Vstřikovací systémy Motronic – seminární práce

 

   Otázka: Vstřikovací systémy Motronic

   Předmět: Silniční vozidla, Opravárenství

   Přidal(a): Maturant

 

 

Vstřikovací systémy Motronic (Bosch)

Motronic spojuje v jedné řídicí jednotce kompletní elektroniku řízení motoru, která u zážehového motoru vykonává všechny potřebné řídicí zásahy. Provozní data jsou získávána pomocí snímačů a vstupní obvody v řídicí jednotce upravují tato data pro mikroprocesor. Ten zpracovává upravená data, rozpoznává z nich provozní stav motoru a vypočítává potřebné ovládací signály. Koncové stupně zesilují tyto signály, ovládající posléze akční členy, které řídí provozní stavy motoru. Tím je dosaženo optimální přípravy směsi a její zapálení ve správný okamžik při různých pro­vozních stavech motoru. Systémy pod označením Motronic, které  se vyvinuly ze staršího systému L Jetronic, se vyrábí od roku 1979 ve velkém množství verzí. Následující popis s příslušnými vyobra­zeními se vztahuje na typické provedení systému Motronic Další varianty jsou přizpůsobeny individu­álním požadavkům výrobců automobilů a zemím s rozličnými zákony.

 

Základní funkce

Já­dro systému Motronic tvoří řízení vstřikování i zapalování..

 

Přídavné funkce

Další řídící a regulační funkce jsou nut­né ke snížení emisí a spotřeby paliva jež jsou požadovány zákonnými nor­mami. Tyto funkce rozšiřují základní systém Motronic a dovolují tak hlídání všech vlivů na složení výfukových ply­nů.

Patří sem :

– regulace volnoběžných otáček,

– lambda regulace,

– řízení  systému   odvětrání   palivové nádrže,

– regulace klepání,

– recirkulace spalin ke snížení obsahu NOX

– řízení vhánění sekundárního vzduchu ke snížení obsahu HC

 

Při zvýšených požadavcích výrobce automobilů může být systém doplněn ještě o následující funkce:

– řízení turbodmychadla jakož i sacího potrubí s proměnnou délkou k regu­laci nárůstu výkonu motoru,

– řízení nastavení vačkových hřídelů ke snížení emisí ve výfukových plynech jakož i regulaci nárůstu výkonu mo­toru a

– regulaci klepání jakož i omezení maxi­málních otáček a omezení maximální rychlosti jízdy potřebné k ochraně motoru a vozidla.

 

Systém řízení motoru

Motronic spolupracuje s řídícími jednotkami ostatních elektronických systémů ve vozidle. Umožňuje kromě jiného propojení s řídicí jednotkou automatické převodovky, přičemž snížením kroutícího momentu motoru při řazení šetří převodovku, a společně s řídicí jednotkou ABS   zajišťuje regulaci   prokluzu hnacích kol (ASR) a tím zaručuje vyšší bezpečnost jízdy.

 

Palivový systém

Systém má za úkol zásobovat motor za všech podmínek dostatečným množstvím paliva. Elek­trické palivové čerpadlo dopravuje pa­livo z palivové nádrže přes palivový filtr do rozdělovače palivaelektromagnetickými vstřikovacími ventily. Tyto dávkují palivo do sacího potrubí motoru. Nespotřebované palivo protéká přes regulátor tlaku zpět do nádrže.

Ve většině případů využívá regulátor tlaku paliva při regulaci také podtlak v sacím potrubí. Neustálý průtok paliva zajišťuje chlazení a zamezuje vzniku nežádoucích bublinek palivových par. Regulátor tlaku paliva udržuje v soustavě konstantní dife­renční tlak obvykle asi 300 kPa. Pokud je potřeba, může být do pali­vového systému vřazen tlakový tlumič, který redukuje tlakové pulzace paliva.

 

Elektrické palivové čerpadlo

Elektrické palivové čerpadlo dopravuje palivo kontinuálně z palivové nádrže. Čerpadlo může být umístěno přímo v nádrži (“Intank”), nebo na palivovém vedení (“Inline”).

V současné době jsou zpravidla pou­žívána “Intank” čerpadla integrovaná do tělesa palivové nádrže, vybavená navíc snímačem stavu paliva a prostorem pro odloučení bublinek přicházejících z vratného potrubí. U čerpadel “Inline” se může, kvůli teplotním problémům, použít malé předčerpadlo umístěné v nádrži, které k hlavnímu čerpadlu dopravuje palivo pod malým tlakem. Aby byl zajištěn potřebný tlak paliva za všech provoz­ních podmínek, je dopravované množ­ství paliva vždy vyšší než maximální spotřeba motoru.

Elektrické palivové čerpadlo je ovládáno přes řídící jednotku motoru a z bezpeč­nostních důvodů je znemožněna doprava pa­liva při zapnutém zapalování a stojícím motoru.

 

Konstrukce

Elektromotor a vlastní čerpadlo se nachází ve spo­lečném tělese a jsou trvale omývány palivem. To zajišťuje dostatečné chla­zení elektromotoru. Nepřítomnost ky­slíku zabraňuje vytvoření zápalné smě­si a tudíž nehrozí nebezpečí výbuchu. Na přípojném víku jsou elektrické připo­jovací kontakty, zpětný ventil a ná­trubek výtlaku. Zpětný ventil udržuje po odpojení napětí ještě po určitou dobu tlak v systému a zamezuje tím tvorbě bublinek.

 

V závislosti na systémových požadav­cích se používají různé typy čerpadel .

 

Objemová čerpadla

Do této skupiny patří válečková lamelová čerpadla a vnitřní zubová čerpadla. Princip čerpání je u těchto čerpadel založen na změně velikosti oběžných komor. Do zvětšu­jících se komor je nasáváno palivo přes plnící otvor a když je dosaženo maxi­málního naplnění komory, plnící otvor se uzavře a otevře se výtlačný otvor. Zmenšováním komor je pak palivo vytlačo­váno. U válečkového lamelového čer­padla jsou komory tvořeny válečky vedenými v rotujících drážkách obvo­dového kola. Válečky jsou odstředivou silou a tlakem paliva přitlačovány vně na excentricky uloženou válečkovou dráhu, přičemž excentricita mezi obvodovým kolem a válečkovou dráhou způsobuje neustálé zvětšování a zmenšování objemu komor.

Vnitřní zubové čerpadlo sestává z vnitř­ního poháněného kola, zapadajícího svými zuby do excentricky uloženého vnějšího oběžného kola, které má o je­den zub více. Při otáčení se mezi vzájemně utěsněnými boky zubů vy­tvářejí v jejich meziprostorech komory proměnných velikostí.

Válečková lamelová čerpadla mohou být použita do přetlaku 650 kPa. Vnitřní zubová čerpadla do 400 kPa, což stačí prakticky pro všechny systémy Motronic.

 

Proudová čerpadla

Do skupiny proudových čerpadel patří obvodová lopatková a boční kanálová čerpadla. U těchto čerpadel jsou čá­stice paliva urychlovány oběžným ko­lem a vháněny do kanálu, kde výměnou impulzů vzniká tlak. Obvodová lopat­ková čerpadla se odlišují od bočních kanálových čerpadel vyšším počtem lopatek, tvarem oběžného kola a po obvodě (periferně) umístěnými kanály. S obvodovými lopatkovými čerpadly lze vytvořit maximální tlak jen asi 400 kPa. Díky kontinuálnímu, prakticky nepulzujícímu proudu paliva je vhodné pro použití ve vozidlech s nároky na bezhlučnost. Boční kanálová čerpadla jsou schopna vytvořit tlak jen asi 30 kPa. Používají se proto především jako předčerpadla u systémů s “Inline” čerpadly nebo jako první stupeň čer­padel “Intank” ve vozidlech, která mají problémy se studeným startem, jakož i u systémů s centrálním vstřikováním paliva. Většina moderních vstřikovacích systémů používá v současnosti dvou čerpadel nebo dvoustupňových čerpadel.

 

Palivový filtr

Nečistoty v palivu mohou ovlivnit správnou funkci vstřikovacích ventilů a regulátoru tlaku paliva. Za elektrické palivové čerpadlo je proto vřazen pa­livový filtr. Palivový filtr obsahuje papí­rovou vložku se střední velikostí pórů 10 jam. Papírová vložka filtru je fixována v kovovém pouzdru pomocí opěrné desky. Interval výměny filtru je závislý na objemu filtru a znečištění paliva.

 

Rozdělovač paliva – palivová lišta

Palivo protéká rozdělovačem paliva a je tak rovnoměrně rozděleno ke všem vstřikovacím ventilům. Kromě vstřiko­vacích ventilů je na rozdělovač paliva většinou připevněn i regulátor tlaku paliva a případně tlumič tlakových rázů. Speciální konstrukce rozdělovače paliva zabraňuje místním změnám tlaku způsobeným rezonancemi při otevírání a zavírání vstřikovacích ventilů, čímž je zabráněno nerovnoměrnostem ve vstřikovaném množství paliva. V závis­losti na požadavcích jednotlivých typů vozidel jsou rozdělovače paliva zhotoveny z oceli, hliníku nebo plastu.

 

Regulátor tlaku paliva

Vstřikované množství má být závislé pouze na době vstřiku a proto musí zůstat konstantní rozdíl mezi tlakem paliva v rozdělovači a tlakem v sacím potrubí. Proto musí regulátor tlaku paliva propouštět do zpětného potrubí takové množství paliva, aby byl tlakový rozdíl na vstřikovacích ventilech (rozdíl tlaku paliva a tlaku v sacím potrubí) kon­stantní.

Regulátor tlaku paliva bývá většinou montován na konci rozdělovače paliva, ale může být také umístěn na palivovém vedení.

 

Regulátor tlaku paliva je membránový s přepadem. Mem­brána z pogumované tkaniny rozděluje regulátor tlaku na palivovou a pru­žinovou komoru. Pružina tlačí přes na membráně integrovaný ventilový nosič na ventilové sedlo. Když tlak paliva působící zespoda na membránu pře­kročí protitlak pružiny, otevře se ventil a odpustí se takové množství paliva zpět do palivové nádrže, aby bylo dosaženo rovnovážného stavu. Pruži­nová komora regulátoru tlaku paliva je pneumaticky spojena se sacím potru­bím v místě za škrtící klapkou. Tlak v sacím potrubí odpovídá proto tlaku v pružinové komoře. Na membránu působí stejné tlakové poměry jako na vstřikovací ventil. Tlakový spád na vstřikovacím ventilu závisí proto na síle pružiny a ploše membrány a zůstává následně konstantní.

 

Tlumič tlaku paliva

Taktování vstřikovacích ventilů a perio­dické výtlaky od palivového čerpadla způsobují pulzace paliva. Tyto pulzace se mohou za určitých okolností přená­šet přes upevnění palivového čerpadla, palivová vedení a rozdělovač paliva na palivovou nádrž a karosérii vozidla. Vznikající hluk lze minimalizovat  úpravami uložení a speciálními tlumiči tlaku paliva. Tlumič tlaku paliva je podobné konstrukce jako regulátor tlaku paliva. Stejně jako u něj odděluje membrána podepřená pruži­nou palivový a vzduchový prostor. Síla pružina je dimenzována tak, aby se membrána nadzvedla při dosažení pra­covního tlaku paliva. Variabilní palivový prostor tak může při tlakových špič­kách palivo upustit a při poklesu tlaku tlak zvýšit. Aby mohl být absolutní tlak paliva řízen podle proměnného tlaku v sacím potrubí, může být pružinová komora propojena se sacím potrubím. Stejně jako u regulátoru tlaku paliva může být tlumič tlaku připevněn na rozdělovači paliva nebo umístěn na palivovém potrubí.

 

Vstřikování paliva

Každému válci motoru je přiřa­zen jeden elektromagnetický vstřiko­vací ventil. Ventil vstřikuje přesně od­měřené množství paliva ve správný okamžik přímo před sací ventil(y) válce motoru. Tímto způsobem je zcela odstraněna nevý­hoda vysrážení paliva na stěnách sa­cího potrubí motoru. Sací potrubí přivádí mo­toru pouze vzduch pro spalování a může být proto optimálně přizpůso­beno plnícím požadavkům motoru.

 

Elektromagnetický vstřikovací ventil

Elektromagnetický vstřikovací ventil obsahuje ventilovou jehlu ovládanou kotvou elektromagnetu. Jehla je velice přesně vedena v těle ventilu. V klidovém stavu tlačí pružina shora ventilovou jehlu do sedla ventilu, čímž uzavírá průchod paliva do sacího potrubí motoru.

Jakmile začne řídicí jednotka ovládat elektromagnetickou cívku v tělese ventilu, nadzvedne se ventilová jehla o 60…100 μm a palivo může být vystřikováno kalibrovaným otvorem do sací­ho potrubí.

 

Mohou být použity dva typy vstřikovacích ventilů:

  • “Top-Feed” vstřikovací ventil je zásobo­ván palivem axiálně shora (“top-feed”).
  • Horním těsnícím kroužkem je vsazen do příslušně tvarovaného otvoru v roz­dělovači paliva a je zajištěn proti vy­padnutí přídržnou svorkou a spodním těsnícím kroužkem je vsazen do sacího potrubí motoru.
  • “Bottom-Feed” vstřikovací ventil je integ­rovaný do rozdělovače paliva je ne­ustále proplachován palivem. Přívod paliva je ze strany (“bottom-feed”). Rozdělovač paliva je montován přímo na sací potrubí. Ventil je fixován pří­držnou svorkou nebo víkem rozdělo­vače paliva, které může také obsahovat elektrické připojovací kontakty. Úniku paliva zabraňují dva pryžové kroužky.

 

Vysokonapěťový obvod zapalování

Ve vysokonapěťovém obvodu zapalo­vání je vytvářeno vysoké zapalovací napětí a ve správný okamžik rozdě­lováno na jednotlivé zapalovací svíčky.

 

Vysokonapěťový obvod Motronic může být rozdílného provedení:

– Vysokonapěťový obvod s jednou za­palovací cívkou, jedním koncovým stupněm a jedním rozdělovačem vy­sokého napětí pro všechny válce (za­palování s rotačním rozdělovačem).

– Vysokonapěťový obvod s jednou jednojiskrovou zapalovací cívkou a jed­ním koncovým stupněm pro každý válec (bezrozdělovačové neboli elektronické zapalováni). Každému válci je přidělena jedna zapalovací cívka a jeden koncový stupeň, ovládané v pořadí zapalování řídicí jednotkou Motronic.

– Vysokonapěťový obvod s jednou dvoujiskrovou zapalovací cívkou a jedním koncovým stupněm pro každé dva válce (bezrozdělovačové neboli elektronické zapalování). Jedné zapalovací cívce s jedním kon­covým stupněm jsou přiřazeny dva válce motoru. Na konce sekundárního vinutí jsou napojeny po jedné zapa­lovací svíčce příslušného válce. Válce jsou zvoleny tak, aby v horní úvrati byl vždy jeden z páru ve fázi komprese a druhý ve fázi výfuku. V době zápalu přeskočí jiskra na obou zapalovacích svíčkách.

 

Zapalovací cívky (schéma)

Rotační rozdělení vysokého napětí:

a) společná zapalovací cívka

Bezrozdělovačové zapalováni:

b) jednojiskrová zapalovací cívka

c) dvoujiskrová zapalovací cívka

 

 

Jednojískrová zapalovací cívka

1 elektrický nízkonapěťový konektor, 2 lamelové železné jádro, 3 primární vinutí, 4 sekundární vinutí, 5 vysokonapěťový kontakt, uvnitř s pružinou, 6 zapalovací svíčka.

                      

Dvoujiskrová zapalovací cívka

1 elektrický nízkonapěťový konektor, 2 železné jádro, 3 primární vinutí, 4 sekundární vinutí, 5 vysokonapětbvá připojení.

 

Snímání provozních dat

Zatížení motoru

Jedna z hlavních veličin pro výpočet vstřikovaného množství a okamžiku zážehu je zatížení motoru. Pro stanovení zatížení motoru se u sys­témů Motronic používají následující snímače zatížení:

– měřič množství vzduchu,

– měřič hmotnosti vzduchu se žhaveným drátem,

– měřič hmotnosti vzduchu s vyhřívaným filmem,

– snímač tlaku v sacím potrubí a

– snímač polohy škrtící klapky.

Snímač polohy škrtící klapky se u systémů Motronic většinou používá jako tzv. vedlejší snímač zatížení, společně s výše jmenovanými hlavními snímači zatížení.

 

Měřič množství vzduchu

Měřič množství vzduchu je umístěn mezi vzduchovým filtrem a škrtící klap­kou a měří objem proudu vzduchu na­sátý motorem [m3/h]. Proud vzduchu natáčí měřící klapku proti konstantní síle vratné pružiny a úhel natočení klap­ky je snímán potenciometrem. Napětí na potenciometru je vedeno do řídicí jednotky, kde se porovnává s napáje­cím napětím potenciometru. Tento na­pěťový poměr je úměrný množství vzduchu nasátého motorem.

Aby nedocházelo, vlivem pulzací nasá­vaného vzduchu, ke chvění měřící klap­ky, je systém doplněn protiklapkou s tlumícím prostorem. Změny hustoty vzduchu způsobené různou teplotou nasávaného vzduchu jsou korigovány snímačem teploty integrovaným do měřiče množství vzduchu, jehož hod­notu odporu zpracovává řídicí jednotka motoru.

Měřič množství vzduchu byl používán u starších vývojových verzí.

 

Měřič hmotnosti vzduchu

U měřičů hmotnosti vzduchu se žhaveným drátem a vyhřívaným filmem se jedná o “termické” snímače zatížení. Jsou umístěny mezi vzduchovým filtrem a škrtící klapkou a měří hmotnost proudu vzduchu nasátého motorem [kg/h]. Oba měřiče pracují na stejném principu.

V proudu nasávaného vzduchu se na­chází elektricky vyhřívané tělísko, které je proudem vzduchu ochlazováno. Re­gulační obvod přivádí vyhřívací proud o takové velikosti, aby rozdíl teploty to­hoto tělíska vůči teplotě nasávaného vzduchu byl konstantní. Velikost vyhřívacího proudu je pak úměrná hmot­nosti proudu vzduchu. Hustota vzduchu je u tohoto systému zohledněna, protože je spoluurčena velikostí přenosu tepla z vyhřívaného tělíska.

 

Měřič hmotnosti vzduchu se žhaveným drátem

U měřiče hmotnosti vzduchu se žhaveným drátem je vyhřívané tělísko tvořeno 70 μm tenkým platinovým drát­kem. Pro kompenzaci teploty nasá­vaného vzduchu je v tělese měřiče integrován snímač teploty. Žhavící elektrický proud vytváří na přesném měřícím odporu proporcio­nální napěťový signál, úměrný hmot­nosti proudu vzduchu, který je přiváděn k řídicí jednotce.

Pro minimalizaci nepřesností způso­bených usazeninami na platinovém drátku je při každém vypnutí motoru žhaveny drát na jednu sekundu rozžha­ven. Tím se případné usazené nečistoty spálí, popř. odpaří a drátek se tak vyčistí.

 

Měřič hmotností vzduchu s vyhřívaným filmem

U měřiče hmotnosti vzduchu s vyhří­vaným   filmem   je   vyhřívané   tělísko tvořeno tenkým platinovým filmem. Ten se nachází společně s dalšími elementy můstkového   zapojení   na   keramické destičce.

Teplota filmu je získávána z teplotně závislého odporu (snímač průtoku), který je součástí můstku. Dlouhodobá přesnost zůstává zacho­vána i bez spalování nečistot. Protože se nečistoty usazují zejména na přední hraně senzorového elementu, části rozhodující pro přenos tepla, umístěné na keramickém substrátu, zůstávají bez usazenin. Navíc je senzorový element zkonstruován tak, že případné usa­zeniny nečistot neovlivní jeho obtékání.

 

Snímač tlaku v sacím potrubí

Snímač tlaku v sacím potrubí je pneu­maticky propojen se sacím potrubím a snímá v něm absolutní tlak [kPa]. Existují snímače tlaku zabudované do řídicí jednotky motoru a snímače tlaku pro připevnění v blízkosti nebo na sací potrubí. Snímač tlaku zabudovaný v řídíci jednotce je se sacím potrubím propojen hadičkou.

Snímač je vnitřně rozdělen na tlakový článek se dvěma měřícími elementy a na prostor s vyhodnocovacím obvo­dem. Oba měřící elementy a vyhodno­covací obvod jsou umístěny na desce z keramického substrátu.

Měřící element je tvořen membránou ve tvaru zvonu, která uzavírá komoru s konstantním referenčním tlakem. Podle velikosti tlaku v sacím potrubí se mění velikost prohnutí membrány. Na membráně jsou naneseny piezorezistentní odpory, které mění svůj odpor v závislosti na mechanickém napětí. Tyto odpory jsou zapojeny do můstku, takže vychýlení membrány způsobí nerovnovážnost můstku. Napětí na můstku je pak úměrné velikosti tlaku v sacím potrubí. Úkolem vyhodnocovacího obvodu je zesílit napětí na můstku, kompenzovat vliv teploty a linearizovat tlakovou charakteristiku. Výstupní signál vyhod­nocovacího obvodu je přiváděn do řídicí jednotky motoru.

 

Snímač polohy škrtící klapky

Snímač polohy škrtící klapky snímá úhel natočení škrtící klapky pro zjištění vedlejšího signálu zatížení. Vedlejší signál zatížení je společně s dalšími signály, použit jako přídavná informace
pro dynamické funkce, zjištění provoz­ního stavu motoru (volnoběh, částečný výkon, plný výkon) a je použit jako nouzový signál při výpadku hlavních snímačů.

Snímač polohy škrtící klapky je připev­něn na tělese škrtící klapky a je spojen s jejím hřídelem. Potenciometr vyhod­nocuje úhel natočení škrtící klapky a přenáší poměr napětí přes odporové zapojení do řídicí jednotky.

 

Snímač otáček a polohy klikového hřídele

Pro stanovení okamžiku zážehu je použita jako měřící veličina poloha pístu jednoho válce a tím přes ojnice s klikovým hřídelem i pístů všech válců. Jeden snímač na klikovém hřídeli tak udává informaci o poloze pístů ve všech válcích.

Rychlost, se kterou se poloha kliko­vého hřídele mění, nazýváme otáčkami a je dána počtem otočení klikového hřídele za minutu. Tato důležitá vstupní veličina je vypočítá­vána ze signálu polohy klikového hří­dele.

Indukční snímač – tvorba signálu polohy klikového hřídele
Na klikovém hřídeli je připevněn fero­magnetický ozubený kotouč s místem pro 60 zubů, přičemž jsou dva zuby vynechány (zubová mezera) pro určení polohy klikového hřídele. Indukční snímač snímá posloupnost těchto 58 zubů. Sestává z permanentního mag­netu a jádra z měkké oceli s měděnou cívkou. Prochází-li kolem snímače zuby ozubeného kotouče, mění se v něm magnetický tok a indu­kuje se střídavé napětí. Vyhodnoco­vací obvod v řídicí jednotce převádí sinusový signál s velmi rozdílnou ampli­tudou na pravoúhlé napětí s konstantní amplitudou. Pokud je aktuální odstup hran více jak dvakrát větší než před­chozí a následující, pak je rozpoznána zubová mezera, která  je definována jako určitá přesná poloha prvního válce. Řídicí jednotka synchro­nizuje s tímto okamžikem polohu kliko­vého hřídele. S každou následující po­zitivní nebo negativní hranou signálu počítá řídicí jednotka s natočením klikového hřídele o další 3°. Zapálení směsi však musí být prováděno ještě přesněji. Čas měřený mezi dvěma hranami signálu je proto rozdělen na čtyři stejné části. K hraně zubu tak může být takto vypočtená časová jednotka pro úhel natočení (krok 0,75°) přidána jednou, dvakrát nebo třikrát.

 

Snímač polohy vačkového hřídele

Vačkový hřídel ovládá sací a výfukové ventily motoru. Oproti klikovému hřídeli se otáčí poloviční rychlostí. Když se píst ve válci pohybuje do horní úvratě, pak je podle polohy sacích a výfukových ventilů určeno, zda se píst nachází ve fázi komprese nebo výfuku. Tuto informaci nelze získat z klikového hřídele.

Je-li zapalování vybaveno mechanic­kým rozdělovačem poháněným z vač­kového hřídele, pak palec rozdělovače vždy ukáže na správný válec a řídicí jednotka nepotřebuje k zapálení směsi informaci o poloze vačkového hřídele.

Na rozdíl od těchto zapalování s ro­tačním rozdělováním vysokého napětí potřebují systémy Motronic s bezrozdělovačovými zapalovacími systémy a s jednojiskrovými zapalovacími cívka­mi přídavné informace. Řídicí jednotka totiž musí rozhodnout, kterou zapa­lovací cívku, s příslušnou zapalovací svíčkou, má ovládat. K tomu potřebuje informaci o poloze vačkového hřídele. Tuto informaci potřebuje také u sek­venčního vstřikování paliva pro určení správného okamžiku vstříknutí paliva do příslušného válce.

Poloha vačkového hřídele je nejčastěji snímána Hallovým snímačem. Ten je tvořen prvkem, jehož polovodičovou destičkou protéká elektrický proud. Tento prvek je řízen clonkou, která se otáčí spolu s vačkovým hřídelem. Clonka je zhotovena z feromagnetické­ho materiálu a během jejího otáčení dochází k přerušování permanentního magnetického pole a v Hallově prvku se tak vytváří napětí, které je kolmé vůči směru magnetického toku.

Speciálně tvarované clonky dovolují získat ze signálu vačkového hřídele signál pro nouzový běh motoru při vý­padku snímače otáček. Použití sní­mače polohy vačkového hřídele jako hlavního snímače otáček i v normálním provozu však znemožňuje jeho malá přesnost.

 

Lambda sonda ( skoková ) – složení směsi ( obr. viz. Mono Motronic )

Lambda sonda měří součinitel pře­bytku vzduchu lambda (λ). Lambda je poměrné číslo, určující poměr vzduchu a paliva ve směsi. Při λ = 1 pracuje katalyzátor optimálně.

Vnější strana elektrody lambda sondy zasahuje do proudu výfukových plynů, vnitřní je v kontaktu s venkovním vzdu­chem.

Sonda sestává ze speciální keramiky na jejímž povrchu jsou naneseny tenké, plyn propouštějící platinové elektrody. Účinek sondy je založen na propust­nosti porézní keramické hmoty, jež umožňuje difúzi vzdušného kyslíku (pevný elektrolyt). Keramika se stává při vysokých teplotách vodivou. Je-li obsah kyslíku na obou stranách elek­trod různě veliký, objeví se na elektro­dách elektrické napětí. Při stechiometrickém poměru složení směsi vzduchu s palivem λ = 1 se projeví skoková funkce.

Spolehlivá regulace je zajištěna od 350°C (nevyhřívaná sonda) popř. od 200°C (vyhřívaná sonda).

Aktivní keramika vyhřívané sondy je zevnitř vy­hřívána keramickým topným tělískem, takže je dostatečné pracovní teploty keramiky sondy dosaženo i při nízké teplotě spalin.

Vyhřívaná sonda má ochrannou trubku s minimálními spárami zabraňující kro­mě jiného ochlazování i při studených spalinách.

Vyhřívání sondy zkracuje dobu od nastartování motoru do doby zahájení lambda regulace a umožňuje regulaci i při studených spalinách (např. při volnoběhu). Vyhřívané sondy mají krat­ší reakční doby, což vylepšuje rychlost regulace.

 

Snímače klepání – detonačního spalování

U zážehových motorů se může za určitých abnormálních podmínek vy­skytovat typické “klepání” omezující nárůst výkonu a účinnosti motoru. Tento nežádoucí spalovací proces se nazývá detonační spalování nebo-li klepání a je následkem samozápalů částic směsi, které se nestačily zapálit od postupně prohořívající směsi zapá­lené jiskrou svíčky.

Normálně zahájené spalování a kom­presní tlak vytvořený pístem ve válci způsobují tlak a zvýšení teploty, které vede k samozápalům koncových plynů (ještě nespálené směsi). Vyskytují se zde rychlosti hoření více jak 2000 m/s, přičemž u normálního spalování je to asi 30 m/s.

Při tomto nárazovém spalování dochází lokálně v koncových plynech k prudké­mu zvýšení tlaku. Tím vzniklé tlakové vlny se rozpínají a narážejí na stěny spalovacího prostoru. Při déle působícím klepání mohou tla­kové vlny a zvýšené tepelné zatížení způsobit mechanická poškození těs­nění pod hlavou, pístů a v oblasti ventilů v hlavě válců.

Charakteristické vibrace detonačního spalování jsou snímány senzory kle­pání, převedeny na elektrické signály a vedeny do řídicí jednotky Motronic.

Počet a umístění snímačů klepání musí být pečlivě zvoleno. Spolehlivé roz­poznávání klepání musí být zajištěno u všech válců a za všech provozních stavů motoru, zejména při vysokých otáčkách a výkonech. Zpravidla bývají 4-válcové řadové motory osazeny jed­ním, 5- a 6-válcové motory dvěma a 8-a 12-válcové motory dvěma nebo více snímači klepání.

 

Snímače teploty motoru a nasávaného vzduchu

Snímač teploty motoru je osazen te­plotně závislým odporem, který vyčnívá do chladící kapaliny motoru a sdílí její teplotu.

Stejným způsobem získá snímač v sa­cím potrubí teplotu nasávaného vzdu­chu.

Tento odpor má negativní teplotní koe­ficient ( NTC ) a je součástí děliče napětí, který je napájen napětím 5 V.

Úbytek napětí na odporu je vyhod­nocován analogově-digitálním převod­níkem a je úměrný teplotě. V řídicí jednotce je uložena tabulka, ve které každé hodnotě napětí odpovídá určitá teplota a tím je kompenzována neline­ární charakteristika mezi napětím a tep­lotou.

 

Napětí akumulátoru

Otvírací a zavírací čas elektromagne­tického vstřikovacího ventilu je závislý na napětí akumulátoru. Vyskytne-li se během provozu zakolísání palubního napětí, zkoriguje řídicí jednotka z toho vyplývající reakční zpoždění vstřiko­vacího ventilu změnou doby vstřiku. Při nízkém napětí akumulátoru se musí doba sepnutí zapalovacího obvodu prodloužit, aby mohla zapalovací cívka akumulovat dostatečnou energii pro jiskru.

 

Zpracování provozních dat

V řídicí jednotce je ze signálů zatížení a otáček motoru vypočítána hodnota zatížení, která odpovídá hmotnosti na­sátého vzduchu za jeden zdvih motoru. Tato hodnota zatížení je brána jako základ pro výpočet doby vstřiku a pro pole charakteristik určujícího úhel předstihu zážehu.

Při použití měřiče hmotnosti vzduchu s žhaveným drátem popř. vyhřívaným filmem je přímo měřena hmotnost vzduchu, která je použita jako veličina pro výpočet hodnoty zatížení. Při měření měřičem množství vzduchu je pro zjištění hmotnosti vzduchu nutné pou­žít korekci hustoty vzduchu. V jedno­tlivých případech jsou chyby v měření způsobené silnými vzduchovými pulzacemi v sacím potrubí kompenzovány korekcí pulzace.

Měření tlaku

U systémů měřících tlak v sacím potrubí neexistuje, v porov­nání se systémy měřícími přímo hmot­nost vzduchu, žádný matematický vztah mezi tlakem v sacím potrubí a hmotností nasátého vzduchu. Pro výpočet hodnoty zatížení je zde v řídicí jednotce použito přizpůsobovací pole charakteristik.

 

Výpočet doby vstřiku

Základní doba vstřiku

Základní doba vstřiku je vypočítávána přímo z hodnoty zatížení a konstanty vstřikovacího ventilu. Tato konstanta vstřikovacího ventilu definuje vztah mezi ovládacím časem vstřikovacího ventilu a protékajícím množstvím a je závislá na jeho konstrukci. Základní dimenzování přitom probíhá na součinitel přebytku vzduchu λ = 1.

To platí tak dlouho, dokud je diferenční tlak mezi tlakem paliva a tlakem v sacím potrubí konstantní. V ostatních případech je tento vliv na dobu vstřiku kompenzován pomocí korekčního pole charakteristik lambda. Vliv kolísajícího napětí akumulátoru, na otvírací a zavírací čas elektromagne­tického vstřikovacího ventilu, je kom­penzován korekcí na napětí akumu­látoru.

 

Efektivní doba vstřiku

Efektivní doba vstřiku je k dispozici po dodatečném propočítání korekčních veličin. Tyto jsou vypočítávány ve zvláštních funkcích a zohledňují roz­ličné provozní rozsahy a provozní stavy motoru. Během startu probíhá oddělený výpočet doby vstřiku, který je nezávislý na hodnotě zatížení.

 

Okamžik vstřikování

Vedle správné doby vstřiku je okamžik vstřikování další z parametrů optima­lizujících spotřebu paliva a emise výfu­kových plynů.

U simultánního vstřikování, kde dochází ke vstřikování všech vstřikovacích ventilů v jeden okamžik, dvakrát za cyklus, jednou za otáčku klikového hřídele, je okamžik vstřiku je dán pevně předem.

U skupinového vstřikování jsou vytvo­řeny dvě skupiny vstřikovacích ventilů, kdy každá skupina vstřikuje jednou za cyklus. Časový odstup obou skupin tvoří jedna otáčka klikového hřídele. Toto uspořádání umožňuje již nača­sování okamžiku vstřiku dle provozních podmínek.

U sekvenční vstřikování jsou vstřikovací ventily ovládány nezávisle na sobě ve stejný okamžik, vztaženo na příslušný válec. Okamžik vstřiku je volně programovatelný a lze jej přizpůsobit na příslušná optima­lizační kritéria.

 

Řízení úhlu sepnutí

Pomocí pole charakteristik úhlu sep­nutí je řízena doba průtoku proudu do zapalovací cívky v závislosti na otáč­kách a napětí akumulátoru tak, že je na konci doby průtoku proudu, i při pro­vozu ve vzdálených rozsazích, dosa­ženo požadované hodnoty primárního proudu.

Doba sepnutí vychází z doby nabíjení zapalovací cívky, která je závislá na velikosti napětí aku­mulátoru. Dodatečná dynamická rychlost umož­ňuje dostatečně rychle pokrýt potřebu proudu také při velmi rychlém zvýšení otáček.

Omezení doby nabíjení zapalovací cív­ky v horním rozsahu otáček zajišťuje potřebnou dobu hoření jiskry.

 

Řízení úhlu zážehu

V řídicí jednotce je uloženo pole cha­rakteristik se základním úhlem zážehu v závislosti na zatížení motoru a jeho otáčkách. Tento úhel zážehu je opti­malizován vzhledem ke spotřebě paliva a emisím ve výfukových plynech. Vyhodnocováním teploty motoru a tep­loty nasávaného vzduchu (převzatými ze snímačů teploty motoru a nasá­vaného vzduchu) jsou zohledněny změ­ny teplot.

Další účinné korekce popř. přepnutí na jiná pole charakteristik umožňují přiz­působení na každý provozní stav mo­toru. Tím jsou umožněny účinné vzá­jemné vazby mezi kroutícím momentem, výfukovými plyny, spotřebou, sklonem ke klepání a jízdním chováním. Speciální korekce úhlu zážehu působí například při provozu s vháněním se­kundárního vzduchu nebo s recirkulací výfukových plynů, jakož i při dyna­mickém provozu (např. zrychlení). Dále jsou zohledněny rozličné provozní sta­vy jako volnoběh, částečný a plný výkon, jakož i nastartování a zahřívání.

 

Provozní stavy

Start

V průběhu celého startu je vstřikované množství stanoveno speciálním výpoč­tem.

Pro první vstřikovací impulzy je navíc zvolen speciální vstřikovací režim. Zvýšené vstřikovací množství, které je přizpůsobeno teplotě motoru, slouží k vytvoření palivového filmu na stěnách sacího potrubí a pokrývá zvýšenou potřebu paliva při rozběhu motoru. Bezprostředně po prvních otáčkách motoru (začátek startu) je zvýšené startovací množství, v závislosti na stoupajících otáčkách motoru, regu­lováno až do konce startovací doby. Průběhu startu je rovněž přizpůsoben i předstih zážehu, který  je nastavován v závis­losti na teplotě motoru a jeho otáčkách.

 

Doba po startu

Během doby po startu (fáze po úspěš­ném nastartování) probíhá další reduk­ce zvýšeného vstřikovaného množství v závislosti na teplotě motoru a době, která uběhla od nastartování. Předstih zážehu je přizpůsoben tomuto vstřikovanému množství a odpovídají­címu provoznímu stavu motoru. Doba po startu plynule přechází do fáze zahřívání.

 

Zahřívání

Podle konstrukce motoru a úpravy vý­fukových plynů může mít fáze zahřívání různý průběh. Rozhodujícím faktorem je chování při jízdě stejně jako zlepšení emisí škodlivin a spotřeby paliva. Kombinace chudé směsi ve fázi za­hřívání a malého předstihu zvyšuje tep­lotu výfukových plynů. Další cestou jak zvýšit teplotu spalin je provozování fáze zahřívání s bohatou směsí a s vháněním sekundárního vzduchu. Zde je těsně po nastartování vháněn vzduch do výfukového systému za výfukový ventil. Tento přídavný vzduch je přifukován do systému například pomocí ventilátoru sekun­dárního vzduchu. Přebytek vzduchu společně s dostatečně vysokou teplo­tou vede k oxidaci složek HC a CO ve výfukovém systému a tím ke zvýšení teploty výfukových plynů. Obě opatření přispívají k rychlejšímu náběhu provozní teploty katalyzátoru. Vedle zásahů do zapalování a vstřiko­vání je možné, pro rychlejší zahřátí katalyzátoru, zvýšit volnoběžné otáčky speciálně přizpůsobeným řízením množ­ství přisávaného vzduchu.

Po dosažení provozní teploty kata­lyzátoru je vstřikování řízeno na sou­činitel přebytku vzduchu λ = 1 a přizpůsoben je i úhel předstihu zážehu.

 

Zrychlení/ zpomalení

Část paliva, vstříknutého do sacího potrubí, není vždy nasáta do motoru, ale ulpí na stě­nách sacího potrubí ve formě filmu. Množství takto uloženého pali­va stoupá se stoupajícím zatížením a delší dobou vstřiku. Při otevírání škrtící klapky je proto potřebná část paliva, která vytvoří palivový film na stěnách sacího potrubí. Aby se zamezilo ochuzení směsi při zrychlení, musí být toto přídavné množ­ství paliva dodatečně vstříknuto, takže je při klesajícím zatížení ve formě filmu opět k dispozici. Proto musí být při zpomalení doba vstřiku o stejné množství paliva opět snížena.

 

Decelerace / obnovení

Při deceleraci je odpojeno vstřikování paliva a tím snížena spotřeba paliva a emise škodlivin.

Před odpojením vstřikovacích impulzů je nejprve snížen předstih, aby se snížil přechodový skok kroutícího momentu. Při překročení daných otáček je vstři­kování opět obnoveno. Aby bylo zabrá­něno poklesu volnoběžných otáček pod hodnotu volnoběhu, je velikost těchto otáček závislá na rozličných parametrech, jako např. teplotě motoru nebo dynamickém průběhu otáček, a je uložena v řídicí jednotce. Při obnovení vstřikování je u prvních vstřikovacích impulzů poněkud pro­dloužena doba vstřiku, kvůli tvorbě filmu paliva na stěnách sacího potrubí. Plynulý nástup kroutícího momentu bez rušivých cukání je opět zajištěn změnou předstihu zážehu.

 

Regulace volnoběhu

Volnoběh

Při volnoběhu je rozhodujícím faktorem účinnost a spotřeba při volno­běžných otáčkách. Proto jsou výhodné pokud možno nízké volnoběžné otáčky. Volnoběh však musí být nastaven tak, aby za všech podmínek, jako je zatí­žená palubní síť, zapnutá klimatizace, zařazený rychlostní stupeň u automa­tické převodovky, aktivní posilovač řízení atd., nepoklesly příliš otáčky motoru nebo aby motor neběžel nepra­videlně nebo se nezastavil.

Regulace volnoběžných otáček musí vytvořit rovnováhu mezi odevzdaným kroutícím momentem a zatížením mo­toru a tím zajistit konstantní otáčky. Toto zatížení motoru vyrovnávané  regulací volnoběhu, pod­léhá pomalým změnám v průběhu životnosti motoru a navíc je silně teplotně závislé.

K třecím momentům motoru se přidávají navíc již zmiňovaná externí zatížení jako klimatizace atd. Tyto externí zátěže podléhají silnému kolísání protože jsou agregáty skokově zapínány a opět vypínány. Obzvláště moderní motory s malými setrvačnými hmotami a velkoobjemovým sacím po­trubím reagují citlivě na tyto změny zatížení.

Vedle signálu snímače otáček potře­buje regulace volnoběhu ještě infor­maci o úhlu natočení škrtící klapky, aby byl rozpoznán požadavek volnoběhu (nesešlápnutý plynový pedál). Aby bylo možno vyregulovat teplotní závislost, je zjišťována teplota motoru.

V závislosti na teplotě motoru a po­žadovaných otáčkách je zvolena potřebná hmot­nost vzduchu a pokud jsou k dispozici, slouží vstupní signály od klimatizace nebo automa­tické převodovky k včasnější informo­vanosti řídicí jednotky a tím podporují regulaci volnoběžných otáček.

 

Regulace volnoběhu

Regulace volnoběhu využívá u různých verzí tyto možnosti regulačního zásahu do množství vzduchu:

– řízení množství vzduchu přes obtokový kanál kolem škrtící klapky

– ovlá­dání polohy škrtící klapky pohyblivým dorazem elektromotorem přes převodovku popř. přímý pohon škrtící klapky jako u “elektronického plynové­ho pedálu”.

 

Podstatně rychlejší možností regulace volnoběhu je zásah do úhlu předstihu zážehu. Řízením úhlu předstihu v závislosti na otáčkách lze docílit toho, že při klesajících otáčkách motoru bude předstih nastaven na větší hodnotu a tím dojde ke zvýšení kroutícího momentu. Tato regulace se zpravidla používá jako první a nestačí-li, zahájí se regulace změnou množství vzduchu.

 

Lambda regulace

Účinným opatřením snižování škod­livých emisí ve výfukových plynech je jejich zpracování v třícestném katalyzá­toru. Tento katalyzátor převádí tří škod­livé složky CO, HC a NOX na H2O, CO2 a N2.

Regulační rozsah ( skoková lambda sonda )

K co nejúčinnější přeměně všech tří zmíněných složek výfukových plynů dochází pouze ve velmi úzkém rozsahu kolem lambda  = 1. Toho lze dosáhnout pouze s lambda regulací. Lambda sonda, umístěná v proudu výfukových plynů před katalyzátorem, měří obsah kyslíku.

Při chudé směsi (λ > 1) je její napětí asi 100 mV, bohatá směs vyvolá napětí přibližně 800 mV. Při λ ~ 1 skočí napětí z jedné napěťové úrovně na druhou. Řídicí jednotka vytváří ze signálu měřiče hmotnosti vzduchu a získaných otáček motoru vstřikovací signál. Pro lambda regulaci vypočítává řídicí jednotka ze signálu lambda sondy faktor, z jehož pomocí lze korigovat dobu vstřiku.

 

Funkce

Lambda regulace je účinná jen s provozuschopnou lambda sondou. Vyhodnocovací obvod lambda sondy neustále vyhodnocuje její připravenost k provozu.

Pokud je lambda sonda studená nebo vedení k ní přerušené či zkratované, jsou hodnoty napětí nevěrohodné a nejsou vyhodnocovány. Ve většině případů je lambda sonda vyhřívána; proto je přibližně po 30 s provozuschopná.

Studené motory potřebují pro rovno­měrný běh bohatší směs (λ < 1). Proto může   být   funkce   lambda   regulace uvedena do provozu až po překročení určité prahové teploty motoru. Při aktivní lambda regulaci je napěťový signál lambda sondy v řídicí jednotce přeměněn na dvoubodový signál, který dává podnět regulačnímu  obvodu aby změnil své ovládací veličiny. Doba  vstřiku  je  změněna  (zkrácena nebo prodloužena), a s neustálou vý­měnou dat se nastaví trvalá oscilace regulačního faktoru.

 

Vložený text

Lambda sondy

 

Zjišťování hodnoty λ je v současné době pro re­gulaci složení výfukových plynů jednou z nejdů­ležitějších věcí. K jejímu stanovení se používají lambda-sondy.

Lambda-sondy se liší způsobem činnosti i kon­strukcí:

– dvoubodové

– širokopásmové

 

Dvoubodová lambda-sonda

Běžné vyhřívané lambda-sondy LHS a LSF se, vzhledem ke svým charakteristikám v oblasti    λ = 1, označují jako dvoubodové nebo skokové. Lambda-sonda LSH (Lambda-Sonde Heizung) má snímací prvek kruhového průřezu. Lambda-sonda LSF (Lambda-Sonde Flach) má snímací prvek plochý. Ke stanovení hodnoty λ se u nich využívá napětí Us, které na nich vzniká.

Oba uvedené typy lambda-sond se umísťují jak za katalyzátor, tak i před katalyzátor a podávají informaci o tom, zda je spalovaná směs bohatá (λ < 1) nebo chudá (λ > 1).

 

Širokopásmová lambda-sonda

Zástupcem nové řady lambda-sond je lambda-sonda LSU (Lambda-Sonde Universal).

Ke stanovení hodnoty λ se u nich využívá velikost čerpacího proudu Ip (viz dále), který vypočítává řídicí jednotka motoru. Křivka čerpacího proudu je rostoucí. Lambda-regulace je možná v širokém rozmezí od   λ = 0,7 do λ = 4   —> proto širokopásmová.

Širokopásmová lambda-sonda se používá jako lambda-sonda před katalyzátorem.

 

Konstrukce a popis činnosti

K popisu konstrukce a zejména k vysvětlení základních principů činnosti je použito značně zjednodušených vyobrazení.

 

Dvoubodová lambda-sonda

Základem je tzv. Nernstova buňka. Tvoří ji kera­mická destička, na níž jsou z obou stran nane­seny vrstvy, které slouží jako elektrody. Jedna elektroda je spojena s vnějším vzduchem a druhá s výfukovými plyny.Vlivem rozdílné koncentrace kyslíku ve výfuko­vých plynech a ve vzduchu vzniká mezi elektro­dami napětí Us.

Vzniklé napětí je vedeno do řídicí jednotky mo­toru, která z něj vypočítává hodnotu λ.

 

Širokopásmová lambda-sonda

Širokopásmová lambda-sonda je kombinací dvou keramických buněk:

– Nernstovy buňky (viz dvoubodová lambda-sonda)

– čerpací buňky

Na Nernstově buňce (jako na části širokopás­mové lambda-sondy) vzniká, v důsledku rozdílné koncentrace kyslíku na jejich elektrodách, napětí. Tento efekt je u čerpací buňky využíván obrá­ceně, tzn., že přivedením napětí na elektrody bude na nich docházet ke vzniku rozdílu obsahu kyslíku. V závislosti na polaritě bude do měřícího prostoru (nebo naopak z něj) „čerpáno” tolik kyslíku, aby na Nernstově buňce bylo trvale napětí 450 mV.

 

Popis činnosti širokopásmové lambda-sondy

Bohatá směs ( viz obrázek )

Jestliže je směs (palivo-vzduch) bohatá, zna­mená to, že je koncentrace kyslíku ve výfu­kových plynech, a tím i na elektrodě na straně výfukových plynů, nižší. Napětí na elektrodách Nernstovy buňky se zvý­šilo. Informace o změně napětí jde do řídicí jed­notky motoru.

Aby napětí na jejích elektrodách bylo zase 450 mV (λ = 1), musí se koncentrace kyslíku na elektrodě na straně výfukových plynů zvýšit. Čerpací buňka začne „čerpat” kyslík do měřicího prostoru. Velikost proudu, potřebného k čerpání, je ekvivalentem obsahu (potřeby) koncentrace kyslíku ve výfukových plynech, a tím i mírou součinitele λ. Čerpací proud je v řídicí jednotce vyhodnocován a na jeho základě dojde k takovým opatřením, která povedou k ochuzení směsi.

Chudá směs

Jestliže je směs chudá, pracuje systém stejně, ale s tím rozdílem, že čerpání se provádí opač­ným směrem. Kyslík je čerpán z měřicího pros­toru směrem ven.

 

Výpadek lambda-sondy před katalyzátorem ( EOBD – širokopásmová lambda-sonda )

Dojde-li k výpadku signálu lambda-sondy, není lambda-regulace prováděna a lambda-adaptace je zastavena.

Systém odvzdušňování palivové nádrže pracuje v nouzovém režimu. Diagnostiky sekundárního vzduchu a katalyzátoru jsou zastaveny. Řídicí jednotka motoru využívá k nouzovému chodu údajů v datovém poli.

 

Adaptivní lambda regulace

Lambda regulace koriguje časově následující vstřikování paliva na zá­kladě předešlých měření na lambda sondě.

Toto časové zpoždění je dáno dobou proudění plynů a nedá se nijak obejít. Pro udržení hraničních hodnot emisí ve výfukových plynech je proto nutné použít přednastavení, které je pevně určeno při přizpůsobení k mo­toru a pole charakteristik hodnot lambda je uloženo do paměti ROM (pevná paměť). V průběhu doby pou­žívání vozidla se však mohou vysky­tovat “výkyvy”, jež potřebují jiná před­nastavení. Těmito výkyvy se rozumí např. změny hustoty a kvality paliva. Adaptace přednastavení rozpozná, že lambda regulace musí v určitých rozsazích otáček pod zatížením pro­vádět stále stejné korekce. Zkoriguje tedy přednastavení v tomto rozsahu a zapíše ji do paměti (trvalé RAM), napájené i v klidovém stavu elektric­kým napětím. Při dalším nastartování může být proto použito toto korigované přednastavení předtím, než dojde k ak­tivaci lambda regulace.

Odvětrávací soustava palivové nádrže ( obrázky viz Mono Motronic )

Palivo se v palivové nádrži zahřívá a tím vznikají emise HC. Zákonná opatření stanoví hraniční hodnoty těchto emisí. Odvětrávací soustavy palivové nádrže jsou vybaveny nádobkou s aktivním uhlím, v níž končí odvzdušňovací hadička palivové nádr­že. Aktivní uhlí zadržuje benzínové vý­pary a dovolí odvětrat do volného prostoru jen čistý vzduch. Dodatečně je tím také zajištěno vyrovnání tlaků. Aby bylo aktivní uhlí opět regenerováno, vede další hadička z nádobky s aktiv­ním uhlím do sacího potrubí motoru. Při provozu se v sacím potrubí vytváří podtlak. Ten způsobuje, že je vzduch z okolí nasáván přes aktivní uhlí kde strhává naakumulované palivo, které je posléze spalováno v motoru. Regene­rační ventil umístěný na hadičce k sa­címu potrubí dávkuje tento regenerační “promývací” proud. Regenerační ventil je ovládán tak, aby byla nádobka s aktivním uhlím dosta­tečné promývána a odchylky lambdy byly minimální.

Aby mohla adaptace směsi pracovat nezávisle na odvětrávacím systému, je regenerační ventil v pravidelných inter­valech zavírán.

Regenerační ventil je otevírán pravo­úhlým impulzem. Přitom se vyskytující odchylky lambda regulace jsou zaznamenány řídicí jednotkou jako korekce směsi regenerací odpařených par paliva. Funkce je dimenzována tak, že může přicházet až 40 % paliva z regeneračního proudu. Při neaktivní lambda regulaci jsou povolena jen malá regenerační množ­ství, protože by jinak nebylo možné vyregulovat odchylku ve složení směsi. Při deceleraci je regenerační ventil prudce uzavřen, aby se zabránilo pro­niknutí nespálených benzínových par do katalyzátoru.

 

Regulace klepání

Elektronické řízení okamžiku zážehu umožňuje velice přesné řízení úhlu zá­žehu v závislosti na otáčkách, zatížení a teplotě. S přihlédnutím k to­lerancím motoru, jeho stárnutí, okolním podmínkám a kvalitě paliva, nesmí žádný válec dosáhnout nebo překročit hranici klepání.

Nyní lze každý válec mo­toru provozovat, v průběhu jeho život­nosti téměř ve všech provozních sta­vech, na jeho hranici klepání a tím s optimální účinností.

Předpokladem pro tuto korekci úhlu zážehu je spolehlivé rozpoznávání in­tenzity klepání jednotlivých válců v celé provozní oblasti motoru. Pro rozpoznání klepání jsou snímány charakteristické vibrace prostřednic­tvím jednoho nebo více snímačů kle­pání připevněných na vhodném místě na motoru a jejich elektrické signály jsou vedeny k řídicí jednotce k vyhod­nocení. Rozpoznané detonační spa­lování vede ke snížení předstihu v po­stiženém válci o naprogramovanou hodnotu. Pokud klepání ustane, započ­ne postupné zvyšování předstihu až na přednastavenou hodnotu. Rozpoznávací a regulační algoritmy detonačního spalování jsou sladěny tak, aby se nevyskytovalo žádné slyši­telné nebo motor poškozující klepání.

V reálném provozu mají jednotlivé válce různé hranice klepání a tím i rozdílné body zážehu. K adaptaci přednastavených hodnot bodu zážehu na jednotlivé hranice klepání jsou, pro každý válec individuálně a v závislosti na provozním stavu, uloženy hodnoty snížení předstihu.

Toto uložení probíhá do stálých polích charakteristik pamětí RAM v závislosti na zatížení a otáčkách. Proto lze motor provozovat také při rychlých změnách zatížení a otáček v každém provozním bodě s optimální účinností, jakož i se zamezením slyšitelného klepání. Motor lze provozovat dokonce i na paliva s nižšími oktanovým čísly. Obvy­klé je přizpůsobení motoru na benzín super.

U motorů s přeplňováním turbodmy­chadly je kombinace regulace klepání a plnícího tlaku zvláště výhodná. Při výskytu klepání je nejprve snížen předstih. Teprve při překročení prahové hodnoty přestavení předstihu, jež je určena teplotou spalin, je jako další prvek pro snížení klepání použito sní­žení plnícího tlaku. Přeplňovaný motor tak může pracovat při optimální účin­nosti na hranici klepání bez překročení přípustné teploty spalin.

 

Regulace plnícího tlaku

Přeplňování turbodmychadlem

Ze známých způsobů přeplňování se u zážehových motorů oproti přeplňo­vání mechanickému a tlakovými vl­nami jednoznačně prosadilo přeplňo­vání turbodmychadlem. Turbodmy­chadla umožňují dosáhnout již u motorů s malým objemem vysokých kroutících momentů a výkonů s dobrou účinností motoru. Ve srovnání s atmo­sféricky plněným motorem stejného výkonu je přeplňovaný motor stavebně menší a má proto vyšší výkonovou hmotnost.

Výzkumy v automobilovém průmyslu prokázaly, že při stejných jízdních vý­konech vykazuje přeplňovaný motor s menším objemem válců a elektronic­kou regulací plnícího tlaku, oproti atmosféricky plněnému motoru, po­dobnou úsporu spotřeby paliva jako může mít vznětový motor s komůrkou. Turbodmychadlo sestává z kompreso­ru a výfukové turbíny jejichž oběžná kola jsou umístěna na společném hřídeli.

Výfuková turbína převádí část energie výfukových plynů na rotační energii a pohání kompresor. Ten nasává čerstvý vzduch dopravuje jej stlačený přes chladič stlačeného vzduchu, škrtící klapku a sací potrubí do motoru.

 

Akční členy pro přeplňování turbodmychadlem

Motory u osobních automobilů musí dosahovat při nízkých otáčkách vyso­kého kroutícího momentu. Proto je těle­so turbíny přizpůsobeno malému hmot­nostnímu proudu výfukových plynů, např. plnému zatížení při n = 2000 min-1. Aby nedocházelo při vyšších hmot­nostních proudech výfukových plynů k přílišnému zvýšení plnícího tlaku, musí být v tomto rozsahu část plynů odvedena obtokovým ventilem (“Waste-Gate”) kolem turbíny do výfukového systému. Obvykle je tento ob­tokový klapkový ventil integrován do tělesa turbodmychadla. Vzácněji je použito talířového ventilu v separátním tělese paralelně k turbíně. Variabilní turbínová geometrie (VTG) se u zážehových motorů nepoužívá.

 

Elektronická regulace plnícího tlaku

U pneumaticko-mechanické regulace je akční člen turbodmychadla přímo ovládán plnícím tlakem z výstupu kom­presoru. Zde je průběh kroutícího mo­mentu motoru v závislosti na otáčkách volitelný jen ve velmi malém rozsahu. V závislosti na zatížení existuje jen jedno omezení a to při plném zatížení. Při částečném zatížení zhoršuje zavřený obtokový ventil účinnost. Zrychlení z nízkých otáček může vést k opožděné reakci turbodmychadla (známé jako “turbo-efekt”).

Tyto nevýhody lze odstranit elektro­nickou regulací plnícího tlaku. V určitých oblastech zatížení lze snížit specifickou spotřebu paliva. Dosahuje se toho otevřením obtokového ventilu

U systému Motronic s elektronickou regulací plnícího tlaku se používají předepsané hodnoty tlaku, množství nebo hmotnosti vzduchu, podle použi­tého snímače zatížení. Tyto hodnoty jsou uloženy v poli charakteristik v zá­vislosti na otáčkách motoru a úhlu natočení škrtící klapky.

Členy regulačního obvodu porovnávají diferenci mezi provoznímu stavu odpo­vídající požadovanou hodnotou a sku­tečnou naměřenou hodnotou. Vypočí­taná hodnota na výstupu regulace je převedena na ovládací signál (pulzně modulovaný), jenž je veden k taktovacímu ventilu. V akčním členu způsobí tento signál, vlivem změny ovládacího tlaku a zdvihu, změnu průřezu obto­kového ventilu.

U přeplňovaného motoru nesmí teplota výfukových plynů mezí motorem a tur­bínou překročit určitou prahovou hod­notu. Proto používá Bosch regulaci plnícího tlaku pouze v kombinaci s re­gulací klepání. Jen regulace klepání totiž dovoluje v průběhu celé životnosti motoru provoz s co možná největším předstihem zapalování. Tento, pro každý provozní stav optimálně přizpů­sobený úhel zážehu, přináší s sebou velmi nízké teploty spalin.

 

Omezení otáček a rychlosti

Extrémně vysoké otáčky mohou vést k poškození motoru (ventilový rozvod, písty). Omezovačem otáček je zabrá­něno, aby byly překročeny maximální dovolené otáčky motoru. Motronic nabízí možnost omezení otá­ček a maximální rychlosti jízdy přeruše­ním vstřikování paliva.

Při překročení maximálních otáček  popř. maximální rychlosti jsou potla­čeny vstřikovací impulzy. Tím je dosa­ženo omezení otáček motoru popř. rychlosti jízdy.

Při překročení nízké prahové hodnoty se vstřikování opět obnoví. To následuje v rychlém sledu  uvnitř tolerančního pásma okolo maximálních povolených otáček motoru.

 

Recirkulace spalin

V průběhu překrytí ventilů je určité množství zbytkových plynů vráceno ze spalovacího prostoru zpět do sacího potrubí. Při následujícím sacím cyklu je pak společně s čerstvou směsí nasáta i část zbytkových plynů. Velikost podílu zbytkových plynů je díky překrytí ventilů pevně závislá na provozním stavu motoru a je dána konstrukcí motoru.

Změna podílu zbytkových plynů je tedy možná buď “vnějším” zpětným vede­ním spalin (AGR) pomocí ventilu zpět­ného vedení spalin, řízeného řídicí jednotkou Motronic nebo přesta­vením ventilového rozvodu. Do určitého bodu může zvyšování podílu zbytkových plynů působit pozi­tivně na přeměnu energie a tím na spotřebu paliva. Další zvyšování podílu zbytkových plynů vede k redukci maxi­mální teploty při spalování a následkem toho ke snížení tvorby oxidů dusíku. Zároveň však zvýšení podílu zbyt­kových plynů nad jistou hranici vede k nedokonalému spalování a tím ke zvýšení emisí uhlovodíků, spotřeby pa­liva a neklidnosti běhu motoru.

 

Řízení ventilového rozvodu

Řízení ventilového rozvodu může ovliv­ňovat zážehový motor různými způso­by a metodami:

– zvýšením kroutícího momentu a vý­konu, snížením emisí a spotřeby pali­va,

– řízením plnění válců,

– skokovým popř. plynulým přestave­ním sání a výfuku.

Okamžik uzavření sacího ventilu je rozhodující pro maximální plnění válce v závislosti na otáčkách. Při dřívějším uzavření sacího ventilu je dosaženo nejlepšího plnění při nízkých otáčkách, při pozdějším uzavření se posouvá do vyššího rozsahu otáček.

Fáze v níž se řízení ventilů překrývá (sací ventil se otevírá a výfukový zavírá) určuje pevně velikost vnitřního zpět­ného vedení zbytkových zplodin.

Prodloužením doby otevření ventilů, dřívějším otevřením sacího ventilu doj­de ke zvýšení podílu zbytkových plynů, protože se zvýší objem zbytkových plynů natlačených do sacího potrubí a poté nasátých zpět do motoru.

 

Natočení vačkových hřídelů

Hydraulický nebo elektrický nastavovač natočí v závislosti na otáčkách motoru nebo jeho provozním stavu odpovídající vačkový hřídel (k procesu natáčení vačkových hřídelů musí být v hlavě válců umístěna jeden sací a jeden výfukový vačkový hřídel) a mění tím časování “sací/výfukový otevírá” popř. “sací/výfukový zavírá” .

Natáčí-li nastavovač např. sací vačkový hřídel při volnoběhu nebo vyšších otáč­kách tak, aby “sací/výfukový zavíral” později, má to ve volnoběhu za násle­dek minimální podíl zbytkových plynů a ve vyšších otáčkách lepší plnění válců.

Při nižších až středních otáčkách vede, natočení sacího vačkového hřídele do polohy “sací otevírá/zavírá” dříve, v určitých oblastech částečného za­tížení, k lepšímu maximálnímu plnění válců.

Zároveň v oblasti částečného zatížení vede ke zvýšení podílu zbytkových ply­nů a s tím spojenými vlivy na spotřebu paliva a emise výfukových plynů.

Optimálním, avšak náročným způso­bem řízení je plynulá změna časování a zdvihu ventilů:

 

Přepínání sacího potrubí

Cílem při konstrukci motoru je jak dosažení vysokého kroutícího momen­tu při nízkých otáčkách, tak vysokého jmenovitého výkonu při maximálních otáčkách. Průběh kroutícího momentu motoru je úměrný nasáté hmotnosti vzduchu v závislosti na otáčkách mo­toru.

Pomocným prostředkem k ovlivnění kroutícího momentu je geometrické provedení sacího potrubí. Nejjedno­dušší způsob přeplňování spočívá ve využití dynamiky nasávaného vzduchu.

Standardní sací potrubí vícebodových vstřikovacích   systémů   sestávají   ze samostatných sacích potrubí a sběrné­ho sacího potrubí se škrtící klapkou. Přitom platí:

– Krátké potrubí umožňuje vysoký jmenovitý výkon se současnými ztrá­tami kroutícího momentu v nízkých otáčkách, dlouhé sací potrubí vyka­zuje opačné vlastnosti.

– Velký objem sběrného potrubí vyvo­lává při určitých otáčkách částečný rezonanční efekt, jenž zlepšuje plně­ní. Má však za následek možné dyna­mické  chyby  (odchylky  ve  složení směsi při rychlých změnách zatížení). Téměř ideální průběh kroutícího mo­mentu umožňuje přepínání sacího po­trubí, při němž jsou např. možná různá přestavení  v   závislosti   na   zatížení, otáčkách a natočení škrtící klapky:

– přestavení délky sacího potrubí,

– přepínání mezi různými délkami nebo různými průměry sacích potrubí,

– volitelné vypínání jednotlivých trubic u systémů s vícenásobným sacím potrubím,

– přepínání na různé objemy sběrného potrubí.





Další podobné materiály na webu: