Doporučená literatura: Šťastný, Remek: Autoelektrika a autoelektronika. Vlk: Elektrická zařízení motorových vozidel

Doporučená literatura: Šťastný, Remek: Autoelektrika a autoelektronika.

Vlk: Elektrická zařízení motorových vozidel

Vlk: Elektronické systémy motorových vozidel 1 Vlk: Elektronické systémy motorových vozidel 2

Příručky BOSCH – „žlutá řada“

Základní rozdělení elektrických zařízení vozidel

1)

2)

3)

Zdroje elektrického proudu •

nezávislé (akumulátory)

•

závislé (dynamo, alternátor)

Spotřebiče nutné pro činnost motoru •

spouštěcí a pomocná zařízení

•

zapalování, žhavení

•

palivové čerpadlo

Provozní spotřebiče •

zařízení usnadňující provoz a zvyšující bezpečnost (osvětlení, blinkly, stěrače, klimatizace)

4)

Informační a diagnostická zařízení • informace o činnosti motoru a ostatních zařízeních vozidla (chlazení mazání, dobíjení, otáčky, rychlost)

Elektronicky řízené systémy Z technického hlediska přináší elektronika do konstrukce vozidla následující významné přednosti: •

Možnost provedení řídicích a regulačních systémů s vyššími parametry. Ve srovnám s řešením mechanickým to znamená, že elektronika je schopna řídit složité závislosti mezi vstupními a výstupními veličinami s velkou rychlostí, vysokou přesností a to pro velký počet různých signálů.

•

Stálost nastavení parametrů v průběhu používání vozidla a s tím související omezení nebo vyloučení nároků na obsluhu a provozní údržbu, vedoucí ke snížení provozních nákladů.

•

Podstatné

zvýšení

spolehlivosti

elektronicky

řízených

nebo

jen

kontrolovaných zařízení při vysokém stupni spolehlivosti vlastních elektronických prvků a zařízení. Hlavní oblasti uplatnění: o Řízení hnacího ústrojí (motor, převodovka, diagnostika) o Bezpečnost provozu (ABS, ASR, ESP, airbagy, kontrola bezpečné vzdálenosti) o Informace a komunikace (autorádio, palubní počítač, telefon, navigace) o Komfort (tempomat, klimatizace, centrální zamykání, el. nastavení sedadel a zrcátek, čidla couvání) Současný trend vývoje – nahrazování mechanických systémů systémy X - by – Wire. Drive by Wire – elektronický pedál plynu Steer by Wire – elektronický volant Brake by Wire – elektronická brzdová soustava

Dynamo Dlouhou dobu byl nejvíce a téměř výhradně používaným generátorem elektrického proudu generátor stejnosměrného proudu, dynamo. Konstrukce a parametry dynama Základní schéma zapojení je na obr. 1. Jedná se o zapojení s vlastním buzením (derivačním neboli paralelním). Zapojení na obr. la se liší od zapojení na obr. lb pouze připojením budicího vinutí.

Obr. 1 Zapojení budicího vinutí dynama Vlastnosti derivačních dynam znázorňují charakteristiky, jejichž typické průběhy jsou na obr. 2a,b,c. Na obrázku 2a je charakteristika vnitřní (naprázdno), tj. závislost napětí naprázdno na budicím proudu při konstantních otáčkách, na obrázku 2b je charakteristika vnější (zatěžovací), tj. závislost svorkového napětí na zatěžovacím proudu při konstantních otáčkách, na obrázku 2c je charakteristika otáčková (budicí), tj. závislost napětí naprázdno na rychlosti otáčení rotoru při konstantním odporu v obvodu buzení. Tvar charakteristik závisí na vlastnostech elektrického a magnetického obvodu. Jak je patrné ze základních charakteristik, mění se svorkové napětí dynama jak se zatížením, tak s otáčkami. UG = Ui - RaI - ∆Uk Ui = C Φ n UG Ui ∆Uk Ra I C

Φ n

je svorkové napětí dynama, — indukované napětí v rotoru, — úbytek napětí mezi kartáči a komutátorem, — odpor rotoru, — proud procházející rotorem, — konstanta stejnosměrného stroje, — magnetický tok budicího vinutí, — otáčky rotoru

Konstrukce automobilového dynama musí být pro nároky na vysokou spolehlivost co nejjednodušší. Podélný řez takovým dynamem je na obr. 3. Stator 5 je tvořen silnostěnnou trubkou, která byla stočena z ocelového plátu a svařena. Pólové nástavce 6 jsou odlity z ocelolitiny a nesou budicí vinutí 4. Rotor dynama je složen z plechů, které jsou nalisovány na hřídeli. V drážkách 1 je uloženo rotorové vinutí 7. Vývody cívek jsou připájeny k lamelám komutátoru 9. V držácích 8 jsou elektrografitové kartáče. Síla přitlačující kartáče se volí asi 5 N.

Obr. 3. Podélný řez automobilovým dynamem Vnější kroužek kuličkového ložiska 2 je sevřen v zadním štítu 3 pevně, aby se nemohl axiálně posouvat. V předním štítu 11 je kuličkové ložisko 10 uloženo suvně. Malá dynama jsou dvoupólová. Dynama s výkonem nad 300 W bývají čtyřpólo-vá. Motocyklová dynama s relativně velkým průměrem a s malou délkou mívají i šest pólů. Jejich rotory jsou letmo nasazeny na prodloužený klikový hřídel motoru. Převod mezi spalovacím motorem a dynamem je určen maximálními otáčkami dynama. Bývá 1,2 až 1,7 do rychlá. Otáčky dynama jsou omezeny odstředivými silami, které působí na vinutí rotoru a komutátor a dále komutačními poměry, které se zhoršují se vzrůstajícími otáčkami.

Regulační relé Jak je patrné z obr. 2, napětí dynama se mění jak se zatížením dynama, tak s otáčkami. Nezbytným doplňkem dynama je regulační relé, které obstarává tyto tři funkce: a) Reguluje napětí, tj. pracuje tak, aby všechny spotřebiče dostávaly napětí měnící se jen v úzkých mezích, i když otáčky dynama a jeho zatížení se mění ve velkém rozmezí a i když se mění teplota dynama. b) Omezuje proud dodávaný dynamem tak, aby nepřestoupil určitou maximální hodnotu, protože jinak by se mohlo poškodit vinutí dynama. c) Připojuje samočinně dynamo k akumulátoru a tím i ke všem spotřebičům,teprve když napětí UG dynama dosáhne vhodné velikosti. Klesne-li UG na hodnotu nižší než je napětí akumulátoru, odpojí regulační relé samočinně dynamo od akumulátoru a od spotřebičů. Z obr. 2a je zřejmé, že velikost napětí dynama lze měnit velikostí budicího proudu. Činnost regulátoru napětí tedy spočívá v tom, že vhodně mění velikost proudu, který protéká budicím vinutím dynama a udržuje tak napětí dynama na konstantní velikosti. Regulátor napětí je samostatným dílem doplňujícím činnost dynama na stejnosměrný proud. Jádro zvláštní cívky vedoucí proud vyrobený dynamem přitahuje kotvu spojenou s pohyblivým kontaktem zařazeným do obvodu buzení dynama. Podle okamžité hodnoty napětí vzniklého proudu se do buzení dynama zařazuje odpor, popř. při nejvyšších otáčkách dynama se buzení zcela vypíná. Kmitání pohyblivého kontaktu umožňuje velmi rychlé změny v buzení dynama a výsledné napětí dynama se udržuje v požadované toleranci. Při nejnižších otáčkách motoru je buzení dynama neomezené, ve vyšší

oblasti otáček pohyblivý kontakt krátkodobě zařazuje do buzení dynama odpor, čímž se výkon dynama snižuje. V oblasti nejvyšších otáček naproti tomu je buzení se zařazeným odporem v krátkých intervalech zcela vypínáno. Podstatnou částí regulačního relé jsou elektromagnety se svými kotvami a kontakty, viz obr. 4.

Obr. 4. Konstrukce regulačního relé Na obrázku 5 je schéma zapojení jednostupňového regulátoru napětí, na kterém si vysvětlíme činnost regulace. Do série s budicím vinutím FG je zařazen rezistor R2, který je periodicky spojován nakrátko kontakty Kl a K2. Kontakt Kl je pevný, kontakt K2 upevněný na kotvě elektromagnetu Bl je pohyblivý. Pružina P se snaží kontakty Kl a K2 spojit. Proti ní působí síla elektromagnetu Bl, jehož napěťové vinutí je připojeno ke svorkám dynama G. Obvody jsou navrženy tak, že účinkem elektromagnetu Bl se kontakty Kl a K2 střídavě spojují a rozpojují. Při rychlém periodickém spojování a rozpojování kolísá sice napětí UG mezi hodnotami UGmin a UGmax, ale na žárovkách žádné kolísání světla nepozorujeme. Kmitočet vibrace bývá 50 až 500 Hz. Představme si, že napětí dosáhlo hodnoty UGmax. Síla elektromagnetu Bl přemůže tah pružiny P, kontakty Kl a K2 se rozpojí a tím se zařadí do budicího obvodu rezistor R2. Budicí proud ib se však nezmění skokem, protože indukčnost budicího obvodu se snaží udržet ib na původní výši. Proto klesá ib a UG jen jistou rychlostí. Když UG klesne na UGmin, přemůže tah pružiny P přítažnou sílu elektromagnetu Bl a kontakty Kl a K2 spojí rezistor R2 nakrátko. Budicí proud ib a napětí UG začne stoupat a když dostoupí UGmax, celý děj se opakuje znovu. Čas po který jsou kontakty Kl a K2 spojeny, a čas, po který jsou rozpojeny, se samočinně nařizuje tak, že napětí UG je i při velkých změnách otáček a zatížení dynama téměř stálé.

Obr. 5 Schéma zapojení jednostupňového regulátoru napětí a průběh budicího proudu při regulaci

Na obr. 6 je znázorněné reálné zapojení regulačního relé, které obsahuje regulátor napětí (cívka B1), omezovač proudu (cívka B2) a zpětný spínač (cívka B3).

Obr. 6. Schéma zapojení trojcívkového regulačního relé Všechny regulační cívky pracují na stejném principu - jakmile přesáhne sledovaná veličina (napětí nebo proud) mezní hodnotu, je proveden zásah do budicího obvodu a hlídaná veličina se vrátí do požadovaných mezí.

Polovodičová regulace dynam Polovodičové regulátory u dynam se vyskytují ojediněle. Snad proto, že v době, kdy se začaly polovodičové součástky masově vyrábět a jejich cena začala být přijatelná, začal se v motorových vozidlech používat alternátor s usměrňovačem. Princip bezkontaktního polovodičového regulátoru je na obr. 7. Prvkem, který zde udržuje napětí na žádané výši, je Zenerova dioda ZD, která pracuje v závěrném směru. Stoupne- li napětí nad hodnotu závěrného napětí UB začne diodou procházet proud v závěrném směru, jehož velikost je omezena odporem v obvodu. Zenerova dioda je čidlo, podle kterého lze nastavit regulátor na požadovanou hodnotu provozního napětí. Tranzistory v polovodičovém regulátoru pracují ve spínacím režimu. To znamená, že buď je tranzistor zcela zavřen (má velký odpor - vypnuto), nebo je zcela otevřen, je v saturaci (má velmi malý odpor zapnuto). Tranzistor pracující ve spínacím režimu pracuje jako mechanický kontakt, ale bez nežádoucích vlastností, který každý kontaktní systém má (jiskření, kmitání, opalování apod.).

Obr. 7 Schéma zapojení polovodičového regulátoru dynama Pokud je výkonový tranzistor T1 otevřen, jde budicím vinutím FG jako budicí proud kolektorový proud IC1 cestou: + pól dynama, emitor T1, kolektor T1, vinutí FG a - pól dynama. Jakmile stoupne napětí UG dynama na UGmax, stoupne i napětí Uz na Zenerově diodě tak, že tato dioda

začne propouštět proud, jehož obvod je: + pól, emitor a báze tranzistoru T2, Zenerova dioda, rezistor R6, - pól. Tímto proudem IE2 se otevře tranzistor T2 a stane se vodivým. Napětí UEB1 klesne tak, že se uzavře tranzistor T1. Přestane procházet kolektorový proud IC1. Budicí proud ib, jehož obvod se uzavírá přes nulovou diodu Dl, začne klesat. Při napětí UGmin přestane Zenerova dioda ZD propouštět proud. Přestane procházet emitorový proud IE2, tranzistor T2 se uzavře a stane se nevodivým. Vznikne napětí UEB1 a proud IE1 otevře tranzistor T1. Začne stoupat ib a UG a celý děj se znovu opakuje. Regulace napětí v závislosti na odebíraném proudu se dosáhne využitím spádu napětí IR4 na rezistoru R4. Toto napětí též napájí přes rezistor R3 emitorový obvod tranzistoru T2. Stoupá-li zátěžný proud I, otevírá se více tranzistor T2, zavírá se tranzistor T1 a tím se zmenšuje budicí proud Ib. Zpětný spínač je nahrazen diodou D2, která propouští proud pouze směrem z dynama do akumulátoru.

Alternátor Jako primárního zdroje proudu se v nynější době používá téměř výhradně generátorů střídavého proudu, alternátorů. a) Alternátor s usměrňovačem lze navrhnout tak, že akumulátor je nabíjen i při běhu naprázdno spalovacího motoru nebo dokonce při ještě menších otáčkách. To je důležitá výhoda pro dnešní velkoměstský provoz, kdy vozidlo 25 % času prostojí na křižovatkách, jede většinou pomalu a nejvýše asi 40 % svého času může jet rychlostí nad 55 km/h. Život akumulátoru nabíjeného alternátorem s usměrňovačem je delší než akumulátoru nabíjeného dynamem. Hlavní příčinou, proč alternátor může nabíjet při nižších otáčkách motoru než dynamo je, že alternátor lze navrhnout na vyšší obvodové rychlosti rotoru a zpřevodovat ho do rychla, kdežto u dynama jsme omezeni ohledy na jakost komutace a odstředivé síly. Alternátor je též buzen přímo z akumulátoru ihned po zapnutí zapalování. Na obrázku 8 je porovnána charakteristika dynama a alternátoru přibližně stejného výkonu. Dynamo nedává při otáčkách 1 000 l/min ještě výkon, kdežto alternátor dává již 13 A. b) Téměř žádná údržba. Většina alternátorů má sice kroužky a kartáče, ale těmi se přivádí do rotoru jen slabý budicí proud, takže jejich opotřebení je velmi malé. c) Jednodušší regulace. Protože usměrňovač propouští proud jen jedním směrem, odpadá zpětný spínač. Odpadá však i omezovač proudu. Proud alternátoru je omezen reaktancí vinutí statoru a nemůže překročit jisté hodnoty. Reaktance XG = 2π (pn/60)L statorového vinutí, tj. odpor pro průchod střídavého proudu se mění lineárně s otáčkami a tak samočinně, bez jakéhokoliv regulačního zásahu, s rostoucími otáčkami roste nejen indukované vnitřní napětí, ale i vnitřní impedance (zdánlivý odpor) alternátoru. d) Vetší provozní spolehlivost. e) Menší hmotnost a rozměry. \jz& volit vyšší otáčky, odpadá komutátor. Konstrukce je jednodušší. Průměr alternátoru je sice větší než průměr dynama, avšak celkově je menší. f) Protože odpadá jiskření na komutátoru, je odrušení jednodušší. g) Souprava alternátor - usměrňovač dává proud stále stejné polarity nezávisle na smyslu otáčení, kdežto dynamo se může přepólovat. h) Jistou nevýhodou je vznik přepětí při náhlém odlehčení alternátoru, není-li připojen akumulátor. Pak dojde k nebezpečnému zvýšení inverzního napětí, poněvadž pracovní vinutí alternátoru má značnou indukčnost

Obr. 8 Porovnání charakteristik dynama a alternátoru

Alternátor s budicím vinutím U větších motorových vozidel, kde je potřebný větší výkon alternátoru, se používají alternátory se stejnosměrným buzením, u nichž je nezbytná regulace napětí. Používá se tu většinou alternátorů s tzv. drápkovým rotorem, jehož schéma je na obr. 9.

Obr. 9 Alternátor s drápkovým rotorem Stator je stejný jako stator vícepólového asynchronního motoru. V drážkách statorového paketu 1 složeného z dynamových plechů, izolovaných na jedné straně, je uloženo trojfázové vinutí 2 pro 2p pólů. Na rotoru jsou dvě lisované nebo frézované hvězdice 4, 8 z měkké oceli. Každá z nich má na vnějším obvodě P drápkových pólů (např. 6). Do mezery mezi drápkovými póly jedné hvězdice zasahují drápkové póly druhé hvězdice, takže ve vzduchové mezeře působí 2p drápkových pólů. Budicí cívka 9 prstencového tvaru, která je napájena přes kroužky 12, budí všechny póly tak, že na obvodě se severní a jižní póly střídají. Hvězdice 4 nese jen samé severní póly a hvězdice 8 jen samé jižní póly. Magnetický tok vycházející např. ze severního pólu projde vzduchovou mezerou do statoru, vyvolá v něm magnetický tok a vrací se přes vzduchovou mezeru do jižního pólu statoru. Drápkové póly mají lichoběžníkový tvar, aby se při otáčení měnil magnetický tok pozvolna a indukované napětí bylo blízké sinusovce.

Usměrňovač Můstkové zapojení usměrňovače podle obr. 10 využívá obou půlvln napětí alternátoru, jehož vinutí je pak nejlépe využito. Na obrázku 11 jsou zakresleny zjednodušené průběhy proudů. V můstkovém zapojení jde proud vždy jednou diodou anodové skupiny (diody 1, 2, 3) a jednou diodou katodové skupiny (diody 4, 5, 6). Komutují (předávají si proud) vždy mezi sebou diody stejné skupiny. Například v bodě A přestává procházet proud diodou 1 a začíná procházet diodou 2. V bodě B přestává proud procházet diodou 6 a

začíná procházet diodou 4. Zanedbáme-li reaktanci alternátoru, nastává komutace okamžitě.

Obr. 10 Můstkové zapojení třífázového usměrňovače

Obr. 11 Průběh napětí a proudů u třífázového můstkového usměrňovače Horní tři diody D1, D2 a D3 tvoří tzv. trojpulzní usměrňovač, který usměrňuje kladná napětí z alternátoru (horní obálka VL). Dolní diody D4, D5 a D6 pak usměrňují záporná napětí (spodní obálka VK). Výsledkem je tzv. šestipulzní usměrněné napětí, jehož okamžitou velikost dostaneme jako rozdíl obou napětí VL - VK. Ze tří kladných fázových napětí a tří záporných vznikne ve výstupním

usměrněném napětí šest pulzů („kopečků“) za jednu periodu. Velikost usměrněného napětí je možno odvodit ve tvaru

U = 1,35 ⋅ U1S = 2,34 ⋅ U1f kde U je střední hodnota usměrněného napětí, U1S je sdružené napětí alternátoru a U1f je fázové napětí alternátoru.

Regulace alternátoru U všech větších vozidel, kde se vyskytují různé spotřebiče, se mění zatížení alternátoru podle jejich připojení. Zejména tam, kde je ve vozidle akumulátorová baterie, musí být alternátor vybaven regulátorem. Regulace alternátoru je podstatně jednodušší než regulace dynama. Odpadá zde regulace proudu, protože alternátor je schopen dávat proud jen určité velikosti a rovněž odpadá zpětný spínač, protože usměrňovač propouští proud jen jedním směrem z vinutí alternátoru ke spotřebičům a akumulátorové baterii. Proud, který propouštějí usměrňovací diody v závěrném směru, je nepatrný a můžeme ho zanedbat. Regulátor pro alternátor má tedy tu funkci, že udržuje výstupní napětí alternátoru na konstantní velikosti. Regulace napětí alternátoru, buzeného stejnosměrným proudem, je na zcela stejném principu jako napěťová regulace dynam. Regulační relé mění proud do budicího vinutí alternátoru tak, že při různých otáčkách motoru i při různém odběru proudu zůstává napětí na stejné velikosti. Nejrozšířenějšími regulátory byly donedávna regulátory vibrační, které jsou v dnešní době vytlačovány modernějšími a přesněji pracujícími regulátory polovodičovými.

Obr. 12. Schéma zapojení třífázového devítidiodového alternátoru s vibračním regulátorem Na obrázku 12 je schéma zapojení tzv. devítidiodového alternátoru. Pro buzení a vibrační regulátor napětí je použito odděleného usměrňovače, sestávajícího z menších diod D7, D8, D9, které s diodami D4, D5, D6 tvoří trojfázový můstek. Alternátor se při malých otáčkách nemůže sám nabudit, proto je budicí obvod při nízkých otáčkách vždy napájen z akumulátorové baterie. Předbuzení je proudem z akumulátorové baterie BA přes spínač V, přes kontrolní žárovku H a k ní paralelně připojený rezistor R3, sepnuté kontakty Kl, K2 ke svorce M a přes kroužky do budicího vinutí.

Polovodičová regulace alternátoru V posledních letech, kdy výrazně poklesla cena polovodičových součástí, používají výrobci motorových vozidel téměř výhradně regulátory polovodičové. Při výrobě velikých sérií je cena polovodičového regulátoru srovnatelná či dokonce nižší než cena regulátoru vibračního. Velkou výhodou polovodičového regulátoru je velmi malý zástavbový prostor. Nejnovější regulátory se vyrábějí technologií integrovaných obvodů a tvoří obvykle jeden celek s držákem kartáčů alternátoru (obr. 13). Princip činnosti polovodičového regulátoru je patrný z obr. 14. Referenčním prvkem je opět Zenerova dioda ZD, jejíž anoda je připojena k odporovému děliči, tvořenému rezistory R3, R6 a odporovým trimrem R4, kterým je možné nařizovat výši žádaného napětí. Paralelně k rezistoru R6 je připojen

termistor R5. Klesne-li teplota, stoupne odpor termistoru a zvýší se potenciál bodu C, takže je třeba vyšší napětí, aby se Zenerova dioda ZD otevřela. Nareguluje se tedy vyšší napětí alternátoru. Jinak působí tento regulátor obdobně jako bezkontaktní regulátory, které jsme poznali u dynam. Je-li napětí malé, nepropouští ZD proud, na rezistoru R2 nevzniká žádný napěťový spád. Emitorový obvod tranzistoru T2 není napájen. Prakticky si můžeme představit, že T2 je zavřen a přívody k němu jsou rozpojeny. Emitorem hlavního spínacího tranzistoru T1 jde proud a to cestou: přípojnice +, emitor T1, báze T1, rezistor Rl, záporný pól. Tranzistor T1 se otevře a jeho kolektorový proud iC1 jde přes kartáčky a kroužky do budicího vinutí FG alternátoru, jehož napětí stoupá. Při jisté velikosti napětí U_ je rozdíl mezi potenciálem přípojnice + a bodem C tak veliký, že se otevře Zenerova dioda ZD. Začne jí procházet proud, jehož cesta je: přípojnice +, rezistor R2, Zenerova dioda ZD, rezistory R4 R6 a termistor R5. Na rezistoru R2 vznikne napětí, které otevře tranzistor T2. Tím se přiblíží potenciál bodu A k potenciálu přípojnice + a klesne proud obvodu emitor-báze tranzistoru T1, který se uzavře. Poněvadž u tohoto zapojení je regulátor a budicí obvod napájen z hlavního usměrňovače, je nutné, aby regulátor byl od akumulátoru odělen diodou D3. Ta zamezí tomu, aby při nepracujícím alternátoru byl napájen regulační a budicí obvod z akumulátoru. Předbuzení alternátoru je zajištěno přes kontrolní žárovku dobíjení a k ní paralelně připojený rezistor R7.

Obr. 13 Polovodičové regulátory alternátoru

Obr. 14 Schéma zapojení polovodičového regulátoru

Alternátor s permanentním buzením Nejjednodušší a nejspolehlivější zdroje proudu pro motorová vozidla jsou alternátory, kde magnetický tok, který je nutný ke vzniku elektrického proudu, je vytvářen stálými, tj. permanentními magnety. Dnešní technologie výroby těchto magnetů je na takové úrovni, že se vyrábějí materiály, které vytvářejí značně silný a s časem se neměnící magnetický tok. Alternátory s permanentními magnety bývají nejčastěji uspořádány tak, že v magnetickém obvodu statoru je uloženo pracovní vinutí, ze kterého se odebírá potřebný proud pro provoz vozidla a na rotoru je upevněno několik párů permanentních magnetů tak, že se vždy střídá severní a jižní pól magnetu. Takovéto uspořádání je např. u provedení alternátoru s vnějším rotorem. Vnější rotor má velký moment setrvačnosti a působí u dvoudobých motorů jako setrvačník pro plynulejší chod motoru. Tyto alternátory tvoří obvykle jeden celek s magnetovým zapalováním. Alternátory s buzením permanentním magnetem mají nespornou výhodu v tom, že nevyžadují regulaci, avšak jejich použití je možné pouze pro menší vozidla s málo proměnnou spotřebou. U jednostopých vozidel se v provozu vyskytují v podstatě jen dvě velikosti zátěže. Při jízdě v noci pracuje alternátor jen pro osvětlení, ve dne přes tlumivku a usměrňovač dobíjí akumulátor, pokud na vozidle je. Nejnovější způsob regulace u alternátorů s permanentním buzením pro větší výkony je regulace řízenými usměrňovači. Řízený usměrňovač pracuje podobně jako usměrňovač diodový, ale místo diod je sestaven s tyristorů, což je součástka, jejíž okamžik sepnutí je možno řídit.

Obr. 15 Schéma zapojení třífázového alternátoru s permanentním magnetem

Startovací baterie Elektrický proud vzniká přeměnou některé formy energie na energii elektrickou. U motorových vozidel se jedná o přeměnu části mechanické energie produkované motorem prostřednictvím zařízení zvaného alternátor. Při funkci elektrické sítě rozlišujeme dva základní stavy: 1. Motor je v chodu a alternátor dobíjí baterii a napájí elektrickým proudem zapalování a všechny zapnuté elektrické spotřebiče. Proud z alternátoru rozděluje regulátor napětí na dobíječi, který proudí do baterie a na napájecí, který proudí do ostatních spotřebičů. 2. Motor, a tedy alternátor, stojí. Regulátor napětí uzavírá cestu k alternátoru a vede proud z baterie do zapnutých elektrospotřebičů. Vzhledem k tomu, že elektrickou energii je třeba akumulovat, používá se u motorových vozidel proud stejnosměrný. Jmenovitá napětí jsou stanovena na hodnoty 6 V (u malých motocyklů a skútrů), 12 V a 24 V. Typickým znakem elektrické instalace na motorovém vozidle je připojení spotřebičů ke zdroji jedním izolovaným vodičem, druhý vodič je nahrazen kovovou kostrou vozidla. Tím se celá instalace zjednoduší a navíc se sníží cena i hmotnost. V současnosti době bývá s kostrou vozidla spojen záporný pól zdrojů. Pro akumulátory se používá rovněž názvu akumulátorová baterie nebo startovací baterie. Akumulátor, jak již napovídá jeho název, je zásobníkem elektrické energie ve vozidle. Základními technickými parametry akumulátoru jsou jeho napětí, kapacita a hmotnost. Pokud při nízkých otáčkách motoru nestačí k napájení elektrické sítě výkon alternátoru (např. je zapnuto mnoho silných spotřebičů), musí alternátoru pomáhat baterie. Z tohoto důvodu při poklesu napětí zapíná regulátor napětí do sítě i baterii. Regulátor zapíná baterii i v případě, kdy stojí motor a je zapnuté zapalování, světla, houkačka apod. Nejvíce se využívá baterie při startování motoru, protože musí napájet startér, který je největším spotřebičem v motorovém vozidle. Ze všech provozů, ve kterých se akumulátory uplatňují, jsou při použití v motorovém vozidle nejtvrdší podmínky. Jsou to velké spouštěcí proudy, velká rozmezí provozních teplot, otřesy a rychlé střídání nabíjení a vybíjení, pravděpodobnost neodborné údržby atd. Až na malé výjimky se používá vesměs akumulátorů olověných, jejichž elektrolytem je zředěná kyselina sírová. Alkalické NiCd (niklokadmiové akumulátory) mají sice až sedmkrát delší dobu života než olověné akumulátory, jsou odolné proti otřesům, zkratům, přebíjení i úplnému vybití, ale jsou mnohonásobně dražší než olověné akumulátory. Uplatní se jen u některých zvláštních, např. speciálních vozidel, která musí být stále v pohotovosti, i když jsou delší dobu mimo provoz. Nevýhodou je též velký rozdíl mezi nabíjecím napětím a vybíjecím napětím a potřeba časté kontroly elektrolytu, kterým je hydroxid draselný KOH. Stříbrozinkové akumulátory mají kladné desky z porézního sintrovaného stříbra a záporné ze sloučenin zinku. Elektrolytem je vodný roztok hydroxidu draselného. Stříbrozinkové akumulátory jsou o 70 % lehčí a objemově asi o 60 % menší než olověné akumulátory, ale jsou drahé a mají krátkou dobu života. Uplatňují se jen u zvláštních závodních strojů. Pro motorová vozidla se používají převážně olověné akumulátory s kyselým elektrolytem. Každý článek (obr. 1) tvoří soustava mřížkovaných olověných desek záporné a kladné polarity, vzájemně od sebe oddělených tzv. separátory, které zamezují přímému dotyku sousedních desek. Desky jsou v nádobě z plastické hmoty nebo tvrzené pryže ponořeny do zředěné kyseliny sírové, která tvoří elektrolyt. Jeden článek má napětí cca 2 V, takže pro 12 V baterii jich musíme spojit 6 do série. Elektrody jsou provedeny jako mřížky odlité z olova, legovaného různými přísadami, zejména antimonem (tvrdé olovo). Přísady slouží rovněž pro zvýšení chemické odolnosti a vazby s činnou hmotou. Mřížky slouží jako nosiče činné hmoty. Základní tvar je zvolen tak, aby činný materiál byl pevně zachycen s co nejlepším elektrickým stykem a aby neodpadával při provozních vibracích a při pnutí, které vzniká objemovými změnami činných hmot při nabíjení a vybíjení. Desky jsou kladné a

záporné. Jednotlivé desky jsou vzájemně spojeny pólovými můstky. Kladná a záporná sada jsou do sebe zasunuty tak, že kladné a záporné desky se vzájemně střídají. Vnější desky jsou vždy záporné. Činnými hmotami jsou oxid olovičitý PbO2 na kladné elektrodě a houbovité olovo Pb na záporné elektrodě. Elektrolytem je kyselina sírová zředěná vodou. Vlastnosti separátorů mají velký vliv na vlastnosti akumulátoru, zvláště na jeho vlastnosti při nízkých teplotách. Separátory nesmějí bránit snadnému průchodu iontů, nesmějí se dotýkat desek v příliš velké ploše, aby byl ponechán prostor pro elektrolyt a snadno se vyrovnávala jeho hustota. Separátory musí odolávat velmi agresivnímu prostředí. Zhotovují se ze skelné tkaniny a nových hmot v různých kombinacích a provedeních. Značné zlepšení vlastností akumulátorů při nízkých teplotách umožnily zejména mikroporézní separátory z nových hmot a separátory ze speciálních papírů. Kyselina sírová H2SO4 se pro plnění akumulátorů ředí na předepsanou hustotu destilovanou vodou. V našich klimatických podmínkách se předpisuje měrná hustota 1,26 až 1,285 g/cm. Použije-li se elektrolyt větší hustoty, je svorkové napětí i kapacita akumulátoru větší, avšak při překročení horní meze 1,285 g/cm3 je nebezpečí napadání desek kyselinou.

Obr. 1 Konstrukce jednoho článku akumulátoru 1 2 3 4 5 6 7 8

kladná mřížka kladná elektroda obálkový separátor záporná mřížka záporná elektroda pólový můstek pólový vývod článek

Chemické pochody v olověném akumulátoru Ve vodném roztoku kyseliny sírové H2SO4 jsou některé molekuly disociovány na kation vodíku 2H a anion kyseliny sírové SO4. Kation je atom, který ztratil ze své valenční sféry jeden nebo několik elektronů a je tedy kladně nabitým iontem. Anion připoutal k sobě několik volných elektronů a je tedy záporně nabitým iontem. Tyto ionty jsou pohyblivé a mohou být nositeli proudu. Při vybíjení jde uvnitř akumulátoru proud od záporné elektrody ku kladné elektrodě. Kationty vodíku migrují ke kladné elektrodě, kde spolupůsobením kyseliny sírové vzniká síran olovnatý. PbO2 + 2H+ + H2SO4 →

PbSO4 + 2 H2O +2(+náboje)

ionty kyseliny sírové migrují k záporné elektrodě Pb + SO42- → PbSO4 + 2 (náboje) Z rovnic vidíme, že se při vybíjení vylučuje voda a elektrolyt řídne. Na deskách se usazuje síran olovnatý PbSO4 a postupně je „ucpává“. Při nabíjení jde elektrolytem proud od kladné elektrody k záporné elektrodě a nese kationty vodíku. Na záporné elektrodě probíhá pochod: PbSO4 + 2H+ + 2 (-náboj) → Pb + H2SO4 Anionty kyseliny sírové migrují od záporné elektrody ke kladné, na níž probíhá při současném působení vody chemická reakce: PbSO4 + SO42- + 2H2O + 2(+ náboj) → Pb O2 4 + 2 H2SO4 Původní výchozí látka, síran olovnatý PbSO4, se tedy nabíjením mění na kladné desce zpět na oxid olovičitý PbO2 a na záporné desce na houbovité olovo Pb. Hustota elektrolytu stoupá, protože se při chemickém pochodu vytváří kyselina sírová H2SO4. Elektrická energie se spotřebovává na převedení nábojů proti elektrochemickému potenciálu a na přeměnu molekul síranu olovnatého na molekuly Pb a PbO2. Popsané pochody probíhají jen tak dlouho, dokud je k dispozici dostatek činné hmoty na tuto přeměnu. Když už se na kladné desce všechen síran olovnatý přeměnil na oxid olovičitý PbO2 a na záporné desce se všechen proměnil na olovo Pb a když by se nabitý článek dále zbytečně nabíjel, probíhaly by pochody: Kladná elektroda:

2 H2O + 2 SO4 + 4(+ náboje) → 2 H2SO4 + O2

Záporná elektroda:

4 H + 4 (- náboje) → 2 H2

Výsledná reakce:

2 H2SO4 + 2 H2O → 2 H2SO4 + O2 + 2H2

Za ionty, které jsou disociovány z molekuly kyseliny sírové, vzniká na kladné elektrodě zase molekula kyseliny sírové, takže hustota kyseliny se už nemění. Na kladné elektrodě vzniká kyslík, na záporné vodík, čili elektrolyt ubývá. Přebíjení tedy není vhodné. Akumulátor je plně nabit, když: 1. hustota elektrolytu dosáhla 1,28 g/cm3 a po dvě hodiny se již nemění, 2. když při nabíjení dosáhlo napětí 2,6 až 2,7 V pro článek a po dvě hodiny již nestoupá, 3. když všechny články plynují. Za několik hodin po odpojení od nabíječe klesne napětí na klidovou hodnotu 2,0 až 2,15 V na článek.

Charakteristické hodnoty akumulátoru Kapacita akumulátoru je elektrický náboj (množství) v ampérhodinách, který může akumulátor za určitých podmínek vydat. Není to hodnota stálá, mění se s podmínkami. Z hlediska provozních vlastností je důležitá především její závislost na velikosti vybíjecího proudu a na teplotě.

Jmenovitá kapacita je srovnávací údaj pro hodnocení akumulátorů za stejných podmínek. Bývá udávána pro vybití plně nabitého akumulátoru při stanovených podmínkách za deset nebo dvacet hodin. V souhlase s mezinárodní dohodou se nejčastěji udává 20-hodinová kapacita a předpisuje ji i naše norma. Pro určitý typ akumulátoru udává výrobce jmenovitou kapacitu nebo konstruuje akumulátor tak, aby jeho kapacita byla v souhlase s odstupňováním podle norem. Jmenovitá dvacetihodinová kapacita C20 se podle naší normy vztahuje na vybíjení při teplotě elektrolytu +25 °C proudem 0,05 C20 (A) do snížení napětí na 1,75 V na článek. Skutečná dvacetihodinová kapacita akumulátoru se určí tak, že akumulátor nabitý předepsaným způsobem se vybíjí bez přerušení proudem 0,05 C20, dokud se svorkové napětí při tomto zatížení nezmenší u šestičlánkového (12 V) na 10,5 V. Skutečná kapacita akumulátoru je pak součin vybíjecího proudu a doby vybíjení. Vnitřní odpor akumulátoru. Složkami vnitřního odporu akumulátoru jsou odpor činné hmoty, odpor jejího spojení s mřížkou, vlastnosti přechodové vrstvy a separátorů. Značný vliv na vnitřní odpor má hustota a teplota elektrolytu. Počet a vlastnosti jednotlivých složek způsobují, že vnitřní odpor akumulátoru je velmi proměnnou veličinou, kterou není možno obecně vyjádřit stálým činitelem ani jednoduchým vztahem. Pro zjištění odporu nebo charakteristiky se měří napětí při dvou různých velikostech proudu a z naměřených hodnot se buď přímo nakreslí charakteristika nebo se vypočítá odpor:

R=

U1 − U 2 I 2 − I1

Akumulátor v provozu Doba života akumulátoru závisí na provozních podmínkách. Pro ověřovací laboratorní zkoušky udává norma kolik úplných cyklů nabití a vybití musí akumulátor za stanovených podmínek vydržet do poklesu na 40 % jmenovité kapacity. Pro různé druhy akumulátorů mohou být požadavky odlišné, u akumulátorů pro vozidla se požaduje nejméně 15O.cyklů. Silné vybíjení a nedostatečné nabíjení zkracuje dobu života. Je-li akumulátor dlouhodobě nedostatečně nabíjen, nebo je-li nenabitý delší dobu mimo provoz, dochází k sulfataci desek. Desky se pokrývají bílými skvrnami, tvrdnou a bortí se. Vzniká to tím, že rozpustnost síranu v kyselině se mění s teplotou. Síran, který při zvětšení rozpustnosti při běžném kolísání teploty přejde z činné hmoty do roztoku, se nevrací při snížení rozpustnosti na původní místa a vytváří krystaly. Kompaktní síran má podstatně zmenšený činný povrch, a proto jsou reakce pomalejší, mimoto narůstající krystaly uzavírají póry a trhají činnou hmotu. Rozpustnost síranu v kyselině je malá, takže tyto pochody jsou poměrně pomalé, jsou však tím rychlejší, čím více je akumulátor vybit a čím více síranu je na činném povrchu. Není-li sulfatace příliš pokročilá, je možno vrstvu kompaktního síranu odstranit dlouhodobým nabíjením malým proudem ve zředěném elektrolytu a s výměnami elektrolytu. Pokročilou sulfataci není možno odstranit. Je nutné si uvědomit, že i dobrý akumulátor se sám vybíjí, i když je v klidu. Každý den ztrácí přibližně 1 % své kapacity. Takže zcela nabitý akumulátor, který je ponechán v klidu, je přibližně za 3 měsíce vybitý. U nových bezúdržbových akumulátorů udává výrobce samovolnou ztrátu kapacity jen 0,3 % za 24 hodin. Dobře seřízená nabíjecí soustava vozidla udržuje akumulátor blízko plně nabitému stavu. Systematické přebíjení i nedobíjení akumulátoru škodí a zkracuje délku jeho života.

SPOUŠTĚCÍ ZAŘÍZENÍ Pod tímto souhrnným pojmem se rozumí nejen vlastní elektrické spouštěče sloužící k přímému mechanickému uvedení motoru do pohybu, ale i pomocná spouštěcí zařízení, jejichž použití je pro spuštění motoru vhodné nebo nezbytně nutné. Aby mohl spalovací motor sám pracovat, musí se roztočit a uvést do stavu, kdy sám svým spalovacím dějem překonává všechny odpory, které působí proti jeho činnosti. Odpory vznikají třením, momenty potřebnými k pohonu pomocných zařízení, ventilačními ztrátami, působením sil souvisejících s pracovním cyklem a vlivem setrvačných sil při zrychlování U zážehového motoru je třeba dosáhnout otáček 40 až 150 1/min. U vznětového motoru s nepřímým vstřikem (komůrkového), který má žhavicí svíčky, je třeba dosáhnout otáček 80 až 200 1/min. Při stejném objemu válců vyžaduje vznětový motor spouštěč o větším výkonu než zážehový motor. Pro motorová vozidla jsou nejvhodnějšími elektrické spouštěče hlavně pro svou pohotovost, snadnou ovladatelnost, malé rozměry a i proto, že akumulátor jako zásobník energie slouží i pro ostatní elektrickou výstroj. Obvykle se používá jako spouštěč elektrický motor s ozubeným pastorkem, jímž zabírá do ozubeného věnce na setrvačníku motoru. Z hlediska elektrotechniky je spouštěč jednoduchý stejnosměrný sériový motor s velkým momentem při malých otáčkách. Po mechanické stránce je však zařízením, které musí splňovat mnoho protikladných požadavků: 1. V klidu musí být pastorek bezpečně zajištěn mimo záběr s ozubeným věncem setrvačníku. 2. Při zasouvání do záběru musí být zajištěno, aby se zasunutí podařilo i tehdy, přijde-li zub pastorku proti zubu věnce. 3. Dokud pastorek není v dostatečném záběru, nesmí být točivý moment spouštěče tak velký, že by došlo k poškození zubů. 4. V plném záběru musí být mechanismus schopen přenést celý točivý moment, přitom však musí být chráněn před přetížením při zpětném zážehu spalovacího motoru. 5. Pastorek musí zůstat v záběru tak dlouho, dokud řidič spojení nezruší nebo dokud motor spolehlivě nepracuje. 6. Je-li ozubení v záběru a rozběhne-li se motor, musí se spojení ozubení s motorem spouštěče samočinně uvolnit. 7. Přestane-li řidič působit na ovládací ústrojí, musí se spouštěcí obvod rozpojit, pastorek se musí vrátit do klidové polohy a co nejdříve zastavit, aby spouštěč byl připraven pro další použití. Výkony spouštěčů bývají od 0,22 do 25 kW.

VLASTNOSTI SPOUŠTĚCÍ SOUPRAVY K roztočení spalovacího motoru na potřebné otáčky se nejlépe hodí stejnosměrný sériový motor. To je motor, který má zapojeno budicí vinutí do série s rotorem. Výkon spouštěče závisí nejen na charakteristice samotného spouštěče, ale i na vlastnostech akumulátoru a propojovacího vedení. Náhradní schéma pracovní soustavy je na obr. 1.

Obr. 1 Náhradní schéma spouštěcí soustavy RS je odpor spínače, RP - odpor přívodů, RM - odpor motoru, RB - odpor baterie, UM - napětí motoru, UB0 - napětí baterie Odebírá-li spouštěč v určitém okamžiku proud i, je na jeho svorkách napětí: UM = UB0 - (RS + RP + RB) i Je tedy zřejmé, že proud do startéru bude tím nižší, čím vyšší budou všechny odpory v obvodu. Je tedy nutné celý obvod startéru udržovat v dobrém stavu. Pro uživatele vozidla to znamená především starostlivost o akumulátor a jeho dokonalé připojení (dobré utažení svorek a jejich čistota).

Obr. 2 Závislost momentu, výkonu a otáček na proudu spouštěče Průběh momentu spouštěče má parabolický průběh. Při nulových otáčkách (a současně nejvyšším proudu) dosahuje nejvyšší hodnoty a po rozběhu klesá. Výkon spouštěče má parabolický průběh s maximem, které nastává při proudu IK/2. IK je proud, který teče do stojícího spouštěče ( na obr. 1 je IK cca 320 A). Tytéž veličiny v závislosti na otáčkách jsou na obr. 3

Obr. 3 Závislost momentu, výkonu a proudu na otáčkách spouštěče

KONSTRUKCE SPOUŠTĚCE Z požadavků, kladených na spouštěč je patrné, že spojení jednoduchého stejnosměrného motoru s klikovým hřídelem spalovacího motoru bude vyžadovat složitější mechanismus. Z množství různých řešení, která se v průběhu postupného vývoje elektrických spouštěčů objevila, zůstaly v širším používání tři základní soustavy se zasouváním pastorku do ozubeného věnce ve směru osy: 1. systém Bendix, 2. posuvná kotva, 3. posuvný pastorek V malém rozsahu se používají jako dvouúčelové stroje i dynamospouštěče, zpravidla jsou spojeny bez převodů přímo s klikovým hřídelem motoru.

Systém Bendix K zasunutí pastorku do záběru u spouštěčů soustavy Bendix (obr. 4) se využívá setrvačnosti samotného pastorku. Pastorek 1 má na vnitřním průměru plochý nebo lichoběžníkový závit a v rozmezí dvou dorazů je lehce pohyblivý po šroubovém závitu pouzdra 2 poháněného spouštěcím motorem pomocí unášeče 3, který tlumí nárazy. Při zapojení proudu do spouštěcího motoru se neurychlí pastorek, pohyblivý volně na šroubovici, tak rychle jako rotor spouštěče, a pohybuje se po závitu pouzdra směrem do záběru s ozubeným věncem setrvačníku. Přijde-li zub do mezery, pohybuje se pastorek po šroubu ve směru osy až na doraz a spouštěč začne otáčet motorem. Dosedne-li zub na zub, nemůže se pastorek pohybovat ve směru osy a je stržen šroubovici ze zubu do mezery. Protože v okamžiku, v němž se pastorek posune do plného záběru na doraz, otáčí se rotor spouštěče již značnou rychlostí, snižuje se náraz pružinou nebo lamelovou spojkou.

Obr. 4 Spouštěč se systémem BENDIX Jakmile se spouštěný motor rozeběhne a pastorek se otáčí rychleji než rotor spouštěče, vyšroubuje se ze záběru s věncem a setrvačností doběhne až na klidový doraz pouzdra. Kdysi to byl vůbec nejrozšířenější základní typ, vyráběný v mnoha konstrukčních obměnách a velmi dlouho se udržel, protože byl jednoduchý a výrobně levný. V jednoduchém provedení měl několik nevýhodných vlastností, jako samovolné vybíhání ze záběru při přechodných zrychleních motoru, větší poškozování zubů, možnost zpříčení při dosedu zubu na zub, poruchovost tlumicích pružin apod. V propracovanějších provedeních ztrácel svou hlavní výhodu tj. jednoduchost, a proto se postupně nahrazoval konstrukcemi s posuvným pastorkem.

Spouštěč s výsuvnou kotvou U spouštěčů s výsuvnou kotvou (rotorem) je zasouvání pastorku řešeno tak, že se pastorek může otáčet kolem hřídele spouštěče, se kterým je spojen volnoběžnou spojkou, ale v axiálním směru není oproti kotvě pohyblivý. Zasouvání pastorku do ozubení setrvačníku se děje spolu s axiálním pohybem celé kotvy (viz obr. 5).

Obr. 5 Spouštěč s výsuvnou kotvou Spouštěč má mimo hlavní sériové vinutí F1 ještě dvě budicí vinutí pomocná. Jedno sériové F2 a jedno paralelní F3. Spouštění je dvoustupňové. V prvním stupni, po sepnutí tlačítka T, vtáhne elektromagnet E své jádro a spínací můstek 10 spojí kontakt Kl. Sepnutí kontaktu K2 brání páka 9, držená západkou 6. Kontakt Kl připojí obě pomocná vinutí F2 a F3. Slabé magnetické pole vtahuje kotvu 3, která se pomalu otáčí, do statoru 4. Pastorek 1 se jemně zasune do ozubení setrvačníku. Jakmile se pastorek téměř zasune uvolní kroužek 5 západku 6 a spojí se i kontakt K2. Nastává druhá fáze spouštění. Kontakt K2 připojí hlavní budicí vinutí F1 a spouštěč vyvíjí plný záběrový moment. Typickým znakem těchto spouštěčů je dlouhý komutátor. Musí být o celou délku posunu kotvy delší než by byl u obyčejného elektromotoru. Přes výhodné pracovní vlastnosti není soustava s posuvnou kotvou tak rozšířená. Její hlavní nevýhodou je velká hmotnost posuvné části. Stojí-li vůz na svahu a tíha rotoru působí proti pohybu pastorku do záběru, může dojít k potížím při zasouvání do ozubení, a naopak je nutné zajistit, aby při provozních otřesech a zrychleních nedocházelo k úderům pastorku do točícího se setrvačníku.

Spouštěč s výsuvným pastorkem V dnešní době je nejrozšířenější spouštěč s posuvným pastorkem. Pomocí dvouramenné páky se nejprve zasune pastorek do záběru a teprve pak se zapne proud. Pro vytvoření zasouvací síly se používá elektromagnet s posuvným jádrem. S jádrem je spojen svorník, na jehož jeden konec působí zasouvací páka, na druhém konci je umístěn kontaktní můstek. Kontaktní můstek bývá na svorníku uložen posuvně a je odpružen pružinou, což zaručuje konstantní tlak mezi můstkem a kontakty. Po sepnutí spínače startéru (poz. 9 na obr. 6) zasouvací relé přenese pohyb na zasouvací páku (4), která se bude pootáčet ve smyslu chodu hodinových ručiček. Spodní konec zasouvací páky bude posunovat prostřednictvím zasouvací pružiny zasouvacím pouzdrem a tedy i volnoběžkou (3) a pastorkem (1) směrem k ozubenému věnci (2). Zasouvací pouzdro je uloženo na rovných nebo velmi strmých vícechodých šroubových drážkách. Použití šroubových drážek je vhodné zejména pro menší startéry. V okamžiku, kdy se pastorek zasune na začátku do mezer mezi zuby ozubeného věnce a hřídel startéru se otáčí, je pastorek vtažen do plného záběru vlivem šroubových drážek, aniž je zasouvací pouzdro posunováno zasouvací pákou (4). Aby se usnadnilo zasunuti pastorku, jsou na čelní ploše jeho zuby i zuby ozubeného věnce sraženy.

Zasouvací elektromagnet (obr. 7) má dvě vinutí - vtahovaci (E2) a přidržovací (E1), jejichž magnetická pole se sečítají. Po sepnutí spínače startéru A proud z akumulátoru prochází oběma vinutími a vtahuje jádro do elektromagnetu. V okamžiku, kdy se sepnou kontakty S je přivedeno do startéru plné palubní napětí a startér se roztoči. Poněvadž pro udržení pastorku v zasunuté poloze stačí menší síla, přemostí kontakty současně vtahovací vinutí (E2) a vyřadí ho z činnosti. V případě, že zuby pastorku narazí na zuby ozubeného věnce, posuv pastorku se zastaví. Zasouvací páka se však bude pootáčet dále a bude stlačovat zasouvací pružinu. Po určité době spojí kontaktní můstek kontakty, rotor se začne otáčet a v okamžiku, kdy se zuby pastorku octnou proti zubovým mezerám na ozubeném věnci, zasune pružina pastorek do záběru. V okamžiku, kdy se rozpojí spínač startéru je přerušen přívod proudu na svorku 50 , magnetické pole tvořené oběma vinutími zanikne a vratná pružina začne pootáčet zasouvací pákou proti smyslu pohybu hodinových ručiček. Volnoběžka zabrání přenosu otáčivého pohybu z motoru na startér. Volnoběžka s pastorkem se bude pohybovat směrem do výchozí polohy. Aby se po návratu pastorku do výchozí polohy kotva startéru co nejrychleji zastavila, je volnoběžka opatřena brzdovou přírubou. Současně se vrátí do základní polohy i kontaktní můstek, kontakty se rozpojí, a přívod proudu do startéru se tak přeruší.

1 - pastorek 2 - ozubený věnec 3 - válcová volnoběžka 4 - zasouvací páka 5 - permanentní magnet 6 - kotva (rotor) 7 - komutátor s kartáčky 8 - zasouvací relé 9 - spínač startéru 10 - baterie

Obr. 6 Spouštěč s posuvným pastorkem

Obr. 7 Elektrické schéma zapojení spouštěče s posuvným pastorkem

DYNAMOSPOUŠTĚČ Dynamospouštěče jsou stroje, které jsou schopny pracovat jako dynamo i jako spouštěč. Rotor tohoto stroje je navržen tak, že může pracovat jako dynamo i jako elektromotor. Dynamo musí být derivační, kdežto jako spouštěč je nejvhodnější sériový motor. Proto má dynamospouštěč pro každou svou funkci samostatné budicí vinutí. Dynamospouštěč je kompromisní řešení a většinu výhod, které má řešení s dvěma samostatnými stroji, postrádá.

POMOCNÁ SPOUŠTĚCÍ ZAŘÍZENÍ Za nepříznivých klimatických podmínek, především velmi nízkých teplot ovzduší, je spouštění pístových spalovacích motorů ztížené až nemožné. Vedle nízké počáteční teploty nasávaného vzduchu, snižující i teplotu na konci komprese, se na zhoršených podmínkách spouštění podílí i snížení kapacity akumulátorové baterie, zvýšení mechanických odporů motoru v důsledku vysoké viskozity mazacího oleje a nepříznivé změny fyzikálních vlastností samotných motorových paliv, především nafty. Za takovýchto podmínek se používají různá pomocná spouštěcí zařízení, patřící buď k základnímu příslušenství motoru či vozidla, nebo jsou určena k dodatečné montáži.

Předehřívání motoru K dodatečně montovaným zařízením, používaných zejména v severských zemích u motorů zážehových i vznětových, patří elektrická odporová tělesa, zařazovaná obvykle do hadicových spojů v nejnižších místech kapalinové chladicí soustavy motoru. Tato tělesa jsou konstruována buď na běžné síťové napětí veřejného rozvodu, nebo daleko vhodněji na bezpečné napětí 24 V. Vývody tělesa jsou připojeny na zvláštní konektor, přístupný vně karosérie, obvykle v její přední části. Kabelem z příslušenství se potom těleso připojuje na pevný rozvod v nevytápěných garážích nebo i na venkovních parkovištích. Výkon tělesa je volen tak, aby i za venkovních teplot pod -20 °C udržela termostatická regulace tělesa teplotu chladicí kapaliny nad teplotou 0 °C. Pro speciální účely se používá obdobný systém i pro udržování určité minimální teploty mazacího oleje v jímce oleje, což je také jediné řešení pro motory chlazené vzduchem.

Zařízení pro zážehové motory. Často používaným zařízením pro usnadnění spouštění zážehových motorů s běžnou zapalovací soustavou bylo použití zapalovací cívky s předřadným rezistorem. Cívka je konstruována v tomto případě na napětí nižší než je jmenovité napětí elektrické sítě vozidla, např. 6 až 8 V u soustavy 12 V. Poškození zapalovací cívky za běžného provozu zabraňuje rezistor, zařazený sériové do primárního obvodu cívky, snižující napětí na potřebnou mez. V případě spouštění motoru, kdy dochází k poklesu napětí v celé soustavě, je tento rezistor vyřazen přemostěním a cívka tak dostává plné potřebné napětí, čímž je zaručena dostatečná energie jiskry na svíčce i při sníženém napětí akumulátoru. Tento poměrně jednoduchý systém byl překonán teprve zavedením elektronicky řízených zapalovacích soustav. U benzínových motorů bývá často sací nebo plnicí potrubí předehříváno chladicí kapalinou z okruhu chlazení motoru. Rychlé dosažení této teploty při spouštění motoru zajišťuje u některých systémů elektrické odporové topné těleso (obr. 8) obvykle s velkým povrchem, umístěné v sacím potrubí dole pod karburátorem. Na rozdíl od v úvodu uvedených zařízení je toto topné těleso zapojeno do elektrické sítě vozidla a je v činnosti zcela samočinně od okamžiku spouštění motoru až do doby dosažení běžné provozní teploty motoru.

Obr. 8 Topné těleso pro ohřev nasávaného vzduchu

Zařízení pro vznětové motory. S ohledem na samotný princip činnosti vznětového motoru jsou podmínky jeho spouštění zásadně odlišné od podmínek spouštění u motoru zážehového. Pokud není u motoru vznětového v okamžiku vstřiku paliva dosaženo dostatečně vysoké teploty stlačeného vzduchu, nemůže dojít ke vznícení paliva. Za nízkých okolních teplot je proto nutno nasávaný vzduch předehřát, k čemuž dochází v zásadě dvojím způsobem. Buď se vzduch ohřívá ještě v sacím nebo plnicím potrubí a teprve následně se ve válci motoru stlačuje, nebo nejdříve se vzduch stlačuje a potom se již stlačený vzduch dále ohřívá. K ohřevu vzduchu v sacím potrubí se používají elektrická odporová topná tělesa nebo plamen z pomocného, elektricky zažertovaného hořáku v sacím potrubí obr. 9. Tato zařízení musí mít poměrně velký výkon, neboť ohřívají velké množství vzduchu, odpovídající zdvihovému objemu motoru a jeho otáčkám při spouštění.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

palivová tryska přívod paliva čistič paliva upevňovací závit těsnění těleso odpařovací trubice žhavené tělísko pouzdro

Obr. 9 Pomocný hořák — plamenová svíčka K ohřevu vzduchu ve válci se používají tzv. žhavicí svíčky (obr. 10), což jsou elektrická odporová topná tělesa. Úkolem takovéto svíčky je před spouštěním zvýšit teplotu vzduchu v komůrce ve velmi krátkém čase na teplotu vznícení nafty a dále při spouštění spolupůsobit při vzněcování částeček rozprášeného paliva. Spirála je žhavena proudem, odebíraným z akumulátoru, na teplotu 900 až 1 000 °C po dobu 30 až 90 s. Delší žhaveni bývá pro značné tepelné ztráty již neúčelné. Moderní žhavicí svíčky mohou být žhaveny po delší dobu a to nejen při spouštění, ale i po něm. Činnost žhavicí svíčky i po spuštění motoru zlepšuje průběh spalování, zejména omezuje tvorbu tzv. „modrého" kouře, typického pro chod studeného motoru.

Obr. 10 Žhavicí svíčka

ZAPALOVÁNÍ U spalovacích motorů se prakticky používají dva způsoby zapalování paliva v pracovním prostoru. U vznětových motorů je to zapalování kompresním teplem a u zážehových motorů se jedná o zapalování vysokonapěťovou jiskrou. Zapalování elektrickou jiskrou je velice výhodné, zejména proto, že lze velmi přesně nastavit okamžik zapálení směsi v pracovním prostoru a tím dosáhnout maximálního výkonu spalovacího motoru. Také lze umístit středisko zapálení směsi do vhodné polohy ve spalovacím prostoru se zřetelem na rychlosti hoření směsi i na způsob šíření plamene.

TEORIE ZAPALOVÁNÍ Plyn se skládá z volně pohyblivých molekul, které jsou při normálním tlaku tak vzdáleny, že se plyn chová jako izolant. Výboj mezi elektrodami znamená průchod elektrického proudu, což je pohyb nosičů elektrických nábojů, které se tedy musí do prostoru mezi elektrody dostat z okolního prostoru, z elektrod, nebo musí vzniknout v plynu. Nosiče elektrických nábojů neboli ionty vznikají působením ionizačních činidel. Tím může být radioaktivní záření, vysoká teplota, fotony nebo elektrické pole. V elektrickém poli se pohybují kladné ionty ke katodě a záporné k anodě. Výboj v plynech závisí na napětí mezi elektrodami, na druhu a tlaku plynu, na teplotě a na tvaru a materiálu elektrod. Přiložíme-li napětí určité velikosti na elektrody, začne mezi nimi protékat nepatrný proud, který je podmíněn působením vnějšího ionizačního činidla. Jedná se o nesamostatný výboj, který bez působení ionizačního činidla zaniká. Zvýšením napětí dochází k nárazové ionizaci. Urychlené elektrony narážejí na atomy a vytvářejí z nich kladné a záporné ionty. To je začátek doutnavého výboje, který přechází při dostatečném zdroji energie v oblouk. Oblouk je intenzívně svítící a zřetelně ohraničený výboj. Velká proudová hustota způsobuje na povrchu teplotu až 3 000 °C. Velikost napětí UZ, při kterém nastává výboj, nazýváme napětí přeskokové nebo průrazné, závisí na: 1. tvaru, materiálu a vzdálenosti elektrod, 2. plynu v prostoru mezi elektrodami, 3. tlaku, teplotě a způsobu proudění plynu, 4. průběhu přiloženého napětí. Obr. 1 Průběh výboje v plynu v závislosti na napětí mezi elektrodami Na obrázku 2a je příklad vlivu tvaru a vzdálenosti elektrod na přeskokové napětí. S rostoucí teplotou hustota plynu klesá, čímž se zvyšují ionizační účinky a pro přeskok jiskry pak stačí menší napětí Tlak plynu má opačný účinek. Se stoupajícím tlakem stoupá hustota plynu. Účinek tlaku a teploty na přeskokové napětí je znázorněn na obr. 2b. Vliv směšovacího poměru vzduchu a benzínových par na přeskokové napětí je celkem malý. Výrazný vliv na velikost přeskokového napětí má průběh přiloženého napětí, zejména rychlost jeho zvyšování du/dt. Při velké strmosti růstu napětí je menší pravděpodobnost výskytu volných iontů mezi elektrodami a k přeskoku dochází při vyšším napětí. Na obrázku 2c je znázorněn průběh 1 – pomalý nárůst napětí, kde dochází k přeskoku při napětí U1 a průběh 2 – rychlý nárůst napětí, kde dochází k přeskoku až při napětí U2 .

Obr. 2 Vliv vnějších činitelů na přeskokové napětí a) vliv tvaru a vzdálenosti elektrod b) vliv teploty a tlaku c) vliv rychlosti zvyšování napětí

Výboj mezi elektrodami zapalovací svíčky Výboj na elektrodách zapalovací svíčky ve spalovacím prostoru motoru je velmi složitý fyzikální pochod. Jako každý elektrický výboj závisí na vlastnostech zdroje napětí a na podmínkách v prostoru jiskřiště. Složitost je o to větší, že pochody ve spalovacím prostoru zpětně působí na jiskřiště. Typický průběh napětí na elektrodách zapalovací svíčky spalovacího motoru je na obr. 3. Po přerušení proudu v primárním obvodu zapalovací cívky stoupá sekundární napětí z bodu A do bodu B, kde nastává průraz. Napětí velmi rychle poklesne a výboj trvá až do okamžiku C, kde po odčerpání větší části energie zhasíná. Další průběh napětí představuje dokmitávání systému bez výboje. Měřením na mnoha motorech bylo prokázáno, že nejdůležitější pro zapálení směsi ve válci je krátký první průraz na začátku výboje a energie, která se jím vybije. Tento rozhodující výboj je způsoben vybitím kapacity zapalovací svíčky

Obr. 3 Průběh napětí na elektrodách zapalovací svíčky Zážeh směsi nastává rozpadem labilních molekul, když na ně narazí jiné molekuly nebo ionty. Úlomky labilních molekul zase nárazem štěpí další molekuly. Zapálení směsi je tedy způsobeno nejen tepelným účinkem jiskry, ale i nárazovou ionizací. Vzdálenost mezi elektrodami zapalovací svíčky neboli doskok má na zapalování dvojí vliv. Při zvětšování vzájemné vzdálenosti elektrod se zvyšuje průrazné napětí a tím i energie kapacitní části výboje. Větší vzdálenosti jsou kromě toho méně citlivé na znečištění

ZAPALOVACÍ SVÍČKA Vysokonapěťová zapalovací svíčka musí splňovat stále náročnější požadavky, neboť se zvyšují měrné výkony a rozšiřuje pracovní rozsah motorů a zvětšují se nároky na dobu života při menší údržbě. Náročnou částí je svíčka proto, že zasahuje do spalovacího prostoru, kde pracuje v těžkých podmínkách, v nichž se v rychlém sledu střídají teploty 2 000 až 2 500 °C a tlaky až 6 MPa při hoření, s teplotami okolo 60 °C a s podtlakem při sání motoru. Materiály svíčky musí snášet velké teplotní spády, odolávat chemicky velmi agresivnímu prostředí a izolátor svíčky musí bez poškození a bez velkých energetických ztrát snášet napěťové rázy až 25 kV.

Obr. 4 Řez zapalovací svíčkou Zapalovací svíčka, (obr. 4), se skládá ze střední elektrody, keramického izolačního tělesa a z kovového pouzdra nesoucího elektrodu, šroubení, kterým se svíčka zašroubuje do hlavy válce tak, aby svým spodním koncem zasahovala do spalovacího prostoru. Do koncovky ústí kabel vysokého napětí, přiváděného z rozdělovače. Zápalná směs se zapálí, přeskočí-li jiskra mezi elektrodami. Pro velmi namáhavý provoz se na konce elektrod navářejí slitiny wolframu, platiny nebo iridia. Střední elektroda je někdy i stříbrná. Střední elektroda bývá nejčastěji v izolátoru uchycena polovodivým křemíkovým zátavem. Toto řešení je technicky výhodné. Při vysoké teplotě zátav sline s materiálem izolátoru, takže zajišťuje dokonalé utěsnění. Střední elektroda je v zátavu lépe mechanicky uchycena, což zajišťuje její polohu vůči izolátoru, která je důležitá pro správnou činnost svíčky. Podle nároků na materiál i na zpracování je izolátor nejdůležitější částí svíčky. Nyní se používají převážně materiály, jejichž hlavní složkou je velmi čistý kysličník hlinitý, jako minerál známý pod

názvem korund, s různými přísadami. Hlavní význam má tepelná vodivost materiálu a její závislost na teplotě. Na části izolátoru ve spalovacím prostoru se mohou usazovat pohonné látky a zplodiny hoření, které je někdy přechodně velmi nedokonalé, a z izolátoru se musí při provozu tyto úsady samočinně odstraňovat. Provozní teplota špičky izolátoru má být proto v rozmezí 500 až 800 °C. Hranice 500 °C je spodní mez tzv. samočisticí teploty, při níž shoří na izolátoru úsady, které by zvětšovaly elektrickou vodivost povrchu. Teplota 800 °C je spodní mez teplot, při nichž se již vznítí palivová směs, přijde-li do styku s teplým povrchem. Pro obvyklá paliva je tato hodnota v rozmezí 820 až 1 000 °C. Se svíčkou, která má teplotu nižší, než je samočisticí teplota, může motor přechodně pracovat, je-li v dobrém stavu a jestliže se úsady na svíčce nevytvářejí příliš rychle. Teplota 800 °C se nemá překračovat, protože samozápaly mohou způsobit přehřátí motoru a zmenšují jeho výkon. Schopnost svíčky snášet bez samozápalu určité tepelné zatížení se udává jako její tepelná hodnota (obr. 5, 6 a 7) Svíčka s vyšší tepelnou hodnotou, v běžném názvosloví označována jako studenější, je bezpečnější proti samozápalům, ale náchylnější k úsadám na izolátoru. Vyznačuje se tím, že přístup tepla je omezován a odvod zlepšen, špička izolátoru je krátká a zpravidla více zakryta pouzdrem. Svíčka s nižší tepelnou hodnotou má naopak plochu vystavenou působení tepla větší a odvod tepla je ztížen, špička izolátoru je delší a někdy vyčnívá až do spalovacího prostoru. Čím je svíčka teplejší, s menší tepelnou hodnotou, tím je méně odolná proti samozápalům, ale méně citlivá na úsady.

Obr. 5 Provedení izolátoru pro různé tepelné hodnoty

Obr. 6 Tepelné pracovní podmínky

Obr. 7 Provedení svíček s různými tepelnými hodnotami

Vzhled zapalovací svíčky v provozu

Normální vzhled bílošedé zabarvení izolátoru, minimum úsad – správná tepelná hodnota svíčky

Usazeniny způsobené nejčastěji mechanickým poškozením motoru

Natavení elektrod způsobené velkým předstihem nebo nízkou tepelnou hodnotou svíčky

Zanesení karbonem způsobeno příliš studenou svíčkou

Normální hnědé zabarvení izolátoru způsobené elektricky nabitými částečkami oleje. Neznamená špatnou funkci ani netěsnost.

BATERIOVÉ ZAPALOVÁNÍ Bateriové zapalování, které je označováno jako klasické nebo konvenční, je na obr. 8.

Obr. 8 Schéma zapojení bateriového zapalování BA — akumulátorová baterie s napětím U, V — spínač zapalování, P - přerušovač, K — rozdělovač, ZC — zapalovací cívka, C1 — kondenzátor, S — zapalovací svíčky Vysoké napětí pro zapalovací jiskru vzniká postupnou transformací energie z akumulátoru na elektrody zapalovací svíčky. Při sepnutí kontaktů přerušovače prochází primárním vinutím cívky proud, který vytváří magnetický tok a předává tím energii do magnetického obvodu cívky. Při přerušení styku kontaktů se proud v primárním obvodu rychle zmenšuje a změnou magnetického toku se indukuje do primárního i sekundárního vinutí cívky napětí. Paralelně ke kontaktům přerušovače je připojen kondenzátor Cl, který se v okamžiku rozpojení kontaktů přerušovače zapojí do primárního obvodu. Účelem kondenzátoru je potlačit, nebo alespoň značně omezit elektrický výboj na kontaktech při přerušování proudu. Kdyby nebyl kondenzátor zapojen paralelně ke kontaktům, způsobilo by i poměrně malé indukované napětí při malé vzdálenosti kontaktů na začátku zdvihu mezi nimi vznik výboje. Při dalším vzdalování kontaktů by se oblouk jen prodloužil a nezhasl, dokud by se v něm nespotřebovala téměř celá energie, akumulovaná do magnetického pole zapalovací cívky. Napětí na sekundární straně by bylo malé a jiskra na svíčce by nemohla přeskočit. Na obr. 9 je totéž zapalování nakresleno jiným způsobem.

Obr. 9. Schéma zapojení zapalovací soustavy s konvenčním cívkovým zapalováním (Bosch): 1 akumulátor, 2 spínací skříňka, 3 zapalovací cívka, 4 rozdělovač, 5 kondenzátor, 6 přerušovač, 7 zapalovací svíčky, Rv předřadný odpor

Zapalovací cívka Zapalovací cívka (obr. 10) funguje jako transformátor. Je schopna akumulovat energii do vlastního magnetického pole a předat ji do obvodu s vysokým napětím. Obr. 10 Zapalovací cívka v řezu (Bosch): 1 - vysokonapěťový vývod 2 - svitek plechů s izolačním papírem 3 - izolační víko 4 - interní vysokonapěťový vývod s pružinovým kontaktem 5 - pouzdro 6 - upevňovací objímka 7 - magnetické plechové opláštění 8 - primární vinutí 9 - sekundární vinutí 10 - zalévací hmotal 11 - izolační vložka 12 - železné jádro Uspořádání primárního vinutí vně a sekundárního vinutí pod ním má tyto výhody: Primární vinutí se dobře chladí. Má dobrou vazbu se sekundárním vinutím, protože jeho vrstvy sahají až za prodloužené izolace sekundárního vinutí. Primární vinutí má větší odpor než kdyby bylo uspořádáno u jádra. Větší odpor zkracuje časovou konstantu. Časová konstanta τ = L/R, L je indukčnost a R odpor primárního vinutí. Sekundární vinutí má menší rozměry a tudíž i menší vnitřní kapacitu. Snadno se vyvede vysoké napětí přímo pomocí odizolovaného železného jádra. Po sepnutí kontaktů přerušovače začíná nabíjecí pochod až do okamžiku rozpojení kontaktů přerušovače.

Obr. 11 Průběh primárního proudu zapalovací cívkou Typický průběh proudu znázorňuje křivka na obr. 11. Proud se asymptoticky blíží k proudu, který by obvodem procházel, kdyby v něm byl jen činný odpor. Nabíjecí pochod je ukončen v okamžiku, kdy se rozpojí kontakty přerušovače. Primární proud dosáhne maximální ustálené hodnoty za dobu přibližně 3τ. Proto by bylo ideální, aby za všech provozních podmínek spalovacího motoru byly kontakty přerušovače sepnuty nejméně po dobu 3τ. To u běžné zapalovací soustavy při vysokých otáčkách motoru z technických důvodů nelze splnit. Na obrázku 12 je průběh primárního proudu při vyšších otáčkách motoru, kdy je doba sepnutí kontaktů přerušovače kratší než 3τ. Primární proud nemůže narůst na ustálenou maximální hodnotu. Z uvedeného je zřejmá jedna ze základních vlastností bateriového zapalování, totiž dobrý výkon při malých otáčkách motoru, ale ubývání energie při vysokých otáčkách.

Obr. 12 Průběh primárního proudu při době sepnutí kratší než 3τ Na obrázku 13 je typický průběh primárního proudu i1, sekundárního napětí u2 a sekundárního proudu i2 v závislosti na čase t. Prvá fáze vybíjecího pochodu je těsně po přerušení primárního proudu v čase A až do okamžiku, kdy přeskočí jiskra B. Další průběh napětí záleží na průběhu výboje mezi elektrodami svíčky. Nastává tzv. kapacitní fáze výboje. Vybije se tu sice poměrně malé množství energie, ale ve velmi krátké době, tedy velikým výkonem - doba mezi B a C. Část mezi body Ca D je tzv. indukční část výboje, do něhož je převedena poměrně velká část energie nashromážděná v soustavě. Je to celá řada rychle po sobě následujících průrazů a zhasnutí. Část mezi body D a E jsou vlastně tlumené kmity. Na zapalování samotné nemá tato část již vliv. Má však úplně doznít dříve než dojde k novému zápalu, aby zbytkové proudy neovlivňovaly další zapalovací pochod.

Obr. 13 Průběh primárního proudu, sekundárního napětí a proudu při sepnutí a rozpojení kontaktů

Přerušovač Spínáním a rozpínáním kontaktů určuje přerušovač dobu, kterou je primáru obvod spojen. Přerušovač se skládá z pevného nastavitelného kontaktu a z pohyblivého kontaktu ovládaného vačkou, jejíž tvar určuje počet jisker v jedné otáčce a podmínky pohybu přerušovače. Přerušovač je pracovně i konstrukčně velmi náročná část, protože je značně namáhán mechanicky i elektricky. Musí zajišťovat spolehlivý kontakt bez velkého úbytku napětí, rozpojovat obvod s indukčností v přesném čase a s velkým počtem přerušení za sekundu a na spolehlivosti jeho činnosti závisí práce motoru. Opotřebení kontaktů v provozu je mechanické a elektrické. Za běžných pracovních podmínek je mechanické opotřebení poměrně malé. Elektrické zatěžování způsobuje jednak opal kontaktů, jednak přenos materiálu z jednoho kontaktu na druhý, projevující se tím, že se na prvním kontaktu vytváří kráter a na druhém kontaktu špička.

Různé konstrukce přerušovačů se od sebe příliš neliší. Princip velmi často používaného přerušovače pro čtyřdobý čtyřválcový motor je na obr. 14. Pohyblivé raménko 6 s kontaktem 3 je izolovaně nasazeno na čepu 7. Na raménku je fíbrová narážka 5, která sleduje vačku 10. Když zub vačky nadzvedne narážku 5, raménko se pootočí okolo čepu 7 a rozpojí se kontakty 3 a 4. Kontakt 4 je pevný, avšak pomocí výstředného šroubu 1 a upevňovacího šroubu 2 lze nastavit zdvih kontaktů. Pružina 8 přitlačuje kontakt 4 ke kontaktu 5 a zajišťuje i přívod proudu. Zdvih kontaktů bývá 0,3 až 0,5 mm. Při příliš velkém zdvihu se kontakty vytloukají, při příliš malém zdvihu je nebezpečí, že vůbec nedojde k přerušení.

Obr. 14 Přerušovač pro čtyřdobý, čtyřválcový motor Doby sepnutí a rozpojení kontaktů můžeme měnit tím, že odsunutím kontaktu 4 zvětšíme nebo zmenšíme zdvih kontaktů. Daleko přesnější je nastavovat zdvih kontaktů přerušovače měřením úhlu sepnutí kontaktů. Je-li αs úhel, kdy jsou kontakty přerušovače spojeny a αo úhel, kdy jsou rozpojeny, má čtyřdobý motor s počtem válců V k dispozici pro sepnutí a rozepnutí kontaktů úhel

αs + αo =

360 V

Poměr sepnutí a rozpojení kontaktů přerušovače bývá u přerušovačů pro čtyřválcový motor 50° : 40°, pro šestiválcový motor 35° : 25°.

Obr. 15 Vačka přerušovače pro čtyřdobý čtyřválcový motor αs — úhel sepnutí kontaktů, αo — úhel rozepnutí kontaktů

Rozdělovač Přerušovač s kondenzátorem a zařízením pro automatické nastavování předstihu tvoří obvykle jeden konstrukční celek s rozdělovačem, který je znázorněn na obr. 16. V soupravách, u nichž zapalovací cívka pracuje pro několik válců, slouží rozdělovač k přepínání zdroje vysokého napětí ke svíčce, která má právě zapalovat. Rozdělovač se skládá z hlavice rozdělovače 1, která je zpravidla z hmoty s dobrými izolačními vlastnostmi a ve které jsou zalisovány vložky 2 pro přívody k jednotlivým svíčkám, z rozdělovacího rotoru 4, který nese rozdělovači rameno 5 a ze sběracího kartáče 6, jímž se přivádí vysoké napětí z přívodu 3 od zapalovací cívky na rozdělovači rameno. Proud z otáčejícího se

rotoru se přivádí na vložky hlavice rozdělovače a tedy k jednotlivým válcům motoru výbojem přes vzduchovou mezeru 0,3 až 0,5 mm.

Obr. 16 Rozdělovač s přerušovačem a odstředivým regulátorem

ŘÍZENÍ BODU ZÁŽEHU Okamžik zapálení směsi ve válci se volí zpravidla tak, aby plocha tlakového diagramu byla co největší. Okamžik zapálení musí tedy být přizpůsoben rychlosti hoření. Předčasné nebo opožděné zapálení má za následek snížení výkonu, horší využití paliva a větší spotřebu. Vliv nastavení ukazují tlakové diagramy na obr. 17. Při správném okamžiku zapálení směsi (1) dosahují tlak a teplota maxima v malém úhlu za úvratí na začátku expanzního zdvihu. Zážeh musí nastat dříve o dobu, kterou potřebuje směs ke shoření. Je-li směs zapálena předčasně (2), vzroste předčasně i tlak před úvratí v kompresním zdvihu, takže působí proti pohybu pístu a celý děj probíhá s většími mechanickými i tepelnými ztrátami. Protože se zvětší kompresní práce, vznikají větší tlaky a zpravidla dochází k náhlému samovznícení paliva, vzniká tlakový ráz a dochází ke klepání motoru. Při opožděném zapálení (3) dohoří směs až pozdě v expanzním zdvihu, celý děj probíhá při menším tlaku a s menší účinností využití tepla pro mechanickou práci, teplota odcházejících plynů je vyšší a motor se více zahřívá. Zmenšením tlaku se zmenšuje rychlost hoření a může docházet k dohořívání směsi až ve výfuku. Tepelně je příliš namáhán hlavně výfukový ventil.

Obr. 17 Tlakový diagram ve válci motoru

Poloha klikového hřídele před úvratí v okamžiku zážehu udává tzv. předstih. Nejvýhodnější předstih záleží na: a) otáčkách motoru. Se vzrůstajícími otáčkami se musí předstih zvětšovat, b) množství vzduchu ve směsi. Chudší směs musí být zapálena dříve, než směs bohatá, protože hoří pomaleji. Největší rychlost hoření bývá asi při 1,1 až 1,2 násobku přebytku paliva, c) oktanovém čísle paliva. Toto číslo je mírou odolnosti proti „klepání". Čím více je směs náchylná ke klepání, tím menší musí být předstih, d) kompresním poměru. Rychlost hoření vzrůstá s tlakem, e) teplotě směsi a i motoru samotného. Je-li motor studený, má být předstih větší Uspokojivých výsledků, alespoň z hlediska běžné praxe, je možno dosáhnout regulací v závislosti na otáčkách a podtlaku v sacím potrubí. Samočinná regulace předstihu v závislosti na otáčkách motoru se většinou dociluje odstředivým regulátorem, jehož schéma je na obr. 16. Vačka 12 je otočně uložena na hřídeli rozdělovače 13. S hřídelem je pevně spojena deska 7, na které jsou na čepech 8 otočně uložena závaží 9. V klidové poloze jsou závaží držena pružinami 10. Při určitých otáčkách hřídele přemůže odstředivá síla tah pružin a závaží se vychýlí. Tím se pootočí kulisa 11, na které je připevněna vačka 12. Na obrázku 16 je základní deska přerušovače 14, avšak přerušovač není nakreslen. U některých konstrukcí je umístěn odstředivý regulátor do horní části rozdělovače, kde tvoří jeden celek s rotorem (palcem) rozdělovače. Na obrázku 18 je znázorněna charakteristika jednoduchého odstředivého regulátoru. Vidíme, že odstředivý regulátor začíná působit až od určitých otáček, většinou vyšších než jsou otáčky naprázdno. Až do těchto otáček je stálý „základní předstih".

Obr. 18 Charakteristika odstředivého regulátoru Činitelé, na nichž závisí rychlost hoření, např. složení směsi, rychlost jejího víření ve válci, teplota apod., jsou zpravidla vždy v nějaké souvislosti s tlaky v sání. Podtlak u hrdla sacího potrubí závisí na otáčkách motoru a na poloze škrticí klapky. Při otevřené škrticí klapce je podtlak v potrubí nižší, směs je bohatší a v motoru jsou podmínky pro rychlé hoření a je potřeba menší předstih. Při částečně otevřené klapce se podtlak v sacím potrubí zvětší, ale do válce přichází méně paliva a je třeba předstih zvětšit. Společné působení regulace podle otáček a podtlakové regulace je znázorněno na obr. 19. Obojí regulace se používá u většiny automobilových čtyřdobých motorů, je nutná se zřetelem na hospodárnost provozu zejména tam, kde motor pracuje často jen s částečnou zátěží.

Obr. 19 Společné působení podtlakového a odstředivého regulátoru Podtlaková regulace se zpravidla řeší membránovým mechanismem, jehož princip je na obr. 20. V pouzdře 6 je pryžová membrána 5, jejíž pohyb se táhlem 4 přenáší na základní desku 1, která je v rozdělovači otočně uložena a s níž je prostřednictvím stavitelné podložky spojen čep raménka přerušovače 3. Prostor za membránou je spojen trubicí 7 s vhodným místem sacího potrubí. Při podtlaku v sacím potrubí se prohne membrána 5 směrem vpravo, stlačí pružinu 8 a natočí základní desku 1 v opačném smyslu než se otáčí vačka 2 přerušovače. Narážka raménka přerušovače se tedy zvedne dříve, takže předstih se zvětší.

Obr. 20 Princip podtlakového regulátoru předstihu

ELEKTRONICKÉ ZAPALOVÁNÍ Hlavní výhodou elektronických zapalování je, že mohou být použita pro výkony a podmínky, v nichž spolehlivá činnost klasické zapalovací soustavy je již vlivem mechanických i elektrických mezí přerušovače s mechanickými kontakty mimo technické možnosti. Za mez pro kontaktový přerušovač se pokládá zpravidla 400 zážehů za sekundu. Elektronickým bezkontaktovým zapalováním pro závodní vozy se již dosahuje 1 000 zážehů za sekundu. Jinou výhodou, velmi ceněnou u užitkových i závodních vozidel, je prodloužení období údržby nebo seřizování, které u klasických soustav rovněž závisí na přerušovači. Elektronické zapalování je možné rozdělit do těchto skupin: 1. Zapalování s elektronickým odlehčením kontaktů přerušovače. 2. Elektronické zapalování s použitím klasického přerušovače. 3. Elektronické zapalování bezkontaktní. 4. Plně elektronické zapalování bez mechanických prvků

Elektronické odlehčení kontaktů přerušovače Hlavními nevýhodami obyčejného bateriového zapalování je velké elektrické namáhání kontaktů přerušovače, z čehož vzniká jejich opotřebení, nežádoucí změna předstihu a pokles výkonu jiskry při

velkých rychlostech. Při odlehčení kontaktů tranzistorem můžeme volit zapalovací cívku s menší indukčností a s menším odporem a větším primárním proudem. Nashromáždění energie v magnetickém poli se pak dosáhne již za kratší dobu, tedy i při vysokých otáčkách motoru. Kontakty přerušovače prochází jen malý řídicí proud báze tranzistoru, zpravidla nejméně desetkrát menší než primární proud cívky. Kromě toho není v řídicím obvodu indukčnost. Nepoužívá se proto obvykle ani kondenzátor zapojený paralelně ke kontaktům. Schéma jednoho z prvních elektronických zapalování tohoto druhu, typické pro soustavy s jedním tranzistorem, je na obr. 20. Jsou-li kontakty přerušovače P spojeny, je tranzistor T ve vodivém stavu a cívkou protéká proud. Rozpojením kontaktů se tranzistor skokem uvede do nevodivého stavu a proud do zapalovací cívky ZC se bezkontaktně přeruší.

Obr. 21 Elektronické zapalování — odlehčení kontaktů přerušovače

Kondenzátorové zapalování Tento typ zapalování patří do kategorie elektronických zapalování s použitím klasického přerušovače. Princip kondenzátorového zapalování spočívá, na rozdíl od indukčního zapalování, u něhož se energie shromažďuje v indukčnosti a do vysokonapěťového obvodu se převádí při rozpojení primárního obvodu, v tom, že energie se nahromadí do kapacity kondenzátoru a odtud se odvádí k primárnímu vinutí zapalovací cívky. Kondenzátor nabitý na několik set voltů se vybíjí napěťovou vlnou se strmým čelem. Napětí na svíčce rychle vzroste a tím se sníží ztráty svodem na svíčkách a zapalování pracuje dobře, i když jsou svíčky silně znečištěny. Pomocí tranzistorového měniče se zvýší stejnosměrné napětí akumulátoru na napětí několika set voltů. Na toto napětí se nabije kondenzátor a ten se polovodičovým spínačem — tyristorem ve vhodný okamžik vybije do zapalovací cívky. Proto se tomuto typu zapalovacích soustav také říká tyristorové zapalování. Při vyšších otáčkách je doba mezi jednotlivými jiskrami tak krátká, že se kondenzátor nestačí nabít na plnou hodnotu a akumulovaná energie tak klesá. Existují však také složitější kondenzátorová zapalování se samočinnou regulací konstantního napětí na vybíjecím kondenzátoru. Toto napětí je pak konstantní v celém rozsahu otáček a nezávisí ani na poklesu napětí akumulátoru.

Bezkontaktní zapalování Dalším pokrokem jsou zapalovací soustavy, u nichž jsou přerušovací kontakty nahrazeny bezkontaktními snímači. Bezkontaktní přerušovače jsou vlastně snímače, které pomocí impulsů uvádějí do činnosti elektronické zapalování. K tomuto účelu se nejvíce používají elektromagnetické snímače, snímače na principu Hallova jevu, fotoelektrické snímače, apod. Při konstrukci bezkontaktních přerušovačů s elektronickým zapalováním se zpočátku se využívalo „klasických“ rozdělovačů včetně odstředivého a podtlakového regulátoru, kde namísto kontaktů mechanického přerušovače s vačkou je umístěn bezkontaktní snímač.

Princip typického elektromagnetického snímače je na obr. 22. S hřídelem rozdělovače 4 se otáčí hvězdice 5 z magneticky vodivého materiálu. (Má tolik ramen, kolik má motor válců.) Magnetický tok, který vytváří permanentní prstencový magnet 3, se uzavírá přes pólové nástavce 1 a hvězdici 5. Pootočením hvězdice se magnetický tok přeruší a v cívce 2 se indukuje napěťový impuls, který se odvádí kabelem 6 do elektronického zapalování. Na obrázku 22 je také závislost napětí elektromagnetického snímače na čase. Se vzrůstající rychlostí také vzrůstá amplituda impulsu a naopak. Snímač musí být navržen tak, aby i při nízkých otáčkách motoru dával snímač impulsy s dostatečně velkou amplitudou. Tento problém odpadá u snímačů fotoelektrických nebo u snímačů s Hallovou sondou. U těchto snímačů amplituda signálu nezávisí na rychlosti otáčení motoru. Na obrázku 23 je naznačen snímač pracující na principu Hallova jevu. Vlastní snímač obsahuje klopný obvod, který je řízen Hallovým generátorem. Ten má tu vlastnost, že působením magnetického pole v něm vzniká napětí. Toto napětí způsobuje překlápění elektronického

Obr. 22 Elektromagnetický snímač zapalování pro čtyřválcový motor a průběh výstupního napětí klopného obvodu. Celý snímač je proveden jako integrovaný obvod. Bubínek 2 z magneticky vodivého materiálu je spojen s hřídelem rozdělovače. V bubínku jsou po obvodě výřezy. Uvnitř bubínku je permanentní magnet 3. Magnetický tok se uzavírá přes vzduchovou mezeru, snímač 4 a jho 5. Je-li ve vzduchové mezeře plná část bubínku, sníží se magnetický odpor a magnetický tok vzroste natolik, že dojde k překlopení klopného obvodu. Pootočí-li se bubínek tak, že mezi snímačem a magnetem je výřez, magnetický odpor vzroste a klopný obvod se vrátí do původního stavu.

Obr. 23 Snímač zapalování s Hallovým generátorem

Princip optoelektrického snímače je podobný snímači s Hallovým generátorem. Na jedné straně rotujícího bubínku (nebo clony) je umístěna svítivá dioda a na druhé straně fototranzistor ve funkci snímače. Otáčením bubínku se přerušuje paprsek diody, což vyvolá impulzy na přijímacím tranzistoru. Těmito impulzy je pak řízeno elektronické zapalování.

Plně elektronické zapalování Tradiční rozdělovače tranzistorových zapalovacích systémů s odstředivou a podtlakovou regulací předstihu realizují jen jednoduché regulační charakteristiky. Tyto charakteristiky proto převážně odpovídají jen požadavkům optimálního provozu motoru. U těchto elektronických zapalování odpadá mechanické přestavení předstihu v rozdělovači a u modernějších typů i mechanický rozdělovač vysokého napětí. Každý válec se pak zapaluje přímo svou vlastní cívkou. K tomu však řídicí jednotka potřebuje ještě další vstupní informaci, a to od snímače na vačkové hřídeli. Pomocí tohoto snímače řídicí jednotka rozpoznává pracovní takt válců a podle toho ovládá pořadí zapalování na jednotlivých cívkách. Výhody plně elektronického zapalování: - přestavení předstihu může být lépe přizpůsobeno individuálním a rozmanitým požadavkům, které jsou na motor kladeny; - je možné zahrnout další řídicí parametry (např. teplotu motoru); - dobré chování při startu, lepší řízení volnoběžných otáček a nižší spotřeba paliva; - rozšířené získávání provozních dat, - lze realizovat regulaci klepání. - zapalování je zcela bezúdržbové

Obr. 24 Zpracování signálů v elektronické řídicí jednotce zapalování (Bosch): 1-otáčky motoru, 2-signály spínače škrtící klapky, 3-CAN (sériový BUS), 4-tlak v sání, 5-teplota motoru, 6-teplota nasávaného vzduchu, 7-napětí akumulátoru, 8-analogově-digitální převodník, 9-mikropočílač, 10-koncový stupeň zapalování

Schéma zapojení plně elektronické jednotky je na obr. 24. Je zřejmé, že do něj vstupuje mnohem více informací, než do zapalování konvenčního. Jsou to informace o: • rychlosti otáčení motoru a o poloze klikového hřídele • nastavení škrticí klapky (sešlápnutí plynového pedálu) • tlaku v sání • teplotě motoru • teplotě (a někdy i množství) nasávaného vzduchu • napětí akumulátoru Všechny tyto údaje jsou zpracovány v mikropočítači, který vybere pro každý stav motoru optimální nastavení předstihu. Optimální hodnoty jsou vybírány z tzv. datových polí, umístěných v paměti mikropočítače (obr. 25).

Obr. 25 Optimalizované datové (elektronické) pole charakteristik předstihu (vlevo) ve srovnání s polem charakteristik předstihu mechanického systému (vpravo) (Bosch) Podle optimalizačních kritérií má jedno nebo druhé hledisko větší váhu. Proto vypadá pole charakteristik předstihu u elektronického zapalování, ve srovnání s polem charakteristik mechanicky odstředivě a podtlakově řízeného systému, často velmi rozpolceně. Pokud by měl být pro lepší názornost dodatečně znázorněn vliv teploty nebo jiných korekčních funkcí, bylo by zapotřebí nezobrazitelné čtyřrozměrné pole charakteristik. Plně elektronická jednotka musí „umět“ rozdělit vysoké napětí na svíčky jiným než mechanickým způsobem. Tento způsob je znázorněn na obr. 26.

Obr. 26 Statické rozdělování vysokého napětí prostřednictvím samostatných cívek Každá svíčka má svou zapalovací cívku, která je spínána přímo z řídicí jednotky. Tyto zapalovací cívky bývají nasazeny přímo na svíčkách. Odpadá tedy vysokonapěťový rozvod. Nárůst napětí trvá asi 1 mikrosekundu, což je dvacetkrát rychleji, než u klasického induktivního zapalování. To znamená, že ztráty, které vznikají na svodových odporech zapalovací svíčky, jsou minimální. Při tak velkých napětích může být vzdálenost mezi elektrodami zapalovací svíčky až 1,5 mm, což výrazně zvyšuje energii jiskry a zajišťuje bezpečné zapálení směsi za všech provozních podmínek motoru.

Obr. 27 Jednotlivá zapalovací cívka násuvná přímo na svíčku

OSVĚTLENÍ Elektrická světelná zařízení byla jedna z prvních, která byla zaváděna do příslušenství a výstroje motorových vozidel. Jejich podíl na bezpečnosti provozu i komfortu obsluhy vozidla je nesporný. Vlastnosti světelných zařízení jsou stanoveny celou řadou mezinárodních a národních předpisů a norem. Podle umístění na vozidle se rozeznává osvětlení vnější a vnitřní a podle vlastní činnosti jde o osvětlení za účelem zlepšení viditelnosti nebo o osvětlení informačního charakteru. Světelná zařízení jsou podle charakteru vydávaného světla, následující: 1. Světlomety - pro osvětlení okolí vozidla i na velkou vzdálenost. 2. Svítilny pro osvětlení blízkého okolí nebo pro optickou signalizaci. 3. Odrazky - svítidla bez vlastního optického zdroje - signalizace. Světlomety a svítilny se skládají ze zdroje světla (žárovka, výbojka, LED), optického systému (odrazová plocha a průsvitný kryt) a pouzdra. Svítilny mohou být samostatné, skupinové, sdružené nebo sloučené. U skupinových je společné pouze pouzdro, u sdružených navíc i zdroj světla a u sloučených naopak optický systém.

ZDROJE SVĚTLA Žárovky představují stále nejrozšířenější druh zdrojů světla pro motorová vozidla. Žárovky patří mezi žárové zdroje světla, u nichž je vznik světla podmíněn vysokou teplotou svíticí látky. Žárovky mají spojité spektrum, tzn., že vyzařované světlo obsahuje všechny barvy od červené až po fialovou. Při teplotách dosažitelných u vláken žárovek je však převaha vyzařované energie na straně tepla, takže jejich světelná účinnost je velmi malá. Konvenční žárovka (obr. 1) se skládá ze skleněné baňky, wolframového vlákna, nosného systému vlákna a patice, ke které je baňka přitmelena.

Obr. 1 Konvenční žárovka (Bosch): 1 - skleněná baňka, 2 - wolframové žhavené vlákno, 3 - patice, 4 - elektrický kontakt U motorových vozidel se používají žárovky plněné netečným plynem, většinou směsi dusíku a argonu (pro plnění nejvýhodnější, ale nejdražší je krypton). Tímto opatřením se snižuje emise materiálu vlákna, která vzniká při vysokých teplotách. Emisí materiálu se vlákno zeslabuje a v místě zeslabení dojde k přetavení nebo přetržení vlákna. Navíc se emitovaný materiál pohybuje směrem od vlákna k baňce, na jejímž vnitřním povrchu se usazuje a tím se snižuje světelná účinnost žárovky. Tento jev se projevuje tzv. „černáním" baňky. Halogenové žárovky mají vyšší svítivost i delší dobu života než žárovky běžné. Baňka žárovky je plněna plynem s příměsí halových prvků (obr. 2). U motorových vozidel se používá jako plnicí plyn metylenbromid a jako halový prvek brom. Proces, který probíhá uvnitř baňky, se nazývá halogenový cyklus (obr. 3).

Obr. 2 Halogenová žárovka H4: 1 -baňka, 2 - žhavena spirála pro tlumené světlo s krytem, 3 - žhavena spirála pro dálkové světlo, 4 - patice, 5 - elektrický kontakt

Obr. 3 Detail halogenové žárovky H4 (Bosch): 1 - wolframová žhavená spirála, 2 - halogenová náplň (jód nebo brom), 3 - odpařený wolfram, 4 - wolframový halogenid, 5 - usazování wolframu

Doba života halogenových žárovek dvojnásobná a při stejném příkonu se dosahuje až dvojnásobku světelného toku. Halogenová žárovka má v porovnání s běžnou žárovkou menší baňku, aby se uvnitř dosáhlo požadované teploty. Baňka je vyrobena z křemičitého skla, které je velmi citlivé na znečištění zejména mastnotou. Proto je nutno dbát zvýšené opatrnosti při manipulaci s žárovkou a v případě znečištění povrch baňky odmastit. Výbojky. U výbojek vzniká světlo výbojem mezi elektrodami, které jsou umístěny ve zředěném plynu, nebo parách některých kovů. Výbojka je v provozu jen mírně teplá, protože teplo není podmínkou vzniku světla, ale jen průvodním jevem. Známějším druhem výbojkových zdrojů světla jsou zářivky, které se používají téměř výhradně pro vnitřní osvětlení vozidel pro hromadnou přepravu osob. Zářivky jsou výbojkové trubice s fluorescenční vrstvou nanesenou na vnitřním povrchu, plněné parami rtuti. Barvu vyzařovaného světla je možno upravovat složením této vrstvy. Xenonové výbojky jsou moderním zdrojem světla. Je to trubice z křemičitého skla se zatavenými elektrodami, naplněná xenonem. Každá výbojka potřebuje svou řídicí jednotku. Elektronická řídicí jednotka zapaluje výbojku vysokonapěťovým impulsem 24 kV. Řídicí jednotka dále řídí příkon výbojky a reguluje jej na hodnotě 35 W. Součástí řídicí jednotky jsou i kontrolní a bezpečnostní systémy. Výhody xenonových výbojek: -ve srovnání s halogenovou žárovkou mají více než dvojnásobný světelný tok, -světlo je podobné dennímu, -zajišťují lepší osvětlení krajnic.

Obr. 4 Xenonová výbojka D2S: 1 - skleněná baňka s ultrafialovým filtrem, 2 - elektrická průchodka, 3 - prostor výboje, 4 - elektrody, 5 - patice, 6 - elektrický kontakt

Obr. 5 Xenonová výbojka D2R: 1 - skleněná baňka, 2 - prostor výboje, 3 - clona, 4 - patice

V současnosti se používají dva druhy výbojek (obr. 4 a 5): D2S pro projekční systémy a D2R pro systémy reflexní. Svítivá dioda – LED (Light Emitting Diode) je polovodičový prvek, který se začal používat nejdříve jako indikační a kontrolní prvek. V současnosti se však vysoce svítivé diody používají i v koncových a brzdových světlech. Objevují se již i pokusy použít bílé supersvítivé diody do předních světlometů. Mezi výhody LED diod patří vysoká životnost (asi 5x delší než u žárovek), nízká spotřeba a rychlejší odezva.

SVĚTLOMETY Světlomet je osvětlovací těleso, složené obvykle ze zdroje světla, optické soustavy a krytu, sloužící k osvětlování okolí pro zlepšení viditelnosti. Optický systém tvoří odrazová plocha obecného tvaru (zrcadlo), clony a čočky a vhodně tvarované krycí sklo, kterým světlo vystupuje. Rozložení světla ve výstupním světelném kuželu je dáno právě optickým systémem a umístěním a provedením zdroje světla. Konstrukčně musí být světlomety vodotěsné a prachotěsné a jako montážní celek musí být spolehlivě upevněny tak, aby jejich poloha byla na vozidle seřiditelná a za provozu neproměnná vlivem dynamických účinků. Původní, tzv. symetrické rozdělení světla postupně zaniklo, když se v roce 1957 zavedlo tzv.

asymetrické rozdělení světla (obr. 6). Asymetrické rozdělení světla v úrovni vozovky, kde rozhraní světla a tmy vzrůstá na pravé straně (u vozidel s pravostranným řízením) umožnilo výrazném zvětšení délky dosahu tlumeného světla, aniž by docházelo k oslnění protijedoucích vozidel.

Obr. 6 Rozdělení světla v úrovni vozovky: a - symetrické tlumeně světlo (nepoužívá se vůbec), b -asymetrické tlumené světlo 1 - vozidlo, 2 - vozovka, 3 - symetrické rozdělení světla, 4 - asymetrické rozdělení světla

Druhy světlometů U soudobých vozidel se požívají tyto druhy světlometů: - parabolické světlomety, - elipsoidní světlomety, - světlomety s volnou plochou, - kombinace elipsoidního světlometu a světlometu s volnou plochou.

Paraboloidní světlomet Doposud nejrozšířenějším tvarem odrazové plochy optického systému světlometu je rotační paraboloid, vznikající rotací paraboly kolem její osy. Pokud má odrazová plocha přesný tvar a bodový zdroj světla je umístěn přesně v ohnisku paraboloidu, vystupuje ze světlometu svazek paprsků světla rovnoběžných s osou paraboloidu. Změnou polohy zdroje vůči ohnisku lze dosáhnout různého rozdělení světla ve světelném kuželu. Dalšího zlepšení rozložení světla se dosahuje vhodným tvarováním krycího skla celého světlometu a případně i cloněním vlákna zdroje v určitém prostorovém úhlu. Podle požadavků na rozložení světla bývá na krycím skle i více odlišných polí s rozdílným charakterem působení v příslušných směrech.

Obr. 7 Reflektor světlometu vytváří paralelní světelné paprsky a rozptylové sklo vytváří požadovaný výstup světla 1 -žárovka, 2 - reflektor, 3 - rozptylové sklo

Obr. 8 Dálkové světlo (vlevo) a tlumené světlo (vpravo) 1 - vlákno pro tlumené světlo, 2 - clona, 3 - spirála pro dálkové světlo v ohnisku

Elipsoidní světlomet Rotací elipsy kolem její delší osy vzniká rotační elipsoid s dvojicí ohnisek, ležících na této ose. Na rozdíl od paraboloidu je elipsoid plochou uzavřenou, a proto jako odrazové plochy může být využito pouze jeho části, teoreticky jedné poloviny. Vzhledem k tomu, že při umístění světelného zdroje do ohniska této plochy dochází k soustřeďování paprsků do druhého, fiktivního ohniska, musí být optický systém elipsoidního světlometu vždy doplněn o čočku nebo soustavu čoček, zaručujících usměrnění světelných paprsků do výstupního světelného kužele potřebného tvaru a vlastností. Světlomety elipsoidní jsou oproti parabolickým podstatně menšího vnějšího průměru, přičemž však narůstá jejich konstrukční a montážní délka. To však plně vyhovuje vývojovému trendu karosářského designu. Svým principem se elipsoidní světlomet podobá optickému systému diaprojektoru, a proto se mu také říká světlomet projekční. Elipsoidní světlomety jsou při použití vhodné clony mezi odrazovou plochou a čočkou obzvláště výhodné pro tlumené a mlhové světla.

Obr. 9 Princip zobrazovací optiky projekčního světlometu

Světlomet s volnou plochou Světlomet s volnou plochou má plochu reflektoru volně vytvořenou v prostoru (není to symetrický prostorový útvar). Jednotlivé segmenty osvětlují různé části vozovky. Tímto způsobem se může pro tlumné světlo využít prakticky celá plocha reflektoru. Návrh se provádí pomocí výpočetní techniky a plochy jsou uspořádány tak, že světlo ze všech spodních segmentů je odráženo na vozovku. Ohyb světelných paprsků a rozptyl světla se vytváří přímo pomocí ploch reflektoru. Proto se může použít čisté krycí sklo bez optických elementů. To kromě efektního vzezření odstraňuje ještě jeden problém. U některých soudobých vozidel je plocha krycího skla skloněna natolik, že by bylo prakticky nemožné použít ji pro usměrnění světelných paprsků.

Kombinované světlomety Kombinované světlomety (elipsoid a volná plocha) jsou projekční systémy, u kterých je plocha reflektoru navržena technologií volných ploch. Reflektor zachycuje co možná nejvíce světla od zdroje. Zachycené světlo směřuje tak, aby co možná nejvíce dopadalo přes clonu na čočku (objektiv). Světlo je reflektorem směrováno tak, že ve výšce clony vzniká rozdělení světla, které čočka (ohnisko) promítá na vozovku.

SVĚTLOMETY S XENONOVÝMI VÝBOJKAMI Moderní design vozidla předpokládá kompaktní světlomety pro ploché čela vozidel. Systém světlometů "Litronic" (Light-Electronics) s xenonovou výbojkou plní požadavky jak na druh světla a jeho intenzitu, tak i z pohledu kompaktní konstrukce. Protože nedochází k náhlému výpadku jako u žárovek s vláknem, je možná včasná diagnóza a náhrada. Osvětlení vozovky je podstatně lepší než halogenovými žárovkami (obr. 10). Světlomety Litronic mají v porovnání k halogenovým světlometům vyšší světelný tok se specificky přizpůsobeným rozdělením svítivosti. Tím jsou lépe viditelné okraje vozovky. V obtížných jízdních situacích a při špatném počasí je podstatně zlepšená jak viditelnost tak i orientace. Ve smyslu požadavku podle předpisů se světlomety Litronic vždy kombinují s automatickou regulací vertikálního sklonu světlometů a čisticím zařízením světlometů, které společně zaručují optimální využití dalekého dosvitu a opticky bezvadný světelný výstup. Přiložením zápalného napětí (do 25 kV) se mezi elektrodami výbojky vytvoří elektrický oblouk, který ionizuje plyn. V přívodem střídavého proudu (cca 400 kHz) se vypařují kapalné a tuhé plnící látky a přitom vyzařují světlo. Světelný tok výbojkové lampy D2S je prakticky dvakrát tak větší než u halogenové žárovky (Hl). Provozní napětí činí cca 85 V a příkon 35 W. Pro zapálení, provoz a ke kontrole výbojkové lampy se používá elektronický předřadný přístroj.

Skládá se ze zápalného zařízení a elektronické řídicí jednotky. Zápalné zařízení dodává vysoké napětí potřebné k zapálení výbojky. Elektronická řídicí jednotka řídí zásobování proudem v náběhové fázi a v stacionárním provozu seřídí hodnoty na výkon výbojky 35 W.

Obr. 10 Rozdělení světla v úrovni vozovky: a - projekční světlomet se žárovkou, b - projekční světlomet Litronic s výbojkou D2S Světlomety s výbojkami se přednostně zavádějí pro tlumená světla v tzv. čtyřreflektorovém systému, kombinované s dálkovými reflektory klasické konstrukce (obr. 11). K dispozici jsou různé optické systémy. Obr. 11 Čtyřreflektorový systém Litronic (Bosch): 1 - palubní napětí, 2 - elektronická řídicí jednotka, 3 - zapalovací zařízení s přípojkou pro výbojku, 4 - reflektorová optika s výbojkou pro tlumené světlo, 5 - halogenové dálkové světlo

Projekční světlomety (obr. 12) Jak již bylo výše uvedeno, podobá se konstrukce světlometu diaprojektoru. Pokud v případě diaprojektoru sestává objekt z diapozitivu samotného, u světlometu ho tvoří reflektorem vytvořený rozptyl světla a hrana clony. Tato hrana vytváří pro tlumené světlo potřebnou hranici světla a tmy. Obr. 12 Systém Litronic v projekčním světlometu 1 - čočka 2 - výbojka 3 - konektor 4 - zapalovací zařízení 5 - řídicí jednotka

Reflexní světlomety Když jsou pro výstup světla k dispozici větší plochy, může být Litronic proveden též jako reflexní světlomet. Značně větší plocha pro výstup světla je charakteristická rozptylovým polem, které je integrováno do uzavíracího skla světlometu, nebo leží na jeho vnitřní straně. Pro tlumené světlo se používá výbojka, která je pro vytváření hranice světla a tmy vybavena stínovými pruhy (obr. 5). Pomocí speciální výbojky se může realizovat také velmi účinný dálkový světlomet (obr. 13). Obr. 13 Systém Litronic 4 (Bosch) v reflexním světlometu: 1 – uzavírací rozptylové sklo, 2 - výbojková lampa, 3 - konektor, 4 - zapalovací zařízení, 5 – řídicí jednotka

Bi-Litronic Zvláštní polohu zaujímá bifunkční Bi-Litronic. Je produktem vývoje firmy Bosch a spočívá na reflexním principu. Řešení dovoluje pomocí pouze jedné výbojky vytvářet tlumené i dálkové světlo. K tomu při přepnutí přepínače pro dálkové/tlumené světlo uvádí elektromagnetický stavěcí člen výbojku v reflektoru do dvou různých poloh (obr. 14), které určí výstup světelného toku pro dálkové nebo tlumené světlo. Na obr. 15 je pak projekční typ Bi-Litronics světlometu, kde je elektromagneticky ovládaná clona. Obr. 14 Bifunkční Litronic „Reflexion" 1 - tlumené světlo 2- dálkové světlo

Obr. 15 Bifunkční Litronic „Projektion" 1 - tlumené světlo 2 - dálkové světlo

REGULACE DOSAHU SVĚTLOMETŮ Regulace dosahu světlometů (regulace sklonu světlometů) má při všech stavech zatížení vozidla zabezpečit stálý dobrý dohled bez oslňování protijedoucích vozidel tím, že úhel sklonu tlumeného („potkávacího") světla se přizpůsobí příslušnému stavu zatížení vozidla. Tato regulace může být ruční nebo automatická. Automatická regulace sklona světlometů je v protikladu k ručně ovládané verzi ještě bezpečnější a jistější, protože nastavení řidičem je subjektivní a kromě toho se může lehce zapomenout. Pro vozidla s výbojkovými světlomety je zákonem předepsána automatická regulace dosahu světlometů.

Obr. 16 Dosah světla na rovné vozovce bez regulace sklonu světlometů: a - při jízdě stálou rychlostí bez užitečného zatížení, b - při zrychlení nebo s větším zatížením vzadu, c - při brždění Při automatické regulaci sklonu světlometů se rozlišuje mezi statickými a dynamickými systémy. Statické systémy vyrovnávají užitečné zatížení v prostoru pro cestující a v zavazadlovém prostoru, dynamické systémy korigují dodatečně sklon světlometů při rozjezdu, akceleraci a brždění. Statický systém. Mimo signálů z nápravových snímačů přijímá řídicí jednotka rychlostní signál z elektronického tachometru nebo z řídicí jednotky ABS. Pomocí tohoto signálu systém určí, zda-li vozidlo stojí, pohybuje se nebo jede stálou rychlostí. Statický automatický systém pracuje vždy s velkým útlumem, tzn. že vyreguluje pouze dlouho přetrvávající náklony karosérie. Dynamický samočinný systém zabezpečuje optimální polohu světlometů v každé jízdní poloze, protože funguje ve dvou provozních režimech. Na rozdíl od statické regulace sklonu světlometů rozpozná i akcelerace a brždění. Při jízdě stálou rychlostí zůstává jak dynamický systém, tak statický systém v režimu s velkým tlumením. Když se rozpozná akcelerace nebo brždění, přepne se systém okamžitě do dynamického režimu. Zkrácené vyhodnocení signálů umožňují přizpůsobení sklonu světlometů za zlomky sekundy. Tak má řidič vždy správný dohled, aby mohl přehledně řešit příslušnou dopravní situaci. Po ukončení akcelerace nebo brždění se systém automaticky přepne opět do pomalého režimu. Ke komponentům dynamické samočinné regulace sklonu světlometů patří (obr. 17): - snímače na nápravách vozidla, které velmi přesně zachytí úhel náklonu karosérie; - elektronická řídicí jednotka, která ze signálů snímačů propočte úhel náklonu karosérie a tento porovná s předvolenou hodnotou. Při odchylce vyšle příslušné aktivační signály na servomotory. - servomotory, které provedou přesné nastavení světlometů.

Obr. 17 Principiální zobrazení dynamické samočinné regulace sklonu světlometů: 1 - světlomet, 2- servomotor, 3 - snímač světlé výšky na přední nápravě, 4 - vypínač světel, 5 - elektronická řídicí jednotka, 6 - snímač světlé výšky na zadní nápravě, 7 - snímač otáček kola, 8 - užitečné zatížení

ADAPTIVNÍ SVĚTLOMETY Podle odborných studií klesá vizuální vnímavost v noci a při nedostatečném osvětlení až na pouhá 4 procenta, přitom však 90 procent všech informací potřebných pro řízení vozu přijímá řidič právě prostřednictvím zraku. Proto hraje pro bezpečnost provozu za špatných světelných podmínek mimořádně důležitou roli světelná technika automobilů. Podmínky na silnicích jsou často velmi proměnlivé. Pro eliminaci nepříznivých vlivů, ale také pro zvýšení bezpečnosti byly vyvinuty systémy označované AFL (Adaptive Forward Lighting), či AFS (Advanced Front Lighting System). Moderní světlomety AFL používají vyspělé elektronické řízení a jejich uvedení na trh je rozděleno do dvou kroků. V současnosti je dovoleno pouze natáčení světlometů do zatáček, ale postupně by měla následovat druhá generace s doplňkovými funkcemi, jako je například adaptivní distribuce světla pro různé podmínky (špatné počasí, jízda na dálnici, apod.). Byly vyvinuty statické a dynamické systémy AFL světlometů. Statický systém je vhodný pro velmi úzké zatáčky, serpentiny, křižovatky a pro manévrování v těsných prostorech se špatnou viditelností kolem vozu. Jedná se většinou o přídavné postranní světlomety, které řídí elektronická jednotka na základě rychlosti jízdy, úhlu natočení volantu a zapnutí směrových svítilen. Systém pracuje při rychlostech do 70 km/h a při zapnutých tlumených světlometech. Obr. 18 Doplňkové postranní světlomety, A-tlumené světlomety, B-postranní světlomety

Dynamické řešení je nejvhodnější pro průjezd táhlými zatáčkami střední až vysokou rychlostí. Světlomet v projektorovém nebo reflektorovém provedení se natáčí kolem svislé osy až o 15°. Vše řídí elektronická jednotka začleněná do elektronické datové sítě vozu, z níž v reálném čase dostává průběžné informace o úhlu natočení volantu a rychlosti jízdy. Každý modul má svou řídicí jednotku a vlastní elektromotor – obr. 19.

Obr. 19 Konstrukce natáčecího světlometu AFS 1- ruční seřízení, 2 - svislá osa otáčení, 3 - velký rám, 4 - krokový elektromotor, 5 - bi-xenonový projektor, 6 - malý rám, 7 - horizontální osa otáčení.

Obr. 20 Aktivní natáčení světlometů A - systém AFL, B - konvenční tlumené světlomety Nesmíme opomenout ani podpůrné systémy nočního vidění Night Vision (obr. 21), založené na snímám infračerveného spektra záření. Získaný obraz se promítá prostřednictvím displeje HUD (Head-Up Display) na sklo čelního okna. Zdrojem infračerveného světla je halogenová žárovka ve dvoufunkčním projektorovém modulu, zvažuje se však náhrada halogenové žárovky infračervenými diodami LED. Obraz snímá infračervená kamera zabudovaná do vnitřního zpětného zrcátka.

Obr. 21 Systém Night Vision

POHYBOVÉ MECHANISMY ELEKTROMAGNETY Nejjednodušší akční členy, převádějící energii elektrickou na mechanickou jsou stejnosměrné elektromagnety. Každý pohybový elektromagnet má pevnou část, jho (jádro) s budicí cívkou a pohyblivou část, kotvu. Elektrický proud protékající vinutím cívky vytváří magnetický tok, v jehož důsledku vzniká síla působící na kotvu. Průběh závislosti síly na poloze kotvy závisí na konstrukci elektromagnetu. Podstatné je, zda síla vzniká působením podélného tahu, příčného tlaku nebo jejich kombinací. Elektromagnety s podélným tahem (síla působí podél magnetických siločar - obr. 1) jsou vhodné pro malé zdvihy kotvy a velké síly. Nárůst síly se zmenšující se vzduchovou mezerou je přibližně kvadratický. Při konstantním proudu je průběh síly v závislosti na zdvihu kotvy na obr. 1.

Obr. 1 Konstrukce a charakteristika elektromagnetu s podélným tahem teoretická — přerušovaně, skutečná — plně Na obrázku 2 je uspořádání stejnosměrného elektromagnetu s využitím příčného tlaku (kotva se pohybuje napříč k siločarám magnetického pole). Kotva zde musí být vedena v nemagnetických vložkách, zabraňujících přímému styku s póly. Tyto elektromagnety jsou vhodné pro větší zdvihy a menší síly. Přítažná síla nezávisí na poloze kotvy. Na obrázku 2 je čárkovaně vyznačen teoretický průběh síly a skutečný průběh je vyznačen plně.

Obr. 2 Konstrukce elektromagnetu s příčným tlakem a jeho charakteristika

Na obrázku 3a, b jsou elektromagnety s příčným tlakem. Provedení a je s dvojicí stálých vzduchových mezer, provedení b s jednou mezerou stálou a druhou proměnlivou.

Obr. 3 Elektromagnety s příčným tlakem Typický stejnosměrný elektromagnet s kombinací podélného tahu a příčného tlaku je na obr. 4. Tvar pólů je obvykle kuželovitý. Táhlo je vedeno v nemagnetických vložkách a kotva je držena ve výchozí poloze pružinou. Silová charakteristika je na obr. 4. Tento typ elektromagnetu se vyznačuje velkou přítažnou silou a poměrně velkým zdvihem a proto se velmi často využívá u spouštěčů k zasouvání pastorku do záběru nebo k ovládám ventilů vzduchových a kapalinových zařízení.

Obr. 4 Konstrukce a charakteristika kombinovaného elektromagnetu K ovládání přenosu točivého momentu ze vstupního hřídele na hřídel výstupní se používají elektromagnetické spojky, např. k ovládání kompresoru klimatizace. Příklad elektromagnetické kotoučové spojky je na obr. 5. Na vstupním hřídeli, řemenici, je těleso spojky 1 s budicí cívkou 2. Kotouč 3 je posuvně veden drážkováním 4 na výstupním hřídeli a tvoří kotvu elektromagnetu. Je-li přiveden přes kartáč 5 stejnosměrný proud do budicí cívky, uzavře se magnetický tok přes

vzduchovou mezeru a kotouč, který přitlačí k tělesu spojky obložení 6, mechanicky propojí oba hřídele. Po přerušení přívodu proudu vrátí pružina 7 kotouč zpět do výchozí polohy.

Obr. 5 Elektromagnetická kotoučová spojka

Elektromagnetické houkačky Elektromagnetická houkačka sice není typický pohybový mechanismus, ale pracuje na principu elektromagnetu, proto se o něm zmiňujeme na tomto místě.

Obr. 6 Elektromagnetická vibrační houkačka Obvyklým typem je houkačka vibrační s kmitající membránou, znázorněná schematicky na obr. 6. Proud se přivádí do elektromagnetu 1 přes pohyblivý kontakt Kl a pevný kontakt K2. Silovým působením elektromagnetu je přitažena kotva 2 zavěšená na kruhové membráně 3. Tím dojde k rozpojení kontaktů a kotva se vrátí pružností membrány do výchozího stavu. Tento děj se opakuje. Základní kmitočet kotvy s membránou bývá 200 až 700 Hz. Tón houkačky lze v určitém rozmezí nastavovat dorazovým šroubem, omezujícím zdvih kotvy a tlakem pružiny na kontakt Kl, který lze opět měnit seřizovacím šroubem. Před membránou je upevněna ozvučná deska, která se rozkmitává nárazy kotvy na jádro elektromagnetu. Nejsilnější a nejčistší zvuk vzniká, je-li vlastní kmitočet ozvučné desky násobkem základního kmitočtu systému. Mechanismy ovládané elektromagnety jsou např. systémy vyklápění světel, otevírání kapoty, palivové nádrže nebo zasouvání pastorku spouštěče do záběru.

ELEKTROMOTORY Celá řada nejrůznějších zařízení v motorových vozidlech je poháněna malými elektrickými motory, elektromotorky, převážně stejnosměrnými s buzením trvalým (permanentním) magnetem. Původně byla konstrukce stejnosměrných motorků prakticky shodná s konstrukcí dynam. Stator byl tvořen pólovými nástavci s budicím vinutím, připojeným paralelně k rotoru. Rotory stejnosměrných strojů (dynam a elektromotorů) se konstrukčně nijak neliší. Do drážek rotoru, složeného z dynamových plechů pevně naražených na hřídeli, jsou uloženy vodiče jednotlivých cívek. Začátek jedné cívky a konec další je připojen vždy na jednu společnou lamelu komutátoru. Všechny cívky jsou tak přes vzájemně izolované lamely komutátoru propojeny a tvoří uzavřený obvod. Na komutátor pevně nasazený na jednom konci hřídele rotoru dosedají uhlíkové kartáče, kterými se do rotoru přivádí proud. Elektromotorky buzené permanentním magnetem mají stejné vlastnosti jako motorky s paralelním buzením. Jejich charakteristika je „tvrdá", což znamená, že otáčky motorku jen málo klesají s jeho zatížením.

Obr. 7 Schéma zapojení stejnosměrného elektromotorku s rezistorem pro snížení otáček motorku Otáčky lze určit ze vztahu: n = (U - RI )/Cφ kde U je napájecí napětí, I protékající proud, C konstanta stejnosměrného stroje, φ magnetický tok vytvářený statorem a Ra činný odpor rotoru RP předřadný odpor R = Ra + RP Ze vztahu je zřejmé, že otáčky klesají jen v důsledku úbytku napětí na odporu Ra, neboť ostatní veličiny jsou téměř konstantní. Otáčky lze tedy měnit: a) změnou napájecího napětí U, b) změnou odporu v obvodu rotoru Ra, c) změnou magnetického toku φ. U motorků s permanentními magnety nelze magnetický tok měnit, takže poslední možnost zůstává pouze pro motorky s paralelním buzením. Vhodný způsob změny otáček pro motorek s permanentními magnety je proto zařazení rezistoru RP vhodné velikosti do obvodu rotoru. Možnosti snižování otáček motorku snižováním napájecího napětí je u motorových vozidel obtížné, protože napětí v soustavě je udržováno konstantní, odpovídající napětí akumulátoru. Pro účely regulace otáček motorku lze napětí vhodně snižovat např. bezkontaktním elektronickým spínačem, kterým se přerušuje proud přiváděný do motorku. Frekvence spínání a rozepínání proudu do motorku bývá několik set Hz. Tímto způsobem se sníží i střední hodnota napětí a jí úměrně i otáčky motorku.

Nejběžnějším způsobem změny otáček stejnosměrného elektromotorku je konstrukce s tzv. „třetím" kartáčem, jejíž schéma zapojení je na obr. 8.

Obr. 8 Schéma zapojení regulace otáček elektromotorku s třetím kartáčem Je-li přepínač v poloze A, je rotor motorku napájen přes kartáče 1 a 2 a jeho otáčky jsou jmenovité. V poloze přepínače B je napájení přes kartáče 1 a 3, takže napětí se přivádí na menší počet cívek rotoru, který se tak otáčí rychleji. Takto provedené motorky se často používají k pohonu stíračů skel nebo u ventilátorů topení a větrání.

Převodové elektromotorky Pro pohon některých zařízení se vyžaduje velký točivý moment a poměrně malé otáčky. Těmto požadavkům dobře vyhovují elektromotorky s vestavěnou převodovkou planetovou, šnekovou nebo jinou. Typickým příkladem je motorek, používaný k pohonu stíračů skla. Součástí převodového mechanismu je i tzv. „doběhový" kontakt, umožňující zapojení zaručující doběh a zastavení ramének stírače v krajní poloze, bez ohledu na okamžik vypnutí hlavního obvodu motorku. Aby nemohlo dojít k překmitnutí krajní polohy setrvačností a tím k opětovnému sepnutí tohoto kontaktu, je motorek v koncové poloze mechanismu elektricky bržděn. Stíračový motorek musí být proto ovládán přepínačem, který v poloze „vypnuto" přerušuje přívod proudu do motorku, ale současně spojuje obvod rotoru přes doběhový kontakt „do krátka". V rotoru motorku, který se po vypnutí proudu ještě pohybuje setrvačností, se indukuje proud a vzniklá energie se maří v odporech rotoru a přívodních vodičů, čímž dochází k intenzivnímu brždění otáčení rotoru.

Obr. 9 Schéma zapojení stíračového motorku

Další typy elektromotorů Dalším zajímavým netradičním elektromotorkem je konstrukce s elektronickým komutátorem, znázorněná na obr. 10. Odpadá zde nejčastější zdroj poruch, komutátor a uhlíkové kartáče. Výkonová část je tvořena budicími cívkami na statoru a permanentním magnetem na rotoru. Motorek má ještě dva indukční snímače polohy, kterými se ovládá elektronická řídicí část. Pohybem rotoru se ve snímačích indukuje řídicí napětí, které otvírá nebo zavírá tranzistory T1 a T2. Střídavě tak prochází proud cívkou 1 nebo 2 a motor se plynule otáčí.

Obr. 10 Schéma uspořádání bezkontaktního stejnosměrného motorku 1 a 2 — budící cívky, 3 — permanentní magnet, 4 a 5 — snímače polohy, 6 — elektronická řídicí část Jako ovládací servomotor se stále častěji používají krokové motorky. Podle principu činnosti jde o elektronicky řízený, synchronní elektromotor, neboť jeho rotor se otáčí shodně s frekvencí řídicích pulsů, přiváděných na vinutí statoru. Nejčastěji se používají reakční krokové motorky třífázové s více zuby na každém z pólů. Na obrázku 11 je naznačen princip činnosti. Na magnetickém obvodu, složeném z plechů, jsou navinuty tři páry cívek. Každý pár je spojen do série a má začátek označen A, B, C a konec AO, BO, CO. Jednotlivé fáze jsou postupně připojovány bezkontaktními spínači (tranzistory) na zdroj stejnosměrného proudu. Je-li přiveden proud do fáze A, vybudí se v cívkách 1 a 2 magnetický tok, uzavírající se přes zuby statoru a rotoru. Každá dvojice proti sobě ležících zubů vytváří sílu, pootáčející rotorem o určitý úhel (krok). Dá se říci, že každá cívka pracuje jako elektromagnet, který přivedením proudu pootočí (vtáhne) rotor svým magnetickým polem o jeden krok. Postupně, v určité časové posloupnosti, je přiváděn proud do dalších fází, což vede k otáčení rotoru. Podle počtu přivedených pulsů vykoná rotor příslušný počet kroků a tak se otočí o přesně definovaný úhel. Smysl otáčení rotoru je určen pořadím připojovaných fází. Elektrické schéma je na obr. 12. Elektronická jednotka spíná postupně výkonové tranzistory, přes které je napájeno statorové vinutí motorku. Protože počtem přivedených impulzů je přesně definován počet kroků a úhel pootočení, používají se tyto typy elektromotorů pro tzv. servomechanizmy. Typickým příkladem je ovládání škrticí klapky v sacím potrubí.

Obr. 11 Třífázový reakční krokový motorek 1 a 2 — ovládací cívky (fáze A), 3 a 4 — póly (fáze B). Časová posloupnost proudů v cívkách A, B, C. ∆α K — úhel natočení hřídele — krok

Obr. 12 Schéma zapojení třífázového krokového motorku s ovládacími obvody 1 — elektronický komutátor, 2, 3 a 4 — výkonové spínací tranzistory, 5 — statorové vinutí

Příklady pohybových mechanizmů Ovládaní oken K elektromechanickému ovládání spouštěcích skel dveří nebo bočních oken u osobních a užitkových automobilů se používají téměř výhradně tři hlavní systémy podle obr. 13. Rozhodujícím kritériem volby systému jsou využitelné zastavovací rozměry. Nejrozšířenější je provedení první, kde šnekové ozubené kolo na hřídeli elektromotorku zabírá přímo do ozubeného segmentu, jehož úhlový, kývavý pohyb je převáděn pákovým mechanismem přímo na kulisu ovládaného skla okna. V druhém případě pohání elektromotorek s převodem do pomalá hnací váleček nekonečného lankového mechanismu. Odvíjením a navíjením lanka na váleček se dosahuje přímočarého vratného pohybu lanka v jeho určité délce, která je využita k pohybu skla okna. Poslední systém tvoří ohebná článková tyč, schopná přenášet síly tahu i tlaku, která je ovládána elektromotorkem s převodem do pomalá, jehož pastorek zapadá do ozubeného hřebene konce tyče. Omezený prostor vede ke konstrukci co nejmenších elektromotorků i s převodovkami, které jsou většinou šnekové, samosvorné. Znamená to, že sklo se v kterékoliv mezipoloze nemůže samovolně posunout. Samosvornost mechanismu zabraňuje i násilnému stlačení skla. Všechny systémy se ovládají dvojitým přepínačem spínajícím vázaně obvody pro oba směry, tj. pro spouštění nebo zdvihám skla. Krajní polohy jistí buď jednoduché koncové, kontaktní spínače nebo jsou jištěny elektronicky podle velikosti síly působící v mechanismu.

Obr. 13 Elektromechanismy spouštění skel oken (obrázek fy Bosch): Systém 1 — mechanismus s ozubeným a pákovým převodem Systém 2 — mechanismus s kladkovým převodem a lankem Systém 3 — mechanismus s článkovou vzpěrou 1 — elektromotor s převodem, 2 — lišta skla, 3 — vodící lišta, 4 — pákový mechanismus, 5 — lanko, 6 — článková vzpěra

Nejdokonalejší používané systémy ovládání oken jsou propojeny i se systémem centrálního ovládání zámků tak, že po opuštění vozidla a jeho dálkovém uzamknutí se zajistí všechny zámky a podle předvolby i uzavřou okna Ovládání střechy Moderní systémy ovládání střechy, přesněji její části, střešního dílu, slučují funkce střechy vyklápěcí a posuvné. Vlastní pohybový mechanismus je buď s lankovým převodem nebo s ohebnou tyčí, podobně jako u oken, a s elektromotorkem s permanentním magnetem a šnekovou převodovkou. Elektromechanické nastavování sedadla Elektrické přestavení sedadla umožňuje motorické nastaveni požadované polohy sedadla, tzn. nastaveni výšky sedáku a vzdálenosti od pedálů, .sklon sedáku a opěradla jako i výšku opěrek hlavy. Programovatelné přestavování sedadel ukládá do paměti nastavení specifické pro určitou osobu a umožňuje jeho vyvolání. Programovatelné elektrické seřízení sedadla jako rozšiřovací stupeň umožňuje uložení nastavených poloh sedadla a opakované vyvolání dříve uložených poloh sedadla. Zpětné hlášení polohy probíhá přes potenciometry nebo snímače. Tyto hlásí zpětně okamžitou polohu sedadla, opěradla nebo opěrky hlavy na řídicí jednotku. Přes tranzistorové koncové stupně a relé se servomotory aktivují tak dlouho, až zpětně hlášená poloha souhlasí s polohou uloženou v paměti. Elektromechanicky seřiditelná sedadla jsou výhodná u vozidel, na kterých se střídá větší počet řidičů, kdy pro každého lze nastavit optimální polohu, uloženou případně v paměti řídicí jednotky. U jednoho sedadla zajišťuje nastavení polohy sedáku a opěradla až pět elektromotorků uvedenými funkcemi: — podélné nastavení polohy celého sedadla, — nastavení výšky sedáku vpředu, — nastavení výšky sedáku vzadu, — nastavem sklonu opěradla, — nastavení výšky opěrky hlavy. Obr. 14 Elektromechanické seřízení sedadla: 1 - vyklenutí opěradla 2 - úhlové přestavení opěradla 3 - hloubkové přestavení sedáku 4 - výškové přestavení opěrky hlavy 5 - výškové přestavení sedadla 6- podélné přestavení sedadla

Elektricky ovládaná vnější zrcátka K zajištění výhledu dozadu slouží vnitřní a vnější zpětná zrcátka. Montáž vnějšího zpětného zrcátka osobního automobilu je na obr. 15. Pro zvýšení komfortu se místo ručního ovládání používá ovládání elektrické. Elektrické vyhřívání zrcadlového skla zamezuje orosení či pokrytí zrcadla námrazou.

Obr. 7.9 Uspořádání elektricky stavitelného vnějšího zrcátka: 1 - stavěcí šroub s čepem 2 - šnekové kolo 3 - redukční ozubené kolo 4 - motor pro vodorovné přestavení 5 - redukční ozubené kolo 6 - sklápěcí mechanismus 7 - šnekové kolo 8 - stavěcí šroub s čepem 9 - motor pro svislé přestavení

Elektronické nastavení zrcátek bývá u dokonalejších systémů spřaženo s automatickým nastavením sedadla, kdy stlačením jednoho tlačítka se automaticky z paměti vybere konkrétní nastavení jak sedadla, tak zrcátek.

ČIDLA, SNÍMAČE, OVLÁDACÍ PRVKY Ovládací prvky U motorových vozidel se používá celá řada zařízení, která jsou ovládána přímo nebo nepřímo různými druhy spínačů, případně i samočinně podle údajů různých čidel a snímačů. Protože spínače používané u motorových vozidel pracují jen s malým napětím, nejvýše 24 V, prochází jimi v některých případech značně velký proud, jako je tomu např. u hlavního vypínače osvětlení vozidla. Příklad: zapnutí osvětlení - přední světla + obrysová a koncová + osvětlení značky + osvětlení přístrojů = 2 x 55 + 2 x 5 + 10 + 10 = 140 W. Z toho odebíraný proud v soustavě 12V: I = 140/12 = 11,7 A !! Z tohoto důvodu musí být všechny spínače otočné, páčkové, sklopné i jiné, konstruovány jako „mžikové", tj. s velmi rychlým přerušením proudového obvodu. Jen tak lze zabránit vytvoření elektrického oblouku mezi kontakty, způsobujícího jejich opalování a podstatné snížení provozní spolehlivosti a doby života. Vedle nejčastějších spínačů jednopólových (ovládají pouze jeden obvod) se užívají různé konstrukce spínačů kombinovaných a sdružených. Nejběžnější jsou sdružené a kombinované vypínače a přepínače páčkové, v provedení tzv. „pod volant". Ke složitějším spínačům kombinovaným vícepólovým, tj. spínajícím současně více než jeden elektrický obvod, patří zejména spínač stíračů a spínač varovných světel. K obecně složitějším spínačům patří i spínací skříňka. Vedle přímých ručně ovládaných spínačů se v elektrickém rozvodu motorových vozidel používají i nepřímo ovládané spínače, tzv. relé. Ke spínání pracovního, silového obvodu se využívá kontaktů ovládaných elektromagnetem. Tato konstrukce dovoluje nejen proudové odlehčení ručního spínače ovládacího obvodu, ale i použití nejjednodušších prvků automatizace. Relé tak patří k osvědčeným a přitom jednoduchým prvkům řídicích systémů. Podle funkce lze rozlišit relé spínací, přepínací nebo i rozpínací, viz obr. 1.

Obr. 1 Relé — elektromagneticky ovládané spínače s kontakty A — spínacími, B — přepínacími, C — vypínacími Pro některé zvláštní účely, např. ovládaní složitějších soustav, se vyrábějí i relé sdružená, viz obr. 2.

Obr. 2 Sdružená relé D — nezávisle zapojených, E — vzájemně propojených

Čidla a snímače Většina motorových vozidel je dnes vybavena celou řadou čidel a snímačů, které umožňují měření důležitých provozních veličin a jejich přenos na přístrojovou desku nebo k dalšímu zpracování, např. v řídicí jednotce. Čidlo je nejjednodušší provedení snímače, jehož signál o měřené veličině není nijak upravován nebo měněn na jiný signál. Čidla a snímače mohou sledovat měřenou veličinu a její změny průběžně nebo jen signalizovat určité stavy. K veličinám průběžně sledovaným patří např. teplota chladicí kapaliny, tlak mazacího oleje, dobíjecí proud, otáčky motoru, rychlost vozidla nebo množství paliva. Z hlediska mezních stavů se sleduje např. nedostatek brzdové kapaliny, pokles tlaku oleje, stav parkovací brzdy, zapnutí bezpečnostních pásů či překročení jisté rychlosti apod. Ve většině případů obou skupin se jedná o elektrické měření neelektrických veličin. Jejich příslušné snímače jsou potom nejen čidlem, ale i převodníkem veličiny neelektrické (teplota, tlak, poloha apod.) na veličinu elektrickou. Vlastní čidla pracují na principu pneumatickém, hydraulickém, elektrickém apod. Výstupní elektrický signál snímače může být analogový (spojitý) nebo digitální (číslicový) a může být zpracováván přímo nebo uložen do paměti řídicí jednotky. Základní rozdělení snímačů je na aktivní a pasivní a z hlediska kontaktu s měřeným objektem mohou být snímače obou skupin dotykové a bezdotykové. Aktivní snímače se při působení neelektrické veličiny chovají jako zdroj elektrické energie, např. snímače termoelektrické (termočlánky), piezoelektrické, indukční apod. Pasivní snímače naopak vyžadují k činnosti zdroj energie a při působení sledované veličiny pouze mění některé své parametry. Kontaktová čidla Jsou vlastně nejjednodušším případem odporového snímače. Při změně sledované neelektrické veličiny dochází ke skokové změně odporu čidla v okamžiku sepnutí nebo rozepnutí jeho kontaktů. Vstupní veličina zde není měřena, pouze je indikován její stav. Působením sledované veličiny dochází ke změně polohy kontaktu, čímž dochází ke změně odporu obvodu. Nejjednodušší provedení jsou kontakty zdvihové, obr. 3a nebo jsou oba kontakty pevné a pohyblivý je kontaktní můstek, obr. 3b.

Obr. 3 Provedení kontaktových čidel: a) pohyblivý kontakt b) pohyblivý můstek Protože rozvod vozidel je nejčastěji jednovodičový, jsou kontaktní čidla pro použití v motorových vozidlech obvykle provedena tak, že jeden z kontaktů je přímo spojen s kostrou, a druhý je izolován. Těchto čidel se používá zejména k signalizaci stavu určitého zařízení v zapojení do jednoduchého obvodu s kontrolní žárovkou nebo svítivou diodou. Příklad čidla výšky hladiny brzdové kapaliny je na obr. 4. V některých případech ovládají kontaktní čidla i jiná zařízení vozidla, např. zpětný světlomet nebo brzdová světla.

Obr. 4 Čidlo výšky hladiny, např. brzdové kapaliny. 1 — plovák, 2 — táhlo, 3 — kontaktní můstek, 4 — konektory, 5 — víčko nádobky, 6 — pevné kontakty, 7 — nádobka

Odporové snímače polohy Jednoduchý a spolehlivý snímač k průběžnému sledování polohy je proměnný rezistor v zapojení jako měřicí potenciometr nebo reostat. Působením měřené neelektrické veličiny se mění poloha pohyblivého kontaktu (jezdce) vůči odporové dráze, která je přímočará nebo kruhová. Vhodnou konstrukcí této dráhy lze poměrně snadno dosáhnout různého funkčního průběhu mezi elektrickým odporem a polohou jezdce. Použití potenciometrického snímače je typické např. pro měření obsahu paliva v nádrži, obr. 5.

Obr. 5 Snímač výšky hladiny paliva v nádrži (vlevo) 1 — odporová dráha, 2 — jezdec, 3 — pevná vzpěra, 4 — rameno, 5 — plovák Zapojení odporového snímače jako potenciometr - dělič napětí (vpravo) Celkový odpor R odporové dráhy potenciometru je jezdcem rozdělen na části R1 a R2. Napětí zdroje přivedené na potenciometr je U a výstupní napětí je U2. Platí:

U2 =U

R2 , kde U je konstantní a celkový odpor dráhy R1 + R2 také, takže velikost R1 + R2

výstupního napětí je dána pouze polohou jezdce x (velikostí R2).

Obr. 6 Zapojení odporového snímače jako proměnný rezistor (reostat) Při zapojení proměnného rezistoru jako reostatu, obr. 6, se v závislosti na poloze jezdce mění velikost proudu v obvodu, měřená např. ampérmetrem A. Odporové snímače teploty Pro měření teplot se nejčastěji používají odporové snímače polovodičové, termistory, nebo odporové snímače kovové. Termistor je polovodičová součástka s výraznou, nelineární závislostí odporu na teplotě. Pokud odpor termistoru s rostoucí teplotou stoupá, nazývá se pozistor, pokud naopak klesá, jedná se o negastor. V praxi se běžně používají jen negastory pod vžitým označením termistor. Kromě nelineární charakteristiky (obr. 7) je nevýhodou termistoru i časová nestabilita odporu a značné výrobní tolerance. Výhodou je nízká cena.

Obr. 7 Charakteristika odporového snímače teploty: a) kovový (Pt 100) b)termistor (negastor) Pro přesná měření teploty se používají odporové teploměry kovové, nejčastěji odporové čidlo Pt 100. Snímač se skládá z keramického tělíska na kterém je navinut tenký platinový drát s elektrickým odporem 100 Ω při teplotě 0 °C. V obou případech odporových snímačů se teplota měří v nejjednodušším případě tak, že snímač je zapojen do obvodu s konstantním proudem a napětí na snímači pak odpovídá určité teplotě. Nevýhodou je, že snímačem smí protékat jen velmi malý proud (1 až 5 mA), aby se snímač vlastními ztrátami neohříval, což by značně zvětšovalo chybu měření.

Obr. 8 Konstrukce termistorového snímače teploty 1 — termistor, 2 — těleso snímače, 3 - izolační průchodka, 4 — konektor, 5 — těsnící podložka, 6 — pružina, 7 — izolační vložka Odporové snímače proudění Pro měření množství proudícího vzduchu, např. nasávaného do motoru, se často používá odporový snímač proudění neboli anemometr se žhaveným drátkem, případně se žhavenou vrstvou (filmem). Vlastním čidlem tohoto snímače je teplotně závislý odpor, tvořený nejčastěji platinovým drátkem o průměru 5 až 7 µm, který je napnut mezi dvojicí držáků, obr. 9. Drátek je procházejícím proudem vyhříván na teplotu vyšší než je teplota měřeného prostředí. Při měření pak nastává rovnováha mezi dodanou elektrickou energií a tepelnými ztrátami přestupem tepla z čidla do okolního prostředí (ochlazováním drátku). Měřicí odpor Rs je vyhříván konstantním proudem I a ochlazován vzduchem proudícím rychlostí v. Tepelné ztráty na odporu Rs se mění s rychlostí proudění v. Změna napětí U je pak měřítkem změny rychlosti proudění v. Schéma zapojení je na obr. 9.

Obr. 9 Odporový snímač proudění a schéma zapojení 1 — těleso čidla, 2 — držák drátku, 3 — kovový drátek Elektromagnetické snímače U motorových vozidel se používají nejčastěji k měření úhlové rychlosti otáčivého pohybu, otáček nebo ke sledování polohy. Jsou jednoduché a tudíž i spolehlivé a proto se hojně používají. U těchto elektromagnetických snímačů se mění magnetický tok změnou magnetického odporu magnetického obvodu. Výstupní napětí snímače je úměrné rychlosti pohybující se feromagnetické části. Jedno z běžných provedení snímače s otevřeným magnetickým obvodem pro měření otáček je na obr. 10. Magnetický tok se zde mění tím, že otáčením kola se zuby, které je z magneticky měkkého materiálu, se mění velikost vzduchové mezery mezi kolem a snímačem. Frekvence tohoto napětí je úměrná otáčkám a počtu zubů. Při vhodně voleném počtu zubů např. 60 a době čítání impulsů snímače např. 1 s, ukazuje přístroj (čítač impulsů) přímo otáčky za minutu. Amplituda snímače je úměrná otáčkám, pro vyhodnocování je však méně vhodná. Obr. 10 Elektromagnetický (indukční) snímač 1 — permanentní magnet, 2 — držák snímače, 3 — skříň motoru, 4 — pólový nástavec, 5 — cívka, 6 — ozubení (např. věnec setrvačníku)

Optoelektrické snímače Tyto snímače mají zdroj viditelného světla nebo polovodičovou diodu (GA), která září v infračervené oblasti. Záření ze zdroje, dopadající na fotodiodu, nebo fototranzistor (PT) je přerušováno vhodnou clonou. Na obr. 11 je znázorněn optoelektrický snímač pro elektronické zapalování. Impulsy z tohoto snímače mají konstantní amplitudu, nezávislou na otáčkách.

Obr. 11 Optoelektrické, bezdotykové snímače elektronicky řízeného zapalování

Snímače s Hallovým generátorem Tento snímač má obdobné vlastnosti jako snímač optoelektrický, ale není citlivý na znečištění. Princip Hallova jevu spočívá v tom, že na stranách polovodičové destičky orientované kolmo ke směru stejnosměrného proudu, který destičkou protéká, vzniká napětí, působí-li na destičku magnetické pole. Tímto napětím lze řídit jednoduchý klopný obvod. Hallův generátor i s klopným obvodem je technologií výroby integrovaných obvodů vytvořen na jedné polovodičové destičce a zapouzdřen. Pokud na tento snímač začne působit magnetické pole určité velikosti, dojde ke změně stavu klopného obvodu a na výstupních svorkách snímače se objeví napětí. Hallův snímač se často používá jako generátor pulsů pro elektronické zapalování.

Obr. 12 Snímač zapalování s Hallovým generátorem Deformační snímače Tento typ snímačů je nejčastěji používán k měření tlaků kapalin i vzdušin. Principem je deformace určitého prvku působením síly vyvolané rozdílem tlaků. Snímače lze použít k měření absolutních tlaků nebo diferenčních tlaků, např. přetlaku nebo podtlaku ve vztahu k atmosférickému tlaku. Běžně je používán např. snímač podtlaku v sacím potrubí motoru, který odpovídá přibližně zatížení motoru. Na obrázku 13 je jedno z provedení podtlakového snímače, na jehož membránu, uzavřenou v pouzdře, působí z jedné strany atmosférický tlak a ze strany druhé tlak v sacím potrubí. Membrána je vychylována působením vyššího atmosférického tlaku a její pohyb je snímán vhodným snímačem polohy. Místo membrány může být použita křemíková destička (obr. 14), na které jsou vytvořeny čtyři tenzometry zapojené do můstku a zesilovač signálu. Působením tlaku se destička deformuje, odpory tenzometrů se mění, což vede k porušení rovnováhy můstku. Na výstupu zesilovače se proto objeví napětí úměrné deformaci destičky čili působícímu tlaku. Tento snímač o průměru asi 10 mm může být vytvořen přímo na desce plošných spojů a s místem měření spojen trubičkou.

Obr. 13 Deformační snímač tlaku se snímačem polohy 1 — pružná membrána, 2 — přívodní trubice, 3 — snímač polohy

Obr. 14 Membrána s měřicími elementy Mezi deformační snímače lze zahrnout i piezoelektrické snímače, využívající jevu, při kterém působením síly na některé materiály vzniká elektrické napětí. Základem snímače na obr. 15 je destička z barium-titanové keramiky, vykazující piezoelektrický jev. Uvedený snímač se používá jako snímač klepám, tj. silných tlakových změn ke kterým dochází při tzv. „detonačním", pro motor velice škodlivým, spalování. Tlakové vlny ve spalovacím prostoru se přenášejí i na povrch motoru, kde jsou snímány jako abnormální vibrace, resp.deformace. Obr. 15 Piezoelektrický snímač tlaku (klepání při detonačním spalování) firmy Bosch 1 — těsnící tmel, 2 — krystal, 3 — elektrody, 4 — konektor

Lambda sonda Lambda sonda je zcela zvláštní druh snímače, který slouží k měření obsahu zbytkového kyslíku ve výfukových plynech spalovacího motoru, což je kritérium pro posuzování dokonalosti spalování. Vlastní čidlo snímače, (obr. 16), je z pevného keramického elektrolytu a tvoří galvanický článek, vznikající na přepážce, oddělující dva prostory s různým obsahem kyslíku, prostředí srovnávacího (vzduch) a měřeného (výfukové plyny). Obsah kyslíku ve vzduchu je konstantní - 20,89 % (objemových). Pevným elektrolytem je obvykle oxid zirkoničitý s přísadou oxidu vápenatého nebo Y2O3. Tato keramická látka má ve struktuře velké množství bodových defektů, které umožňují pohyb iontů jejich krystaly a tím i přenos elektrického proudu. Vzhledem k agresivitě prostředí bývají elektrody platinové.

Obr. 16 Lambda sonda — snímač obsahu volného kyslíku ve výfukových plynech (obrázek Bosch) 1 - krytka s výřezy, 2 — těleso snímače, 3 - pouzdro, 4 — keramická vložka, 5 — průchodka, 6 — keramické těleso sondy, 7 — vodivá vložka, 8 — pružná podložka, 9 — vodič

Obr. 17 Napěťová charakteristika lambda sondy, tj. závislost napětí na součiniteli přebytku vzduchu. Emise škodlivin bez použití katalyzátoru jsou naznačeny přerušovaně, s použitím katalyzátoru plně Napěťová charakteristika sondy, obr. 17, umožňuje s využitím elektronického obvodu ve zpětnovazební smyčce regulovat složení směsi u zážehových (benzínových a plynových) motorů na směšovací poměr lambda = 1, tj. na ideální, stechiometrickou směs (na 1kg paliva 14,7 kg vzduchu). Odtud také plyne často používaný název sondy. Dešťový snímač Dešťový snímač pracuje na optickém principu: světelný paprsek známé intenzity je přes sklo veden několikanásobnou reflexí uvnitř skla (obr. 18). Snímač je umístěn uprostřed čelního skla na vnitřním zpětném zrcátku. Na určitém místě je veden světelný paprsek optickým zrušením vazby převeden do měřícího systému, kde se měří intenzita zbytkového světla. Vlivem postříkáním povrchu skla dešťovými kapkami se část světelného paprsku úplně neodrazí, nýbrž vystupuje ze skla ven. Ztráta intenzity, která přitom vzniká, je měřítkem postříkání povrchu čelního skla. V závislosti na tomto postříkání se zapínají stěrače.

Obr. 18 Princip dešťového snímače (Ford/Bosch): 1 - clona, 2 -fotodioda, 3 - vyhodnocovací elektronika, 4 - světelná dioda (LED), 5 - dešťová kapka, 6 - světelný paprsek, 7 - čelní sklo

Čidlo znečištění světlometu (obr. 19) sestává ze zdroje světla (světelná dioda LED) a přijímače světla (fototranzistor). Nachází se na vnitřní straně rozptylové plochy světlometu v zóně čištění, avšak ne v přímé dráze paprsku světlometu. Při čistém nebo dešťovými kapkami pokrytém rozptylovém sklu prochází měřicí světlo, které září v infračervené oblasti, bez podstatného odrazu nerušené ven. Když avšak měřicí světlo zasáhne na vnějším povrchu rozptylového skla částečku nečistoty, tak se úměrně stupni znečištění rozptýlí zpátky do přijímače. Čisticí zařízení světlometů se pak při zapnutých světlometech automaticky spustí. Obr. 19 Čidlo znečištění světlometu: 1 - částečka nečistoty 2 - rozptylová plocha světlometu 3 - dešťové čidlo 4 -zdroj světla 5 - přijímač světla

ELEKTRONICKÉ SYSTÉMY Rozvoj elektroniky jako průmyslového oboru s širokou možností uplatnění jeho výrobků, vedoucí ke stálému snižování výrobních nákladů a zvyšování provozní spolehlivosti součástí i systémů, umožnil i řešení technických problémů při konstrukci motorových vozidel, které nebylo možno dřívějšími prostředky úspěšně zvládnout. Při nejvyšší technické úrovni jsou elektronická zařízení kompaktní, lehká a prostorově nenáročná. Jednodušší přenos řídicích a informačních signálů elektrickou cestou otevřel nové možnosti uplatnění elektroniky ve vozidlech a to v zcela neobvyklé šíři. Z technického hlediska přináší elektronika do konstrukce vozidla následující významné přednosti: • Možnost provedení řídicích a regulačních systémů s vyššími parametry. Ve srovnám s řešením mechanickým to znamená, že elektronika je schopna řídit složité závislosti mezi vstupními a výstupními veličinami s velkou rychlostí, vysokou přesností a to pro velký počet různých signálů. • Stálost nastavení parametrů v průběhu používání vozidla a s tím související omezení nebo vyloučení nároků na obsluhu a provozní údržbu, vedoucí ke snížení provozních nákladů. • Podstatné zvýšení spolehlivosti elektronicky řízených nebo jen kontrolovaných zařízení při vysokém stupni spolehlivosti vlastních elektronických prvků a zařízení. Od nejjednodušších polovodičových prvků, jakými jsou diody, tranzistory, tyristory apod., dospěl vývoj až k širokému uplatnění běžných i zákaznických (jednoúčelových) integrovaných obvodů, mikroprocesorů a mikropočítačů. Všechny vozidlové elektronické systémy, řídicí, regulační nebo jen kontrolní se skládají z elektronické řídicí jednotky, zpracovávající vstupní informace od snímačů a ovládacích prvků a vysílající řídicí signály k akčním členům (elektromotory, elektromagnety apod.) a informační signály k zobrazovacím prvkům a zařízením (kontrolní svítilny, ukazovací přístroje, displeje apod.). Vlastní elektronická řídicí jednotka může být tvořena třeba jen jedním zákaznickým obvodem, ale obvykle se skládá z několika částí — vstupní, vyhodnocovací a výstupní, obr. 1.

+ 12 V Napájecí zdroj

Čidla

Úprava signálu A/D převod

µP

Výkonový stupeň

Akční členy

Obr. 1 Elektronická řídicí jednotka Vstupní část se sběrnicí slouží k příjmu a úpravě signálů od snímačů. Protože počítač a jeho mikroprocesor pracují s digitálním (číslicovým, nespojitým) signálem, obsahuje vstupní část i analogově-digitální převodníky (A/D), sloužící k digitalizaci analogových vstupních signálů. Podle způsobu práce snímače je jeho výstupní signál analogový spojitý, analogový nespojitý nebo již přímo

digitální. Digitální je např. signál snímače otáček pracujícím na principu Hallova jevu. Analogový spojitý signál dává např. lambda sonda, většina snímačů tlaku nebo potenciometrické snímače. Analogový nespojitý pulsní signál je typický např. pro induktivní snímač otáček, řízený ozubením věnce. Při úpravě je signál snímače podle potřeby digitalizován a současně musí být odděleny všechny vedlejší rušivé signály od hlavního signálu, který musí být případně i zesílen. Pro vyhodnocovací část, vlastní počítač, je podstatné, že většina vstupních signálů se zpracovává v reálném čase, ve kterém rovněž musí probíhat i regulační zásah. Řídicí a regulační algoritmy pro sledované procesy jsou v programu (software) v podobě libovolných funkcí a jako soubory dat v podobě matematických závislostí (křivek) nebo obecných polí, které jsou v digitálním tvaru uloženy v pamětích. Řídicí povely mikroprocesoru upravuje podle potřeby výstupní část, často doplněná o tzv. výkonový stupeň, zaručující zesílení signálu procesoru s proudem jen několika mA při napětí do 5 V na úroveň napětí elektrického rozvodu vozidla a to při proudu až několika ampérů. Pokud ovládaný akční člen má větší příkon, ovládá řídicí jednotka pouze spínač silového obvodu akčního členu. Hlavní oblasti použití elektroniky u osobního automobilu jsou z hlediska uživatele následující: Poháněcí ústrojí (motor a převody). Bezpečnost aktivní i pasivní (osvětlení, aktivní podvozek, ABS). Pohodlí jízdy (klimatizace, pohybové mechanismy). Komunikace (informační a navigační systémy atd.).

Obr. 2 Elektronická řídicí jednotka

ŘÍZENÍ MOTORU Automobilový motor je provozován v širokém rozmezí otáček a zatížení, což klade vysoké nároky na regulaci palivové soustavy a u motorů zážehových i na regulaci zapalovací soustavy. Tato regulace musí zajistit nejen možnost dosažení nejvyššího výkonu motoru při optimální spotřebě paliva, ale i zaručit plnění legislativních hodnot obsahu škodlivých exhalací ve výfukových plynech motoru. Tyto vysoké nároky lze s požadovanou přesností plnit jen s využitím elektronických řídicích systémů. Požadavky na regulaci motoru tak vycházejí ze závislostí mezi zatížením (potřebným výkonem), otáčkami, množstvím a kvalitou směsi, předstihem zážehu nebo vznícení (předvstřikem), okamžitou spotřebou a složením výfukových plynů. Podle převládajících požadavků lze rozdělit pracovní oblast automobilového motoru podle jeho otáček a zatížení do čtyř skupin: 1. Běh naprázdno — motor nevykonává žádnou užitečnou práci a energie přivedená v palivu pouze kryje mechanické a tepelné ztráty motoru a jeho příslušenství. Protože se jedná o základní, výchozí stav činnosti motoru, vyžaduje se zde dodržování stálých (konstantních) otáček běhu naprázdno a co nejmenší spotřeby paliva při dodržení limitů exhalací. 2. Částečné zatížení — je nejčastější pracovní oblast vozidlových motorů a to při velkém rozsahu provozních otáček. Hlavními požadavky jsou zde dosažení co nejnižší provozní spotřeby při nízkých hodnotách emisí. Současná regulace přípravy směsi i jejího zážehu je velmi složitá a zaručují ji pouze systémy komplexního řízení chodu motoru, tzv. „motormanagement". 3. Plné zatížení — méně často využívaná oblast činnosti, ve které je rozhodujícím požadavkem dosažení nejvyššího výkonu motoru. I v tomto případě je optimalizace zajišťována řídicí jednotkou, pouze vstupní signály jsou vyhodnocovány podle jiného programu než při částečném zatížení. 4. Nestacionární stavy — jsou přechodové stavy při změnách z jednoho ustáleného režimu pracovní charakteristiky do jiného ustáleného režimu. Běžnými přechodovými stavy jsou akcelerace a decelerace. Při akceleraci (zrychlení) je nutné krátkodobé zvýšení dodávky paliva, kompenzující ochuzení směsi v důsledku náhlého otevření škrticí klapky. Naopak při deceleraci (zpomalení), kdy je směr toku výkonu obrácený (brždění motorem), je vhodné, s ohledem na spotřebu i exhalace, dodávku paliva přerušit. Zvláštním nestacionárním režimem motoru je stav jeho spouštění a ohřevu na provozní teplotu, tj. přechod z klidového stavu na stav běhu naprázdno. Vzhledem k větším tepelným i mechanickým ztrátám „studeného" motoru je vždy nutné podstatné zvýšení přívodu energie do pracovního oběhu motoru, což představuje u motorů zážehových obohacení směsi (sytič) a u motorů vznětových nastavení vyšší dávky paliva. Ve fázi ohřevu motoru je potom nutný plynulý nebo stupňovitý přechod na seřízení odpovídající běhu naprázdno a to na základě vyhodnocení teploty nasávaného vzduchu, teploty motoru (oleje) a otáček motoru. U motorů zážehových je pro spouštění obvykle vhodné i zmenšení předstihu. Karburátor s elektronickým řízením Moderní karburátor je poměrně složité mechanicko-pneumatické zařízení sloužící k přípravě zápalné směsi rozprášeného kapalného paliva se vzduchem a jeho ovládám elektronickým řídicím systémem může být úplné nebo pouze částečné. Postupně byly v praxi používány jednoduché systémy, počínaje skokovým ovládáním systému běhu naprázdno při deceleraci, až po plně elektronicky řízený systém, kdy jsou u karburátoru již veškeré mechanické vazby nahrazeny elektrickým přenosem signálů od snímačů a řídicích povelů ke všem akčním členům, včetně škrticí klapky. Jednoduchý, v sériové výrobě ještě používaný systém je řešení, kde polohu uzavřené škrticí klapky signalizuje kontaktové čidlo (mikrospínač) a okruh běhu naprázdno je uzavírán pneumaticky ovládaným ventilem. O stavu rozhoduje řídicí jednotka vyhodnocující signál snímače otáček (od zapalování) a signál o poloze škrticí klapky. Další vývojový systém, používaný u karburátorů Pierburg řady 2E, je nabízen i s elektromagnetickým ovládáním ventilu běhu naprázdno. Karburátory řady 2E se odlišují zejména provedením spouštěcího zařízení, které je u typu 2E1 manuální (ruční sytič), 2E2 samočinné, řízené elektronicky a u typu 2E3

polosamočinné, řízené mechanicky, ale okruh sytiče je elektricky vyhříván. Tento typ karburátoru byl v licenci (JIKOV LEKR) používán i u vozů Škoda 781 (Favorit). Nejvyšším vývojovým stupněm řady 2E je mechanicky unifikovaný a elektronicky plně řízený karburátor 2EE, známý pod obchodním označením ECOTRONIC. Zde je ovládání všech regulačních prvků, tj. škrticí klapky a přívěry vzduchu již elektromechanické, podle pokynů řídicí jednotky. Vzhledem k tomu, že je zde přerušena přímá mechanická vazba mezi pedálem plynu a regulačním členem, škrticí klapkou, zahrnuje řídící jednotka i funkci tzv. „E-plynu". Proto se řídicí jednotka může využít v zařízení nazývaném tempomat nebo tempostat, které udržuje stálou, předem zvolenou rychlost vozidla bez ohledu na měnící se jízdní odpory. Elektronická řídicí jednotka zajišťuje u systému Ecotronic následující funkce: 1. Řízení bohatosti a množství směsi při spouštění, akceleraci a přehřátí motoru. 2. Udržování otáček běhu naprázdno s tolerancí 10 %. 3. Uzavírání přívodu paliva při deceleraci (brždění motorem). 4. Řízení směšovacího poměru na lambda = 1. 5. Korekci programově zadaných hodnot bohatosti a množství směsi. 6. Zastavování motoru uzavíráním přívodu paliva.

Obr. 1 Elektronicky řízený karburátor Pierburg 2 EE — ECOTRONIC (obrázek fy Bosch) 1 — karburátor, 2 — motor, 3 — řídící jednotka, 4 — lambda sonda, 5 — Čidlo teploty, 6 - katalyzátor Tento typ karburátoru je posledním vývojovým stupněm karburátorů před vstřikovacími systémy. Jednobodové vstřikování Zkrácený název „mono" tohoto typu vstřikovacího zařízení pro zážehový motor je odvozen od výrazu „monopoint" pro jednobodové neboli centrální vstřikování. Jedná se o systém obdobný elektronicky řízenému karburátoru, kde je pneumatické rozprašování kapalného paliva v difuzoru nahrazeno nepřerušovaným, trvalým vstřikováním paliva jedinou elektromagneticky ovládanou tryskou, umístěnou na sacím potrubí motoru v místě karburátoru. Množství směsi je nadále řízeno škrticí klapkou pod vstřikovacím ventilem. U jednoduchých systémů může být ovládání klapky přímé, mechanické, na rozdíl od dokonalejších systémů s ovládáním nepřímým, elektromechanickým. Protože mechanismus rozprašování paliva v difuzoru je nahrazen vstřikováním, mohl by se měnit směšovací poměr ve velmi širokém rozmezí a tak je nutno, vzhledem k požadované regulaci na lambda = 1, systém doplnit o měření množství nasávaného vzduchu vhodným snímačem. Používají se snímače se žhaveným drátkem či vrstvou. Centrální vstřikování benzinu je vhodné pro motory do výkonu 80 kW, mající nejvýše čtyři válce.

Obr. 2 Centrální (bodové) vstřikování benzinu: 1 - palivo, 2 - vzduch, 3 - škrticí klapka, 4 - sací potrubí, 5 - vstřikovací ventil, 6-motor

Vícebodové vstřikování (multipoint) Zde je pro každý válec použit samostatný vstřikovací ventil vstřikující palivo do sacího potrubí před sací ventil. Tato zařízení jsou vývojově starší než jednobodové systémy, protože původně byly čistě mechanické, odvozené od vstřikovacích systémů pro vznětové motory. Obr. 3 Vícebodové vstřikování benzinu: 1 -palivo, 2 - vzduch, 3 - škrticí klapka, 4 - sací potrubí, 5- vstřikovací ventily, 6 - motor

Vícebodové vstřikovací systémy lze podle časového průběhu vstřikování rozdělit na kontinuální (nepřetržité) a přerušované. Starší jsou systémy kontinuální a pracují na mechanicko – hydraulickém principu a elektronická řídicí jednotka ovládá pouze přídavné funkce. Nejstarší sériově vyráběné zařízení je K-Jetronic, z něhož se vyvinulo elektronicky řízené zařízení KE-Jetronic. Elektronicky řízené vstřikovací systémy vstřikují přerušovaně palivo elektromagnetickými vstřikovacími ventily. Příklady: L-Jetronic, LH-Jetronic. Tyto systémy pracují s konstantním tlakem paliva a množství vstříknutého paliva je regulováno výhradně dobou otevření vstřikovacího ventilu. Základní řídící signál pro určení doby vstřiku, tedy i vstřikované dávky paliva je zatížení motoru a

otáčky klikového hřídele. Zatížení motoru je stanoveno z okamžité hodnoty hmotnostního průtoku nasávaného vzduchu. Ta je určována buď z polohy škrticí klaky a výpočtem algoritmem uloženým v paměti řídícího počítače, nebo pomocí snímače hmotnosti protékajícího vzduchu s vyhřívaným drátem či filmem. Výsledné množství vstřikovaného paliva je určováno na základě korekcí údajů snímače teploty chladící kapaliny, napětí akumulátoru , případně λ - sondy. Přímé vstřikování benzínu Přímé vstřikování benzinu znamená, že je benzin vstřikován přímo do spalovacího prostoru, obr. 4. Systém přímého vstřikování benzinu (GDI) představila firma Mitsubishi v roce 1997. Prvním evropským výrobcem systému s přímým vystřikováním paliva, která v roce 2000 zavedla systém FSI (Fuel Stratified Injection) ve spolupráci s koncernem Volkswagen do sériové výroby ve voze Lupo FSI 1,4 1.

Obr. 4 Přímé vstřikování benzinu : 1 -palivo, 2- vzduch, 3 - škrticí klapka (EGAS), 4 - sací potrubí, 5 - vstřikovací ventily, 6 - motor

Ve srovnání s obvyklým vstřikováním paliva do sacího potrubí lze dosáhnout - v závislosti na otáčkách a zatížení — snížení spotřeby paliva o 5 až 40 %. Ve spalovacím prostoru je mezi ventily umístěna zapalovací svíčka, po straně pak vstřikovací tryska. Tou se do spalovacího prostoru vstřikuje benzin pod tlakem až 100 barů přímo do vybrání v pístu. Zajímavě tvarovaný spalovací prostor vytváří spolu tvar hlavy válců a vrchní části pístu. Sací kanál je opatřen speciální klapkou (tumble) která ho vlastně dělí na dvě části -spodní a vrchní polovinu. Účelem této klapky je vytváření vrstveného plnění. V režimu částečného zatížení motoru pracuje motor s vysokým přebytkem vzduchu. Aby byla směs zapálitelná, je nutné vytvořit v oblasti zapalovací svíčky pomocí specificky válcového válcové proudění (víření směsi kolmé na osu válce, tzv. tumble-proudění), poněkud bohatší směs. Přitom v okrajových částech spalovacího prostoru je prakticky čistý vzduch. Při režimu vrstveného plnění je tumble-klapka uzavřena, a tak dovoluje zvláštní proudění pouze ve vrchní části kanálu. Tento režim se uplatňuje do poloviny zátěže a poloviny jmenovitých otáček. Vrstvené plnění znamená výraznou úsporu paliva. Když stoupne zatížení a otáčky motoru, klapka tumble se elektronickým řízením otevírá, až je nakonec sací kanál volný v plném průřezu, tj. režim s homogenní směsí. Tento režim vystačí i pro nejvyšší otáčky. Velké množství proměnlivých řídicích veličin klade ve všech provozních podmínkách na vstřikovací systém velmi vysoké nároky. Mez požadavky, které jsou na systém řízení motoru kladeny, patří zejména: - velmi přesné odměření potřebného množství paliva, - vyvinutí potřebného tlaku paliva, - určení potřebného vstřikovacího tlaku paliva, - určení správného okamžiku vstřiku paliva,

- doprava paliva přímo a přesně do spalovacích prostorů motoru. Kontrola složení směsi je zabezpečena pomocí dvou lambda sond umístěných před a za katalyzátorem. Ty slouží k regulaci provozu se součinitelem přebytku vzduchu λ = 1 (provoz s homogenní směsí), k provozu s velmi chudou směsí λ = 1,5 až 3,0 (provoz s vrstvenou směsí), k provozu s bohatou směsí λ = 0,8 a k přesnému řízení regenerace katalyzátoru. Poblíž motoru se nachází vyhřívaný třícestný (trojsložkový) katalyzátor a poněkud dále ve výfukovém traktuje tzv. zásobníkový katalyzátor NOX . V režimu, kdy motor pracuje s velkým přebytkem vzduchu (vrstvené plnění), se vytváří butně vetší množství oxidů dusíku. Tyto škodlivé emise se shromažďují v druhém katalyzátor, který je v podstatě zásobníkem NOX. V režimu homogenního plnění motoru se nashromážděné oxidy dusíků redukují na neškodný dusík. Klíčovou úlohu hraje snímač NOX, který byl firmou Bosch použit celosvětově vůbec poprvé (zásobníkový katalyzátor NOX měla patentována japonská Toyota). Snímač zaregistruje, že zásobníkový katalyzátor je plný oxidů dusíku a dá samočinně povel řídicí jednotce, aby změnila režim z chudého na homogenní plnění. To se odehrává v časových odstupech zhruba jedné minuty. Regenerace katalyzátoru, tedy ono přepnutí režimu, proběhne za asi dvě sekundy. Síra obsažená v palivu zanáší zásobníkový katalyzátor a snižuje jeho účinnost. K vyčištění katalyzátoru od síry je potřeba zahřát katalyzátor nad teplotu 650 °C. Při krátkých jízdách, kdy se katalyzátor na takto vysokou teplotu nezahřeje musí zasáhnout snímač NOX a regenerace katalyzátoru proběhne změnou tvorby směsi na homogenní režim s hodnotou X menší než 1. Tím se zvýší teplota na potřebných 650 °C a síra se spálí. Motormanagement Elektronické řídicí jednotky jsou schopny pracovat s takovým množstvím informací, že řízení jen jednoho procesu je pro ně neefektivní. Logickým spojením dvou základních procesů řízení a regulace zážehových motorů, přípravy směsi a zapalování, je systém komplexního řízení činnosti motoru, obvykle označovaný „motormanagement“. Prakticky to znamená, že pro každou polohu škrtící klapky odpovídající zatížení motoru a pro každé otáčky motoru odpovídající rychlosti vozidla jsou v paměti počítače uloženy údaje pro množství vstřikovaného paliva a předstih zážehu, případně i jiné. Řídicí počítač neustále porovnává digitalizované skutečné údaje příslušných snímačů s údaji v paměti a vhodnými regulačními zásahy se snaží jejich odchylku minimalizovat. Kromě toho řídicí jednotka využívá svých pomocných a korekčních obvodů tak, aby složení směsi i činnost zapalování byla za všech pracovních stavů i provozních režimů optimální. Protože kapacitní možnosti počítače nejsou i u komplexního řízení motoru zcela využity, je možné jeho použití i k diagnostice motoru a vozidla. V praxi nejrozšířenější systémy řízení činnosti motoru jsou zařízení Bosch označovaná obchodním názvem Motronic, složeným ze slov motor a Jetronic. Jednodušší systém řízení činnosti motoru Mono-Motronic je vlastně sloučením digitálně řízené zapalovací soustavy a vstřikování typu Mono-Jetronic. Paměti systémů Motronic obsahují několik polí dat, pro zapalování a pro přípravu směsi. V těchto polích jsou uloženy hodnoty předstihu zážehu v závislosti na otáčkách a zatížení, hodnoty úhlu sepnutí obvodu zapalování v závislosti na otáčkách motoru a na napětí elektrické soustavy. Tímto způsobem je za všech provozních podmínek zaručena stálá energie zapalovací jiskry na svíčkách. Systém zapalování je proto víceparametrický. Pro činnost vstřikování jsou rozhodující údaje pro součinitel přebytku vzduchu lambda (bohatost směsi), které jsou uloženy v závislosti na otáčkách a zatížení motoru v dalším poli. V pomocném poli jsou pak uložena data korekčního faktoru. Příklad datových polí je na obr. 5.

Obr. 5 Paměťová pole souborů dat pro víceparametrické zapalování (obrázek ty Bosch) a) data pro úhel předstihu zážehu b)data pro úhel sepnutí obvodu zapalování c) data pro součinitel přebytku vzduchu – lambda

Bezpečnostní systémy ABS (Antiblock Braking System), ASR (z německého Antriebsschlupfregelung) Styk kola s vozovkou, resp. tření ve stykové ploše mezi pneumatikou a povrchem vozovky, má zásadní vliv nejenom z hlediska vlastní jízdy vozidla, ale i jeho jízdních vlastností a bezpečnosti provozu. Styková plocha, která je u osobního automobilu velká asi jako lidská dlaň, musí zaručit přenos všech hnacích, brzdných a bočních vodících sil. Bezpečný přenos sil je zajištěn jen tehdy když se kolo odvaruje a neprokluzuje. Tento žádoucí stav mohou zajistit jen elektronicky řízené systémy protiblokovacího zařízení brzd ABS, protiprokluzového zařízení poháněných kol ASR nebo kombinované systémy ABS/ASR. Ve všech případech je úkolem řídicí jednotky sledovat otáčení kol a při jeho skokové změně vhodným zásahem omezit sílu, která byla příčinou této změny. Informace o otáčení kol dávají obvykle indukční snímače otáček umístěné u každého kola nebo na rozvodovce nápravy. Schéma jednoduchého uzavřeného regulačního obvodu ABS pro jedno kolo je na obr. 1. Zjistí-li řídicí jednotka při brždění vozidla náhlou změnu frekvence signálu snímače otáček kola, tzn. jeho prudké zpomalení, vydává regulačnímu členu příkaz k odbrzdění kola. U obvyklých kapalinových brzdových soustav osobních a malých užitkových automobilů je akčním členem elektromagneticky ovládaný vícecestný ventil. Odbrzděním kola se obnoví jeho odvalování, signál snímače se opět změní a brždění kola se obnoví. Takových cyklů může proběhnout, v závislosti na adhezních podmínkách, až několik desítek za sekundu. Obr. 1. Regulace protiblokovacího zařízení brzd ABS 1 — jednotka s regulačními ventily, 2 — hlavní válec brzdy, 3 — brzdový váleček, 4 — elektronický regulátor, 5 — snímač otáček kola

Skutečné provedení systému závisí na konstrukci a provedení brzdové soustavy, tj. na počtu brzdových okruhů a způsobu jejich zapojení a na počtu snímačů. Nejjednodušší jsou zařízení dvoukanálová jen s dvojicí snímačů např. na předních kolech. Nejdokonalejší jsou zařízení čtyřkanálová se čtyřmi snímači, pro každé kolo zvlášť. Funkční schéma jednoho z nejčastěji používaných zařízení ABS 2E firmy Bosch, určeného pro dvouokruhové, diagonálně zapojené brzdové soustavy je na obr. 2. Zařízení pracuje tak, že při nutnosti snížení brzdného tlaku v okruhu „blokujícího kola" odpouští část kapaliny do zásobního objemu, odkud se musí, po obnovení odvalování kola, rychle vrátit zpět do brzdového okruhu, aby se obnovil původní stav brždění. Tento rychlý návrat zajišťuje vysokotlaké čerpadlo a akumulátor tlakové kapaliny plněný stlačeným plynem, obvykle dusíkem. Původní soustavy ABS byly složeny z jednotlivých, vzájemně propojených částí, tj. hlavního brzdového válce, posilovače, čerpadla, akumulátoru, regulačních ventilů a řídicí jednotky. Současná zařízení ABS jsou již integrované jednotky, tvořící jeden montážní celek ABS s hlavním brzdovým válcem, posilovačem brzd i pedálovým mechanismem.

Obr. 2 Schéma soustavy Bosch ABS 2E pro dva, křížem zapojené brzdové okruhy (Bosch) 1 - hydraulická jednotka s řídicí elektronikou, 2 - hlavní válec brzdy s posilovačem brzdné síly, 3 — regulátor s volnými písty, 4 — tlakový akumulátor, 5 — čerpadlo vratného okruhu, 6 — regulační ventil S rozvojem elektroniky a postupující integrací systémů se stalo součástí ABS i protiprokluzové zařízení kol ASR, viz obr. 3. Toto zařízení má za úkol při prokluzu (protočení) poháněného kola následkem příliš velké hnací síly ve styku kola s vozovkou omezit tuto sílu vhodným zásahem do činnosti poháněcí jednotky, přesněji jen motoru. Důvodem pro integraci s ABS je nejen vhodnost využití snímačů otáček kol ABS i pro ASR, ale i skutečnost, že při prudkém protočení kola nestačí jen „ubrání plynu", ale je nutno velmi rychle přibrzdit protáčející se kolo. Vlastní zásah do činnosti motoru je jednoduchý u elektronicky řízených systémů přípravy směsi. U motorů s mechanickým vstřikováním nebo jen s karburátorem je nutné použití tzv. E-plynu, kde je přerušená mechanická vazba mezi pedálem a regulačním orgánem nahrazena elektromechanickým ovládáním.

Obr.3 Kombinovaný systém ABS/ASR pro osobní automobily 1 — snímač otáček, 2 — hydraulická jednotka ABS/ASR, 3 — ABS/ASR řídicí jednotka, 4 — řídicí jednotka EMS (E - plyn), 5 - škrticí klapka

Obr. 4 Impulzní snímač otáček

Obr. 5 Komponenty ABS

ESP (Electronic Stability Programme) ESP v kritických situacích automaticky cíleně přibrzdí jednotlivá kola a navede vozidlo do správné stopy. Tím Vás vždy dostane do bezpečí. Své vozidlo tak budete mít při různých manévrech ještě pevněji v rukou a nesjedete z vozovky ani v případě, že se před Vámi náhle objeví třeba srnec nebo jiná nečekaná překážka. Tyto zásahy do brzdového systému probíhají bleskově a trvají jen zlomky sekund. Mozkem, který tyto zásahy řídí, je systémový počítač. Ten dostává informace o tom, zda a jak se vozidlo natáčí kolem své svislé osy. Potřebná data zajišťuje speciální senzoru. Další senzory poskytují počítači jiné důležité údaje: k nim patří senzor úhlu natočení řízení, senzor příčného zrychlení a čtyři senzory kol. Z údajů poskytovaných těmito senzory počítač zjistí, nakolik se skutečnost odchyluje od požadovaného stavu a jako elektronický anděl strážný pak provede potřebné zásahy do brzdového systému.

Má-li v praxi přední náprava při rychlé jízdě do zatáčky tendenci vybočovat směrem ven ze zvoleného směru jízdy (vůz se začne chovat nedotáčivě)ESP nejprve omezí točivý moment motoru a sníží tak síly omezující boční vedení předních kol. Pokud zásah ubráním plynu nestačí, ESP začne přibrzďovat zadní kolo na vnitřní straně zatáčky, dokud tendence vozidla ke smyku nezmizí. Účinek brzdy natáčí vozidlo do zatáčky a stabilizuje tak jízdu.

ESP se aktivuje také má-li záď vozu tendenci vybočovat z ideální linie jízdy a vůz se začíná chovat přetáčivě, popř. když by docházelo ke smyku všech čtyř kol (např. na náledí). ESP začne přibrzďovat přední kolo na vnější straně zatáčky, dokud tendence vozidla ke smyku nezmizí.

Základy tohoto principu ESP jsou dostatečně známy z ovládání pásových vozidel:

Vozidlo bez ESP

Vozidlo s ESP

Komfortní systémy Klimatizace Klimatizační systém ve vozidle je zařízení, které při velkých teplotách vnějšího prostředí ochlazuje vzduch a upravuje tepelnou pohodu cestujících. Má tedy značný význam pro kondiční bezpečnost vozidla. Protože kromě teploty vzduchu ve vozidle lze klimatizačním systémem regulovat i vlhkost vzduchu, přispívá k odmlžování oken a tím zvyšuje také aktivní bezpečnost (výhled z místa řidiče).

Obr. 1 Oběh chladiva v klimatizačním zařízení (Bosch): 1 - kompresor; 2 - elektromagnetická spojka (pro zapnutí/vypnutí kompresoru); 3 - kondenzátor; 4 - přídavný ventilátor; 5 - vysokotlaký spínač; 6 - nádobka na kapalinu s vysoušečem; 7 - nízkotlaký spínač; 8 - tepelný spínač resp. dvojbodová regulace (pro zapnutí/vypnutí kompresora); 9 - teplotní snímač; 10 — nádrž pro kondenzovanou vodu; 11 - výpamík; 12 - ventilátor výpamíku; 13 - spínač ventilátoru; 14 - expanzní ventil Chlazenému vzduchu se odebírá průvodní vlhkost jako kondenzační voda, a tak se dosahuje požadované vysušení. Zejména u vozidel s vytápěcími a chladicími zařízeními je výhodná automatická klimatizace, protože pro cestující je velmi obtížné rozpoznat a přijmout všechna potřebná opatření pro nastavení příjemného klimatu. To platí zejména pro řidiče autobusů, kteří sami pociťují pouze teplotu v čelním prostoru vozidla. Automatická regulace s programovou volbou má za úlohu samočinně zajišťovat správnou vnitřní teplotu, množství vzduchu a rozdělení vzduchu. Tyto veličiny jsou stále navzájem propojeny a nejsou volně změnitelné. Kompresor (obr. 1, poz. 1) stlačuje a zahřívá chladivo ve stavu par. Toto se následně zchladí v kondenzátoru (3) a zkapalní. Vzniklé teplo se odvede do okolí. Expanzní ventil (14) vstřikuje ochlazené médium do výparníku (11), kde se odpaří a vstupujícímu čerstvému vzduchu odebere potřebné výpamé teplo. Chlazenému vzduchu se odebere průvodní vlhkost jako kondenzační voda, takže se vzduch vysuší. Teplotní regulační okruh pro teplotu vnitřního prostoru tvoří jádro zařízení. Požadovaná teplota vzduchu se dosahuje regulací přes vzdušný nebo vodní režim (obr. 2). Ventilátorem (1) nasávaný čerstvý vzduch se podle polohy teploty ochladí výpamíkem (2) nebo zahřeje topným tělesem (4) a potom se dostává podle polohy klapek do požadovaných oblastí vnitřního prostoru (b, c, f). Elektronická řídicí jednotka (8) registruje teplotními snímači (3, 5, 7) všechny důležité ovlivňující veličiny a rušivé veličiny, a také i posádkou na voliči požadované teploty (6) zvolenou teplotu a z toho tvoří nepřetržitě požadovanou hodnotu. Tato požadovaná hodnota se porovnává se skutečnou teplotou

a zjištěný rozdíl generuje vřídicí jednotce řídicí veličinu pro regulaci topení (4, 11), chlazení (2, 10) a množství vzduchu (1). Další funkce aktivuje řízení klapek pro rozdělení vzduchu (b, c, d, e, í) -v závislosti na programu, který nastavila posádka. Všechny regulační okruhy je možno ovlivňovat ručním zadáním.

Obr. 2 Elektronická klimatizace s regulací na straně vody (princip): 1 - ventilátor; 2 - výpamík; 3 -teplotní snímač výparníku; 4 — topné těleso; 5 — teplotní snímač vyfukovaného vzduchu; 6 - volič požadované teploty; 7 - vnitřní snímač (větraný); 8 - elektronická řídicí jednotka; 9 - odvod kondenzované vody; 10 - kompresor; 11 - elektromagnetický ventil; a - čerstvý vzduch; b -odmrazování; c - větrání; d - vnitřní oběh; e - obtok; f- nožní prostor Navigace pomocí GPS Nejpoužívanějším zařízením pro stanovení polohy vozidla je systém GPS (Global Position System). Systém GPS (Global Positioning System) je nástrojem pro navigaci z vesmíru, tzn. určování polohy pomocí družic. Byl uveden do provozu v roce 1973 americkým ministerstvem obrany a později uvolněn i pro civilní využívání. K systému GPS patří 21 aktivních a 3 záložní družice. Krouží kolem zeměkoule ve výšce 20 200 km po šesti oběžných drahách (obr. 3). Poloha GPS satelitů je taková, že 24 satelitů je uspořádáno v šesti oběžných drahách tak, aby v každé dráze obíhaly čtyři satelity. Snahou je, aby bylo z libovolného místa na Zemi „vidět" co nejvíce satelitů, prakticky nejméně 5 (avšak prý existuje místo na Zemi, kde asi 3 minuty není vidět žádný satelit). Přirozenou nevýhodou tohoto signálu je, že mizí v tunelech a třeba také při stínění vysokými budovami. Přesnost určení polohy vozidla je dána přesností atomových hodin, které jsou vždy troje na každém satelitu a které mohou mít odchylku maximálně 3 s za milion let. Hodiny na všech satelitech jsou synchronizovány a každý satelit kontinuálně vysílá údaj o čase. Přijímače GPS počítají aktuální polohu z časového rozdílu mezi signálem vyslaným satelitem a svým aktuálním údajem o čase. To tedy znamená, že pozice se zjišťuje podle toho, jak dlouho trvalo přenesení signálu ze satelitu na přijímač (signál je přenášen rychlostí světla) a měří se též časový rozdíl hodin v přijímači a na satelitu. Pro určení polohy objektu v prostom jsou tedy třeba minimálně čtyři družice (tři na určení prostorových souřadnic a jeden signál na určení časového rozdílu).

Obr. 3 Oběžné dráhy systému GPS (24 družic) Družice GPS vysílá dvě základní informace: o poloze družice a informaci, o času vysílání signálu. Tyto informace jsou vysílány na nosných frekvencích 1227,6 a 1575,4 MHz ve dvou různých kódech. Kód C/A (Coarse or Civilian Access Code) po běžné použití pro určení polohy s přesností 30 až 100 metrů. Druhý kód P (Precision Code) pro měření polohy s přesností několika centimetrů je přístupný pouze americkému ministerstvu obrany. Princip funkce systému GPS lze zjednodušeně vysvětlit takto. Jedna družice vyšle informaci o své poloze (údaje souřadnic) a okamžitém času. Druhá družice vyšle ve stejném času údaje o své poloze, Signály z obou družic se šíří rychlostí světla. Do místa, kde je lokalizovaný objekt se dostane dříve signál z té dmžice, která je blíže k tomuto místu. Z okamžiku dopadu obou signálů lze potom určit příslušnou vzdálenost mezi souřadnicemi první a druhé dmžice. K určení polohy je zapotřebí ještě jeden signál, tedy celkem 3 signály ze 3 družic. Družice se pohybují rychlostí kolem 13 000 km/h a vyslaný signál letí k hledané poloze velmi krátkou dobu (rychlostí světla). Odchylka v určení času o pouhou tisícinu sekundy pak vede k navigační chybě 300 metrů. Když se při určování polohy vyhodnotí ještě signál ze čtvrté družice, může být určena i nadmořská výška (důležité zejména pro letadla). Základem všech systémů pro navigaci automobilů je 24 družic globálního navigačního systému GPS. Protože však není určení polohy vždy možné (např. v tunelech, mezi vysokými domy), je pro souvislé určování polohy zapotřebí doplňkových snímačů: - snímač rychlostních impulzů, - snímač směru jízdy. V palubním počítači se údaje z různých zdrojů vzájemně spojují. Měření obou snímačů a příjem GPS jsou spolu neustále porovnávány. Zároveň probíhá nepřetržité porovnávání s digitálními mapami uloženými na CD, takže řidič může v každém okamžiku vidět polohu svého vozidla na obrazovce.

Obr. 4 Blokové schéma určování polohy motorového vozidla

Obr. 5 Porovnání údajů s mapou