Wtryskiwacze – cichy as w rękawie silnika diesla

Na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, silniki wysokoprężne były hałaśliwe, miały bardzo dużą pojemność i niezbyt dużą moc. Podstawą ich działania był elektroniczny sterownik silnika, pompa rozdzielaczowa oraz wtrysk bezpośredni. Taka technologia pozwalała na wtryskiwanie paliwa pod ciśnieniem 1000 barów.

W 1997 roku Bosch rozpoczął produkcję układów bezpośredniego wtrysku paliwa Common Rail z pompą wysokociśnieniową oraz wtryskiwaczami elekromagnetycznymi. Paliwo można było podawać pod jeszcze większym ciśnieniem i z ogromną precyzją. Do tego jedna dawka paliwa mogła być podawana w kilku porcjach. Po dodaniu turbosprężarki, silniki o zapłonie samoczynnym zyskały sporo mocy. W ten sposób osiągnięto oszczędność, mniejszą emisję spalin, wysoką precyzję, wyższą sprawność oraz większą moc. Znacznie poprawiła się też kultura pracy silników o zapłonie samoczynnym – zmniejszył się przede wszystkim hałas. Pierwsze silniki wyposażone w układ Common Rail pracowały pod maskami Alf Romeo w jednostkach napędowych JTD. W 1998 r. Bosch świętował milion wyprodukowanych układów. W dalszej przyszłości produkcję wtryskiwaczy podjęły jeszcze firmy Siemens, Delphi oraz Denso.

Jak to zwykle w motoryzacji bywa, nie ma nic za darmo. Wtryskiwacze oraz pompy wtryskowe wysokiego ciśnienia to podzespoły eksploatacyjne, niestety, bardzo drogie. Z jednej strony charakteryzują się one dużą trwałością (średnio do 250 tys. km), którą jednak można dramatycznie skrócić, tankując zanieczyszczone paliwo, albo nie stosując się do zaleceń serwisowych (np. dotyczących wymiany filtra paliwa).

Niestety, na problematyczny wizerunek współczesnego diesla pracują też inne podzespoły, takie jak zawory recyrkulacji EGR, turbosprężarki, dwumasowe koła zamachowe oraz filtry cząstek stałych DPF i FAP.

Na szczęście, przy odpowiedniej eksploatacji, diesel nie jest źródłem problemów i faktycznie pozwala na oszczędności. Na Motointegrator.com można znaleźć też setki specjalistów, dla których naprawa układów wtryskowych i pozostałego osprzętu nie stanowi jakiegokolwiek problemu.

Jak zbudowany jest układ zasilania silnika wysokoprężnego Common Rail? 

Układ zasilania silnika wysokoprężnego Common Rail składa się z trzech zasadniczych części:

• Obwodu niskiego ciśnienia paliwa
• Obwodu wysokiego ciśnienia paliwa
• Układu sterowania elektronicznego

Mózgiem układu Common Rail jest sterownik elektroniczny EDC, który oblicza początek wtrysku, wielkość dawki paliwa, a także przedwtrysk i dotrysk paliwa do cylindrów. Sterownik dostosowuje dawkę paliwa do określonych parametrów pracy silnika. Aby móc je określić, pobiera dane z następujących czujników:

• temperatury
• wału korbowego
• położenia pedału gazu
• położenia wałka rozrządu
• ciśnienia w rozdzielaczu
• przepływomierza powietrza
• prędkości obrotowej
• temperatury cieczy chlodzącej
• ciśnienia paliwa

Sterownik działa w oparciu o znajdujące się w jego pamięci algorytmy.

Układ Common Rail – działanie

Kierowca przekręca kluczyk w stacyjce, uruchamiając zasilanie elektryczne.

• Strumieniowa pompa ssąca w zbiorniku paliwa rozpoczyna pracę
• Paliwo pod ciśnieniem od 0,2 do 0,4 bara trafia do podgrzewacza paliwa
• Z pogrzewacza olej napędowy jest kierowany do filtra paliwa
• Przefiltrowany olej dopływa do pompy podającej paliwo
• Pompa zwiększa ciśnienie paliwa (od 2,5 do 5 bar) i kieruje paliwo do pompy wysokiego ciśnienia
• Pomiędzy pompą podającą paliwo a pompą wysokiego ciśnienia znajduje się zawór wyłączający dopływ paliwa, uruchamiany w razie potrzeby przez sterownik elektroniczny EDC
• Pompa wysokiego ciśnienia zwiększa ciśnienie paliwa od 400 do 2200 bar
• Paliwo trafia do rozdzielacza listwy wtryskowej, wyposażonej w zawór regulacji ciśnienia, skierowany przez sterownik EDC, gdzie jest gromadzone pod wysokim ciśnieniem
• Za pomocą przewodów wysokociśnieniowych paliwo pod wysokim ciśnieniem (400 – 2200 bar) kierowane jest do poszczególnych wtryskiwaczy
• Sterownik EDC kieruje pracą wtryskiwaczy, zamocowanych w głowicy silnika – albo za pomocą zaworów elektromagnetycznych (we wtryskiwaczach elektromagnetycznych), albo za pomocą siłownika piezoelektrycznego (w przypadku wtryskiwaczy piezoelektrycznych) ustalając czas ich otwarcia
• Wtryskiwacze rozpylają odpowiednie dawki paliwa w cylindrach, obliczone przez sterownik EDC
• Paliwo, które nie zostało zużyte wraca z pompy wysokiego ciśnienia i poszczególnych wtryskiwaczy pod ciśnieniem od 2,5 do 5 bar
• Paliwo jest kierowane do chłodnicy paliwa
• Z chłodnicy paliwo trafia do baku, gdzie jest zasysane przez strumieniową pompę ssącą

Jakie rodzaje wtryskiwaczy są obecnie spotykane 

• Wtryskiwacze elektromagnetyczne – zbudowane z zaworu elektromagnetycznego, korpus zaworu, trzpienia naciskowego, iglicy rozpylacza i rozpylacza wielotworkowego. Są cenione za to, że na rynku aftermarketu znajdują się wszystkie części zamienne i można je regenerować.
• Wtryskiwacze piezoelektryczne – są szybsze w działaniu i bardziej precyzyjne, tylko one mogą podołać pracy w układach III – ciej generacji Common Rail (od 2003 roku), zwiększających ciśnienie paliwa do 2400 bar. Zamiast elektromagnesu i trzpienia, zastosowano materiał piezoelektryczny, o lepszych właściwościach od magnesu. To sprawiło, że wtryskiwacz piezoelektryczny jest kilka razy szybszy w działaniu od elektromagnetycznego, dzięki czemu można stosować do siedmiu dawek wtrysku w jednym cyklu pracy. A to ma ogromny wpływ na lepszą kulturę pracy silnika, mniejsze spalanie i mniejszą ilość szkodliwych substancji w spalinach.

Wtryskiwacze piezoelektryczne są droższe od swoich elektromagnetycznych odpowiedników. W większości przypadków nie można ich regenerować – nie ma części.  

Warto wspomnieć jeszcze o pompowtryskiwaczach, opracowanych przez firmę Bosch i stosowanych od 1998 do 2012 roku przez koncern Volkswagen oraz Mitsubishi. Pompowtryskiwacze są produkowane do dziś, ale nie stosuje się ich w samochodach osobowych. Trzecia generacja pompowtryskiwaczy montowana jest w samochodach ciężarowych Iveco.

• Pompowtryskiwacz ma niecodzienną konstrukcję. Jest wielkości standardowego wtryskiwacza, ale łączy w sobie trzy elementy: wtryskiwacz, pompę i elektroniczny zawór sterujący. Pozwala na uzyskanie ciśnienia do 2400 bar. Indywidualna pompa każdego pompowtryskiwacza napędzana jest przez krzywki na wałku rozrządu, za pomocą dźwigni z rolką. Charakterystycznym elementem wyglądu pompowtryskiwacza jest sprężyna, umieszczona w górnej części. Pompowtryskiwacze są trwałe i łatwo się je regeneruje.

Wady wtryskiwaczy.Największą wadą wtryskiwaczy jest ich bardzo wysoka cena. Jest ona spowodowana tym, że urządzenia muszą być wykonanie w niezwykle precyzyjny sposób. Do tego na świecie jest obecnie tylko czterech producentów, co uniemożliwia większą konkurencję cenową.

Druga wada to bardzo duża czułość na jakość stosowanego paliwa. Drobne zanieczyszczenia są w stanie skutecznie zapchać wtryskiwacz.

Awarie wtryskiwaczy Common Rail – od czego zależą i jakie są ich objawy? 

Zgodnie z założeniami producentów, w idealnych warunkach, wtryskiwacze powinny służyć do 250 tys. km przebiegu. Rzadko jednak udaje się takie przebieg osiągnąć.

Jakie są objawy awarii wtryskiwaczy Common Rail?

• Dymienie na czarno – spowodowane przez tzw. lejące wtryski, które podają zbyt dużo paliwa w stosunku do ilości powietrza
• Spadek osiągów i mocy silnika
• Zapalanie się kontrolki check engine i przechodzenie silnika w tryb awaryjny (ograniczona moc, zwiększone zużycie paliwa)
• Utrudnione uruchamianie zimnego silnika spowodowane przez zbyt niskie ciśnienie paliwa
• Utrudnione uruchamianie ciepłego silnika spowodowane przez nieszczelności we wtryskiwaczu
• Dymienie na biało
• Gaśnięcie silnika na biegu jałowym
• Nierówna praca silnika – wtryskiwane za małe lub za duże dawki paliwa
• Głośniejsza praca silnika

Awaria wtryskiwaczy ma wpływ na inne, drogie podzespoły

• Dymienie na czarno powoduje przyspieszone zapchanie filtra cząstek stałych DPF lub FAP
• Lejące wtryski mogą doprowadzić do wypalenia tłoków
• Lejące wtryski mogą spowodować przedostawanie się paliwa do oleju silnikowego. Rozrzedzony olej traci swoje właściwości ochronne. Przez to może dojść do zatarcia turbosprężarki albo samego silnika.
• Sadza powodowana przez zbyt duże dawki wtrysku może osadzać się na kole turbosprężarki

Diagnostyka uszkodzonych wtryskiwaczy rozpoczyna się od podłączenia komputera diagnostycznego do samochodowego gniazda OBD2. Dopiero po dokonaniu diagnostyki komputerowej można przystąpić do demontażu wtryskiwaczy i wykonania profesjonalnych testów, np. testu przelewowego.

Poza samymi wtryskiwaczami, sporych problemów może przysporzyć uszkodzenie podkładek pod wtryskiwaczami, stosowanych pomiędzy wtryskiwaczem a gniazdem jego montażu. Objawem nieszczelności podkładek są:

• Woń spalin w kabinie auta
• Utrata kompresji silnika
• Utrata mocy przez silnik

W tym przypadku rozwiązaniem jest frezowanie gniazd wtryskiwaczy oraz montaż nowych podkładek.

W jaki sposób można ochronić wtryskiwacze przed przedwczesnym zużyciem?

• Trzeba stosować jak najlepsze, sprawdzone paliwo z dobrych stacji
• Trzeba jak najczęściej wymieniać filtr paliwa, który chroni wtryskiwacze przed zanieczyszczeniami w paliwie
• Warto stosować jak najlepsze filtry paliwa, gdyż są one najbardziej skuteczne
• Unikać ciągłej eksploatacji w mieście, która przyspiesza zużycie wtrysków (jak również filtrów cząstek stałych).
• Można stosować dodatki do paliwa, mające na celu czyszczenie wtrysków.

Naprawa uszkodzonych wtryskiwaczy układu Common Rail. Jakie możliwości ma kierowca?

• Zakup nowych wtryskiwaczy – rozwiązanie najlepsze i równocześnie najdroższe. Rozwiązanie to daje stuprocentową pewność, co do jakości zastosowanych części i ich dalszej trwałości.

Trzeba się jednak liczyć z wysokimi kosztami – orientacyjne to od 1200 do 2000 zł za jeden wtryskiwacz (końcowa cena zależna jest od modelu silnika, od tego, kto jest producentem wtryskiwacza i czy jest to urządzenie elektromagnetyczne czy piezoelektryczne, które jest znacznie droższe).

Usługę montażu nowych wtryskiwaczy należy powierzyć wyspecjalizowanemu warsztatowi, albowiem poza odpowiednim montażem, konieczne jest również zaprogramowanie wtrysku.

• Zakup wtryskiwaczy fabrycznie zregenerowanych – w tym przypadku istnieją dwa rozwiązania: wtryskiwacze zregenerowane przez samych producentów (np. Bosch w programie eXchange) – rozwiązanie pewniejsze i wtryskiwacze zregenerowane przez mniejsze firmy - rozwiązanie obarczone większym ryzykiem (warto sprawdzić opinie i czas działania firmy na rynku).

Koszt – kilkaset zł za sztukę

• Regeneracja wtryskiwaczy – warto ją powierzyć w ręce specjalistów. Po dokładnej diagnostyce, wtryskiwacze są demontowane, czyszczone w myjkach ultradźwiękowych, a następnie naprawiane. Wymienia się w nich wszystkie uszkodzone elementy, np. końcówki wtrysku. Po zakończonej regeneracji wtryskiwacze są poddawane testom i montowane w silniku. Muszą też zostać zaprogramowane.

Warsztat musi mieć odpowiednią, bardzo drogą aparaturę do regeneracji.

W większości przypadków regeneracja wtryskiwaczy piezoelektrycznych jest niemożliwa.

Koszt regeneracji: ok. 300 – 600 zł za sztukę.

• Kupno używanego wtryskiwacza z demontażu – zdecydowanie nieopłacalne i obarczone największym ryzykiem. Nie wiadomo, w jakim stanie jest podzespół i po jakim czasie zawiedzie.
• Czyszczenie wtryskiwaczy w profesjonalnym warsztacie – metoda ta w niektórych przypadkach pomaga. Układ wtryskowy podłączany jest do specjalnego urządzenia, wykorzystującego chemiczny środek do czyszczenia. Można ją też stosować zapobiegawczo.

Układ wtryskowy jest niezwykle precyzyjny i składa się z bardzo drogich elementów. Dlatego jego naprawę warto powierzyć tylko w ręce najlepszych specjalistów, jakich można znaleźć na Motointegrator.com

Wtryskiwacze w nowoczesnych silnikach benzynowych

Również wiele współczesnych silników benzynowych jest wyposażanych w układ bezpośredniego wtrysku paliwa o wysokim stopniu sprężania. Takie rozwiązania zostały spopularyzowane w ostatnich latach, wraz z wprowadzaniem na rynek tzw. silników downzisingowych. Zastosowano w nich szereg nowych technologii – zmienne kąty rozrządu, turbodoładowanie (czasami realizowane przez turbinę i kompresor równocześnie), zmniejszoną liczbę cylindrów, zmniejszoną pojemność i bezpośredni wtrysk paliwa.

Zastosowane rozwiązania miały na celu zmniejszenie spalania i emisji szkodliwych substancji. W praktyce, potwierdzonej szeregiem testów, prowadzonych przez niezależne portale i czasopisma, okazało się, że rzeczywiste spalanie nie jest tak niskie, jak w podawanych danych fabrycznych.

Wzrosły koszty serwisów i napraw, istnieją obawy o trwałość. Zmniejszyła się ilość emitowanych zanieczyszczeń. Małe silniki potrafią zaskakiwać stosunkowo wysoką mocą.

W „downsizingowych” benzyniakach zaczęto stosować drogie podzespoły, znane z aut z silnikami wysokoprężnymi – dwumasowe koła zamachowe. Zapowiadane jest wyposażanie aut benzynowych w filtry cząstek stałych GPF.

Wtryskiwacze bezpośredniego wtrysku paliwa o wysokim stopniu sprężania, montowane we współczesnych benzyniakach, są tańsze od swoich wysokoprężnych odpowiedników. Nowy wtryskiwacz kosztuje średnio od 300 do 400 zł za sztukę.

Dlaczego? Wtryskiwacze benzynowe pracują pod wielokrotnie niższym ciśnieniem (np. 150 bar), zatem mają nieco prostszą konstrukcję. Do tego są też trwalsze (trwalsze są również benzynowe pompy wysokiego ciśnienia – z tym samych względów, co wtryskiwacze).

Zastosowanie układu bezpośredniego wtrysku w silnikach benzynowych stało się przyczyną odkładania się nagaru na trzonkach zaworów, co jest powodem wielu problemów.

Eksploatacja wtryskiwaczy w benzyniakach nie odbiega od tej, która ma miejsce w dieslach: są tak samo wrażliwe na jakość tankowanego paliwa, a aby je chronić, trzeba często wymieniać filtr paliwa. Podobne są również objawy awarii.

Objawy awarii wtryskiwaczy bezpośredniego wtrysku paliwa w silniku benzynowym to

• Nadmierne dymienie
• Problemy z uruchomieniem silnika
• Utrata mocy
• Zwiększone zużycie paliwa
• Utrudnione, nierównomierne przyspieszanie
• Włącznie się kontrolki check engine
• Woń paliwa wyczuwalna w kabinie i na zewnątrz

Tolerowanie jazdy z uszkodzonymi wtryskami przyspiesza uszkodzenia drogich katalizatorów i świec zapłonowych.

Z racji znacznie niższych cen, niż w przypadku wtryskiwaczy Common Rail, regeneracja jest mniej popularna, jednak jest możliwa do przeprowadzenia w wielu warsztatach.