Sprawdzanie cewki wtryskiwacza multimetrem i SIT-12

Dla wielu osób stwierdzenie, że pomiary wykonywane różnymi przyrządami mogą dawać wyniki różniące się o kilkadziesiąt procent, brzmi bardzo dziwnie. Czy jest to zatem wynik fatalnej dokładności przyrządu? Może tak być, jednak przede wszystkim decyduje metoda pomiaru. W związku z tym w poniższym tekście przyjrzymy się sprawdzaniu nowoczesnych wtryskiwaczy od strony elektrycznej, a ponadto odpowiemy, czy można sprawdzać cewkę wtryskiwacza multimetrem.

Co ważne, wiele dostępnych wtryskiwaczy, mimo różnych oznaczeń i numerów, można podzielić na kilka grup o zbliżonych parametrach. Innymi słowy, uwaga ta dotyczy nie tylko parametrów elektrycznych, lecz także parametrów sterowania takich wtrysków, na przykład napięcia tak zwanego podbicia oraz prądu podtrzymania. Dzięki temu, na podstawie takich informacji, można określić kilka zakresów parametrów, które występują zarówno w wtryskiwaczach piezoelektrycznych, jak i elektromagnetycznych. Jednak zanim przedstawimy konkretne zakresy wartości, najpierw uporządkujmy podstawowe wiadomości o pomiarach, aby ułatwić dalsze wnioski.

Uwaga! Sprawdzając wtryskiwacze, bezwzględnie pamiętaj o zasadach bezpieczeństwa związanych z układem paliwowym w samochodzie, który zawiera olej napędowy lub benzynę pod znacznym ciśnieniem. Ponadto zachowaj ostrożność ze względu na wysokie napięcia sygnałów sterujących oraz testowych podawanych na wtryskiwacze.

Jak działa wtryskiwacz elektromagnetyczny?

Ten rodzaj wtryskiwacza jest uruchamiany przez elektromagnes. Sterownik, regulując prąd płynący przez cewkę wtrysku, uruchamia mechanizm wtryskiwacza, dzięki czemu dochodzi do wtrysku paliwa, które następnie zostaje spalone w cylindrze. W przypadku wtryskiwaczy benzynowych w silnikach z wtryskiem pośrednim cewka elektromagnesu bezpośrednio otwiera zawór, a paliwo trafia do kolektora dolotowego. Z kolei w układach wtrysku typu Common Rail praca wtrysków jest bardziej skomplikowana, a ponadto układ elektroniczny w sterowniku działa inaczej. W takim przypadku sygnał ze sterownika podawany na wtryskiwacze jest zwykle generowany z użyciem dwóch poziomów napięć: wyższego, czyli tak zwanego podbicia, w celu skrócenia czasu otwarcia oraz niższego do podtrzymania otwarcia.

POMIARY Z UŻYCIEM MULTIMETRU

Multimetr, jak sama nazwa wskazuje, służy do mierzenia wielu wielkości elektrycznych. W zależności od producenta oraz ceny, poza standardowymi pomiarami napięcia, prądu i rezystancji, dostępne są również opcje pozwalające na zmierzenie pojemności oraz indukcyjności. Co ważne, w większości przyrządów producent stara się utrzymać kompromis między ceną a możliwościami i zakresami, dlatego urządzenie zyskuje na wszechstronności, lecz jednocześnie nie pozwala na całkowicie precyzyjne pomiary na krańcach zakresów.

Przykładem takiego ograniczenia jest pomiar rezystancji. Zazwyczaj multimetr w trybie omomierza wykonuje pomiar poprzez zasilenie badanego elementu prądem o znanej wartości, a następnie odczytanie napięcia, jakie na nim występuje. Dzięki temu, korzystając z prawa Ohma R = U/I, można wyliczyć oporność. W praktyce zasilanie i pomiar realizowane są tymi samymi przewodami, co z kolei powoduje doliczenie oporności przewodów do wyniku całkowitego. Tanie mierniki umożliwiają pomiar w najniższym zakresie, często 200, 400 lub 600 Ω, z rozdzielczością 0,1 Ω, natomiast lepsze modele schodzą do 0,01 Ω. Dopiero urządzenia klasy laboratoryjnej lub wyspecjalizowane przyrządy, takie jak miliomomierze, pozwalają wykryć zmiany rzędu 0,001 czy nawet 0,0001 Ω lub mniej. Wynika to nie tylko z wyższej ceny, ale przede wszystkim z większej złożoności samej metody pomiarowej.

JAK MIERZYĆ CEWKĘ WTRYSKIWACZA?

W mierniku, który ma mierzyć oporność z rozdzielczością 0,01 Ω lub lepszą, należy już uwzględnić wpływ oporności samych sond. Dla tańszych multimetrów rezystancja przewodów i końcówek wynosi zwykle od 0,2 do 0,3 Ω, natomiast lepsze przyrządy utrzymują ją poniżej 0,1 Ω. Co więcej, jak wspomniano wcześniej, rezystancja miedzianych przewodów zmienia się wraz z temperaturą. Dlatego wiele mierników oferuje funkcję kompensacji, która pozwala przyjąć wstępną rezystancję sond jako punkt zero, a tym samym umożliwia dokładniejsze pomiary.

Aby jednak ominąć te ograniczenia i dodatkowo zwiększyć rozdzielczość pomiarową, stosuje się inną technikę, czyli pomiar czterozaciskowy znany jako układ Kelvina. W skrócie polega on na dostarczeniu prądu pomiarowego jedną parą przewodów oraz równoczesnym mierzeniu spadku napięcia na badanym elemencie drugą, niezależną parą. Dzięki temu pomiar daje powtarzalne wyniki niezależnie od zmian temperatury, długości kabli czy jakości zacisków. Tę metodę wykorzystuje SIT-12, co w praktyce pozwala uzyskać wynik rozróżniający tak małą rezystancję jak 0,001 Ω, czyli 1 mΩ.

SPRAWDZENIE CEWKI WTRYSKIWACZA SIT-12

Takim przykładowym pomiarem gdzie sposób mierzenia wartości mocno wpływa na wynik jest indukcyjność. Wiele metod badania tego parametru wymaga podania na mierzony element sygnału o pewnej częstotliwości. W SIT-12 są dwie częstotliwości wybierane automatycznie dla zakresu:

1. do 60µH jest to 100kHz
2. od 60 do 800µH jest to 50kHz

Oznacza to, że wyniki zmierzone SIT-12 powinny odnosić się do wyników innych urządzeń mierzących właśnie na takich częstotliwościach.

Z zakresów zmierzonych indukcyjności wynikają pewne wnioski. Mała indukcyjność sugeruje cewkę wtryskiwacza o małej liczbie zwojów. A to z kolei daje już informację, że cewka będzie małych rozmiarów. Z kolei mała indukcyjność informuje o dużych prądach potrzebnym do pracy, szczególnie w fazie otwierania gdzie znaczenie ma szybkość. Z tego wynika też mała rezystancja samej cewki. Przykładem takiego wtryskiwacza jest np. popularny model produkcji DELPHI EMBR00002D. Komplet zmierzony SIT-12 ma następujące parametry:

Pomiary dla EMBR00203D

Należy pamiętać, że miedź ma dodatni współczynnik temperaturowy równy 0,0039. Na przykład zmiana temperatury cewki o 70 °C, czyli typowa różnica między 20 °C jako umowną temperaturą otoczenia a 90 °C jako temperaturą pracy silnika, zwiększy oporność o około 27%. W rezultacie dla powyższego wtryskiwacza oznacza to wzrost do około 0,255 Ω. Taka różnica względem 0,2 Ω w temperaturze otoczenia jasno pokazuje, jak ważne jest wykonywanie pomiarów w możliwie zbliżonych warunkach. Co więcej, bardzo często wartości odniesienia podawane są właśnie dla temperatur od 20 do 25 °C.

Następną grupę popularnych wtrysków stanowi typ oznaczony „CRI 1” i przykładowy reprezentujący go model BOSCH 445110141:

Pomiary dla „CRI 2-18” BOSCH 445110369:

Pomiary dla „CRI 2-16 M2” BOSCH 445110418:

Przykładowe wartości dla DENSO 095000-613:

Powyższe przykłady dotyczyły używanych ale sprawnych wtryskiwaczy elektromagnetycznych. Z danych tych można wyciągnąć ogólne wnioski:

1. Rezystancja wtrysków Common Rail zawiera się w zdecydowanej większości przypadków w zakresach 0,2 do 0,5Ω (można spotkać wtryski DENSO , które cechuje duża oporność cewki, rzędu 1Ω aż do 6Ω). Wtryskiwacze benzynowe cechuje większa rezystancja.
2. Indukcyjność dla niskorezystancyjnych cewek (0,2Ω) wynosi pojedyncze µH (3-4).
3. Izolacja mierzona pod napięciem testowym 250V jest poza zakresem pomiarowym SIT-12 (na zakresie 500V w większości przypadków też tak będzie).
4. Pomiary kompletów wykazują bardzo duże podobieństwo wyników między sobą.

Zasadniczo przetestowanie wszystkich wtryskiwaczy z danego silnika pozwala na lepsze rozpoznanie niedomagań konkretnego wtryskiwacza na podstawie porównania każdego parametru w odniesieniu do pozostałych.

Wpływ temperatury

Osobnym tematem jest temperatura testowanego wtryskiwacza. Elementy te jak wiadomo pracują w szerokich zakresach temperatur – od rozruchu na mrozie do szybkiej jazdy po autostradzie podczas upalnego dnia. To sprawia, iż pewne niedomagania ujawniają się na rozgrzanym, pracującym silniku. Szczególnie jest to widoczne w pomiarze izolacji. Przykładowo elementy uzwojenia w wyniku zmiany temperatury zmieniają swoją pozycję. Dlatego tysiące takich cykli może spowodować przetarcie izolacji i problemy z pracą (szczególnie objawy powiązane z kodem błędu P0200). Dlatego dobrą praktyką jest test wtryskiwaczy po podgrzaniu oraz porównanie parametrów. Co zrozumiałe, kontrolowanie temperatury wymontowanego wtryskiwacza (podczas jego podgrzewania) jest kłopotliwe, ale można jak wcześniej wspomniano wykorzystać zmianę oporności. Mianowicie, wzrost o współczynnik 1,27 da nam szacunek, iż temperatura uzwojenia wzrosła o ok 70ºC.

Podsumowując uszkodzenia wtryskiwaczy elektromagnetycznych można wyróżnić dwie grupy objawów:

1. Przerwanie obwodu cewki – rezystancja poza zakresem;
2. Zwarcie w obrębie cewki – zmniejszenie oporności i indukcyjności;
3. Problemy z izolacją między korpusem wtryskiwacza a jednym z wyprowadzeń.

Wtryskiwacze piezoelektryczne

Przede wszystkim elementem wyzwalającym wtryskiwacz piezoelektryczny jest stos piezo (niekiedy błędnie określany jako „cewka piezo”). Po drugie, przyłożenie napięcia prowadzi do zmiany kształtu płytki a ich wiele warstw pozwala uzyskać większe zmiany wymiarów. Co ważne, skok takiego siłownika jest niewielki, ale jest w stanie nastąpić bardzo szybko, pozwalając na dokładne dawkowanie paliwa przez wtryskiwacz. W związku z tym wtryski piezoelektryczne pojawiły się początkowo w układzie Common Rail, a obecnie stosowane także w przypadku wtryskiwaczy benzynowych w technice wtrysku bezpośredniego.

Jak wykryć uszkodzony wtryskiwacz miernikiem?

Stos piezoelektryczny wykazuje cechy kondensatora, ale nie typowego jaki jest stosowany w elektronice czy sprzęcie elektrycznym. Dodatkowo ma pewną oporność widzianą w pomiarach jako włączoną równolegle do pojemności. Ten fakt powoduje, iż pomiar pojemności w zależności od metody może niwelować tą dodatkową rezystancję mniej lub bardziej. Jedną z lepszych metod jest pomiar czasu ładowania kondensatora ze źródła prądu o stałym natężeniu. Taki pomiar pozwala na dobre wyeliminowanie wpływu dodatkowej oporności jak i na przeprowadzanie szybkich pomiarów. Taka lepsza metoda jest zastosowania w SIT-12.

Trzeba mieć na uwadze, iż tańsze multimetry mogą dokonywać pomiarów na innej zasadzie. W takim przypadku kondensator o dobrych parametrach (czyli bliski idealnemu, bez dodatkowej oporności i dobrej izolacji) może być poprawnie zmierzony. Jednak stos piezoelektryczny już nie koniecznie. Pomiary mogą być mocno zafałszowane. Co więcej w przypadku złożonego elementu jakim jest właśnie stos każdy multimetr może dać inny wynik. Będzie to normalne zjawisko, wszak w tych urządzeniach pomiar pojemności jest kalibrowany do kondensatorów dobrej jakości a nie złożonych elementów. Jako przykład niech posłuży pomiar pojemności kondensatora poliestrowego typu MKS4 firmy WIMA o znamionowej pojemności 3,3µF, tolerancji +/-10% i napięciu pracy 250VDC przy dołączonym równolegle rezystorze (symulującym rezystancję wewnętrzną stosu).

Jak widać z pomiarów nawet w multimetrze nieco lepszej klasy wpływ dodatkowej oporności na wynik pomiaru pojemności może wynosić 4% (3,29 µF wobec 3,43 µF).

Pomiary z wykorzystaniem SIT-12

Drugim rodzajem wtryskiwaczy są te wykorzystujące element piezo do ich otwarcia. W tym przypadku test elektryczny dotyczy rezystancji, pojemności i izolacji. Przykładowe wyniki pomiarów wyglądają następująco dla BOSCH typ „CRI 3-18” i modelu 445116059:

Dane te dotyczą dwóch uszkodzonych i dwóch dobrych wtryskiwaczy. Jak widać z badania oporności pierwszy wtryskiwacz ma znacząco zaniżoną wartość. Zwiększyła się też pojemność. Co bardzo istotne pogorszyła się izolacja i uzyskana wartość jest bardzo niska – 11MΩ. Drugi wtryskiwacz ma dobrą rezystancję ale pojemność zaczyna odbiegać od trzeciego i czwartego. Pojawia się też mierzalna wartość stanu izolacji 288MΩ. To sugeruje zaczynające się problemy z tym wtryskiwaczem.

Przykład dwóch sprawnych wtryskiwaczy BOSCH typ „CRI 3-16” numer 445115064:

Komplet wtryskiwaczy BOSCH typ „CRI 3-18” numer 445116019:

Powyższe dane pokazują, iż mimo braku pomiaru urządzeniem SIT-12 rezystancji stosu pod wysokim napięciem można wytypować uszkodzenie. Sprawne wtryskiwacze mają pojemność 2,2-2,4µF, uszkodzony ma 1,91µF. Dodatkowo rezystancja mierzona SIT-12 w przypadku uszkodzonego wtrysku ma rezystancję mniejszą (164kΩ ) od pozostałych (174 – 186kΩ). Wyniki te pokazują kolejny raz, że mając komplet wtryskiwaczy można wytypować uszkodzony egzemplarz nie znając prawidłowych zakresów.

Wnioski

Podsumowując wyniki pomiarów wtryskiwaczy piezoelektrycznych, można wyróżnić kilka kluczowych informacji.

1. Po pierwsze, izolacja jest bardzo ważnym parametrem ze względu na sterowanie stosów piezo wysokim napięciem przez sterownik silnika. W praktyce wartości mierzone na zakresie 250 V mniejsze niż 300 MΩ oznaczają, w zależności od dokładnego wyniku, albo uszkodzenie, albo istotne pogorszenie parametrów i tym samym ryzyko nagłej awarii.
2. Wszystkie pomiary izolacji są wrażliwe na wilgoć. Innymi słowy, nie należy mierzyć wtryskiwaczy, które nie osiągnęły temperatury otoczenia. Para wodna, która skropli się na korpusie, w połączeniu z zabrudzeniami może znacząco zaniżyć wynik testu izolacji. Co więcej, szczególnie wyraźnie widać ten efekt przy pomiarze na 500 V. Nawet lekkie chuchnięcie na korpus, a następnie wykonanie testu, potrafi obniżyć izolację do setek MΩ. Oczywiście po odparowaniu wilgoci efekt ten ustępuje.
3. .Po drugie, rezystancja stosu dla zdecydowanej większości typów powinna mieścić się w zakresie od 170 do 210 kΩ. Natomiast wtryskiwacze DENSO wyróżniają się wartością rzędu 1000 kΩ, czyli 1 MΩ. Po trzecie, pojemność zwykle zawiera się w zakresie od 2 do 2,5 µF dla wtryskiwaczy produkcji BOSCH, z kolei dla Siemens i VDO jest to typowo od 3,3 do 3,5 µF.
4. Na koniec warto dodać, że przy uszkodzeniu elementu piezo najpierw dochodzi do pogorszenia izolacji między stosem a obudową wtryskiwacza. W drugiej kolejności obserwuje się spadek oporności oraz zmianę pojemności, która może być wzrostem lub spadkiem, zależnie od konkretnej konstrukcji i typu urządzenia.

Autor: Inżynier Produktu Bartłomiej Nowojowski