika. Bardzo ważne jest
również, aby przed pomiarami sprawdzić szczelność przewodu, którym czujnik jest połączony
z silnikiem. Inną metodą diagnostyki czujnika jest podłączenie go do pompki podciśnieniowej
(rys. 3.11)i pomiar wartości napięcia przy różnych zadanych wartościach podciśnienia.
Rys. 3.11. Sprawdzenie czujnika ciśnienia [4]
Czujnik prędkości obrotowej i położenia wału korbowego lub wałka rozrządu – stosowane są
dwa rodzaje czujników: indukcyjne i hallotronowe.
• Diagnostyka czujnika indukcyjnego polega na pomiarze sygnału generowanego przez
czujnik. W tym celu należy podłączyć czujnik pod oscyloskop i zarejestrować
charakterystykę sygnału. Następnie należy porównać uzyskaną charakterystykę z
charakterystyką wzorcową. Niewłaściwe napięcie lub nierównomierny przebieg
charakterystyki może być spowodowany zanieczyszczeniem końcówki rdzenia
czujnika, mechanicznym uszkodzeniem zębów koła impulsowego, niewłaściwą
przerwą między czujnikiem i kołem impulsowym. W przypadku braku sygnału
napięciowego na czujniku należy sprawdzić za pomocą omomierza rezystancję cewki
czujnika – powinna wynosić od 200 do 1000 .Ω
• Diagnostyka czujnika hallotronowego polega na podłączeniu do czujnika oscyloskopu
i sprawdzenie podczas pracy silnika sygnału prostokątnego czujnika. Zwiększając
prędkość obrotową należy sprawdzić, czy zwiększa się częstotliwość sygnału wraz z
zwiększaniem prędkości obrotowej.
16

17. 5. Diagnozowanie silników z ZS sterowane elektronicznie (np. w układ
zasobnikowy).
Diagnostykę zasobnikowego układu wtryskowego (commonrail) w większości silników
wykonuje się podobnie. Polega ono przede wszystkim na podłączeniu diagnoskopu i
odczytaniu z jednostki sterującej pracą silnika informacji o występujących błędach lub
nieprawidłowej pracy poszczególnych elementów. Wykonuje się ją przez podłączenie
diagnoskopu za pomocą odpowiedniego złącze diagnostyczne i skorzystanie z funkcji
samodiagnozy pojazdu. Układ samodiagnozy porównuje wartości sygnałów z obwodów
elektronicznego sterownika wraz z wartościami wymaganymi. W przypadku, gdy wartości
sygnałów wynikające z pomiarów rzeczywistych nie odpowiadają wartościom wymaganym
zaprogramowanym w pamięci sterownika przez producenta, pojawia się informacja o błędzie,
a jego identyfikacja możliwa jest dzięki zapisaniu informacji o nim za pomocą kodu usterki.
Odczytywane za pomocą diagnoskopu z pamięci sterowników kody usterek pozwalają na
bardzo dokładną identyfikację uszkodzenia. W przypadku używania diagnoskopów
wskazanych przez producenta pojazdu mechanik ma bardzo często możliwość odczytanie
charakterystyk napięciowych w funkcji czasu większości parametrów mających zasadniczy
wpływ na pracę silnika. Takie charakterystyki przedstawiane są najczęściej jako wartości
zadane i wartości rzeczywiste (diagnoskop niejednokrotnie porównuje je, a wynik możliwy
jest do odczytania na ekranie diagnoskopu. Mechanik analizując pojawiające się w tych
charakterystykach rozbieżności może w sposób bardzo precyzyjny określić rodzaj
uszkodzenia. Oczywiście w przypadkach, gdy mechanik nie posiada diagnoskopu może
posłużyć się miernikiem uniwersalnym i oscyloskopem, aby zlokalizować element
uszkodzony. Ta metoda wymaga od niego bardzo dużej wiedzy teoretycznej oraz
doświadczenia w kontrolowaniu parametrów pracy poszczególnych układów i czujników.
Dodatkowo niemożliwe staje się wówczas ingerowanie w stan pamięci sterownika np. w celu
wykasowania informacji o błędzie po wymianie uszkodzonego czujnika, co umożliwia mu
zastosowanie diagnoskopu.
UWAGA!
Powyższe zestawienie odnosi się do niesprawności typowych, łatwych do zdiagnozowania.
Współcześnie produkowane silniki z zasobnikowym układem wtryskowym wyposażone są w
sporo czujników i nastawników, których uszkodzenie może spowodować wystąpienie każdego
z powyższych objawów. Wówczas należy przystąpić do diagnozy za pomocą miernika,
oscyloskopu lub diagnoskopu – przy założeniu, że przyczyną niesprawności jest usterka
elektroniczna. Niektóre elementy (głównie wykonawcze) można sprawdzać w inny sposób i to
bez konieczności korzystania z powyższych urządzeń pomiarowych (np. wtryskiwacze).
Kolejność diagnozowania elementów mających wpływ na pracę zasobnikowego układu
wtryskowego jest uzależniona od przypuszczalnej przyczyny usterki, dlatego nie można
jednoznacznie określić toku postępowania.
17

18. Bibliografia:
1. Kubiak P., Zalewski M., Pracownia diagnostyki pojazdów samochodowych, WKiŁ,
Warszawa 2012
2. Trzeciak K., Diagnostyka samochodów osobowych, WKiŁ, Warszawa 2005
3. Zając P., Silniki pojazdów samochodowych, WKiŁ, Warszawa 2010
18