Układ sterowania silnikiem benzynowym - działanie i usterki jego elementów

Czujniki kontrolujące pracę coraz większej liczby układów w samochodzie mają bezpośredni wpływ na parametry spalania mieszanki w cylindrze. Od ich wskazań zależy wiele czynników. Do głównych możemy zaliczyć czas otwarcia wtryskiwaczy, kąt przesunięcia zapłonu oraz ewentualnej zmiany faz rozrządu. Wszystko to dzieje się za pomocą wielu czujników zbierających informacje o aktualnych warunkach pracy silnika, które przekazywane są do jednostki sterującej.

Spora część napraw pojazdu polega na zdiagnozowaniu i wymianie uszkodzonych czujników. Silniki nie mają już gaźników, a ich funkcje w znacznie bardziej skomplikowany sposób przejął wspomagany komputerowo układ sterowania silnikiem.

Elektroniczne urządzenie sterujące systemu wtryskowo-zapłonowego wyposażone jest w pamięć diagnostyczną, która rejestruje i zapamiętuje usterki wykryte związane ze sprawnością czujników jednostki sterującej. Jest to tzw. samodiagnoza.

W przypadku podejrzenia o nieprawidłową pracę poszczególnych czujników należy dokonać odczytu błędów silnika i jeśli zachodzi potrzeba, wymienić cześć na nową. Często kierowca dowiaduje się o usterce dzięki komunikatowi na desce rozdzielczej. Najczęściej jest to "check engine" bądź po prostu "check".

Do prawidłowej pracy silnika niezbędne są wskazania czujników położenia wału korbowego oraz wałków rozrządu. Producenci stosują najczęściej jedno z dwóch rozwiązań, montując w silnikach czujnik Halla lub czujnik indukcyjny. Sygnał wejściowy zostaje przekształcony w sygnał cyfrowy i wykorzystany do obliczenia prędkości obrotowej silnika oraz położenia wału korbowego na podstawie brakującego występu na kole zamachowym.

Przerwa dla czujnika jest znakiem pełnego obrotu wału. Jeżeli czujnik nie podaje sygnału do jednostki sterującej, niemożliwe jest określenie położenia tłoków w poszczególnych cylindrach i silnik nie zostanie uruchomiony.

Czujnik położenia wałka rozrządu rozpoznaje, który cylinder wykonuje suw pracy. Do jednostki sterującej przesyłane są informacje z danymi potrzebnymi do sterowania zapłonem, sprawdzania spalania stukowego oraz czasu wtrysku. Jeżeli pojazd wyposażony jest w oba czujniki, w razie usterki czujnika położenia wałka rozrządu często jego rolę przejmuje czujnik położenia wału korbowego.

Jednak zapłon i czas wtrysku nie są tak precyzyjne, ponieważ ich wartości są uśredniane. Najczęściej uszkodzenie czujnika kończy się brakiem możliwości uruchomienia silnika. Czasem powoduje złą pracę motoru czy gaśnięcie.

Czujnik masy powietrza montowany jest między filtrem powietrza a przepustnicą. Czujnik rejestruje ilość oraz gęstość powietrza dostarczanego do silnika niezbędną do obliczenia ilości zawartego tlenu dla przebiegu spalania.

Dane z przepływomierza są istotnymi parametrami do obliczenia przez jednostkę sterującą dawki wtryskiwanego paliwa, kąta wyprzedzenia zapłonu. Zarejestrowanie przez komputer sterujący usterki przepływomierza skutkuje przejściem na sterowanie silnika w trybie awaryjnym.

Dane uśrednione powodują zwiększone zużycie paliwa i odczuwalny spadek mocy. Uszkodzenie przepływomierza może nastąpić w wyniku nieszczelności układu dolotowego powietrza lub zastosowania niewłaściwego filtra powietrza. Wadą przepływomierza jest jego mała odporność na wstrząsy i zanieczyszczenia.

Istotny wpływ na pracę silnika ma jego temperatura. Dlatego niezbędny jest czujnik informujący o temperaturze silnika. Na podstawie informacji dotyczących temperatury silnika komputer oblicza czas trwania wtrysku, moment zapłonu oraz regulacji prędkości obrotowej na biegu jałowym. Przy niskich temperaturach czas wtrysku jest wydłużony. Sygnał jest wykorzystywany do ustawienia przepustnicy i wzbogacaniu mieszanki przy uruchamianiu silnika, przyspieszaniu bądź hamowaniu silnikiem.

Uszkodzony czujnik temperatury może objawiać się błędnymi wskazaniami na tablicy przyrządów. Objawy uszkodzenia czujnika to trudności w uruchomieniu ciepłego bądź lekko wystudzonego silnika, zwiększone zużycie paliwa. Przy uszkodzeniu czujnika temperatury dane o temperaturze odczytywane są z czujnika temperatury zasysanego powietrza, jednak są to dane uśrednione i sterowanie silnika odbywa się w trybie awaryjnym.

Czujnik położenia przepustnicy przekazuje informacje o aktualnym położeniu przepustnicy oraz prędkości przestawiania przepustnicy. W przypadku uszkodzenia przepływomierza czujnik informuje jednocześnie o obciążeniu silnika. Objawy uszkodzenia czujnika przepustnicy mogą być także informacją o zanieczyszczeniu przepustnicy, którą należy przeczyścić i na nowo wprowadzić nastawy podstawowe przepustnicy.

W przypadku usterki czujnika położenia przepustnicy wykorzystywana jest zastępcza wartość obliczana przez jednostkę sterującą. Składa się ona z sygnału prędkości obrotowej i informacji o zassanej masie powietrza. W zależności od silnika może to doprowadzić do wahań biegu jałowego oraz szarpania przy przyspieszaniu.

Kolejnym istotnym elementem jest czujnik ciśnienia w kolektorze ssącym. Rola czujnika to odczyt ciśnienia w kolektorze dolotowym, z którym czujnik ma połączenie pneumatyczne. Często jest on zintegrowany z czujnikiem temperatury powietrza. Jego zadanie to obliczanie rzeczywistej ilości pobranego powietrza w celu ustalenia czasu wtrysku oraz momentu zapłonu. Uszkodzenie czujnika powoduje przyjęcie wartości zastępczych (na podstawie czujnika położenia przepustnicy) i pracę w trybie awaryjnym.

Ostatni czujnik to sonda lambda. Znajduje się on w kolektorze wydechowym. Jego zadaniem jest przekazywanie do komputera sterującego informacji o zawartości tlenu, składzie spalin i stosunku rzeczywistej masy powietrza doprowadzonego do masy powietrza teoretycznie potrzebnego do spalenia określonej ilości paliwa. Przetworzona informacja pozwala na obliczenie i natychmiastowe przygotowanie mieszanki przez regulację dawki wtryskiwanego paliwa.

Uszkodzenie sondy nie przerywa pracy silnika, jednak jego sterownik pracuje w trybie awaryjnym, przyczyniając się do znacznego zwiększenia zużycia paliwa. Przez zły dobór mieszanki paliwowo-powietrznej pogarsza się również kultura pracy silnika. Jazda z uszkodzoną sondą lambda wpływa na nieprawidłowe działanie reaktora katalitycznego, a nawet może nieodwracalnie go zniszczyć.

Stosowane przez producentów rozwiązania różnią się od siebie. Przykładowo, rolę przepływomierza może zastąpić czujnik ciśnienia zintegrowany z czujnikiem temperatury powietrza w kolektorze ssącym. Tak czy inaczej auta są naszpikowane elektroniką czuwającą nad prawidłową pracą jednostki napędowej.

Prawidłowe rozpoznanie objawów może przyspieszyć znalezienie źródła problemu i samodzielną wymianę uszkodzonej części. Jednak w większości przypadków trudno postawić trafną diagnozę. Wówczas najlepszym wyjściem może się okazać wizyta w serwisie w celu odczytania błędów lub zakup interfejsu diagnostycznego z odpowiednim złączem do danego typu silnika i samodzielne ich odczytanie.