Przestawiacz wtrysku jest wbudowany w dolny segment rozdzielaczowej pompy wtryskowej prostopadle do osi podłużnej pompy. Załączanie nastawnika początku wtrysku obywa się za pośrednictwem inicjacji hydraulicznej. Pompa łopatkowa zasila paliwem sekcję tłoczącą, wytwarzając ciśnienie na biegu jałowym w zakresie od 40 do 60 MPa, dla maksymalnej prędkości wału korbowego ciśnienie wynosi od 80 do 100 MPa. Kulowy występ pierścienia krzywkowego osadzony na poprzecznym otworze tłoka przestawiacza realizuje zmianę osiowego ruchu tłoka przestawiacza na ruch obrotowy pierścienia krzywkowego. Wytworzone ciśnienia paliwa oddziałuje przez otwór kanału przesyłowego na tłoczek przestawiacza wtrysku, powodując przesuniecie tłoczka przeciwnie do kierunku działania siły sprężyny. Układ zmiany kąta wtrysku paliwa składa się z czujnika kąta obrotu wałka wykonawczego pompy, zaworu elektromagnetycznego i przestawiacza wtrysku. Układ przestawiania wtrysku umożliwia zmianę początku tłoczenia pompy wtryskowej zgodnie ze zmianą prędkości wału korbowego silnika. Ze względu na elektroniczne sterowanie moment wtrysku jest dostosowany do rzeczywistych warunków pracy silnika. Sprężyna tłoka połączona jest prostopadle ze stroną ssącą pompy łopatkowej. W tłoku przestawiacza zawarty jest suwak regulacyjny, zintegrowany z tłokiem sterującym, który zamyka i otwiera otwory sterujące kanałów. Ciśnienie działające na tłok sterujący jest korelowane pod względem warunków pracy silnika przez zawór elektromagnetyczny przestawiacza załączany za pośrednictwem sterownika. Opóźnienie początku wtrysku o dodatkową wartość jest determinowane otwarciem zaworu elektromagnetycznego przestawiacza, co prowadzi do zmniejszenia wartości ciśnienia działającego na tłok. Brak dopływu prądu do zaworu elektromagnetycznego oznacza jego zamknięcie. Zmiana położenia umożliwia regulację bezstopniową początku wtrysku. Zawór elektromagnetyczny jest zasilany napięciem pokładowym w chwili włączenia zapłonu silnika. Drugi przewód połączony jest ze sterownikiem do masy. Zmianę wartości początku wtrysku oblicza sterownik na podstawie sygnałów określających: obciążenie, temperaturę silnika, prędkość obrotową wału korbowego oraz charakterystyki początku wtrysku. Rzeczywista chwila początku wtrysku wynika z sygnału czujnika kąta obrotu wału wykonawczego pompy wtryskowej oraz czujnika wzniosu iglicy rozpylacza. W razie niezgodności wartości znamionowej początku wtrysku odczytanej przez sterownik w stosunku do wartości rzeczywistej początku wtrysku obliczonej przez sterownik na podstawie sygnałów wejściowych, sterownik wysyła sygnał do zaworu elektromagnetycznego przestawiacza wtrysku. Przyspieszenie wtrysku przy zamkniętym zaworze elektromagnetycznym uzyskuje się przez dopływ paliwa pod zadanym ciśnieniem wytwarzanym przez pompę łopatkową przetłaczającą paliwo przez dławik do pierścieniowej komory zawartej wokół przestrzeni zderzaka hydraulicznego. Wartość ciśnienia powoduje przesuniecie tłoka sterującego w kierunku przeciwnym do działania siły sprężyny. Przesunięciu ulega suwak regulacyjny, umożliwiając przepływ paliwa do komory zawartej nad tłokiem przestawiacza. W wyniku równowagi działających sił (wygenerowanych zmianami na podstawie sygnału sterującego) zostaje wyznaczone nowe położenia tłoka przestawiacza. Ruch tłoka przestawiacza wtrysku wywołuje obrót pierścienia krzywkowego pompy w kierunku przeciwnym od kąta obrotu wałka napędowego. Otwarcie zaworu elektromagnetycznego na podstawie przesłanych sygnałów wywołuje opóźnienie momentu wtrysku paliwa. Ciśnienie paliwa w pierścieniowej komorze zderzaka hydraulicznego zmniejsza się. Tłok pod wpływem siły sprężania przesuwa suwak regulacyjny do zadanego położenia, odsłaniając tym samym otwór odpływu paliwa z komory zawartej nad tłokiem przestawiacza. Ciśnienie zmniejsza się w przestrzeni nad tłokiem przestawiacza. Siła sprężyny jest większa od siły generowanej przez ciśnienie w komorze, co wywołuje ruch tłoka i obrót pierścienia krzywkowego w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotu wałka wykonawczego pompy wtryskowej, prowadząc do opóźnienia wtrysku. Z przeprowadzonej analizy działania nastawnika początku wtrysku wynika, że najważniejszym czynnikiem decydującym o momencie początku wtrysku jest sterowany elektronicznie zawór elektromagnetyczny. Stąd diagnozowanie nastawnika początku wtrysku sprowadza się głównie do określenia sprawności zaworu elektromagnetycznego.

Sprawdzanie zaworu elektromagnetycznego nastawnika początku wtrysku prowadzi się zgodnie z zaleceniami:

  • podłączyć oscyloskop po stronie masy zaworu elektromagnetycznego oraz do masy silnika,
  • uruchomić silnik,
  • zinterpretować sygnał pojawiający się na ekranie oscyloskopu – sygnał powinien mieć przebieg prostokątny podobny do przebiegów sygnałowych z czujników hallotronowych prędkości obrotowych wałów. Udział czasu włączania do całości okresu jest określany stopniem włączania (TVH) i podawany jest w procentach. Czas włączania i czas wyłączania w tym przypadku wynosi 100%. Sterowanie elektromagnesu następuje podobnie jak w przypadku cewki zapłonowej, tzn. po stronie zasilania po włączeniu zapłonu występuje ciągła wartość napięcia, natomiast po stronie masy jest realizowane sterowanie przez sterownik. Stopień otwarcia zaworu elektromagnetycznego (TVH) powinien zmniejszać się wraz ze zwiększaniem prędkości wału korbowego (ilustracja 1a–c).

Ilustracja 1. Badanie nastawnika początku wtrysku
a) stopień otwarcia (TVH) zaworu elektromagnetycznego przestawiacza na biegu jałowym – pomiar współczynnika wypełnienia impulsu,

 

b) stopień otwarcia (TVH) zaworu przy prędkości obrotowej 3600 obr./min,

 

c) stopień otwarcia (TVH) zaworu przy prędkości obrotowej 5200 obr./min.

Podawane natężenie prądu sterowane jest stosunkiem czasu włączania i czasu wyłączania. Stopień otwarcia zaworu elektromagnetycznego sterowany jest przez sterownik. Jeżeli wystąpił brak sygnału należy wykonać czynności sprawdzające:

  • Podłączyć krokodylkowe zaciski pomiarowe do przewodu masowego elektromagnesu oraz przewodu masowego sterownika. Połączenie takie wymaga tylko przyłączenia zacisku krokodylkowego do jednego przewodu masy nastawnika i jednego do przewodu masy sterownika. Ponadto uzyskiwany wynik pomiaru jest dokładniejszy niż w połączeniu równoległym do dwóch przewodów nastawnika. W takim przypadku nie wykryje się przerwy w uzwojeniu, ponieważ generowany sygnał będzie identyczny jak przy sprawnym nastawniku.
  • Wykonać odczyt kodu usterki za pomocą diagnoskopu. Jeżeli nie zarejestrowano niesprawności uszkodzeniu uległ obwód elektryczny. Jeżeli wartość pomiarowa wynosi 0 V przy podłączaniu zacisku między przewód włączający a masę oscyloskopu, oznacza to, że element uległ uszkodzeniu. Stopień włączania powinien ulec zmianie zgodnie ze zmianą warunków pracy silnika. Ze względu na pomiar spadku napięcia przez oscyloskop na tranzystorze sterownika wynik 0 V oznacza spadek napięcia. Napięcie zasilania równe 12 V oznacza, że cewka elektromagnesu jest sprawna. Uzyskanie napięcia równoważnego z punktem pomiarowym oscyloskopu świadczy o wystąpieniu usterki między biegunem ujemnym cewki elektromagnesu a masą silnika. Po sprawdzeniu przewodu włączającego prowadzącego do sterownika oraz połączenia masy i uznaniu ich za prawidłowe, stwierdza się, że przyczyną niesprawności jest niepoprawnie działający sterownik.
  • Sprawdzić wartość rezystancji zaworu elektromagnetycznego za pomocą omomierza. Wartość prawidłowa powinna mieścić się w zakresie od 12 do 20 Ω.

Przed wykonaniem procedury sprawdzającej zaleca się przeprowadzenie pomiaru ciśnienia wytwarzanego przez pompę za pomocą manometru. Realizacja przedstawionej procedury umożliwia ustalenie przyczyny niesprawności na podstawie eliminacji przyczyn usterki. Uszkodzony zawór elektromagnetyczny nastawnika początku wtrysku przyczynia się do twardej pracy silnika w wyniku zbyt wczesnego wtrysku paliwa, podając zwiększanie ciśnienia. Znaczna odchyłka początku tłoczenia wartości rzeczywistych i wartości zadanych uzyskana przy odczycie  charakterystyki dla danego czasu i obciążenia oznacza uszkodzenie zaworu regulacyjnego ciśnienia pompy wtryskowej. Podobne objawy mogą świadczyć także o niedostatecznej drożności przewodu przelewowego.   

Diagnozowanie układu sterowania dawką wtrysku

W chwili zanotowania w pamięci sterownika kodu usterki na podstawie analizy sygnałów z czujników i nastawników sterownika silnika sterownik w większości przypadków przełącza silnik w tryb pracy awaryjnej, zmniejszając dawkę paliwa przy maksymalnym obciążeniu, co skutkuje zmniejszeniem mocy znamionowej silnika. Obniżenie mocy znamionowej silnika nie musi wynikać z niesprawności występującej w obwodzie sterowania dawką wtrysku paliwa. Podobne zjawisko występuje w przypadku uszkodzenia: zaworu recyrkulacji spalin, czujnika wzniosu iglicy rozpylacza, podzespołów elektronicznych i mechanicznych układu doładowania silnika, podzespołów składowych zespołu głównego i rozrządu silnika. Według tego przed przystąpieniem do diagnozowania elementów układu sterowania dawką paliwa, należy sprawdzić stan techniczny elementów pośrednich, mających wpływ na zmniejszenie mocy znamionowej silnika. W skład obwodu sterowania dawką paliwa wchodzi: czujnik położenia pedału przyspieszania, masowy przepływomierz powietrza, czujniki położenia wału korbowego i wałków rozrządu, czujnik temperatury silnika, czujnik ciśnienia w kolektorze dolotowym, czujnik położenia przyspieszenia, nastawnik dawki paliwa, regulator elektroniczno-pneumatyczny ciśnienia doładowania, włącznik pedałów oraz podzespoły sterowania układem recyrkulacji spalin AGR.

Diagnozowanie nastawnika dawki

Nastawnik dawki paliwa składa się z rdzenia elektromagnetycznego, wewnątrz którego znajduje się wałek z mimośrodowym z zakończeniem. Zmienia on położenie dozatora. W zależności od modelu pompy wtryskowej wałek nastawnika zmieniający kąt położenia dozatora, połączony jest potencjometrem ślizgowym (pompy wtryskowe EDC VE) lub indukcyjnym pierścieniem (pompy wtryskowe HDK VE). Czujnik HDK jest złożony z dwóch cewek ze stałym i ruchomym pierścieniem. Zmiana położenia ruchomego pierścienia wywołuje w wyniku działania pola magnetycznego zmianę amplitudy sygnału w drugiej cewce. Wartość wytwarzanego sygnału drugiej cewki stanowi sygnał wykonawczy do zmiany położenia dozatora. Cewki czujnika HDK zasilane są bezpośrednio ze sterownika. Zmiana położenia kątowego wałka wykonawczego nastawnika dawki wywołuje obrót elementu potencjometrycznego lub pierścienia w wewnętrznym sterowniku pompy. Stanowi to punkt odniesienia rzeczywistego położenia dozatora, czyli dawki paliwa. Bezstykowy układ czujników nie podlega zużyciu mechanicznemu w wyniku oddziaływania czynników zewnętrznych, jak woda lub paliwo. Najczęstszą przyczyną niesprawności tego podzespołu jest usterka cewki lub potencjometru. Jeżeli wartość napięcia zasilania wyniesie 0 V to sprężyny ustalające nastawnika dawki ustawiają go w położeniu neutralnym. W pompie wtryskowej znajduje się elektroniczny czujnik temperatury paliwa. Korekta dawki paliwa następuje na podstawie sygnałów decydujących o położeniu dozatora oraz rzeczywistej temperatury paliwa. W pamięci sterownika zawarte są charakterystyki wtrysku paliwa dla biegu jałowego, dawki rozruchowej, pełnego obciążenia, granicy dymienia i maksymalnego położenia pedału przyspieszania. W wyniku zmiany położenia pedału przyspieszania czujnik potencjometryczny lub hallotronowy pedału przyspieszania wysyła sygnał do sterownika silnika ECU (ilustracja 2a). Dane takie interpretowane są jako rzeczywiste zapotrzebowaniu na moment obrotowy i prędkość obrotową silnika. Współcześnie dostosowanie dawki paliwa w stosunku do aktualnych warunków pracy silnika odbywa się całkowicie elektronicznie. W ten sposób uzyskano większą dokładność i szybkość reakcji regulacji dawki paliwa oraz uproszczono konstrukcję pompy wtryskowej.

Ilustracja 2. Diagnozowanie podzespołów układu nastawnika dawki paliwa:
a) pomiar napięcia sygnału z potencjometrycznego czujnika pedału przyspieszania,

b) pomiar napięcia sygnałowego nastawnika dawki.

Sterowanie dawką wtrysku odbywa się za pośrednictwem cewki elektromagnetycznej podłączonej do masy dla różnych czasów włączania. Styk dodatni nastawnika dawki paliwa zasilany jest napięciem z akumulatora przy włączonym zapłonie. Nastawnik dawki jest sprawny, jeżeli podczas sprawdzania czujnika położenia dźwigni zauważy się zmianę wartości sygnału na skutek zmiany położenia (płynny przebieg zmiany wartości sygnału napięciowego odczytanego za pomocą oscyloskopu). Badanie nastawnika dawki paliwa prowadzi się podobnie jak w przypadku procedury badania nastawnika początku wtrysku – zaworu elektromagnetycznego.
Poprawnie przebiegający sygnał napięciowy powinien posiadać zmienny współczynnik wypełnienia impulsu w czasie pomiaru oscyloskopowego (ilustracja 2b).

W celu sprawdzenia poprawności jego działania należy:

  • Podłączyć przewód z zakończeniem krokodylkowym oscyloskopu do masy silnika oraz styku masy cewki zaworu elektromagnetycznego. Pojawienie się charakterystyki prostokątnej – bez zakłóceń – świadczy o sprawności nastawnika dawki paliwa. Stopień włączania zaworu elektromagnetycznego ulega cyklicznym zmianom, co jest naturalnym zjawiskiem reakcji nastawnika wtrysku, w fazie korekty dawki podawanego paliwa na biegu jałowym silnika.
  • Zmierzyć za pomocą omomierza rezystancję cewki zaworu elektromagnetycznego na wyłączonym zapłonie i odłączonym złączu zasilania. Wartość prawidłowa powinna mieścić się w zakresie 0,5–2 Ω.

W razie braku sygnału wyjściowego z nastawnika należy:

  • Wykonać pomiar napięcia zasilania woltomierzem na złączu zasilania – wartość prawidłowa mieści się w przedziale 12–13 V.

Po przeprowadzeniu pomiarów sprawdzić podane wartości rezystancji cewki zaworu elektromagnetycznego w danych producenta i porównać je z otrzymanym wynikiem. Wartość napięcia zasilania na styku zasilającym jest zawsze równa wartości napięcia na stykach akumulatora. Stąd podany przedział wartości mierzonych należy uznać za punkt odniesienia. Jeżeli wartość rezystancji cewki nie jest zgodna z wartością podaną przez producenta, należy wymienić pompę wtryskową. Jeżeli występuje prawidłowa wartość napięcia zasilającego na przewodach prowadzących do nastawnika dawki wtrysku oraz przewodach zasilających sterownika, stwierdzono ciągłość przewodów, a rezystancja cewki zaworu elektromagnetycznego jest poprawna, to należy uznać, że sterownik jest uszkodzony. Niesprawność nastawnika dawki paliwa można również wykryć przy użyciu diagnoskopu, wykonując odczyt zapisu kodów usterek z pamięci sterownika ECU. Uszkodzenie nastawnika dawki paliwa uniemożliwia rozruch silnika.