Sprawdzanie cewki wtryskiwacza multimetrem i SIT-12

Dla wielu osób stwierdzenie że pomiary wykonywane różnymi przyrządami mogą dać wyniki różniące się o kilkadziesiąt procent jest bardzo dziwne. Czy jest to wynik fatalnej dokładności przyrządu? Tak też może być, ale zasadniczym problemem jest metoda pomiaru. W poniższym tekście przyjrzymy się sprawdzaniu nowoczesnych wtrysków od strony elektrycznej.

Wiele dostępnych wtryskiwaczy mimo posiadania różnych oznaczeń i numerów można podzielić na kilka grup o zbliżonych parametrach. Uwaga ta dotyczy nie tylko parametrów elektrycznych ale również parametrów sterowania takich wtrysków (np. napięcie tzw. podbicia, prąd podtrzymania). Na podstawie takich informacji można określić kilka zakresów parametrów które występują w wtryskiwaczach piezoelektrycznych oraz elektromagnetycznych. Jednak zanim można będzie przedstawić zakresy wartości trzeba nieco wiadomości o pomiarach przedstawić i usystematyzować.

UWAGA! Sprawdzając wtryski pamiętaj o wszelkich zasadach bezpieczeństwa związanego z układami paliwowym w samochodzie (zawierającego olej napędowy lub benzynę pod znacznym ciśnieniem). Ponadto, zachowaj ostrożność ze względu na wysokie napięcia sygnałów sterujących bądź testowych podawanych na wtryskiwacze.

WTRYSKIWACZE ELEKTROMAGNETYCZNE

Ten rodzaj wtryskiwacza jest uruchamiany przez elektromagnes. Sterownik regulując prąd płynący przez cewkę wtrysku, uruchamia mechanizm wtryskiwacza. To doprowadza do wtrysku paliwa, które jest spalane w cylindrze. W przypadku wtryskiwaczy benzynowych w silnikach z wtryskiem pośrednim cewka elektromagnesu bezpośrednio otwiera zawór, a paliwo trafia do kolektora dolotowego. W układach wtrysku typu Common Rail praca wtrysków jest bardziej skomplikowana. Także układ elektroniczny w sterowniku jest inny. W tym przypadku sygnał ze sterownika podawany na wtryskiwacze jest zwykle generowany z użyciem dwóch poziomów napięć: wyższego tzw. „podbicia” dla skrócenia czasu otwarcia oraz niższego dla 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 (oporności) możliwe są opcje pozwalające na zmierzenie pojemności i indukcyjności. W większości przyrządów producent stara się utrzymać pewien kompromis między ceną a możliwościami i zakresami. Skutkuje to wszechstronnością danego urządzenia ale nie pozwala na precyzyjne pomiary na krańcach zakresów. Przykładem takiego pomiaru jest określenie rezystancji. Większość multimetrów w trybie omomierza wykonuje pomiar poprzez zasilenie mierzonego elementu prądem o znanej wartości i odczytaniu napięcia jakie wystąpi na nim. To pozwala korzystając ze znanego prawa Ohma R=U/I wyliczyć oporność. Zasilanie i pomiar są realizowane przez te same przewody co powoduje wliczenie oporności przewodów do całkowitego wyniku. Tanie mierniki pozwalają na pomiar w najniższym zakresie (często jest to 200, 400 lub 600Ω) z rozdzielczością 0,1Ω. Lepsze schodzą do 0,01Ω. Dopiero sprzęty klasy laboratoryjnej lub konkretnie dedykowane urządzenia (miliomomierze) pozwalają na wykrycie zmian w zakresie 0,001 czy 0,0001Ω lub mniej. Wynika to nie tylko z ceny ale też komplikacji samego pomiaru. W mierniku który ma mierzyć oporność z rozdzielczością 0,01Ω lub lepszą należy już uwzględnić wpływ oporności samych sond. Ta rezystancja wynosi dla tańszych mierników 0,2 – 0,3Ω. Lepsze mają ją w zakresie mniejszym od 0,1Ω. Na dodatek jak wspomniano wcześniej rezystancja miedzianych przewodów zmienia się w zależności od temperatury. Dlatego często mierniki mają funkcję pozwalającą przyjąć wstępną rezystancję sond jako punkt „0” tym samym umożliwiając dokładniejsze pomiary. Ominięcie tych problemów jak i dalsze zwiększanie rozdzielczości pomiarowej możliwe jest przez zastosowanie innej techniki tzw. pomiaru czterozaciskowego zwanego pomiarem w układzie Kelvina. W skrócie polega on na dostarczeniu prądu do pomiaru dwoma przewodami oraz mierzenia spadku napięcia na badanym elemencie za pomocą drugiej pary przewodów. Taki pomiar daje powtarzalne wyniki mimo zmian temperatury, długości kabli, itp. Taka metoda pomiarów jest właśnie wykorzystywana w SIT-12 co pozwala na uzyskanie wyniku rozróżniającego tak małą rezystancję jak 0,001Ω (czyli 1mΩ).

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:

Drugi podobny typ EMBR00203D:

Pamiętać należy, iż miedź ma dodatni współczynnik temperaturowy wynoszący 0,0039. Dla przykładu oznacza to, że zmiana temperatury cewki o 70ºC (czyli typowa wartość między 20ºC (umowna temperatura otoczenia) a 90ºC czyli temperatura pracy silnika) zwiększy oporność o 27%. Co dla powyższego wtryskiwacza oznacza wzrost do około 0,255Ω. Taka zmiana wobec 0,2Ω w temperaturze otoczenia pokazuje jak ważne jest dokonywanie pomiarów w zbliżonych warunkach. Bardzo często wartości odniesienia podawane są właśnie dla temperatur 20 – 25 ºC.

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

Kolejnym typem jest „CRI 2-18” i model BOSCH 445110369:

Innym typem z mniejszą rezystancją cewki wtryskiwaczy jest „CRI 2-16 M2” i model BOSCH 445110418:

Wtryskiwaczem mającym cewkę o większej rezystancji jest DENSO i model 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.

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. Elementy uzwojenia w wyniku zmiany temperatury zmieniają swoją pozycję. 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. Oczywiście kontrolowanie temperatury wymontowanego wtryskiwacza (podczas jego podgrzewania) jest kłopotliwe, ale można jak wcześniej wspomniano wykorzystać zmianę oporności. 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

Elementem wyzwalającym wtryskiwacz piezoelektryczny jest stos piezo (niekiedy błędnie określany jako „cewka piezo”). Przyłożenie napięcia prowadzi do zmiany kształtu płytki a ich wiele warstw pozwala uzyskać większe zmiany wymiarów. Skok takiego siłownika jest niewielki, ale jest w stanie nastąpić bardzo szybko, pozwalając na dokładne dawkowanie paliwa przez wtryskiwacz. 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” i modelu 445115064:

Komplet wtryskiwaczy BOSCH typ „CRI 3-18” i modelu 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.

Podsumowując wyniki pomiarów wtryskiwaczy piezoelektrycznych można wyróżnić zasadnicze informacje:

1. Izolacja jest bardzo ważnym parametrem ze względu na sterowanie stosów piezo wysokim napięciem poprzez sterownik silnika. Wartości mierzone na zakresie 250V, mniejsze niż 300MΩ oznaczają w zależności od wyniku albo uszkodzenie, albo pogorszenie parametrów i ryzyko nagłej awarii.

   UWAGA: Wszystkie pomiary izolacji są wrażliwe na wilgoć. Dlatego nie należy mierzyć wtryskiwaczy które nie osiągnęły temperatury otoczenia. Para wodna która się skropli na korpusie w połączeniu z zabrudzeniami może znacząco zaniżyć wynik testu izolacji. Szczególnie efekt ten widać na pomiarze przy 500V gdy nawet lekkie chuchnięcie na korpus i następnie wykonanie testu pokaże spadek izolacji do setek MΩ. Oczywiście po odparowaniu efekt ten ustąpi.

2. Rezystancja stosu dla zdecydowanej większości typów powinna zawierać się w zakresie 170 – 210 kΩ. Wtryskiwacze DENSO wyróżnia wartość rzędu 1000 kΩ (1MΩ).
3. Pojemność zawiera się w zakresie 2 – 2,5µF dla wtryskiwaczy produkcji BOSCH. Dla Siemens/VDO jest to 3,3 – 3,5µF.
4. Przy uszkodzeniu elementu piezo dochodzi do pogorszenia się izolacji między stosem a obudową wtryskiwacza. W drugiej kolejności następuje spadek oporności i zmiana pojemności (wzrost lub spadek – zależnie od konstrukcji i typu).

Autor: Inżynier Produktu Bartłomiej Nowojowski