Więcej cylindrów, więcej przyczyn

22 Paź 2013

Cały kłopot przy diagnostyce silników wielocylindrowych polega na tym, że trzeba brać pod uwagę bardzo dużo przyczyn awarii i żadnej z góry nie wolno wykluczyć.

Właściciele napędzanych widlastą dwunastką BMW czy Mercedesów raczej rzadko pojawiają się w niezależnych warsztatach, ale posiadacze Audi z silnikiem R5 czy amerykańskich, niedrogich vanów z silnikiem V6 są już dość częstymi klientami. Koszty napraw nawet banalnych awarii silników wielocylindrowych są bowiem w autoryzowanych serwisach tak wysokie, że niejednokrotnie przekraczają wartość całego pojazdu. Bywa więc, że jedynym rozsądnym rozwiązaniem okazuje się wymiana szwankującego silnika na używany.

Aby jednak była to decyzja sensowna, trzeba najpierw, tak jak i przed ewentualną naprawą, dokonać rzetelnej diagnozy jednostki napędowej. Niestety mogą z tym być niejakie trudności. Wielu mechaników nie chce bowiem dotykać wielocylindrowych konstrukcji. I to pomimo, że przecież nie święci garnki lepią oraz ogólnie wiadomo, iż warunkami prawidłowej pracy każdego silnika benzynowego (bo do takich się ograniczymy), niezależnie od liczby jego cylindrów, są:

  • sprawność mechaniczna

  • właściwe proporcje benzyny i powietrza;

  • iskra o odpowiedniej energii pojawiająca się we właściwym momencie.

Ta banalna wiedza, o ile tylko zostanie właściwie wykorzystana, pozwala w zasadzie w każdym przypadku postawić właściwą diagnozę.

Jak to wygląda w praktyce, postaramy się przedstawić na dwóch przykładach. Zastrzegamy, że dotyczą one silników, które wykazywały łatwo zauważalne objawy niewłaściwego działania (np. nierówną pracę prowadzącą do zapisu błędów w sterowniku, pracę w trybie awaryjnym, świecenie kontrolki silnika). Gorąco odradzamy przyjmowania zleceń składanych przez klientów kierujących się jedynie wrażeniami, takich co to czują, że silnik pracuje nie całkiem dobrze, że ma drgania, których kiedyś nie miał, a na benzynie ze stacji w Niemczech to po prostu wyrywa się z ramy, zaś na polskiej traci zupełnie moc.

W każdym razie objawy niedomagań powinny być na wstępie w miarę precyzyjnie sformułowane, bo inaczej może dojść do niepotrzebnych nieporozumień na linii warsztat – klient. Wróćmy jednak do zasadniczego wątku, oto zapowiedziane przykłady.

Drugi z trzecim

Silnik V12  o przebiegu około 100 tys. km. Właściciel samochodu skarżył się, że od czasu do czasu podczas intensywnego przyspieszania gdzieś spod maski słychać kilka „wystrzałów”, po czym jednostka napędowa zaczyna pracować w trybie awaryjnym i luksusowa limuzyna jest wyprzedzana przez ostatnie jeżdżące jeszcze po naszych drogach Polonezy. Jazda próbna (bardzo ważna w diagnostyce) potwierdziła słowa klienta.

5Odczyt błędów zapisanych w pamięci sterownika wykazał, że następowało wyłączenie z pracy (poprzez odcięcie wtrysku paliwa) cylindra nr 2 i – sporadycznie – sąsiadującego z nim cylindra nr 3. Zgodnie z podpowiedziami systemu diagnostycznego, które towarzyszyły zapisanym błędom, sprawdzono instalację zapłonową cylindrów nr 2 i 3, nie stwierdzając jednak nic nieprawidłowego. Dla pewności, w zgodzie z podpowiedziami, wymienione zostały świece i przetwornik końcowy układu zapłonowego. To też nie przyniosło efektu – podczas jazdy próbnej na dłuższym dystansie (ok. 100 km) usterka się powtórzyła.

Następnie sprawdzono, oraz dla pewności wymieniono, wtryskiwacze cylindrów 2 i 3. Również i to nie dało oczekiwanego skutku.

Z kolei, zgodnie z teorią trzech warunków, które muszą być spełnione, by silnik prawidłowo działał, kontroli poddana została „mechanika” cylindrów 2 i 3. Pomiar ciśnienia sprężania nie wykazał istotnych odchyłek, oględziny ich wnętrza przeprowadzone za pomocą elastycznego wziernika (nawiasem mówiąc, przyrząd ten znakomicie przydaje się w warsztacie) nie wniosły nic do sprawy. Gładź cylindrów była bez zarzutu, widoczne były jeszcze rysy honownicze.

Choć ciśnienie sprężania było całkowicie prawidłowe, a i zawory w obiektywie endoskopu wyglądały na sprawne, zapadła decyzja demontażu głowicy w celu dokładnego sprawdzenia i ewentualnej wymiany gniazd zaworowych jak i samych zaworów. Staranna weryfikacja prowadnic, zaworów i ich gniazd nie wskazała jednak na niesprawności, stwierdzono jedynie zaczernienie sadzą wnętrza kolektora dolotowego w okolicach cylindrów 2 i 3. Pomimo to (dla pewności, a po trosze również z desperacji) zamontowano nowe zawory. Po założeniu głowicy i przeprowadzeniu kolejnej jazdy próbnej okazało się, że to jednak nie to. Znów pojawiły się strzały pod maską, a silnik przeszedł w stan awaryjny.

Desperacja warsztatu udzieliła się właścicielowi samochodu i gdy głowica była jeszcze rozmontowana, sprowadził on do niej dyplomowanego rzeczoznawcę techniki samochodowej. Ten obejrzał głowicę, popytał co i jak, po czym stwierdził, że przyczyną kłopotów jest piezoelektryczny czujnik spalania stukowego, a zatem najpierw należy sprawdzić jego połączenia, a jeśli to nie pomoże wymienić go na nowy. Zalecenia te z całą pewnością zostałyby wykonane, tyle że naprawiany silnik w ogóle nie miał takiego czujnika! Przebieg procesu spalania kontrolował bowiem układ mierzący prąd jonowy płynący pomiędzy elektrodami świec zapłonowych po przyłożeniu do nich tzw. napięcia pomiarowego.

Odpowiedź na papierze

6Rozwiązanie problemu zostało znalezione po starannym przestudiowaniu działania wszelkich mechanizmów mogących wpływać na pracę feralnych cylindrów. W tym również układu, który wyłącza część cylindrów podczas pracy silnika pod małym obciążeniem. Układ ten, sterowany hydraulicznie, unieruchamia okresowo zarówno wtrysk paliwa, jak i zawory, pozostawiając oba (dolotowy i wylotowy) w pozycji „zamknięte”. I oto wystarczyło drobne zacięcie pomiędzy tłoczkiem układu odłączania a dźwigienką zaworową, by po pracy w trybie odłączenia cylindrów zawór dolotowy nie zamykał się całkowicie w trybie normalnym. Skutkiem tego były wspomniane „strzały” w kolektor dolotowy i przechodzenie silnika w tryb awaryjny. Elektroniczne wyprogramowanie opcji odłączania cylindrów (na życzenie klienta) przywróciło silnikowi sprawność.

Wniosek z tego przykładu jest następujący: lepiej włożyć wiele energii i czasu w zdobycie dobrych materiałów technicznych na temat naprawianego silnika, niż od razu brać się za demontaż i wymianę części na zasadzie „a może się trafi”.

Bardzo skuteczną i jednoznaczną metodą diagnostyczną jest natomiast wymiana części „na próbę”. Teoretyzowania np. na temat przebiegu oscyloskopowego z czujnika położenia wału korbowego czy prawidłowości tzw. wartości rzeczywistych, nie da się porównać z pewnością obserwacji polegającej na zauważeniu, że z dotychczasową częścią było źle, a z nową (choćby i używaną) jest dobrze.

Strzały pod maską

Drugi przykład dotyczy silnika V8 o przebiegu ponad 100 tys. km, który zaczął nierówno pracować i przeszedł w stan awaryjny.

Wykonana na samym początku analiza błędów zapisanych w pamięci sterownika, uzupełniona pomiarem ciśnienia sprężania, wykazała praktycznie trwałe odłączenie cylindra nr 4 z powodu jego wadliwej pracy. Wyraźne i typowe objawy uśpiły czujność warsztatu, czego efektem było postawienie nieprawidłowej, bo niekompletnej diagnozy. Przyczyniło się do tego również i to, że częściowa rozbiórka silnika, polegająca na zdjęciu głowicy, ujawniła całkowicie zniszczoną gładź cylindra i tym samym potwierdziła słuszność dotychczasowych podejrzeń.

Właścicielowi auta zaproponowano wymianę kadłuba silnika i kompletu tłoków, na co przystał, przekonywany, że jednostka napędowa będzie jak nowa. Trochę jednak stracił wiarę w fachowców, gdyż złożony silnik po uruchomieniu znów nierówno pracował i przechodził w tryb awaryjny.

Ponowna analiza błędów (zarejestrowanych po naprawie silnika) nie prowadziła do jednoznacznych wniosków. Zapisywały się głównie wyłączenia różnych cylindrów po naprawianej stronie, z przewagą, a jakże cylindra nr 4! Jako przyczynę odłączenia sterownik wskazywał przekroczenie zakresu regulacji składu mieszanki, zarówno w kierunku zbyt ubogiej, jak i zbyt bogatej.

Wobec braku innych pomysłów mechanicy postanowili sprawdzać punkt po punkcie podpowiedzi systemu diagnostycznego. Jednakowoż:

  • badanie układu zasilania paliwem i zapłonowego nic nie wykazało,

  • prawidłowa okazała się również szczelność cylindrów,

  • połowa układu wylotowego wraz z katalizatorem i sondami lambda (od strony cylindra nr 4) została wymieniona na nową, ale nie przyniosło to poprawy,

  • nic nieprawidłowego nie wykazał pomiar tzw. przeciwciśnienia spalin, skądinąd dobra metoda oceny stopnia niedrożności układu wylotowego.

Pewną nadzieję wzbudził test szczelności kolektora dolotowego. Próba ta polega na podłączeniu komputera diagnostycznego, wybraniu podopcji „wskazania sond lambda” kiedy silnik pracuje na wolnych obrotach, a następnie spryskaniu benzyną (z ręcznego rozpylacza, niezwykle ostrożnie i mając na podorędziu gaśnicę) podejrzanych miejsc, którymi kolektor dolotowy mógłby zasysać „fałszywe” (czy „lewe”, jak mówią niektórzy) powietrze. Jeżeli trafi się nieszczelność, sygnał z sondy ulega gwałtownej zmianie w kierunku „mieszanka wzbogacona”, jednocześnie obserwuje się redukcję czasu otwarcia wtryskiwacza znajdującego się w pobliżu nieszczelności.

Wymiana kompletnego kolektora, owszem, przyniosła poprawę, ale tylko na wolnych obrotach. Przy większych obciążeniach nierówna praca silnika powracała, nadal też przechodził on w stan awaryjny.

Ostateczne rozwiązanie znów przyniosła praca „z papierami”. Tym razem należało w nich sprawdzić prawidłowość doboru części. Rzecz w tym (o czym zresztą ogólnie wiadomo, ale czasem się zapomina), że elementy, które częściej niż powinny, sprawiają jakieś kłopoty, są przez producentów modyfikowane (poprawiane).

3W przypadku opisywanego silnika sprawdzenie części z zakresu blok cylindrów – tłoki nie wniosło nic ciekawego, za to w zestawieniu elementów układu rozrządu aż roiło się od adnotacji typu: „nie używać więcej z”, „nie stosować z…”, „wymieniać zawsze łącznie z…” itd. Idąc tym tropem wymieniono na nowe wałki rozrządu wraz z kołami łańcuchowymi. Skutek okazał się natychmiastowy. Silnik podczas jazdy próbnej, nawet specjalnie prowokowany, nie przechodził w tryb awaryjny. Jednocześnie nierównomierność pracy jednostki napędowej była już prawie do zaakceptowania, aczkolwiek system diagnostyczny wykazywał jeszcze sporadyczne przekroczenie parametru nierównomierności biegu, co jest standardowym sygnałem wskazującym, by zdemontować łańcuch rozrządu i sprawdzić jego stan. Porównanie długości (pod obciążeniem) z nowym łańcuchem wykazało, że stary wyciągnął się o prawie 2 centymetry. I to właśnie było pierwotną przyczyną całej sprawy cylindra nr 4.

Lawina zdarzeń

Związek pomiędzy rozciągnięciem łańcucha rozrządu a zatarciem jednego z cylindrów jest jednoznaczny, ale złożony. Mamy tu bowiem do czynienia z sytuacją jak w dominie, gdy przewrócenie jednego klocka powoduje lawinę wypadków. Całe zjawisko przebiega następująco:

Wyciągnięcie łańcucha spowodowało, iż obrót kół napędzających wałki rozrządu zaczął następować z pewnymi zakłóceniami (głównie opóźnieniem) w stosunku do obrotów wału korbowego. Należy przy tym zwrócić uwagę, że zakłócenia te były większe dla lewego wałka, gdyż napęd rozrządu miał konstrukcję taką jak pokazuje rysunek.

Nieprzewidziana zmiana faz rozrządu spowodowana zakłóceniami wywołała perturbacje w procesie spalania, skutkujące nadmierną nierównomiernością pracy silnika, zwłaszcza na wolnych obrotach. Zostało to natychmiast wychwycone przez sterownik zarządzający działaniem jednostki napędowej.

Wykrytą nierównomierność pracy silnika sterownik próbował skorygować zgodnie z tym, co zapisano w jego oprogramowaniu, to znaczy poprzez zmianę dawki paliwa. I tak do cylindrów, które uznał za pracujące za wolno, zaczął podawać nieco więcej benzyny, a do „zbyt szybkich” – nieco mniej.

Ponieważ zakłócenia spalania nie były przypadkowe, lecz miały swoją określoną i trwałą przyczynę, działanie tej korekcyjnej pętli programowej nie przyniosło poprawy nierównomierności biegu. Przeciwnie – zostały przekroczone granice stechiometrycznych proporcji mieszanki, co natychmiast zostało uwzględnione przez inną pętlę programową nadzorującą czystość spalin i bezpieczeństwo katalizatora.

Przekroczone okresowo granice regulacji współczynnika lambda spowodowały, że sterownik awaryjnie odłączał zasilanie paliwem cylindrów budzących jego wątpliwości, aż w końcu silnik przechodził w awaryjny tryb pracy, co objawiało się kierowcy utratą mocy i zaświeceniem lampki check engine.

Stałe zakłócenia w procesie spalania i okresowe wyłączanie cylindra z pracy spowodowało pogorszenie smarowania – olej był zmywany z gładzi przez benzynę, która nie odparowywała, gdyż cylinder nie osiągał należytej temperatury. Wszystko skończyło się zatarciem.

Pozostaje wyjaśnić, dlaczego zatarciu uległ akurat cylinder nr 4. Otóż w łańcuchu kinematycznym znajduje się on najdalej od koła zamachowego, a pod względem elektronicznym najdalej od czujnika położenia wału korbowego. Pamiętajmy, że mówimy widlastej „ósemce”.

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz