Elektronikai alkalmazások a korszerű gépjárművekben. 1. modul Benzinmotorok keverékképzése, benzinbefecskendező rendszerek

Elektronikai alkalmazások a korszerű gépjárművekben

1. modul Benzinmotorok keverékképzése, benzinbefecskendező rendszerek

Az egész életen át tartó tanulás fejlesztése az intézmények közötti nemzetközi együttműködéssel TÁMOP-2.2.4.-08/1-2009-0012

Szemere Bertalan Szakközépiskola, Szakiskola és Kollégium

Szerkesztette: Fodor László Lektorálta: Blága Csaba

A kiadvány az „INTER-STUDIUM - Az egész életen át tartó tanulás fejlesztése az intézmények közötti nemzetközi együttműködéssel” című, TÁMOP-2.2.4.-08/1-2009-0012 számú projekt keretében készült.

A projekt az Európai Unió támogatásával, a Társadalmi Megújulás Operatív Program társfinanszírozásával valósul meg

- 2010 -

Fodor László – Benzinmotorok keverékképzése, benzinbefecskendező rendszerek

TARTALOMJEGYZÉK

BEVEZETÉS ............................................................................................................................ 5 1. A belső égésű motorok tüzelőanyagai ................................................................... 5 2. A kipufogógáz alkotóelemei ....................................................................................... 6 2.1. A kipufogógáz alkotóelemei ideális állapotban........................................... 6 2.2. A kipufogógáz alkotóelemei valóságos állapotban.................................... 6 3. A kipufogógáz tényleges összetételét meghatározó motorikus feltételek .................................................................................................................................................... 7 3.1. A keverék összetételének hatása .................................................................... 7 3.2. Az égéstér hatása .................................................................................................. 9 3.3. A szennyezett munkaközeg hatása................................................................. 9 3.4. A tüzelőanyag összetételének hatása ............................................................ 9 3.5. A konstrukciós jellemzők hatása.................................................................... 10 3.6. Az üzemi paraméterek hatása ........................................................................ 10 4. A kipufogógázban lévő szennyezőanyagok koncentrációjának mértékegységei.................................................................................................................. 12 4.1. A keverék-összetétel jellemzői ....................................................................... 13 4.2. Keverési arányok, levegőarányok ................................................................. 13 5. A rossz műszaki állapot és a motortuning emissziónövelő hatása........... 14 Ellenőrző kérdések ............................................................................................................ 15 6. A benzinbefecskendezés fejlődése ........................................................................ 15 6.1. A benzinbefecskendezés.................................................................................... 16 6.1.1. A benzinbefecskendezés előnyei a porlasztóval szemben ............... 17 6.1.2. Benzinbefecskendező berendezések csoportosítása .......................... 18 7. Mechanikus vezérlésű benzinbefecskendezés................................................... 21 7.1. Bosch-benzinbefecskendező (EP/ZEA 2KL) ............................................... 21 7.2. Kugelfischer-befecskendező............................................................................. 23 7.3. Lucas-benzinbefecskendező............................................................................. 23 8. Elektronikusan vezérelt benzinbefecskendezés ............................................... 23

3


8.1. D-Jetronic benzinbefecskendező rendszer ................................................. 23 8.2. L-Jetronic benzinbefecskendező rendszer .................................................. 32 8.3. LH-Jetronic benzinbefecskendező rendszer ............................................... 35 8.4. Bosch-K-Jetronic benzinbefecskendező rendszer.................................... 37 8.5. KE-Jetronic benzinbefecskendező rendszer............................................... 45 8.6. Mono-Jetronic központi benzinbefecskendező rendszer ....................... 47 8.6.1. A tüzelőanyag-rendszer főbb szerkezeti elemei .................................. 48 8.6.1.1. Tüzelőanyag tartály..................................................................................... 49 8.6.1.2. Tartályszellőztető rendszer ...................................................................... 50 8.6.1.3. Szivattyú.......................................................................................................... 51 8.6.1.4. Nyomásszabályzó......................................................................................... 52 8.6.1.5. Befecskendezőszelep .................................................................................. 52 8.6.2. A levegőrendszer főbb szerkezeti elemei, azok felépítése és működése ......................................................................................................................... 53 8.6.2.1. Szívócsőfűtés ................................................................................................. 53 8.6.2.2. Fojtószelep-állító .......................................................................................... 54 8.6.3. Mono-Jetronic rendszer érzékelői, bemeneti információi ................. 55 8.6.3.1. Motorfordulatszám jel................................................................................. 55 8.6.3.2. Motortehelési jel – fojtószelep potenciométer.................................. 55 8.6.3.3. Motorhőmérséklet jeladó........................................................................... 56 8.6.3.4. Levegő-hőmérséklet jeladó ...................................................................... 56 8.6.3.5. Alaphelyzet kapcsoló................................................................................... 57 8.6.3.6. Oxigénszenzor – lambda-szonda ........................................................... 57 Ellenőrző kérdések ............................................................................................................ 58 Felhasznált irodalom ........................................................................................................ 60

4


BEVEZETÉS A növekvő gépjárműpark fokozódó környezetterheléshez vezet, ami összefügg az éghajlatváltozással is. A környezetvédelem az egész társadalom feladata. A közlekedést az egyik legnagyobb környezetszennyezőnek, a globális problémák egyik fő okozójának tartják. Levegőszennyezés tekintetében a közlekedés Magyarországon az első helyen áll, a levegőszennyezés 50-60%-ért felelős. Az egészségre káros légszennyező anyagok kibocsátása az üzemanyag fogyasztással szorosan összefüggő szén-dioxid (CO2) meghatározó szerepet játszik a globális felmelegedésben. A közúti gépjárművek üzemelése során kibocsátott gázok nagy része a nitrogén (N2) és víz, kb. 10%-a szén-dioxid és 1-2%-a olyan káros anyag, mint a szénmonoxid (CO), nitrogénoxidok (NOx), szénhidrogén (CH), kéndioxidok (SO2), és szilárd részecskék (korom). A közúti közlekedés levegőszennyezése elsősorban a városok, települések útjai mellett okoz jelentős környezeti és egészségügyi problémákat. Különösen a csúcsforgalmi időszakokban a gyakori indulásoknál és gyorsításoknál a szennyezőanyag-kibocsátás többszöröse az egyenletesen haladó gépjárművek emissziójának. A környezetünk védelme szempontjából ezért nagyon fontos egyrészt a belső égésű motorok technikai színvonalának fejlesztése (pl. hengerenkénti 4-5 szeleppel és az üzemállapothoz igazítható vezérléssel felszerelt, közvetlen befecskendezésű szabályozott katalizátoros motorok) másrészt a motorkonstrukciók változtatásával párhuzamosan az üzemanyagok további fejlesztése, alternatív hajtóanyagok használata.

1. A belső égésű motorok tüzelőanyagai A belső égésű motorok tüzelőanyagait szénből és hidrogénből álló molekulák alkotják. Ide tartoznak a kőolaj alapanyagból előállított folyékony tüzelőanyagok: a benzin és a gázolaj, illetve a petróleum és a kerozin, valamint a gázhalmazállapotúak: a propán és a bután (PB vagy angol rövidítéssel LPG). Ebbe a csoportba tartozik a földgáz, mely lehet folyadék fázisú (LNG) vagy sűrített gázhalmazállapotú (CNG). Szénhidrogén motorhajtóanyagok készülhetnek növényi alapanyagból is. Ez lehet gáz vagy folyékony halmazállapotú. A távolabbi jövőben esélye van annak, hogy tisztán hidrogén tüzelőanyagú belső égésű dugattyús motorok is sorozatgyártásba kerüljenek. A tüzelőanyagokat különböző célból adalékolják (oktánszámnövelés, cetánszám beállítás, tisztítás, kenőképesség fokozás stb.). A motorbenzinek oktánszámnövelő ólomadalékolása megszűnt, és 2004. október 15-től a 98-as oktánszámú motorbenzinek ólompótló adalékot sem tartalmaznak.

5


2. A kipufogógáz alkotóelemei 2.1. A kipufogógáz alkotóelemei ideális állapotban Tökéletes égés során a gyakorlatban nem realizálható ideális állapotban, a hengertérben lévő tüzelőanyag valamennyi szén (C) atomja széndioxiddá (CO2) oxidálódik, tehát a szén égésterméke a CO2. A tüzelőanyag hidrogén (H) eleme, a szénhidrogén molekulák hidrogénje, tökéletes égésnél vízzé (H2O) oxidálódnak. Tökéletes égést feltételezve a belső égésű motorok kipufogógázát az alábbi komponensek alkotják: ¾ nitrogén gáz (N2): a hengertérben lévő levegő alkotója, ¾ széndioxid (CO2): a tüzelőanyag szénatomjainak oxidációs terméke, ¾ víz (H2O): a tüzelőanyag hidrogénatomjainak oxidációs terméke, ¾ oxigén (O2): ha a motor 1-nél nagyobb légviszonnyal működik. Az égés „tökéletes” jelzője azt jelenti, hogy az oxidáció maradéktalanul végbemegy. ennek egyik előfeltétele, hogy a tüzelőanyag-levegő keverékében a szükséges (vagy több) oxigén legyen jelen, annyi, amennyi az égéstérben lévő tüzelőanyag szénjének és hidrogénjének elégetéséhez szükséges. Az így alkotott keverék az elméleti keverési arányú (idegen szóval sztöchiometrikus összetételű) keverék. Ekkor a légfelesleg tényező (lambda) értéke: λ = 1. A CO2 ún. üvegház hatású gáz, csökkentése kisebb tüzelőanyag tömeg bevitellel, tehát a gépjármű tüzelőanyag-fogyasztásának a csökkentésével, a motor hatásfokának növelésével, a menetellenállások csökkentésével lehetséges. 2.2. A kipufogógáz alkotóelemei valóságos állapotban A belső égésű motorok égésterében az égés során végbemenő folyamatok az ideálistól jelentősen eltérnek. ennek megfelelően a környezetszennyező anyagok is megjelennek a kipufogógázban. A valóságos motor kipufogógázában, üzemállapottól függő koncentrációban, az alábbi anyagfajták találhatóak (1. ábra): ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

nitrogén (N2), oxigén (O2), széndioxid (CO2), víz(gőz) (H2O), szénhidrogének (CnHm) és szénhidrogén vegyületek nitrogén-oxidok (NOx), szénmonoxid (CO), részecske (PM), illetve az ezzel nem teljesen azonos dízel-füst.

6


1. ábra A kipufogógázok összetétele

3. A kipufogógáz tényleges összetételét meghatározó motorikus feltételek Miért tér el a valóságos kipufogógáz összetétel az ideálistól? Az eltérés okait az ideálistól eltérő keverék-összetételben, valamint az égésfolyamat ideálistól eltérő feltételeiben és sajátosságaiban kell keresnünk. Nézzük meg, hogy a kipufogógáz összetétele miként függ a keverék összetételétől, a keverési aránytól. 3.1. A keverék összetételének hatása A keverék összetétele a kipufogógáz összetevők fajtáit és mennyiségét (koncentrációját) alapvetően meghatározza (2. ábra).

azok

2. ábra A keverékösszetétel hatása Otto-motor nyers emissziójára A keverék összetételét megadhatjuk a hengertérbe belépő levegőtömeg és tüzelőanyagtömeg arányszámaként. Ez a keverék globális adata.

7


Belső keverékképzésű motoroknál (dízel- és közvetlen befecskendezésű Otto-motorok) is ez a globális keverék-jellemző, de az égés szempontjából ennél fontosabb az égéstéren belül, a lángfront környezetében kialakuló összetétel. Ez utóbbit tervezetten is alakíthatjuk. Minden belső keverékképzésű rendszerben tudatosan alakítják ki az égés szempontjából kedvező összetételű zónákat. Az égéstér egészére vonatkoztatott és az égéstérben helyileg uralkodó légviszony eltérése különös hangsúlyt kap a közvetlen benzinbefecskendezésű motoroknál (VW AG FSI, Mitsubishi GDI stb.). Ezek a motorok rétegezett keverékképzéssel vagy osztott égéstérrel működnek. A rétegezett keverék-képzés azt jelenti, hogy a helyi légviszony értékét tudatosan állítják be. A gyertyaközeli zóna λ = 1 értékű (mert nagy biztonsággal ilyen összetételű keverék gyújtható meg szikrával). A lángfront azonban már a hígabb keverékben is tud haladni (λ = 1,5 – 2,5). A következőkben nézzük meg, hogy a kipufogógáz utókezeletlen, ún. nyers összetétele az alkotók koncentrációja, miként alakul különböző légviszony értékeknél. Tüzelőanyagban dús keverék (0,8 < λ < 1,0). Ha a szükséges oxigén kevesebb, mint ami a „tökéletes égéshez szükséges, akkor nem mehet végbe maradéktalanul a tüzelőanyag oxidációja. A szén oxidációja során először szénmonoxidot alkot, és csak ezt követően széndioxidot. Mivel nincsen elegendő oxigén jelen, ezért megnövekszik a szénmonoxid koncentrációja. A szénhidrogén-emisszió csekély koncentrációjára a dús keverék (λ ~ 0,9) kedvezően hat, mert a biztosan és gyorsan haladó lángfront miatt nem maradnak teljesen vagy részben kiégetlen zónák. A fokozottan dús keverékben (λ ~ 0,8) jelentős a szénhidrogének koncentrációja, megnő a szemet ingerlő, kellemetlen szagú termékek mennyisége. A nitrogénoxidok azonban „eltűnnek”, egyrészről a dús keverék kisebb égési csúcshőmérséklete, másrészről a nitrogénoxid belső – hengertérben lezajló – redukciója miatt (2CO + 2NO →2CO2 + N2). Enyhén dús keveréknél (λ ~ 0,95) szolgáltatja a motor a legnagyobb nyomatékot. Tüzelőanyagban szegény keverék (1,0 < λ <1,15). Hagyományos szikragyújtású, külső keverékképzésű motoroknál a keverék kb. csak λ = 1,15-ig hígítható, mert az elhúzódó és bizonytalan lángterjedés és égés miatt a normál motorüzem tovább már nem tartható fenn. Fokozottan szegény keveréknél a bizonytalanul haladó lángfront a szénhidrogén emissziót megsokszorozza. A CO emisszió, a szegény keverék miatt minimum szinten van. A nitrogénoxid emisszió λ = 1,05 környezetében maximumát éri el. A nitrogénoxid képződés maximumhelyén kapjuk általában a legjobb fajlagos fogyasztású 8


motorüzemet. Az NOx koncentrációja ennél nagyobb lambda értéknél csökken. Elméleti keverék (λ = 1). A CO és a HC minimumértéke közelében van, az NOx közel maximumértéke előtt. A redukáló és oxidáló (három komponensre ható vagy redox) katalizátorral történő kipufogógáz-tisztításnál azonban csak az ebből az összetételű keverékből származó „nyers” kipufogógáz adja a katalizátor után az optimális eredményt, tehát CO, HC és NOx komponensekre nézve a minimális emissziót. 3.2. Az égéstér hatása Az égéstér, a motor hengertere a kémiai folyamatokra hatással van. Az égéstér falainak közvetlen közelében más reakciók mennek végbe, mint a „szabad” gáztérben. Az ún. falközeli rétegekben lángkialvással és a reakciók befagyásával kell számolni. Ezekből a zónákból származik a részben oxidált, káros szénhidrogén-vegyületek döntő többsége, Lángkialvási zónát találunk mindenütt a falak mellett, továbbá a hengerfal, első kompressziógyűrű, dugattyú korona közötti térben, valamint a dugattyútető és a hengerfej zónájában (3. ábra).

3. ábra A lángkialvási zóna a „gyűrű-övben” 3.3. A szennyezett munkaközeg hatása A visszamaradt vagy visszavezetett kipufogógáz csökkenti a csúcshőmérsékletet, így a képződő nitrogénoxidok mennyiségét csökkenti. Ez az emissziótechnikai rendszer a kipufogógáz visszavezetés (EGR – Exhaust Gas Recirculation vagy németül AGR), mely a motor szelepvezérlés révén lehet ún. belső visszavezetés is. A friss töltetbe a kartergázt is bevezetik, mert a szabadba történő kartergáz-szellőztetés nem engedélyezett. 3.4. A tüzelőanyag összetételének hatása A tüzelőanyag összetétele elsősorban a szénhidrogén-emissziót befolyásolja. A motorbenzinek aromás összetevői közül a benzolt tartják az egyik környezetre legkárosabb vegyületnek. A benzol a legillékonyabb aromás vegyület, amely egyrészről a benzin párolgása következtében kerül a légtérbe, másrészről benzol a motorban is keletkezik az égés során.

9


Mind a gázolaj, mind a motorbenzinek kéntartalmát erőteljesen csökkenteni kell. Dízelmotoroknál elsősorban a részecskealkotó szerepük miatt, benzinmotoroknál az NOx tároló, illetve a redukáló katalizátorok védelme érdekében. 3.5. A konstrukciós jellemzők hatása Milyen motorikus paraméterek hatnak a kipufogógáz összetételére? A kipufogógáz-emissziót szinte minden motorjellemző megváltozása megváltoztatja. A konstrukciós paraméterek között például ¾ a kompresszió viszony, ¾ az égéstér kialakítása, ¾ a löket/furat viszony, ¾ a hengertér térfogat/határoló felület aránya, ¾ az illesztések, a gyűrűk helyzete, ¾ az égéstérfalak hőmérséklete, ¾ a vezérlés paraméterei, ¾ a gáztöltet mozgása. A konstruktőrök ezen paraméterek emisszióra gyakorolt hatását is ismerve tervezik meg a motort. Minden utólagos beavatkozás, például a kompresszióviszony növelése, a vezérlés módosítása „elhangolja” a motort, a motor szennyezését megnöveli. 3.6. Az üzemi paraméterek hatása Az előgyújtás, illetve az előbefecskendezés megváltoztatása, „tuningoltatása” adhat bizonyos szempontból jobb motort, mint a gyári beállítás, de a szennyezőanyag emissziót esetleg sokszorosan is megnöveli. A 4. ábrasorozat az Otto-motor előgyújtásának hatását szemléleteti a fajlagos tüzelőanyag fogyasztásra (a), a HC (b), a NOx (c) és az CO (d) anyagok kibocsátásának koncentrációjára. fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás

a.)

b.)

10


c.)

d.)

4. ábra Az előgyújtás hatása a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztásra és a főbb szennyezőanyagok koncentrációjára a légviszony függvényében A dízelmotor előbefecskendezésénél minél korábbi a befecskendezés, annál nagyobb az égési folyamat csúcshőmérséklete. A hőmérséklet növekedése és a nitrogénoxid koncentráció növekedése egyenes arányban van (5. ábra).

(forrás: Bosch)

5. ábra Dízelmotor előbefecskendezési szögének függvényében az NOx és a HC koncentrációjának alakulása A kipufogógáz visszavezetés a nitrogénoxidok keletkezését tizedére csökkenti. Eközben azonban a HC-kibocsátás növekszik. Tehát a kipufogógáz visszavezetést is optimalizálni kell. A kipufogógázvisszavezetés az Otto-motorok részterhelési üzemében, egy határig csökkenti a fogyasztást (6. ábra).

11


(forrás: Bosch)

6. ábra A kipufogógáz visszavezetés hatása az NOx, a HC és a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztásra a légviszony függvényében

4. A kipufogógázban lévő szennyezőanyagok koncentrációjának mértékegységei Térfogat-százalék Azt jelenti, hogy 100 térfogategységben hány térfogategységet tölt ki az adott anyagfajta. Ha a CO koncentrációja a kipufogógázban 3,5 tf%, az azt jelenti, hogy 100 térfogategység kipufogógázt vizsgálva, abban 3,5 térfogategység szénmonoxid van. Jele: tf% (lehet Vol%, V/V%). Milliomodrész A milliomodrész vagy ppm (parts per million) esetében a viszonyítási alap a térfogat 1 millió egysége. Ha a szénhidrogén emisszió 200 ppm, az azt jelenti, hogy 1 millió kipufogógáz térfogategységet vizsgálva abban 200 térfogategységnyi szénhidrogén van. A milliomod-részben megadott koncentráció jele: ppm. A térfogatszázalék és a ppm közötti átszámítási kapcsolat: 1 tf% = 10000 ppm, illetve 1 ppm = 10-4 tf% Ha egy katalizátoros Otto-motor CO kibocsátása például 0,03 tf%, akkor ez ppm mértékegységben 300 ppm. Ha egy kétütemű motor szénhidrogén kibocsátása 6000 ppm, akkor az 0,6 tf%. A hatóságilag megadott (határ)értékek anyagfajtánkénti szokásos mértékegységei: ¾ CO tf% ¾ CO2 tf% ¾ O2 tf% ¾ HC ppm ¾ NOx ppm

12


A gázelemző szerviz-műszerek is ezekben a mértékegységekben jelzik ki a mért értékeket. Típusvizsgálati mértékegységek Ha típusvizsgálat során motorféktermi vizsgálatok során állapítják meg az emissziót, a motor munkaegységére vetítik a kibocsátott kipufogógázalkotó mennyiségét, mértékegysége g/kWh. Példaként álljon itt a haszongépjárművek EURO 3-as határértéksora: [CO] 0,21 g/kWh [HC] 0,66 g/kWh [NOx] 5,0 g/kWh [PM]*0,1 g/kWh A személygépjárművek szennyezőanyag kibocsátását a típusvizsgálat során menetciklusban mérik, ezért a ciklusban futott út egységére vetítve adják meg a koncentrációt: pl. CO = 2,3 g/km vagy NOx = 0,15 g/km Megadható a koncentráció az egész tesztre vonatkoztatva is, pl. CO (g=TESZT). Hatósági előírás kötelezi a gépjárműkereskedőket, hogy az új autók széndioxid kibocsátását tüntessék fel a gépjármű adattábláján, például CO2 = 145 g/km. 4.1. A keverék-összetétel jellemzői A belső égésű motorok alapjellemzője, hogy munkaterükben a tüzelőanyag kémiailag kötött energiájának felszabadítása – tüzelőanyag és levegő keverékéből történik. A keverék, azaz a levegő és a tüzelőanyag mennyiségi összetételét arányszámokkal írjuk le. 4.2. Keverési arányok, levegőarányok Megkülönböztetünk elméleti és gyakorlati keverési arányt. Az elméleti keverési arány (sztöchiometrikus arány) 1:14,8, azaz 1 kg benzin tökéletes elégetéséhez 14,8 kg levegő szükséges. A valóságos keverési arány a motor hőmérsékletének, fordulatszámának és terhelésének függvényében eltér az elméleti értéktől. Ha a tüzelőanyag-hányad nagyobb, pl. 1:13, akkor dús keverékről, ha kisebb, pl. 1:16, akkor szegény keverékről beszélünk. A keverék csak az 1:10 és 1:18 tüzelőanyag-levegő arány között gyújtható meg. Hideg motorban a tüzelőanyag párolgása gyengébb. Kis motorfordulatszámon a tüzelőanyag porlasztása rosszabb. Ezért annál dúsabb keveréket kell előállítania, minél hidegebb a motor és minél kisebb a fordulatszám.

13


Indításkor rendkívül dús (1:3) keverékre van szükség, mivel a tüzelőanyag egy része lecsapódik a szívócső, valamint a hengerek hideg falára, és kezdetben nem párolog el. Kifogástalan (egyenletes) alapjárathoz és a nagyobb fordulatszámokra való jó átmenethez az ideálisnál 30…40%-kal kevesebb levegőt tartalmazó, dús keverék szükséges. A középső részterhelési tartományban (normális haladás) a kis fogyasztás érdekében szegény keverék kívánatos (10…30% levegőfelesleg, leggazdaságosabb működés). Teljes terhelésen és a kis részterhelési tartományban dúsabb keverék (kb. 10%-kal kevesebb levegő) szükséges. Teljes terhelés. Teljes terhelésen a motor teljesen nyitott fojtószelepű működését értjük. Ennek során különböző motorfordulatszámok és teljesítmények állnak be, pl. teljes terhelés maximális sebességen vagy teljes terhelés emelkedőn haladva. Részterhelés. Részterhelésen a motornak a nem teljesen nyitott fojtószelepnél fennálló működési jellemzőit értjük. A motor fordulatszáma és teljesítménye ebben az esetben is különböző lehet. Elméleti keverési arány (kb. 1:14,8) esetén a λ légfelesleg-tényező értéke 1. A légfelesleg-tényező az égéshez ténylegesen bevezetett levegőmennyiség és a tökéletes égéshez szükséges, elméleti levegőszükséglet aránya (7. ábra). Légfelesleg-tényező =

Tényleges levegőmennyiség, kg Elméleti levegőszükséglet, kg

7. ábra A λ légfelesleg-tényező

5. A rossz műszaki állapot és a motortuning emissziónövelő hatása A keverékképzési és gyújtáshibával üzemelő, a rosszul beállított, illetve a rossz műszaki állapotú motor emissziója a gyári névleges értéknek többszöröse, akár százszorosa is lehet! A karburátoros motoroknál beállítási hiba, például könnyen vezethet alapjáraton 7-10 tf% szénmonoxid kibocsátáshoz. A szénhidrogén kibocsátás is megtízszereződhet gyújtási rendellenességnél. 14


A névlegesnél nagyobb előgyújtás a nitrogénoxid emissziót növeli. Késleltetett előgyújtásnál, az utóégés miatt csökken ugyan a CO és a HC értéke, de a tömegemmisszió megnő. Ezért szükséges az alapelőgyújtás értékének az ellenőrzése. A benzinbefecskendezésű motorok lambda szabályozásának hibájánál, vagy a keverékképzés bármely hibájánál nagymértékű szennyezésnövekedés jöhet létre. A dízelmotorok túlfüstölését számos karban nem tartott, hibás szerkezet okozhatja sok esetben egyszerűen csak a légszűrő eltömődése, a porlasztócsúcsok hibája. Turbótöltött motoroknál, a feltöltő hibájából bekövetkező levegőszállítás csökkenése okozhat nagy füstkibocsátást. A motortuning a gépjárműnek a típusvizsgálatához sokszor komoly műszaki kompromisszumokkal beállított emisszióértékeit alapjaiban rombolja szét! A tuningolt motorral szerelt gépjármű már nem felel meg a típusvizsgálati követelményeknek. Mindkét motorfajtánál, melyet forgatónyomaték növelésre tuningolnak, a nitrogénoxid emissziója általában drasztikusan megnövekszik (nagyobb nyomások és hőmérsékletek a hengertérben). Az autójavítók és a vizsgálók komoly felelőssége, hogy a gépjárművek gyári emissziós jellemzőit gondos karbantartással, szakszerű javítással a jármű teljes élettartama alatt fenntartsák!

Ellenőrző kérdések ¾ Ismertesse a kipufogógáz összetevőit ideális és valóságos állapotban! ¾ Elemezze a keverék összetételének hatását a kipufogógáz összetételére! ¾ Mik befolyásolják a kipufogógáz összetételét? ¾ Milyen hatással van a rossz műszaki állapot és a motortuning a kipufogógáz összetevőire? ¾ Ismertesse a kipufogógázban lévő szennyezőanyagok koncentrációjának mértékegységeit! ¾ Mit értünk keverési arányon? ¾ Mi a légfelesleg tényező?

6. A benzinbefecskendezés fejlődése 1893-97-ben fejlesztette ki Rudolf Diesel a dízelmotort, melynek befecskendező készüléke és ksőbbi befecskendező szivattyúja évtizedek óta ismert. Az Otto-motorok befecskendező szivattyúi ezzel szemben csak a 40-es évek végén lettek népszerűek a versenymotorokban, majd később a sorozatban gyártott gépkocsikban. A benzinbefecskendezés története épp oly régi, mint a dízelbefecskendező készülékeké. A legrégebben

15


ismert, sorozatban gyártott benzinbefecskendezőt már 1898-ban használták Deutz stacioner benzinmotorjainál. Jelentőssé vált a benzinbefecskendezés repülőgépmotorok keverékdúsításához, mivel a műrepüléshez alkalmas karburátorok még nem voltak eléggé fejlettek. Robert Bosch már 1912 körül kísérletezett egy benzinbefecskendező kifejlesztésével, majd 1914-ben a német Pallas porlasztógyár, végül 1925-ben Amerikában a Bendix-Stromberg befecskendező porlasztót fejlesztették ki. A 30-as évek elején a Robert Bosch cég ismét megkezdte a kísérleteket egy használható benzinbefecskendező berendezés kifejlesztésére. A 40-es évek végén, az 50-es évek elején előtérbe került a külső hajtású benzinbefecskendező berendezések kifejlesztése sorozatban gyártott gépkocsikhoz is. A benzinbefecskendezés magasabb árkategóriájú gépjárműosztályokban való elterjesztése Daimler-Benz nevéhez fűződik, amikor a Mercedes-Benz 300 SL-be Bosch-féle közvetlen befecskendezésű berendezést szereltek. További, sorozatban gyártott mercedes-Benz gépjárművek következtek, és 1968-ig Bosch-benzinbefecskendezővel látták el őket. A Bosch mellett Kugelfischer/Schafer, Simms, Scintilla és Lucas állítottak elő benzinbefecskendező berendezéseket. Jelentősek voltak az amerikai Bendix-cég kísérletei az 50-es évek végén. Céljuk a benzinbefecskendezés elektronikus vezérlése volt, függetlenül a külső motorhajtástól. A kifejlesztést a Robert Bosch GmbH vette meg. Már a 60-as évek elején futott náluk az első kísérleti elektronikus üzemanyagbefecskendezéses motor. Viszonylag rövid idő alatt kiszorította a piacról az elektronikus benzinbefecskendező (D-Jetronic) a külső üzemelésű benzinbefecskendező szivattyúkat a Robert Bosch GmbH egy szintén „hajtás nélküli” mechanikus benzinbefecskendező eljárást fejlesztett ki, a K-Jetronicot. Ennek első sorozata Porsche 911 T gépkocsikba került az 1973-as évben. A D-Jetronic 1974-től az Opel-Manta GTI-be sorozatszerűen beépített LJetronic váltotta fel. A D-Jetronic lényeges szerkezeti elemeit a Robert Bosch GmbH, az angol Lucas cégnek adta el. Ez változtatott vezérléstechnikával a D-Jetronichoz hasonló berendezést bocsátott piacra. A kipufogógáz-előírások további szigorítása mellett, a benzinbefecskendező rendszereket is korrekciós tagokkal (pl. lambdaszondával), pótlólagosan vezérelni kell majd, hogy a gépjármű kipufogógáz-összetételével szemben támasztott törvényes követelményeknek meg lehessen felelni. 6.1. A benzinbefecskendezés Az egyre szigorúbb környezetvédelmi követelmények és ezzel egyidejűleg a gépjármű motorok gazdaságosságának fokozása – az üzemanyagfogyasztás csökkentése – olyan üzemanyag-ellátó rendszereket igényelnek, amelyekkel a motor üzeméhez szükséges benzinmennyiség pontosabban adagolható, mint a hagyományos karburátorokkal. Benzinbefecskendezők alkalmazásával az üzemviszonyoktól függően 1016


20% üzemanyagmegtakarítás érhető el és nagy mértékben csökken (katalizátor nélkül is) a motorok által kibocsátott szennyezőanyagok mennyisége is. Kifejlesztésükben és korszerűsítésükben kiemelkedő szerepet játszott és játszik ma is a német Bosch cég. Az USA-ban és Japánban gyártott benzinbefecskendezők jelentős része is Bosch-licencek felhasználásával készülnek. 6.1.1. A benzinbefecskendezés előnyei a porlasztóval szemben -

-

-

-

-

Jelentősen növelhető a szívócsőátmérő, így jobb volumetrikus hatásfok és jobb hengertöltés érhető el. Többhengeres motoroknál is könnyen biztosítható, hogy az egyes hengerek azonos mennyiségű és minőségű keveréket kapjanak. A pontosabb adagolás egyenletesebb járást tesz lehetővé részterheléskor és üresjárásban. Jobb a motor gyorsítóképessége, és könnyebben indul, mert a benzin nem csapódik le a szívócső hideg falára. A hengerbe való befecskendezéskor a benzin párolgása folytán előálló hűtőhatás csökkenti a hőmérsékletet, így egyrészt javul a volumetrikus hatásfok, másrészt nagyobb kompresszióviszony alkalmazható a kopogás veszélye nélkül, vagy kisebb oktánszámú benzin is használható ugyanolyan kompresszióviszonyra. A szimmetrikus vezérlésű kétütemű és a nagy szelepegybenyitású négyütemű motoroknál is elmaradnak az egyébként elkerülhetetlen üzemanyag-veszteségek. A kétütemű motor kenőolaj-fogyasztása kisebb, mert nem benzinolaj keverékkel működik, hanem az olajat szivattyú szállítja a kenendő helyekre. A benzinbefecskendezéses motor kipufogógáza kevesebb szénmonoxidot, valamint el nem égett és nem oxidálódott szénhidrogént tartalmaz, mint a porlasztós (karburátoros) motoré. Ez elsősorban a gépjármű gyorsulásánál és lassulásánál (motorféküzemben) mutat jelentős különbséget.

A benzinbefecskendezéssel elérhető teljesítménynövekedés négyütemű motornál 5…10%-ra, kétüteműnél 10…20%-ra tehető. A motor teljesítményének és nyomatékának növekedését jól megfigyelhetjük a BMW Tii motornál a 8. ábrán.

17


8. ábra A BMW Tii-motor teljesítményének és nyomatékának változása a benzinbefecskendezés hatására A benzinbefecskendezéses motor hátránya, hogy gyártási költsége nagyobb, mint a porlasztós motoré. A porlasztó karbantartása egyszerű, mivel nincsenek periodikusan működő részei. A porlasztó javítási szükséglete és elhasználódása kisebb mértékű, ebből a szempontból a befecskendezés kedvezőtlenebb. A befecskendezésnek mindazoknak a követelményeknek eleget kell tennie, mint a porlasztónak. Tehát a benzint egyenletesen el kell osztania, szét kell porlasztania, a levegővel jól el kell kevernie, és a keverékmennyiséget adagolnia kell. 6.1.2. Benzinbefecskendező berendezések csoportosítása A befecskendezés helye szerint lehet: - közvetlen (nagynyomású) befecskendezés, - szívócsatorna-befecskendezés, - szívócső-befecskendezés. Közvetlen befecskendezés esetén a motor hengerfejébe épített befecskendezőszelepen át felülről vagy oldalról nagy nyomással közvetlenül az égéstérbe fecskendezik be a benzint (9. ábra), ami csak szakaszosan, nagy nyomással, a szívóütem alatti befecskendezéssel valósítható meg.

9. ábra Közvetlen (nagynyomású) benzinbefecskendezés 1. befecskendezőszelep; 2 szívószelep; 3 gyújtógyertya

18


A rövid keverési út miatt nem kapható optimálisan homogén keverék. Az öblítési veszteségek elkerülése miatt kétütemű motoroknál csak ez a rendszer alkalmazható. A közvetlen (nagynyomású) befecskendezési rendszer a henger belső hűtését biztosítja a benzincseppek párolgása miatt. Így a henger töltése növekszik, a motor kopogási határa a nagyobb sűrítési arányok felé tolódik el. Az előnyök mellett hátrányok is mutatkoznak, így a befecskendezőfúvóka nagy hőmérsékletnek és nyomásnak van kitéve, valamint a nagy befecskendezési nyomás miatt nagy a befecskendezőszivattyú és -fúvóka kopása (pl. Volkswagen-FSI rendszer). A szívócsatorna-befecskendező eljárásnál a befecskendezőszelep felülről nyúlik a hengerfejbe és szakaszosan, kis nyomáson fecskendez a motor szívóütemében a nyitott szívószelepre (10. ábra).

10. ábra Szívócsatorna-befecskendezés

1 szívószelep; 2 csatlakozó hollandi; 3 hőszigetelő-tartó; 4 szívócső; 5 befecskendezőszelep; 6 hengertér; 7 gyújtógyertya

Ezzel a megoldással igen jó töltési fok érhető el, viszont a rövid keverési út miatt a benzin-levegő keverék itt sem optimális. Az eljárás a jelenleg elterjedt benzinbefecskendező berendezések között alig található. A szívócső-befecskendezés esetében a befecskendezőszelepet a szívócsőben helyezik el. A befecskendezés szakaszos vagy folyamatos lehet. A szívócső-befecskendező eljárásnál hosszabb keverési út áll rendelkezésre, így az optimális benzin-levegő keverék létrehozásához elegendő idő van. A kipufogó gázok károsanyag-összetétele megfelelően csökkenthető. Napjaink legelterjedtebb eljárása (11. ábra) (pl. BOSCH LJetronic).

19


11. ábra Szívócső-befecskendezés

1 szívószelep; 2 csatlakozó hollandi; 3 hőszigetelő-tartó; 4 szívócső, 5 befecskendezőszelep; 6 hengertér

A benzinbefecskendezés időbelisége szerint lehet: - szakaszos, a motor szívóüteme közben, amely lehet szívócső-, szívócsatorna- és közvetlen befecskendezésű (pl. L-Jetronic); - folyamatos, megszakítás nélküli, amely csak a szívócsőbefecskendező eljárásnál alkalmazható (pl. K-Jetronic). Benzinbefecskendező rendszerek csoportosítása működésük szerint

Mechanikus vezérlésű Bosch EP/ZEA 2KL

JETRONIC

Elektromos vezérlésű

MOTRONIC

D

D

L, LH

L, LH

K, KE

K, KE

Mono

Mono

A Jetronic és a Motronic rendszer között az alapvető különbség, hogy amíg a Jetronic rendszernél a gyújtási és a benzinbefecskendezési rendszer vezérlése külön-külön egységben történik, addig a Motronic rendszer a benzinbefecskendezés és a gyújtás vezérlésének egyesített rendszere.

20


A két részrendszer – a befecskendezés és a gyújtás – úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy a mikroszámítógép alapegységeit, a tápfeszültségellátást és a tokozást csak egy példányban kell elkészíteni. Így az érzékelők jelei a benzinbefecskendezés és a gyújtás vezérlésére egyaránt felhasználhatók. A gyújtási időpont (előgyújtás) elektronikus vezérlésével a motor minden üzemállapotára (munkapontjára) az optimális gyújtási időpont határozható meg. A mechanikus gyújtásbeállító szerkezetek elmaradhatnak, tehát a gyújtási időpont mechanikai okok miatt már nem állítódhat el. A gyújtás időpontja a kopogási határtól, a motor fordulatszámától, a terhelési állapottól, a levegő, a hűtőfolyadék és az olaj hőmérsékletétől, az alapjárati vagy teljes terhelési állapottól, a motorféküzemmódtól és más jellemző adatoktól függ. A Motronic rendszer a gyújtás és a befecskendezés közös érzékelőivel nagy megbízhatóságot és rendkívül kis karbantartásigényt ér el. A Motronic előnyei: - tüzelőanyag-megtakarítás a hagyományos, tranzisztoros gyújtású, befecskendezős benzinmotorokhoz képest, - tüzelőanyag-megtakarítás teljes terhelési üzemmódban, a fordulatszám függvényében pontosan adagolt tüzelőanyag-dúsítás következtében, - a fogyasztás minimalizálása az alkalmazkodó előgyújtás-beállítás következtében a motor minden üzemállapotában, betartva a kipufogógáz károsanyag-tartalmára vonatkozó előírt határértékeket, - a teljes terhelés tartományában a gyújtás időpontjának maximális motor-forgatónyomatéknak megfelelő beállítása, kivéve azokat a tartományokat, amelyekben a kopogási határt figyelembe kell venni.

7. Mechanikus vezérlésű benzinbefecskendezés 7.1. Bosch-benzinbefecskendező (EP/ZEA 2KL) A befecskendezésnek ezt a módját a Bosch és a Daimler-Benz cégek fejlesztették ki. A befecskendezési nyomás kb. 15 bar. A nyomást a 12. ábrán látható dugattyús szivattyúval állítják elő.

12. ábra Bosch benzinbefecskendező

21


A szivattyút a főtengely hajtja. A szivattyú fordulatszáma a motor vezértengelyének fordulatszámával egyezik meg. A benzin szükséges nyomását és mennyiségét a 13. ábrán látható hengerből és dugattyúból álló szivattyúelem biztosítja.

13. ábra Befecskendezőszivattyú-elem A dugattyú függőleges irányban állandó lökethosszal mozog a hengerben. A dugattyút a szivattyúban levő bütyköstengely emeli fel, és rugó nyomja lefelé a szívóütemben. A benzin mennyiségét a dugattyú elfordításával lehet változtatni. (Elvileg teljesen úgy működik, mint a Diesel-motorok befecskendezőszivattyúja.) A kenést az olajozóhoronyba bevezetett kenőolaj biztosítja. A benzin és a szivattyúelemet kenő olaj keveredésének megakadályozására az átszivárgott benzint az ábrán is látható tehermentesítő furaton vezetik el. A szivattyúelemek (amelyeknek száma megegyezik a motor hengerszámával) nyomószelepen át szállítják a benzint a befecskendezőszelephez. A befecskendezőszelep (14. ábra) kifelé nyílik, ezért az átszivárgó benzint nem kell külön elvezetni. A befecskendezőt Mercedes típusú gépkocsikon alkalmazzák.

14. ábra Befecskendezőszelep

22


7.2. Kugelfischer-befecskendező A Peugeot típusú gépkocsik Kugelfischer-féle benzinbefecskendező szivattyúja a hengerek számával megegyező befecskendezőelemet tartalmaz. A befecskendező a benzint a motor szívócsövébe fecskendezi be. A befecskendezett benzin mennyiségének szabályozása a befecskendeződugattyúk löketének változtatásával történik. 7.3. Lucas-benzinbefecskendező A Triumph gépjárművekben alkalmazott rendszer eltér az előzőektől. A benzinbefecskendezéshez szükséges kb. 7,5 bar állandó nyomást egy speciális villamos tápszivattyú hozza létre. A benzin a tápszivattyútól egy, a gyújtáselosztó által hajtott forgóelosztóba kerül, amely egyrészt a motor terhelésének megfelelően meghatározza a hengerekbe jutó benzin mennyiségét, másrészt a megfelelő henger porlasztójához juttatja azt. A forgóelosztóból a benzint egy szabadon mozgó kis dugattyú továbbítja, amelynek löketét ütközőkkel szabályozni lehet. Az ide-oda mozgó kis dugattyúk, valamint a szükséges be- és kiömlőnyílások számának változtatásával a szerkezet a kívánt hengerszámnak megfelelőn alakítható ki.

8. Elektronikusan vezérelt benzinbefecskendezés Az elektronika fejlődésével lehetőség nyílott a benzinbefecskendezés területén is új út keresésére. Elektromágnessel működtetett befecskendezőszelep alkalmazása és a befecskendezett mennyiség elektronikus szabályozása lehetővé tette a mechanikus befecskendezőszivattyú elhagyását. Ezáltal a gyártási költség nem sokkal több, mint a porlasztóé. 8.1. D-Jetronic benzinbefecskendező rendszer A Bosch D-Jetronic elektronikus benzinbefecskendező rendszer, elvi szemlélteti.

vezérlésű szakaszos működésű felépítését a 15. és 16. ábra

15. ábra A Bosch (D-Jetronic) benzinfecskendező rendszer elvi felépítése

23


16. ábra A D-Jetronic benzinbefecskendező rendszer elvi felépítése A „D” betű a szívócsőben lévő depresszióra utal. A benzinbefecskendezés a szívócsőbe történik kb. 10…15 cm-re a szívószelepe elé. A vezérlés a szívócsőnyomás és a motorfordulatszám függvényében van megoldva. Minden henger egy elektromágneses befecskendezőszeleppel van ellátva, amely vezérműtengelyfordulatonként egyszer nyit. A befecskendezőszelepek kb. 2 bar túlnyomás alatt vannak, amit a nyomásellátó rendszer tart fenn. A befecskendezett üzemanyag-mennyiség a motor mindenkori üzemi körülményeit figyelembe véve a vezérlőegység által meghatározott befecskendezőszelep-nyitási időn keresztül van szábályozva. A vezérlés bemeneti értékei – szívócsőnyomás és motorfordulatszám – mellett még a motorhőmérsékletet és a környezeti hőmérsékletet is regisztrálja a vezérlőegység, hogy a különböző üzemállapotokban igényelt korrekciókat végre lehessen hajtani. Így pl. kis hőmérsékletű indításkor (hidegindítás), a motor melegedési fázisában (melegre járatás), gyorsításkor és teljes terhelés esetén az üzemanyag-alapmennyiség kiegészítéseként többletüzemanyag-mennyiséget igényel a motor, amit a korrekció által meghatározott pontos adagban kell befecskendezni. A vezérlőegység bemeneti és kimeneti jellemzőit a 17. ábra tünteti fel.

17. ábra A vezérlőegység bemenő- és kimenőjellemzői a D-Jetronic rendszernél 24


A befecskendezéstartam a befecskendezőszelep nyitási időtartama, ami a befecskendezett üzemanyag-mennyiséget is jelöli. A befecskendezéstartam meghatározásához egyrészt a motorfordulatszám, másrészt a motor terhelési állapotának ismerete szükséges. Az előbbit a gyújtáselosztó érintkezői, az utóbbit a nyomásérzékelő szolgáltatja. A terhelési állapotot (részterhelés vagy teljes terhelés) a közös szívócsőben levő nyomásviszonyra vezetik vissza. A nyomásérzékelő egy tömlővezetékkel van a szívócsővel összekötve. Az érzékelő a nyomást villamos jellé alakítja át, majd a vezérlőegység a jel feldolgozása után a fordulatszám-információ figyelembevételével meghatározza a befecskendezéstartamot, és ezzel együtt az üzemanyagalapmennyiséget is a motorfordulatszám és a terhelési állapot függvényében. A D-Jetronic benzinbefecskendező rendszer lényegileg a következő fő egységekből épül fel: - üzemanyagrendszer; - szívórendszer; - vezérlőrendszer. ÜZEMANYAGRENDSZER A villamos üzemanyag-szivattyú szívja az üzemanyagtartályból a benzint, és az elektromágnessel működtetett befecskendezőszelepekhez nyomja. Az üzemanyagnyomást a nyomásszabályozó segítségével tartja állandó értéken. A fölösleges üzemanyag visszafolyik a tartályba. Az üzemanyagszűrő a szivattyú és a befecskendezőszelepek között szűri a szennyeződéseket. A befecskendezés minden esetben a szívócsőbe történik, a szívószelep elé. A befecskendezőszelepeket csoportokra osztják. Egy csoport szelepei egyidejűleg nyitnak. Négyhengeres motornál két csoportot képeznek két-két befecskendezőszeleppel. Hathengeres motor esetében is két csoport van: 1. csoport: 1-5-3 henger; 2. csoport: 6-2-4 henger Az egy csoportot alkotó három befecskendezőszelep egyidejűleg fecskendez. Az 1-es és a 6-os hengerbe a mindenkori szívólöket alatt, míg a többi henger esetén a zárt szívószelepre. Az így tárolt üzemanyag a szívószelep nyitásakor a levegőárammal kerül az égéstérbe. Befecskendezőszelep-csoport látható a 18. ábrán.

25


18. ábra Befecskendezőszelep-csoport Az üzemanyagrendszer szerkezeti elemei: Villamos üzemanyag-szivattyú Az üzemanyagot a tartályból a befecskendezőszelephez villamos motor hajtású, térfogatkiszorításos elven működő görgős-cellás szivattyú szállítja (19. ábra).

19. ábra Görgős-cellás benzinszivattyú A szivattyú szállítási teljesítménye 2 bar üzemi nyomáson 110 l/h. A villamos motor tengelyvégére excentrikusan ékelt forgótárcsa kerületén hornyok vannak, a bennük levő fémgörgő a centrifugális erő hatására kifelé nyomódik, és mint futótömítés valósítja meg a térfogatkiszorítást. Üzemanyagszűrő A villamos befecskendezőszelepek szennyeződés elleni védelmére van az üzemanyagvezetékbe beépítve Nyomásszabályozó Az üzemanyagot állandó 8,9 bar nyomáson tartja (20. ábra). Az üzemanyag nyomása a csavarrugó előfeszítésével szabályozható.

26


20. ábra Nyomásszabályozó Villamos befecskendezőszelep A fúvókatűt csavarrugó szorítja az ülékre, ha a mágnestekercsben nincs áram. A vezérlőegységből jövő áramimpulzus a tekercsben mágneses mezőt hoz létre, és a fúvókatűt felemeli az ülékről (21. ábra).

21. ábra Befecskendezőfúvóka A fúvókatű elmozdulása 0,15 mm, nyitási és zárási ideje 0,001 s, a szelep nyitvatartási időtartama az üzemanyag-mennyiségtől függően 2/1000-től 10/1000 s-ig terjed. SZÍVÓRENDSZER Az égéséhez szükséges levegőmennyiség a levegőszűrőből a pillangószelepen át a gyűjtő szívócsőhöz, majd elágazás után az egyes hengerek azonos hosszúságú egyedi szívócsövéhez érkezik. A szívócsőben a pillangószelepig atmoszferikus nyomása van, míg a fojtószelep mögött kisebb a nyomás, amely a pillangószelep állása szerint változik. A közös szívócsőben levő nyomás fontos információ a vezérlőegység felé a motor terhelési állapotáról. A szívórendszer elemei: Nyomásérzékelő (22. ábra) Ez a nyomásérzékelő a szívócsőben uralkodó abszolút nyomás alapján ad jelet az elektronikus vezérlőkészüléknek. Így biztosítható, hogy a

27


hengerbe ténylegesen beszívott levegőmennyiséghez a keverési aránynak megfelelő benzinmennyiséget fecskendezzünk be.

22. ábra Nyomásérzékelő A nyomásérzékelő rövid csővel csatlakozik a szívócsőhöz. A szívócsőnyomás változása az érzékelőben levő két sorbakapcsolt aneroiddoboz méretét változtatja. Ezáltal a dobozokhoz kapcsolódó vasmag elmozdul. A vasmagot körülvevő indukciós tekercs induktivitásának változását a vezérlőkészülék érzékeli. Az indukciós tekercs vasmagját kép laprugó súrlódásmentesen vezeti. A szívócsőben erősen lüktet a nyomás. Az ebből adódó lengésgerjesztést úgy akadályozzuk meg, hogy az érzékelő csatlakozócsonkjánál levő szeleptányérba kis fojtólyukat fúrunk. A fojtószelep gyors nyitásakor a szeleptányér teljes keresztmetszetén áramlik a levegő. Az újabb berendezésekben a nyomásérzékelő két membrándoboza közül csak az egyik zárt, a másik egy furaton kapcsolatban van a légköri nyomással. Ennek jelentősége, hogy ezáltal a magassági korrektor is működik. Hőmérsékletérzékelők Az egyik a közös szívócsőben, a másik pedig a hűtővízkörben van elhelyezve. A beszívott levegő ill. a hűtővíz hőmérsékletének függvényében tudják korrigálni a befecskendezési impulzust, ill. a befecskendezési mennyiséget (23. ábra).

28


23. ábra Hőmérsékletérzékelők VEZÉRLŐRENDSZER A vezérlési feladat abból áll, hogy a motor által löketenként beszívott levegőmennyiséghez a motor üzemi körülményeit figyelembe véve a megfelelő keverési arány eléréséhez szükséges üzemanyag-mennyiséget az elektronikus vezérlésű benzinbefecskendező rendszer mintegy hozzámérje. Ezt a feladatot a rendszer „lelke”, az elektronikus vezérlőegység hajtja végre. Elektronikus vezérlőegység Az üzemanyagdózis megállapításához szükséges információkat a mérőtranszformátorok (pl. nyomásérzékelő, hőmérsékletérzékelő stb.) juttatják a vezérlőegységbe villamos mennyiségek formájában. Ezek alapján vezérli az áramimpulzust a vezérlőegység a villamos befecskendezőszelep mágnestekercsének gerjesztésére. Az elektronikus vezérlőegység – a kiviteltől függően – mintegy 250-300 elemből áll, amelyből kb. 30 a tranzisztor és 40 a diódák száma. A vezérlőegységet az akkumulátor látja el energiával úgy, hogy a telepfeszültség változása a működési funkciókat nem zavarhatja. A villamos szerelvényeket a vezérlőegységgel kábelköteg köti össze 25 ágú csatlakozódugóval a kábelköteg végén. Az egész rendszert a gyújtás bekapcsolásával relén keresztül lehet üzemkész állapotba hozni. A nyomtatott, ill. integrált áramkörök segítségével az egység fajlagos költségét az évek során sikerült csökkenteni a megbízhatóság további fokozásával. Az elektronikus vezérlőkészülék egyes részeinek kapcsolata a 24. a., b. ábrák tömbvázlatán látható.

29


24. a. ábra

24. b. ábra 24. a.,b. ábrák Az elektronikai vezérlőegység tömbvázlata Korrekciók Az eddigiekben tárgyaltak elsősorban a motor normál üzemmeleg állapotára vonatkoztak, a rész-, valamint a teljes terhelésre adták meg az üzemanyag-alapmennyiséget. A továbbiak néhány olyan esetet is figyelembe vesznek, amelyek a motor működésében előfordulnak, azaz az üzemanyag-alapmennyiségen túl többletmennyiséget kell az égéstérbe juttatni. Ezek a következők: ¾ a keverék dúsítása hidegindításnál; ¾ üzemmelegre járatás; ¾ a keverék dúsítása gyorsításkor; ¾ teljes terhelési üzem; ¾ tolóüzem. 30


Hidegindítás Hideg motornál az üzemanyag a szívócsőnek ütődik és annak falán lecsapódik. A keletkező üzemanyagfilm lassan áramolva halad a szívószelep felé. Így kevesebb üzemanyag keveredik a beszívott levegővel éghető keverékké, mint meleg motornál, azaz a keverék nem homogenizálódik megfelelően. Ezt hivatott kiküszöbölni a villamos indítószelep (25. ábra).

25. ábra Villamos indítószelep A villamos indítószelep feladata, hogy indításkor az üzemanyag dúsításáról gondoskodjék a gyűjtő szívócsőben. Az indítószelep csak akkor fecskendez, ha az indító működik, és egyúttal a hűtővízbe merülő hőkapcsoló, ill. hőmérséklet-időkapcsoló zárva van. Az indítószelepet a hőmérsékletkapcsoló működteti azáltal, hogy a motorhőmérséklettől függően zárja vagy nyitja annak áramkörét. A hőmérséklet-időkapcsoló tulajdonképpen ugyanezt a feladatot látja el azzal a kis többlettel, hogy a bekapcsolási időt korlátozza, elkerülve ezzel azt, hogy többszöri indítás esetén a henger benzinnel telítődjön. A hőmérséklet-időkapcsoló tehát a villamos indítószelep bekapcsolási idejét és ezzel párhuzamosan a befecskendezés tartamát korlátozza. Az időkapcsoló úgy van beállítva, hogy a indítószelep bekapcsolási időtartama -20 °C-os (253 K) hűtővíz-hőmérsékleten motortípus szerint 5 és 20 s közé esik, míg növekvő hűtővíz-hőmérséklettel ez az idő fokozatosan csökken, végül nulla lesz. A motor melegre járatása A hidegindítás után az indítószelep által befecskendezett üzemanyagmennyiség elmaradása miatt fordulatszám-csökkenés állna elő. Ennek elkerülésére közvetlenül az indítási folyamatot követően járulékos üzemanyag-mennyiséget kell a befecskendezőszelepeken keresztül az égéstérbe juttatni. Ez a dúsítás a befecskendezéstartam növelésében jelentkezik, de a növekvő motorhőmérséklettel állandóan csökken az üzemi hőmérsékleten beállított értékre.

31


A dúsítást a hűtővízhőmérséklet-érzékel vezérli, amely léghűtéses motornál a hengerfejbe van beépítve, míg vízhűtéses motornál a hűtővízbe nyúlik. A hidegindítási melegre járatáskor a motor üresjáratában megnövekedett súrlódási veszteség legyőzéséhez nagyobb nyomaték szükséges. A dúsabb keverék mellett ilyenkor mennyiségileg több levegőt igényel a motor, amit pótlevegővel érnek el a fojtószelepet kikerülő áthidalószelepen keresztül a pótlevegő-tolattyúval. Gyorsítás A fojtószelep gyors nyitásakor, mint pl. gyorsításkor, a nyomásérzékelő némi késedelemmel jelzi a nyomásnövekedést a vezérlőegységnek. A nyomásérzékelő csekély „meghúzási késedelmének” áthidalására az ún. fojtószelep nyitásakor gondoskodik a vezérlőegység felé a járulékos befecskendezési impulzusról. A fojtószelep-kapcsolónak hármas funkciója van: ¾ zárt fojtószelepnél „üresjárás” információt ad a vezérlőegységnek; ¾ gyorsításkor az átmeneti dúsítási igényt „többletmennyiség” információval jelzi; ¾ kb. 70°-os fojtószelephelyzetben „teljes terhelés” információt ad a vezérlőegységnek. Teljes terhelés Részterhelésnél a minimális üzemanyag-fogyasztás elérésére törekednek. Teljes terhelésnél viszont a maximális teljesítmény kinyeréséhez szükséges üzemanyaggal számolnak, ami a takarékkeverék feldúsítását, azaz többletüzemanyagot jelent. A teljes terhelési állapotról a vezérlőegység felé a nyomásérzékelő membránja közvetíti az információt. Tolóüzem Tolóüzemben (pl. lejtmenetben) a fojtószelep egészen zárva van. Az üzemanyag-takarékosság érdekében és a kibocsátott kipufogógázok csökkentésére kezdetben az a megoldás terjedt el, hogy tolóüzemben az üzemanyagszállítást szüneteltetik. A korszerűbb rendszerben már tolóüzemben is fenntartják az égést, mivel az ártalmas kipufogógázok folyamatosan járó motornál csekélyebbek, mint annál a motornál, amelynek égéstere az égés kimaradozása folytán kihűl, és a keverék újbóli gyújtásakor a levegő és az üzemanyag tökéletlen keveredése folytán az égés sem lesz optimális, ami az ártalmas alkotórészek mennyiségi növekedéséhez fog vezetni. 8.2. L-Jetronic benzinbefecskendező rendszer A beszívott levegő mennyiségét alapinformációnak tekintő befecskendezőrendszer a korábbihoz viszonyítva pontosabb üzemanyagadagolást tesz lehetővé, és olcsóbban megvalósítható. A L-Jetronic a beszívott levegőmennyiség mérése szempontjából merőben új. Míg 32


korábban ezt a feladatot az abszolút szívócsőnyomás és a beszívott levegő hőmérsékletének mérésével oldották meg a pillanatnyi motorfordulatszám figyelembevételével, addig az L-Jetronicnál a szívócsőbe iktatott levegőmennyiség-mérő torlólemeze által szolgáltatott és az átáramló levegőmennyiséggel arányos villamos jelnek a vezérlőegységbe történő vezetésével lehet a kívánt üzemanyag-mennyiség befecskendezéséhez szükséges impulzustartamot a motorfordulatszám függvényében meghatározni. Az új rendszer további jellemzője az integrált áramkörök alkalmazása a vezérlőegységben. Az L-Jetronic rendszer elvi felépítése a 26. ábrán figyelhető meg.

26. ábra L-Jetronic rendszer elvi felépítése Az üzemanyag-ellátó rendszer a korábbihoz képest nem változott, lényeges eltérés mutatkozik azonban a vezérléshez felhasznált alapinformáció előállításában. A motor által beszívott levegő a mennyiségmérő rugóterhelésű csappantyúját az időegység alatt átáramló mennyiségtől függő, meghatározott mértékű szögelfordulásra kényszeríti. A mennyiségmérő tengelyével összekötött potenciométer a mechanikai szögelfordulást villamos feszültségváltozássá alakítja át. Ezt a 33


feszültségjelet vezetik ezután a villamos vezérlőegységhez, amely az időegységre vonatkozó mennyiséginformációt a percenkénti fordulatszám figyelembevételével löketenként beszívott levegőmennyiségre számítja át. A D-Jetronichoz viszonyítva további eltérést jelent az összes befecskendezőszelep párhuzamos kapcsolása, így a szelepek egyszerre nyitnak, ill. zárnak. Erre a vezérlőegység egyszerűsítése és a gyártási költségek csökkentése végett volt szükség. A beszívott levegő mennyiségéről kapott alapinformáció a motor üzemanyagigényét befolyásoló jellemzők közül lényegesen többet tartalmaz, mint a szívócsőnyomás, így a korrekciós tényezők száma kevesebb. Az L-Jetronic fejlesztése során kialakítottak olyan korrekciós lehetőségeket is, amelyek célja elsősorban a kipufogógázok káros összetevői mennyiségének csökkentése. A beszívott levegő mennyiségének mérése miatt az L-Jetronic magasságfüggően működik, azaz a magasság növekedésével a keverék üzemanyagban gazdagabb lesz. Ezért, ha ilyen üzemeltetésre számítanak, akkor a vezérlőegység a befecskendezett üzemanyag-mennyiséget barométer magasságfüggő feszültségjelének a felhasználásával kompenzálja. Az L-Jetronic tárgyalása során részletesebben csupán a mennyiségmérővel és a központi vezérlőegységgel szükséges foglalkozni, a többi egységet változtatás nélkül a D-Jetronicnál megismert módon alakították ki. A mennyiségmérő, amelynek rajza a 27. ábrán látható, az ún. közegellenálláson alapuló áramlásmérők családjába tartozik.

34


27. ábra Torlócsappantyús mennyiségmérő felépítése Az áramlás útjába helyezett test itt egy négyszögletes alakú torlócsappantyú, amit az áramlás rugóerő ellenében meghatározott szöghelyzetbe fordít. A spirálrugó visszaállító nyomatékát úgy választják meg, hogy a maradó nyomásveszteség kicsi legyen. A torlócsappantyú a szívócsőgáz-lengések hatására könnyen lengésbe jöhet, ezért a lengések csillapításáról gondoskodni kell, amit kiegyenlítő csappantyú valósít meg. A torlócsappantyú felett kialakított megkerülő csatorna az alapjárati levegőszükséglet kielégítésére való. A vezérlőegység az elektromágneses befecskendezőszelep meghatározott ideig tartó nyitvatartásához szükséges impulzusok előállítására szolgál. Az időegység alatt beszívott levegőmennyiséget a vezérlőegység egy löketre számítja át. Korrekcióként ehhez a vezérlőegység az indítási-felmelegítési periódusban, alapjáratban és teljes terheléskor figyelembe veszi a szükséges dúsítást. A vezérlőegység az indítási információt az indítómotortól és a hűtőrendszerbe helyezett hőmérsékletérzékelőtől, az alapjárat és teljes terhelés információt a fojtószelep-kapcsolótól kapja. 8.3. LH-Jetronic benzinbefecskendező rendszer A L-Jetronic rendszer továbbfejlesztett változata. Az L-Jetronic rendszernél a beszívott levegő mennyiségének mérése a torlócsappantyú szögelfordulásával a tengelyén lévő potencióméter által szolgáltatott elektromos jellel volt az egyik forrásadat. Mivel ezek mozgó alkatrészek, idővel a kopások miatt téves információk kerülhettek a vezérlő egységbe. Ennek kiküszöbölésére fejlesztették ki az LH-Jetronic befecskendező rendszert, ahol mozgó alkatrészek nélkül tudják mérni a beszívott levegő tömegét. Az ennek megfelelő jelet egy izzóhuzalos levegőtömeg mérő segítségével állítják elő (28. ábra)

35


28. ábra Izzóhuzalos levegőtömeg-mérő Izzóhuzalos levegőtömeg-mérő Az izzóhuzalos levegőtömeg-mérő közvetlenül a motor által beszívott levegő tömegét méri. A mérés eredménye független a levegő sűrűségétől, vagyis a légnyomás és a levegő hőmérséklete nem befolyásolja a mérési értéket. Az izzóhuzal és az ellenállások a belső csőben vannak. A bemeneti és a kimeneti oldalon huzatrácsok védik az izzóhuzalt (0,07 mm átmérőjű platinahuzal) a mechanikai hatások ellen. a platinahuzalt villamos árammal a beszívott levegő hőmérsékleténél 100 °C-kal nagyobb hőmérsékletre fűtik. A motor a változó utazási körülmények miatt több vagy kevesebb levegőt szív be, ezáltal megváltozik a platinaszál hőmérséklete. Az elvont hőt a fűtőáram változtatásával kell kiegyenlíteni. Így a szükséges fűtőáram a beszívott levegő tömegével arányos. A rendszer a levegő tömegét másodpercenként kb. ezerszer méri. A fűtött szál elszakadásakor a vezérlés ún. szükséghelyzetben működik, tehát a jármű üzemképes marad. Mivel a platinaszál a szívócsatornában van, olyan lerakódások alakulhatnak ki rajta, amelyek befolyásolják a mérési eredményt. A motor minden leállítása után a platinaszálat rövid időre 1000 °C-ra melegíti a vezérlőegység fűtőárama, és így leégeti a lerakódásokat. A vezérlőegység Az elektronikus vezérlőegység digitális elven működik (29. ábra).

36


B1 fordulatszám, feszültségimpulzusok B2 forgattyústengelyhelyzet, feszültség-impulzus B3 levegőtömeg, feszültség B4 levegő-hőmérséklet, feszültség

B5 motorhőmérséklet, feszültség B6 terhelés, feszültség B7 a villamos hálózat feszültsége B8 lambda-szonda, feszültség

K1 izzóhuzalos levegőtömeg-mérő (izzítóáram) K2 gyújtótekercs K3 elektromágneses befecskendezőszelepek K4 villamos tüzelőanyagszivattyú

29. ábra Az LH-Jetronic tömbvázlata Az izzóhuzalos levegőtömeg-mérő és más motorjellemzők jelei alapján mikroszámítógép határozza meg a befecskendezési időt a befecskendezőszelepek vezérléséhez. A digitális befecskendezésvezérlőben tárolóegység is van, amely a motor optimális paramétermezőjét (jellegmező, térgörbe) tartalmazza; a rendszer a befecskendezési idő meghatározásához ebből olvassa ki a szükséges adatokat. Az LH-Jetronic előnyös tulajdonságai: - a levegő tömegének pontos meghatározása, - a levegőtömeg-mérő gyors reagálása, - jobb alkalmazkodás a motor üzemállapotához, - nincs mérési hiba nagy magasságban való utazás során, - egyszerű szerkezet, a levegőtömeg-mérőben nincsenek mozgó alkatrészek, - a beszívott levegő változó hőmérséklete nem okoz mérési hibát. 8.4. Bosch-K-Jetronic benzinbefecskendező rendszer Bosch-K-Jetronic mechanikus vezérlésű szívócső-befecskendező rendszer, külső hajtás nélkül. A berendezés vázlatát a 30. ábra szemlélteti. 37


30. ábra A Bosch-K-Jetronic befecskendező rendszer Folyamatosan működő villamos tüzelőanyag-szivattyú (31. ábra) szállítja a benzint a tüzelőanyag-tárolón (32. ábra) keresztül a benzinszűrőn át (33. ábra) a tüzelőanyag-tartályból a mennyiségszabályozóhoz és elosztóhoz. A villamos tüzelőanyag-szivattyú 470 kPa rendszernyomást hoz létre, amelyet a rendszernyomás-szabályozó (34. ábra) állandó értéken tart, és a felesleges benzin visszafolyik a tartályba. A rugóterhelésű befecskendezőszelep 330 kPa nyomásnál nyit, így a benzin a nyitott befecskendezőn keresztül bejut a szívócsőbe. A befecskendezőszelep (35. ábra) a befecskendezés folyamán végig nyitva marad. A befecskendezési nyomás állandó marad, amiért a rendszer a KJetronic (K=konstans) nevet kapta. A benzin adagolását a tüzelőanyagmennyiség-szabályozó és –elosztó végzi (36. ábra). A vezérlődugattyú (37. ábra) a hengerszámmal megegyező számú, 0,2 mm keskeny vezérlőhornyokkal ellátott hengerben mozog. A vezérlődugattyú a keskeny vezérlőhornyokból mindig éppen annyi keresztmetszetet hagy szabadon, amely elegendő az adott üzemállapotban befecskendezett benzinmennyiség átáramlására. A tüzelőanyag-mennyiség-szabályozó és –elosztó szerkezeten a motor hengereinek számával megegyező számú vezérlőnyílás és nyomáskülönbség-szelep van.

38


31. ábra Görgőcellás szivattyú

32. ábra Tüzelőanyag-tároló

1 rugótér, 2 rugó, 3 ütközőváll, 4 membrán, 5 tárolótér, 6 terelőlemez, 7 benzin be, 8 benzin ki

33. ábra Benzinszűrő

1 papírszűrő, 2 szövetszűrő, 3 szita

39


34. ábra Rendszernyomás-szabályozó


a) zárt szelep, b) nyitott szelep, 1 szelepház, 2 szűrő, 3 szeleptű, 4 szelepülés

36. ábra Tüzelőanyag-mennyiség szabályozó és elosztó 40


37. ábra Vezérlőhüvely vezérlőélekkel és vezérlődugattyúval

1 ház, 2 vezérlődugattyú, 3 vezérlőrés, 4 vezérlőél, 5 a hálózati nyomás bevezetése, 6 hatásos vezérlőnyomás, 7 csatlakozás a nyomáskülönbség-szelepekhez, 8 a vezérlődugattyú felfekvése a levegőfogyasztás-mérő tűgörgős csapágyán

A benzint a vezérlődugattyú elsősorban a motor által beszívott levegő mennyiségének függvényében adagolja, amely a levegőmennyiség-mérő torlótárcsája mellett áramlik. A mennyiségmérőt a tüzelőanyag-elosztóval a 38. ábra szemlélteti.

38. ábra Keverékszabályozó levegőmennyiség-mérővel és tüzelőanyag-elosztóval A torlótárcsát a motor által beszívott levegőáram felemeli, így a himba is magasabbra kerül, felemelve a vezérlődugattyút. A vezérlődugattyú teszi szabaddá vagy éppen elzárja a vezérlőrést. Az üzemanyagmennyiség elosztás elve: az üzemanyag a villamos tápszivttyútól a nyomáskülönbség szelep alsó kamrájába érkezik, majd a vezérlődugattyú felé halad. Az alsó és a felső kamrát acélmembrán választja el. A felső kamrába nyúlik a befecskendező vezeték, amelyen az üzemanyag áramlik az adott henger befecskendező szelepéhez. A hengerbe áramló levegőmennyiség növekedésével megemelkedik a légtorló tárcsa, ennek hatására az emelőkar felfelé nyomja a vezérlődugattyút. A vezérlőrés nyitásával megnövekszik a nyomás az 41


acélmembrán felső oldalán. Az ennek következtében lefelé hajló membrán és a befecskendező vezeték között nő az átömlési keresztmetszet, nő a befecskendezett benzinmennyiség. A szeleprugó megakadályozza, hogy az üzemanyagáramlás megszakadjon. A vezérlőkör a tüzelőanyag-szabályozó és –elosztó berendezésből kapja kalibrált furaton keresztül a benzint. Normál menetben a vezérlőkörben a nyomás 370 kPa. A vezérlőkör nyomását a bemelegedés szabályozó határozza meg a rendszernyomásszabályozón keresztül. Hidegindításnál a vezérlőkör nyomása 50 kPa-ra csökken. Kisebb vezérlőnyomás a torlótárcsán kisebb ellenerőt jelent, ezért azonos levegőmennyiség esetén magasabban áll, a vezérlődugattyú magasabb rést hagy szabadon, a beszívott keverék dúsabb lesz. Hidegindításnál a villamos vezérlésű indító-befecskendezőszelep benzint fecskendez a közös szívócsőbe. Az indító-befecskendezőszelep szerkezete a 39. ábrán látható, nyitását és zárását a motor hűtőrendszeréhez csatlakoztatott hőidőkapcsoló vezérli (40. ábra).

39. ábra Hidegindító befecskendezőszelep

1 villamos csatlakozó, 2 benzin, 3 vasmag, 4 tekercs, 5 szórófej (perdítőfúvóka)

40. ábra Hőmérséklet-idő kapcsoló 42

Fodor László – Benzinmotorok keverékképzése, benzinbefecskendező rendszerek 1 villamos csatlakozó, 2 menetes szeleptest, 3 ikerfém, 4 fűtőtekercs, 5 érintkező

Tekintettel arra, hogy hidegindításkor és bemelegítés folyamán a motor belső súrlódása nagyobb, mint meleg motornál, a motorba jutó keveréket a pótlevegő-tolattyú dúsítja (41. ábra). A tolattyút a motor felmelegítésével egyidejűleg villamos fűtésű ikerfém lassan zárja. Üzemmeleg motornál alapjáraton az alapjárati csatornán keresztül kapja a levegőt a motor.

41. ábra Pótlevegő-tolattyú A bemelegedés szabályozó működése A bemelegedés szabályozóhoz a következő funkciók tartoznak: - indításkor a keverék dúsítása hideg állapotban, - a teljes gázadásnál a keverék dúsítása meleg üzemállapotban. A bemelegedés szabályozó (42. ábra) a vezérlő dugattyú felső szélénél szabályozza a nyomást.

42. ábra Bemelegedés szabályozó

43


Ez a membránszeleppel történik, mely a tartályhoz való visszafolyást teszi szabaddá. A membránt két rugó vezérli. A külső rugó a házon támaszkodik, míg a belső rugó a membránon nyugszik. A membrán a légköri külsőnyomást választja el a szívónyomástól, mely a dúsító berendezés belsejében uralkodik. Ezen kívül a berendezés elektromosan fűtött bimetal lapot is tartalmaz, mely a rugótárcsára nyomást gyakorol. A hideg üzemállapot fázisa (43. ábra)

43. ábra A hideg üzemállapot fázisa

1 rendszernyomás, 2 vezérlőnyomás, 3 befecskendező nyomás

A hideg üzemmódban a hideg bimetál a membránszelepen először teljesen nyitva van. A vezérlő nyomás alacsony, ami által a szabályozódugattyúra csak kis erő hat, és azáltal nagyobb nyílás keresztmetszet válik szabaddá. Ez a keverék dúsuláshoz vezet. A bimetal felmelegedése következtében a szelep folyamatosan záródik. A keverék szegényebb lesz. A motor üzemmeleg állapota terhelés nélkül (44. ábra)

44. ábra A motor üzemmeleg állapota terhelés nélkül 44


Alapjáratban és részterhelésnél a zárószelepfedél mögött jelentősen csökkent nyomás uralkodik. Tömlővezetéken át ez a nyomás a bemelegedés-szabályozó belsejében fog hatni, és a belső térből az alsó membránt húzza. Ezáltal nem következik be a szabályozó nyomásnál nyomáscsökkenés és a vezérlődugattyú megnőtt hidraulikus nyomást kap. A szelepnyílás-keresztmetszet csökken, ami a keverék szegényebbé válásához vezet melegedő motor esetén. A motor üzemmelegen teljes terhelésnél (45. ábra)

45. ábra A motor üzemmelegen teljes terhelésnél Teljes gázadásnál a szelepfedél teljesen nyit. A szívócsőben szinte a légköri nyomás áll fenn. Ezáltal a rugó által szorított membrán a melegedés-szabályozóban lefelé nyomódik, ami a membránszelepen át szabaddá teszi a visszaáramlást. A szabályozónyomás a dugattyúkon újra csökken, a szelepnyílás keresztmetszete nő, és nő a befecskendezett mennyiség is. Bekövetkezett a keverék dúsítása teljes terheléskor. 8.5. KE-Jetronic benzinbefecskendező rendszer A KE-Jetronic rendszer (46. ábra) alapvetően a K-Jetronichoz hasonló, folyamatos működésű, mechanikus-hidraulikus benzinbefecskendező rendszer, elektronikus vezérlőegységgel és elektrohidraulikus nyomásszabályozóval.

45


46. ábra A KE-Jetronic rendszer vázlata A tüzelőanyag-ellátás villamos szivattyúból, rendszernyomásszabályozóból áll.

tárolóból,

szűrőből

és

A tüzelőanyag-rendszer nyomásszabályozója állandó értéken tartja a rendszerben a tápnyomást. A KE-Jetronic rendszerben a vezérlődugattyúra ható hidraulikus ellennyomás megegyezik a rendszernyomással. A K-Jetronic rendszerben alkalmazott bemelegedésszabályozó ebben a rendszerben nincs. A tüzelőanyag-adagolás alapvetően a levegőmennyiség-mérő és a tüzelőanyag-elosztó segítségével történik. A motor által beszívott levegő mennyiségét torlótárcsás levegőmennyiség-mérővel határozzák meg. A tüzelőanyag alapmennyiségét a torlótárcsa helyzete alapján a tüzelőanyag-elosztó osztja el a motor hengerei között, a vezérlőréseken keresztül. A vezérlőegység. A tüzelőanyag-adagolás vezérlésének alapparamétere a beszívott levegő mennyisége. A KE-Jetronic a motor üzemi állapotára vonatkozó további adatokat (pl. indítás, alapjárat, teljes terhelés, fordulatszám, motorhőmérséklet, légnyomás, a kipufogógáz oxigéntartalma – légfelesleg) érzékelőkkel határozza meg. Az érzékelők jeleit az elektronikus vezérlőegység feldolgozza és meghatározza az elektrohidraulikus nyomásszabályozó vezérlőáramát. Az elektrohidraulikus nyomásszabályozó a vezérlőegységből kapott jellel módosítja a nyomáskülönbség-szelepek alsó kamrájában a nyomást. Ennek megfelelően változik a befecskendezőszelepekhez áramló tüzelőanyag-mennyiség. A nyomásszabályozó a tüzelőanyag-elosztóra van

46


szerelve. A KE-Jetronic üzemzavar esetén az alaprendszerével, szükséghelyzetprogram alapjá működik. A KE-Jetronic rendszer előnyei: - kis tüzelőanyag-fogyasztás, - kis károsanyag-tartalmú kipufogógáz, - gyors alkalmazkodás különböző üzemállapotokhoz, - nagyobb fajlagos teljesítmény. 8.6. Mono-Jetronic központi benzinbefecskendező rendszer A Bosch a 80-as évek közepétől – elsősorban kis- és alsóközép-kategóriás járművekhez – kezdte gyártani a Mono-Jetronic központi benzinbefecskendező rendszerét. A rendszer általános jellemzői és felépítése A Mono-Jetronic motorhajtástól független, szakaszos, kisnyomású benzinbefecskendező rendszer, amelynek a központi benzinbefecskendező szelepe a fojtószelep elé fecskendez gyújtásimpulzusonként. Elektronikus irányítóegysége a motorterhelési jelet a fojtószelep állás érzékelése alapján képzi, és digitális jelfeldolgozással működik. A Mono-Jetronic csak lambda-szabályzott kivitelben készült. A pótlevegő tolattyút itt már a korszerűbb alapjárat szabályzás váltotta fel, és már megjelent a szigorúbb környezetvédelmi előírásokat is teljesíteni tudó, elektronikusan irányított tartályszellőztető rendszer is. A benzinbefecskendező főbb szerkezeti elemeit a 47. és 48. ábrán követhetjük nyomon.

47. ábra A Mono-Jetronic rendszer felépítése A 48. ábrán a befecskendező egység főbb szerkezeti elemeit láthatjuk.

47


48. ábra Befecskendező egység

1. Befecskendezőfej fedél 3. Befecskendező szelep 4. Felső (nagy) O-gyűrű 5. Üzemanyag nyomás szabályozó 6. Fojtószelep ház felső része 8. Az alsó (kicsi) O-gyűrű 9. Vákuum-csatlakozó 10. Fojtószelep 11. Fojtószelep ház alsó része 12. Az alapjárati fordulatszám szabályzó (ISC) egység 13. Üzemanyag

A szerkezet alakra hasonlít egy karburátorra, a befecskendező szelepen és a fojtószelepen kívül, ide építettek be mindent, a nyomásszabályzót, a levegőhőmérséklet szenzort, az alapjárat állítót (stb.) is. 8.6.1. A tüzelőanyag-rendszer főbb szerkezeti elemei A 49. ábrán a Mono-Jetronic tüzelőanyag rendszerének főbb szerkezeti elemeit láthatjuk. A szivattyú a tüzelőanyag tartályban helyezkedik el és onnan a benzint a finomszűrőn keresztül a befecskendező-egységbe nyomja. A rendszernyomást a szelep mögött elhelyezkedő nyomásszabályzó állítja be, a „fölösleges” tüzelőanyagot a nyomásszabályzó a visszafolyó csővezetéken keresztül visszaszállítja a tartályba.

48


49. ábra Tüzelőanyag-rendszer

1 tartály, 2 szivattyú, 3 szűrő, 4 nyomásszabályzó, 5 befecskendezőszelep, 6 fojtószelep

8.6.1.1. Tüzelőanyag tartály A tüzelőanyag tartályban (50. ábra) benzingőz keletkezik, amelyet a ma használatos rendszerek nem engedhetnek a szabadba, hanem visszavezetik a motorba. A benzingőz képződése különösen intenzív, ha a tüzelőanyag meleg. A tankban elpárolgott benzin a tágulási térrészbe kerül.

50. ábra Tartály

1 borulásbiztonsági szelep, 2 tágulási-tartály csatlakozó, 3 benzingőz elzárószelep, 4 zárócsappantyú, 5 szivattyú

A tágulási térrészben elhelyezkedő benzingőzök működés közben a csővezetéken a tanksapka által kinyitott elzárószelepen, a 49


borulásbiztonsági szelepen és a szellőztető rendszer csővezetékén át kerülhetnek az aktívszenes benzingőztárolóba (51. ábra).

51. ábra Tartályszellőztető rendszer

1 tartálycsatlakozó, 2 aktívszenes benzingőztároló, 3 friss levegő, 4 regenerálószelep, 5 szívócső csatlakozó, 6 fojtószelep

8.6.1.2. Tartályszellőztető rendszer Ez faszén granulátummal van feltöltve, amely a gőzöket megköti. A megkötőanyag csak korlátozott benzinmennyiség befogadására képes, azt időközönként üríteni kell. Ezért a benzingőztárolót egy csővezetéken és egy elektromágneses szelepen – az úgynevezett regeneráló szelepen keresztül (52. ábra) a motor szívócsövével kötik össze. A regeneráló szelep feszültségmentes állapotban nyitott, azt a motor ECU az indítást követően zárja. Az ECU részterheléskor kellő szívócső depresszió mellett – meghatározott ideig, kb. 100 ms-os periódusidővel, nyitásra és zárásra vezérli a beavatkozót. Ekkor a benzingőztárolót a rendszer friss levegővel öblíti át, a megkötött benzingőz nagy részét a motor beszívja és elégeti.

52. ábra Regeneráló szelep

1 csőcsatlakozások, 2 visszacsapó szelep, 3 laprugó, 4 tömítőelem, 5 mozgó lapszelep, 6 tömítőfelület, 7 tekercs

50


8.6.1.3. Szivattyú A Volkswagen által használt befecskendezők egy részében kétfokozatú szivattyúval találkozhatunk (53. ábra)

53. ábra Szivattyú előfokozat

1 előtartály, 2 előszivattyú nyomócsöve, 3 előszűrő, 4 benzinvisszafolyás a túlfolyón, 5 szivattyútengely

Fő előnye, hogy nem szívhat levegőt a főfokozat, mert az úgynevezett előtartályból emeli ki a tüzelőanyagot. Ez viszont mindig tele van. A közös elektromotor által hajtott lapátos előszivattyú a tartályból szív és az előtartályba nyom, egy „búvárcsövön” át. A főfokozat (54. ábra), amely egy belső fogazású fogaskerék szivattyú, az előtartályból szív, és a rendszerbe nyom, átpumpálva a benzint a villamos motor belsején. A nyomásszabályzó által visszaengedett benzin szállítócsöve az előtartályhoz vezeti vissza a tüzelőanyagot.

54. ábra Szivattyú főfokozat

1 előtartály, 2 belső fogazású fogaskerék szivattyú

51


8.6.1.4. Nyomásszabályzó E szerkezeti elem a rendszernyomás és a fojtószelep előtti tér nyomása között tart állandó nyomásdifferenciát. Az 55. ábra szerint a szabályzó membránjának felső felére a rugóerő és a fojtószelep előtti tér nyomása hat, alsó felére pedig a benzinnyomás fejt ki erőhatást.

55. ábra Üzemanyag nyomásszabályozó

1 felsőkamra, 2 alsókamra, 3 rugó, 4 membrán, 5 szelep, 6 az üzemanyagszivattyútól jövő vezeték, 7 az üzemanyagtatályhoz menő vezeték, 8 szívócsonknyomás (vákuum)

Ha a nyomásdifferencia eléri a tervezett értéket (kb. 1 bar), a membrán rugóerő ellenében felfelé mozdul, ezzel felfelé mozdítja a lapszelepet. Ekkor a lefelé mutató nyíl irányba megkezdődik a visszaszállítás. Ezt követően a rendszernyomás már nem emelkedhet tovább. 8.6.1.5. Befecskendezőszelep A tüzelőanyag-rendszer egyetlen befecskendező szelepe (56. ábra) a befecskendező egységben található, a fojtószelep előtt. A szeleptűt zárt állapotában a rugó tartja a tömítővállon. Ha az ECU feszültséget kapcsol a tekercsre, akkor a mágneses tér a vasmagot a szeleptűvel együtt elmozdítja, és megkezdődik a befecskendezés. A szelep gyújtásimpulzusonként fecskendez.

52



1 O-gyűrű (nagy), 2 tekercs, 3 hengeres csap, 4 tűszelep, 5 O-gyűrű (kicsi), 6 szűrő

8.6.2. A levegőrendszer főbb szerkezeti elemei, azok felépítése és működése A Mono-Jetronic levegő rendszere az alapjárat szabályzás ellenére is igen egyszerű, kevés alkatrészből álló alrendszer (57. ábra).

57. ábra A Mono-Jetronic levegő rendszere

1 levegőszűrő, 2 fojtószelep, 3 elektromos szívócsőfűtés (sün) 4 fojtószelep-állító, 5 szívócső

A belépő levegő a szűrőn átjutva a befecskendező egységbe kerül, ahol az abba fecskendezett tüzelőanyaggal megkeveredve, a gyűjtő szívócsőbe jut. 8.6.2.1. Szívócsőfűtés A központi befecskendezők hátránya, hogy igen hosszú a keverékképzési útjuk. Emiatt különösen hideg motornál és hideg levegőnél a benzin egy része kicsapódik a hideg alkatrészek falára, és benzinhártyát hoz létre. Ezt 53


csökkenti a levegőmelegítő, a szívócsőfűtés. Ennek elektromos fűtőeleme alumínium csapokon keresztül adja át hőjét a keveréknek, csökkentve ezzel a benzinfilm képződési hajlamot. A fűtőelemet a motor ECU, vagy egy bimetálos hőmérsékletkapcsoló kapcsolja pl. 50°C alatti motorhőmérsékleten. 8.6.2.2. Fojtószelep-állító Az alapjárat szabályzás beavatkozója a fojtószelep-állító, amely felengedett gázpedál mellett egy villamos motorral tudja a fojtószelepet mozgatni. Ezzel az alapjáratot a programozott módon tudja szabályozni. a fojtószeleptengelyhez az egyik oldalon a működtető bowden (gázhuzal) csatlakozik, és egy mozgatórúddal oldották meg a fojtószelep ütköztetését (végállás-határolását) (58. ábra).

58. ábra Fojtószelep-állító

1 fojtószelep, 2 mozgatórúd, 3 elektromos csatlakozó

A mozgatórúd hosszát az 59. ábrán látható, villamos motor által hajtott, menetes mechanizmus tudja változtatni.

59. ábra Fojtószelep-állító

1 ház az elektromotorral, 2 csiga, 3 csigakerék, 4 a mozgatórúd érintkezőcsapja 5 alaphelyzet érintkező, 6 gumiharang

54


Az állandómágnesű, egyenáramú, kefés motor egy csigaáttételen keresztül egy anyamenetes agyat hajt. A mozgatórudat a motor forgása tengelyirányú mozgásra tudja kényszeríteni. A mozgatás iránya a motor forgásirányától függ. Az elektromotort az ECU irányítja. 8.6.3. Mono-Jetronic rendszer érzékelői, bemeneti információi 8.6.3.1. Motorfordulatszám jel Az ECU számára az egyik bemeneti alapinformáció a motorfordulatszám. A rendszer irányítóegysége e jellemzőt a gyújtás frekvenciájából határozza meg. Ennek nagyságát vagy a gyújtás primerfeszültségének érzékelése alapján tudja, vagy – mint az a 60. ábrán látható – az irányító egység az úgynevezett „TD” jelet érzékeli. A TD jelet a „TZ” gyújtásoknál” a gyújtásmodul állítja elő.

60. ábra Motorfordulatszám jel

1 gyújtáselosztó, 2 gyújtásmodul, 3 gyújtótekercs, TD gyújtásmodul fordulatszámjel kimenet (négyszögfeszültség)

8.6.3.2. Motortehelési jel – fojtószelep potenciométer E rendszer a motorterhelési jelet a szelepállás érzékelése alapján képzi. A 61. ábrán egy motor töltési fokát láthatjuk a motorfordulatszám függvényében, különböző fojtószelepszögek esetén.

61. ábra Motorterhelési jel 55


Megfigyelhetjük, hogy ha a fojtószelep csak kis mértékben van nyitva, már ±1,5° érzékelési hiba ±17%-os pontatlanságot eredményezne. Ugyanez az érzékelési pontatlanság 30°-os nyitás mellett már csak ±1% hibát jelent. Tehát a kis fojtószelep szögeket lényegesen pontosabban kell érzékelni, mint a nagyobbakat. E problémát úgy oldották meg, hogy a fojtószelep potenciométere egy kettős szögállás-érzékelő (62. ábra).

62. ábra Fojtószelep potenciométer

1 befecskendezőegység alsó része, 2 fojtószeleptengely, 3 mozgatókar, 4 csúszóérintkezők, 5 ellenálláspálya I., 6 vezetőpálya I., 7 ellenálláspálya II., 8 vezetőpálya II., 9 tömítés

A kis fojtószelep szögekre (0°-24°) egy külön feszültségosztót, a nagy fojtószelep szögekre (18°-90°) egy másik feszültségosztót alkalmaznak. Így a kis szögeket pontosabban ismerheti az ECU, hiszen nagyobb feszültségváltozást eredményez ugyanaz a szögelfordulás. 8.6.3.3. Motorhőmérséklet jeladó A rendszer motorhőmérséklet jeladója egy nem lineáris NTC ellenállás tokozva és a hengerfejbe becsavarozva. Miután a szenzor tokja közvetlenül érintkezik a hűtőfolyadékkal, annak ellenállása kellő pontossággal a motorhőmérséklet információt hordozza (63. ábra).

63. ábra Motorhőmérséklet jeladó

1 elektromos csatlakozó, 2 ház, 3 NTC érzékelőellenállás

8.6.3.4. Levegő-hőmérséklet jeladó A beszívott levegő hőmérsékletéről szintén egy nem lineáris NTK ellenállás tájékoztatja az irányítóegységet. E jeladót befecskendező egységbe

56


helyezték el, a 64. ábrán látható módon, a befecskendező szelepen rögzítették.

64. ábra Levegő-hőmérséklet jeladó

1 beszívott levegő, 2 szenzortartó, 3 védőkeret, 4 NTC érzékelőellenállás, 5 befecskendezőszelep

8.6.3.5. Alaphelyzet kapcsoló Az alapjárat szabályzás és a tolóüzemi töltéslekapcsolás irányításához az ECU-nak tudnia kell, ha a gázpedált a gépkocsi vezetője felengedte. Ehhez a fojtószelep állító rudazatába egy kapcsolót építettek be (lásd. 65. ábra).

65. ábra Alaphelyzet kapcsoló

1 működtetés a fojtószelep emeltyűvel, 2 alaphelyzet érintkező, 3 elektromos csatlakozók

8.6.3.6. Oxigénszenzor – lambda-szonda A Bosch e központi benzinbefecskendező rendszerét lambdaszabályzott kivitelben készítette, hiszen kipufogó rendszerébe az alacsony károsanyag

57


emisszió elérése céljából, hármas hatású katalizátort épített. Az ECU-t ezért a pillanatynyi légviszony-tényezőről a katalizátor elé helyezett oxigénszenzor (66. ábra) tájékoztatja.

66. ábra Oxigénszenzor

1 szondaház, 2 kerámia védőcső, 3 elektromos csatlakozók, 4 felhasított védőcső, 5 aktív szondakerámia, 6 érintkező, 7 védőhüvely, 8 fűtőelem, 9 fűtéscsatlakozók

A lambdaszonda a jelfeszültségét a 67. ábrán látható jelleggörbe szerint hozza létre.

67. ábra Lambdaszonda jelfeszültsége Ha a szonda feszültsége nagyobb, mint 450 mV, az ECU tudja, hogy a keverék légviszony-tényezője λ<1 – tehát a keverék dús – szegényíteni kell. Ha Uλ < 450 mV az ECU tudhatja, hogy a keverék légviszonytényezője λ>1, tehát dúsítani kell.

Ellenőrző kérdések ¾ Ismertesse a benzinbefecskendezés fejlődését! ¾ Sorolja fel a benzinbefecskendezés előnyeit, hátrányait porlasztóval szemben! ¾ Hogyan csoportosítjuk a benzinbefecskendező rendszereket? ¾ Ismertesse a mechanikus vezérlésű benzinbefecskendezőket! ¾ Hogyan működik a D-Jetronic benzinbefecskendező rendszer? ¾ Ismertesse a D-Jetronic benzinbefecskendező részeit!

58

a


¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Ismertesse az L-Jetronic benzinbefecskendező működését! Ismertesse az L-Jetronic benzinbefecskendező felépítését! Elemezze az LH-Jetronic benzinbefecskendező működését! Milyen szerkezeti elemekből épül fel a Bosch K-Jetronic benzinbefecskendező rendszer? Hogyan történik a levegőmennyiség mérése a K-Jetronic befecskendező rendszernél? Hogyan megy végbe az üzemanyagmennyiség elosztása a K-Jetronic befecskendező rendszernél? Ismertesse a bemelegedés-szabályozó működését! Ismertesse a KE-Jetronic benzinbefecskendező rendszert! Ismertesse a Mono-Jetronic benzinbefecskendező rendszer működését! Milyen szerkezeti elemekből épül fel a Mono-Jetronic benzinbefecskendező rendszer tüzelőanyag rendszere? Milyen szerkezeti elemkből épül fel a Mono-Jetronic benzinbefecskendező rendszer levegőrendszere?

59


Felhasznált irodalom ¾ Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata dr. Dezsényi György dr. Emődi István dr. Finichin Livin ¾ Benzinbefecskendezők J. Kasedorf ¾ Gépjármű szerkezetek Bohner–Gscheidle–Leyer–Pichler–Saier–Schmidt–Siegmayer– Zwickel ¾ Gépjármű szerkezettan II. 1 kötet dr. Antal György Cseh Sándor ¾ Gépjármű szerkezettan IV. 1. kötet Szilvássy Bertalan ¾ Autószerelő ábragyűjtemény

60

Elektronikai alkalmazások a korszerű gépjárművekben. 1. modul Benzinmotorok keverékképzése, benzinbefecskendező rendszerek

Recommend Documents