8.12. Elektronikusan irányított dízelbefecskendező rendszerek (Tizenkettedik rész – Adagolóporlasztós dízelbefecskendező rendszerek II.) A dízelbefecskendező rendszerekkel foglalkozó első írásunkban (8.1.) bemutattuk az adagolóporlasztós rendszer (Unit Injector System – UIS = Pumpe Düse Einheit – PDE) működésének lényegét, leírtuk legfőbb előnyeit, majd a 8.11. írásunkban belekezdtünk e dízel keverékképző részletesebb bemutatásába. Egy blokkvázlat közzétételével ismertettük a teljes rendszer általános felépítést, majd a VW Golf V. (1,9 TDI; 2006; BKC/BRU motorkódú; EDC 16U1) villamos hálózatának bemutatását követően megkezdtük annak elemzését. Mindezidáig ismertettük a tápfeszültség ellátást, a bemeneti információkat (szenzorokat) és a motor ECU külső kommunikációját. Jelen cikkünkben a villamos hálózat elemzésén keresztül a rendszer beavatkozóinak egy részét és azok működését írjuk le. Kapcsolási vázlat − I. részlet
1. ábra
Forrás: Bosch
A1.1 – Motor ECU A5.41 – Hűtőventilátor (táp és vez.) B2.18 – Töltőnyomás érzékelő B3.1. – Beszívott levegő hőm. érz. B4.24 – Menetpedál helyzetérz. I. B4.25 – Menetpedál helyzetérz. II. F2.10 – Biztosító 10 (bizt. tábla 2) F2.11 – Biztosító 11 (bizt. tábla 2) F2.26 – Biztosító 26 (bizt. tábla 2) F2.8 – Biztosító 8 (bizt. tábla 2) F2.9 – Biztosító 9 (bizt. tábla 2) K1.1 – Főrelé M4.41 – Szívócső-csappantyúállító motor és elektronika Y10.103 − Kipufogógáz hűtőcsappantyú-vezérlő mágnesszel. Y10.13 − EGR beavatkozó-vezérlő mágnesszelep Y10.38 − Turbónyomás-szabályzó mágnesszelep
Kapcsolási vázlat − II. részlet
2. ábra
Forrás: Bosch
1
A1.1 – Motor ECU A1.9 – Izzításvezérlő B4.15 – Tengelykapcsoló helyzetérz. B4.7. – Vezérműtengely forgásérz. B5.15 – Forgattyústengely forgásérz. F1.6 – Biztosító 6 (bizt. tábla 1) F2.51 – Biztosító 51 (bizt. tábla 2) F2.7 – Biztosító 7 (bizt. tábla 2) F2.9 – Biztosító 9 (bizt. tábla 2) F3.14 – Biztosító 14 (bizt. tábla 3) F3.27 – Biztosító 27 (bizt. tábla 3) K1.1 – Főrelé K1.2 – Szivattyúrelé R3.1 – Izzítógyertya 1. henger R3.2 – Izzítógyertya 2. henger R3.3 – Izzítógyertya 3. henger R3.4 – Izzítógyertya 4. henger S1.5 − Fékpedál kapcsoló S4.2 – Féklámpa kapcsoló Y3 – Tüzelőanyag szivattyú
Kapcsolási vázlat − III. részlet
3. ábra
Forrás: Bosch
A1.1 – Motor ECU A10.3 – Indítómotor A7.1 – Kombinált műszer A7.15 – Fedélzeti hálózati vez. egys. B3.2 – Hűtőközeg hőmérséklet érz. B3.39 – Hűtő kilépési hőm. érzékelő B3.8 – Tüzelőanyag hőm. érzékelő B8.1 – Levegő-tömegáram érzékelő B9.28 – Motorolaj érzékelő E6.4 – Forgattyúsház szellőztetés fűtőelem F2.15 – Biztosító 15 (bizt. tábla 2) F2.27 – Biztosító 27 (bizt. tábla 2) F2.39 – Biztosító 39 (bizt. tábla 2) F2.40 – Biztosító 42 (bizt. tábla 2) F2.42 – Biztosító 27 (bizt. tábla 2) F2.29 – Biztosító 29 (bizt. tábla 3) G2 – Generátor K1.113 – Indítórelé K1.65 − „15-ös fesz. ellátó” relé
Kapcsolási vázlat − IV. részlet A1.1 – Motor ECU A41.15 – Kormánymodul A7.1 – Kombinált műszer F1.6 – Biztosító 6 (bizt. tábla 1) F3.13 – Biztosító 13 (bizt. tábla 3) W2.1 – CAN adatbusz diagn. interf. X19 – Dugós csatlakozó X9.2 – OBD csatlakozó Y8.1 – Adagolóporlasztó 1. henger Y8.2 – Adagolóporlasztó 2. henger Y8.3 – Adagolóporlasztó 3. henger Y8.4 – Adagolóporlasztó 4. henger
4. ábra
Forrás: Bosch
A hálózat elemzés (A 8.11. cikk folytatása) 2.3. Beavatkozók (aktuátorok) Hidraulikus szempontból a tüzelőanyag rendszer (5. ábra) nagy-, közepes- és kisnyomású részekre osztható. A nagynyo- 1 – Tüzelőanyag tartály mású részt az 2 – Villamos előtáp szivattyú adagoló-porlasz- 3 – Tüzelőanyag szűrő tók alkotják, hi- 4 – Tandem szivattyú szen a befecsken- 5 – Adagoló-porlasztó dezési nyomás 6 – Gázolaj-hőmérsékletérzékelő kizárólag ezek- 7 – Előmelegítő szelep 8 – Tüzelőanyag hűtő 5. ábra ben jön létre. 2
Forrás: Bosch
Az úgynevezett előtartályból a kisnyomású előtáp-szivattyú a tüzelőanyagszűrőn át a gázolajat a tandem szivattyúba szállítja. Ez utóbbi a nevét onnan kapta, hogy a vezérműtengelyről hajtott gázolajszivattyút összeépítették az azonos módon meghajtott vákuum-szivattyújával (6. ábra). A szivattyú járműtípustól függően 7,5 ÷ 10,5 bar közepes nyomást létrehozva táplálja az adagoló-por1 – Tüzelőanyag tápvezeték lasztókat. A vákuumszivattyú a 2 – Visszafolyó vezeték depresszióval működtetett ele- 3 – Vákuumszivattyú meket (pl. a fékrásegítőt) „szol- 4 – Zárólapátos szivattyú gálja ki”. A tandemszivattyúba 5 – Nyomásmérő-csatlakozó Forrás: VW AG 6. ábra különféle szelepek, fojtások, szűrő és nyomásmérő-csatlakozó is be van építve (7. ábra). A nyomás1 – Tüzelőanyag bevezetés határoló szelep (3) az említett értékre korlátozza a közepes nyomást. 2 – Gázolaj szivattyú A nyomáskorlátozó 3 – Nyomáshatároló szelep szelep (10) üzem 4 – Szűrő közben a vissza5 – Nyomásmérő csatlakozó áramlási nyomást 6 – Tápvezeték 7 – Fojtás állítja be, mivel a 8 – Visszafolyó vezeték légtelenítés céljára 9 – Megkerülő csatorna kialakított megkerü10 – Visszafolyó nyomáskorl. lő csatorna (9) erő11 – Visszafolyás a tartály felé sen fojt. A szűrőben Forrás: Bosch 12 – Motor (4) leválasztott leve- 7. ábra gő a 7-es számmal jelzett fojtáson tud eltávozni. A tandem szivattyún általában egy nyomásmérési csatlakozási lehetőséget (5 – szervizfurat) alakítanak ki, amelyen keresztül üzem közben ellenőrizhető az úgynevezett közepes nyomás. A személygépkocsik adagoló-porlasztóihoz rendszerint alkalmazott zárólapátos szivattyúkban (Lásd 8. és 9. ábra!) rugók szorítják a két zárólapátot a rotorhoz. Ez elő1 – Nyomáshatároló szelep nyös, hiszen e megoldás ala2 – Zárólapátok (zárószárnyak) csony motorfordulatszámon 3 – Forgórész (rotor) biztos zárást eredményez. 4 – Fojtófurat (fojtás) A rotor elfordulásának eredmé- 5 – Buborékleválasztó szűrő nyeként a beáramlási oldalhoz 6 – Kiáramlás a hengerfejbe csatlakozó térfogatok növeked- 7 – Visszafolyó nyomáskorlátozó nek, míg a kiáramlási oldalhoz 8 – Visszafolyó csatlakozó csatlakozók csökkennek. Tehát 9 – Visszaáramlás a tartály felé a térfogatok megváltozásának 10 – Beáramlás az előtápForrás: VW AG szivattyútól 8. ábra következtében jön létre szállítás. Itt jegyezzük meg, hogy a visszafolyó ágban (5. 1 – Forgórész (rotor) ábra) helyezik el a gázolaj-hőmérséklet szenzort, a 2 – Beáramlás folyadékkal, vagy levegővel működtetett tüzelő- 3 – Lapátrugó anyaghűtőt és az előmelegítő szelepet. Ez utóbbi egy 4 – Zárólapát táguló-elemes hőmérséklet érzékeny szelep, amely 5 – Kiáramlás hideg gázolaj esetén a szűrőn keresztül viszszajuttatja a már felmelegedett gázolajat a tandemszivattyú „szívó” ágába.
2.3.1. Az előtáp-szivattyú vezérlése A villamosan hajtott előtáp-szivattyút (2. ábra – Y3) a szivattyúrelé (K1.2) kapcsolja be, illetve ki, a motor-ECU által irányítottan. (Relévezérlés lásd 9. ábra 8.11. cikk 5. oldal!) 3
Forrás: Bosch
Mint már említettük a munkatérbe a tüzelőanyagot e rendszereknél az elektronikusan irányított adagoló-porlasztók fecskendezik be. A közvetlenül, vagy himbán keresztül kapcsolódó meghajtó bütyök és a visszatérítő rugó hatására alternáló dugattyú adagolóként üzemel. Az alkalmazott hidromechanikus vezérléssel elősugár (pilot-adag) is létrehozható az alábbiak szerint (10. ábra): Szívólöket (feltöltődés) (10.a ábra) A meghajtó-bütyök (3) elfordulásakor a visszatérítő rugó a dugattyút (4) a külső holtpont felé mozgatja. A nyitott vezérlő-mágnesszelepen keresztül a közepes 1 – Tüzelőanyag bevezetés nyomású rendszer 2 – Tüzelőanyag visszafolyás a tüzelőanyanya- 3 – Meghajtó-bütyök got a nyomótérbe 4 – Dugattyú 5 – Nyomótér (5) jutatja. 6 – Tároló dugattyú 7 – Tárolótér 8 – Rugótároló tér 9 – Fúvókatű 10 – Mágnesszelep tű 11 – Mágnesszelep ülés a – Szívólöket b – Előlöket c – Szállítólöket – az előadag befecskendezésének kezdete d – Szállítólöket – az előadag befecskendezésének vége
10. ábra
Forrás: Bosch
Előlöket (10.b ábra) A meghajtó-bütyök továbbfordulásakor a még mindig nyitott vezérlőszelepen keresztül a tüzelőanyag visszaáramlik a közepes nyomású rendszerbe. Ekkor az átáramló tüzelőanyag hűti az adagolóporlasztót. Az előadag befecskendezésének kezdete (10.c ábra) Ha az irányítóegység végfoka zárja a mágnesszelep tekercsének áramkörét, a növekvő áramerősség hatására a mágnesszelep zár – a szeleptű a szelepülésre nyomódik –, ezzel megkezdődhet a nyomótérben a nyomásemelkedés. Mivel az ábrázolt helyzetben (zárt tárolódugattyú) a befecskendező fúvóka nyitónyomása csak 180 bar, ennek elérésekor a fúvókatű elemelkedik a tömítő-felületéről és megkezdődik az előadag befecskendezése. Ekkor a tárolódugattyú (6) még zárva van. Az előadag befecskendezésének vége (10.d ábra) A tovább növekvő nyomás hatására a tárolódugattyú lefelé mozdul, elemelkedik az üléséről. Ekkor a nyomótérrel (5) összekapcsolódik a tárolótér (7). A tárolótérben megnövekvő nyomás és a nyomórugó előfeszítésének növekedése a fúvókatűt zárja. Ezzel az előadag befecskendezése befejeződik, de a tárolódugattyú nem tér vissza alaphelyzetébe, mivel azt nyitott állapotban a tüzelőanyag nyomása nagyobb felületen éri. Az előadag mennyiségét ( 1÷1,5 mm3) alapvetően a tárolódugattyú nyitónyomása és lökete határozza meg. A főadag létrehozása Mivel a meghajtó-bütyök a dugattyút tovább mozgatja és a mágnesszelep is zárt, a rendszerben a nyomás tovább emelkedik. Mivel a nyomórugó előfeszítés-növekedése és a tároló térben létrejövő nyomásemelkedés megnövelte a nyitónyomást, a főadag befecskendezése csak magasabb nyomáson kezdődik. 4
1 – Tüzelőanyag bevezetés 2 – Tüzelőanyag visszafolyás 3 – Meghajtó-bütyök 4 – Dugattyú 5 – Nyomótér 6 – Tároló dugattyú 7 – Tárolótér 8 – Rugótároló tér 9 – Fúvókatű 10 – Mágnesszelep tű 11 – Mágnesszelep ülés a – Nyomólöket – a főadag befecskendezése b – Maradéklöket
11. ábra
Forrás: Bosch
A főadag befecskendezésének kezdete és vége (11.a és b ábrák) Kb. 0,2 ÷ 0,6 ms időkéséssel, hozzávetőlegesen 300 bar nyomáson a fúvókatű ismét elemelkedik tömítőfelületéről és újfent megkezdődik a befecskendezés. A dugattyú nagy szállítási mennyisége miatt a főadag befecskendezési nyomása tovább emelkedik, a pillanatnyi fordulatszámtól függően elérheti akár a 2000 bar-t is. Ha az elektronikus irányítóegység a mágnesszelepen az áramot megszünteti – a tekercsen átfolyó áram erőssége a tartóáram értéke alá csökkenti –, a szelep nyit, és ismét összekapcsolódik a nyomótér a közepes nyomású térrel. A gyorsan csökkenő nyomótéri nyomás következtében a fúvókatű bezár, ezzel befejeződik a befecskendezési folyamat és a tárolódugattyú is visszatér alaphelyzetébe. Maradéklöket (11.b ábra) Ebben a fázisban a dugattyú tovább halad a belső holtpont irányába és visszaszállít a közepes nyomású térbe. A visszaáramló gázolaj hűti az adagolóporlasztót. Itt jegyezzük meg, hogy a PD rendszerek biztonságosan üzemelnek, hiszen hiba esetén az adott adagolóporlasztó a szállítást megszűnteti. Ha például a mágnesszelep folyamatosan nyitva marad, sincs szállítás és folyamatos zárt helyzetében is a szelep legfeljebb egyet fecskendez. 2.3.2. Az adagolóporlasztók vezérlése Az adagolóporlasztók igen kis ellenállású (0,2 ÷ 03 Ω) elektrohidraulikus szelepei az X19 jelű dugós csatlakozón keresztül a motoraggyal állnak kapcsolatban alábbiak szerint (4. ábra): 7– „+ táp” − A1.1 (ECU) B-31 és B-32 5 − Y8.1 vezérlés − A1.1 (ECU) B-46 3 − Y8.2 vezérlés − A1.1 (ECU) B-1 2 − Y8.3 vezérlés − A1.1 (ECU) B-47 6 − Y8.4 vezérlés − A1.1 (ECU) B-48 A szelepeket a motor ECU áramszabályzással vezérli. A 12. ábrán, a kapcsolóelemen megjelenő feszültség és a szelepáram oszcillogramjai láthatóak. A vezérlés kezdetekor a végfoktranzisztor felveszi a legkisebb ellenállású állapotát, ezáltal a mágnesszelepen az áramerősség exponenciálisan növekedni kezd. Amikor a szelepáram már biztosan meghaladta a meghúzási áram (kb. 15,5 A) értékét – megközelítette a 20 A-t, tehát a szelep már biztosan zárt –, a kapcsolóelem megszakít. Ekkor az áram igen gyorsan csökkenni kezd, s ha egy biztonsági értékkel megközelíti az elengedési áram nagyságát, beindul az áramhatárolás. Ekkor a szabályzórendszer a végfoktranzisztor igen gyors ki-be kapcsolásával (20 kHz) beállítja a tartóáramot kb. 10,5 A értékre.
5
A befecskendezésvezérlés végén a tranzisztor zár és a szelepáram igen gyorsan az elengedési áram alá csökken. Ekkor a mágnesszelep nyit és a befecskendezés szinte azonnal megszűnik.
A vezérlés kezdete
Befecskendezés tartam
Feszültség
Szelepáram
A vezérlés vége
Áram szabályzás A befecskendezési cikluskezdet − „BIP”
Forrás: VW AG
12. ábra
Befecskendezés-kezdet szabályozás − „BIP” A befecskendezés időzítése döntően befolyásolja a motor jellemzőit, leadott teljesítményét, fajlagos fogyasztását, károsanyag kibocsátását, de a motorzajt is. Az előbefecskendezési szög pillanatnyi értékét a bemeneti jellemzők határozzák meg: a motorfordulatszám, a terhelés, a hőmérsékletek stb.. Befecskendezés cikluskezdetnek (BIP = Begin of Injector Period) azt a felsőholtpont előtti főtengely szöghelyzetet tekintjük, amelynél az adott adagolóporlasztó mágnesszelepe bezár. A befecskendezés cikluskezdet adott motor-munkaponthoz felvett ideális értékeit a motor ECU jellegmezőkben tárolja. Az adagolóporlasztók gyártási szórása és beépítési eltérései, valamint a használatuk során bekövetkező változások a mágnesszelepek kapcsolási idejének (reakcióidejének) eltéréséhez, illetve megváltozásához vezethetnének, ami megváltoztatná a tényleges befecskendezési cikluskezdeteket is. Befolyással lehet minderre a tüzelőanyag pillanatnyi hőmérséklete és sűrűsége is. Az említett hatásokat az adagolóporlasztós rendszereknél a BIP szabályzási stratégiával kompenzálják. BIP szabályzási stratégia – befecskendezési cikluskezdet korrekció A mágnesszelepeken a vezérlőfeszültség megjelenése nem váltja ki azonnal a befecskendezés megindulását, a szelep nem zár azonnal és a zárást követően is csak (csekély) időkéséssel kezdődik meg a tényleges befecskendezés. Azt, hogy egy adott szelepnél a vezérlőfeszültség megjelenését mennyi idővel követi a szelepvasmag elmozdulása – tehát a szelepzárás –, az ECU a szelepáram jelalak elemzésével tudja megállapítani. A vasmag elmozdulása ugyanis megváltoztatja a tekercs induktivitását, ami a szelepáram függvényben „törést” eredményez (12. ábra). Ezt a késési időt szelepenként az ECU eltárolja és az ideálissal összehasonlítja. A következő ciklusban az eltérés mértékét a szelep kivezérlésekor előjel helyesen figyelembe veszi. A motor ECU egy meghatározott értéken belül képes az eltéréseket korrigálni, és ezzel az ideális befecskendezési cikluskezdetet beállítani. Ha a korrekció átlép egy megengedett határt, az ECU hibát tárol el, például: „A szabályzási határ lefele túllépve!” 2013-08-26 A következő „cikkünk” kb. két hónap múlva jelenik meg! 6
