Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Systémy zapalování zážehových motorů Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Jiří Čupera, Ph.D. Brno 2014
Vypracoval: Jakub Sikora
Čestné prohlášení
Prohlašuji, že jsem práci:………………………………………………………………….…………… ………………………………………………………………………………...vypracoval/a samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb.,o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle § 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne:……………………….. …………………………………………………….. podpis
ABSTRAKT Velkou měrou působí na spalováni v zážehovém motoru, proces zažehnutí směsi paliva se vzduchem. Je zapotřebí ho řídit, měnit okamžik zážehu vzhledem k podmínkám ve kterých motor pracuje. Zapalováni musí vzít v potaz všechny aspekty provozu spalovacího motoru a vyhodnotit správný okamžik, kdy provést zapálení směsi. Tím se velkou měrou ovlivňuje výkon spalovacího motoru a jeho účinnost. Správný okamžik zážehu ovlivňuje i složení spalin odcházejících ze spalovacího procesu. Tato práce sumarizuje možnosti zapálení směsi a možnosti řízeni správného okamžiku zážehu. Jsou zde popsány základní části současných zapalování, rozdíly a vylepšeni. Také je zde popsán postupný vývoj od mechanického ovládáni zážehu a změny doby zážehu, vzhledem k podmínkám provozu až po moderní způsoby regulace pomocí elektronických řídících jednotek, které informace shromažďují pomocí elektronických snímačů. Na závěr se věnuji modernímu způsobu zapálení směsi bez iniciace elektrickým výbojem. Dochází ke vzníceni směsi paliva se vzduchem způsobenému nárůstem teploty vlivem jejího stlačeni ve spalovacím prostoru tzv. HCCI
Klíčová slova: Zážehový motor; Zapalováni; Regulace úhlu předstihu zážehu
Ignition process of fuel-air mixture has a large degree of combustion process in the petrol engine. It is necessary to control it , change the moment of ignition due to the conditions in which the engine operates . The ignition have to take into account all aspects of operation of the combustion engine and have to evaluate the right time to perform ignition of the mixture . It has great effect on the performance of the internal combustion engine and its efficiency. The right moment of ignition affects the composition of the flue gas leaving the combustion process. This work summarizes the probability of ignition of the mixture and the possibility of controlling the proper moment of ignition. There are described basic parts of the current ignition, differences and improvements. Also there are described the gradual development of the mechanical operation of the ignition and ignition time change due to traffic conditions to modern methods of regulation by electronic control units collect informations by electronic sensors. The conclusion is devoted to the modern way of igniting the mixture without initiating an electric discharge. There ignited fuel-air mixture be caused an increase in temperature due to its compression in the combustion chamber, called the HCCI.
Key words: Petrol engine; Ignition; Control ignition timing.
OBSAH 1 ÚVOD ............................................................................................................................ 8 2 PRINCIP ČINNOSTI ZÁŽEHOVÉHO MOTORU .................................................... 9 2.1 Čtyřtaktní motor - princip ...................................................................................... 9 2.2 Dvoutaktní motor - princip ................................................................................... 10 3 BATERIOVÉ ZAPALOVÁNÍ .................................................................................... 10 3.1 princip činnosti baterioveho zapalování ............................................................... 10 3.2 hlavní části ............................................................................................................ 12 3.2.1Vysokonapěťové kabely ................................................................................. 12 3.2.2 Zapalovací svíčka .......................................................................................... 12 3.2.3 Zapalovací cívka ............................................................................................ 13 3.2.3.1 Konstrukce .............................................................................................. 13 3.2.3.2 fyzikálni pochody na cívce ..................................................................... 15 3.2.4 Přerušovač ...................................................................................................... 16 3.2.4.1 Konstrukce přerušovače .......................................................................... 16 3.2.4.2 Doba sepnutí kontaktů ............................................................................ 17 3.2.5 rozdělovač ...................................................................................................... 17 3.2.5.1 princip konstrukce................................................................................... 17 3.2.6 Regulace úhlu předstihu zážehu .................................................................... 18 3.2.6.1 úhel předstihu zážehu závisí ................................................................... 18 4 POLOVODIČOVÉ ZAPALOVÁNÍ ........................................................................... 19 5 TRANZISTOROVÉ ZAPALOVÁNÍ.......................................................................... 20 5.1 snímače ................................................................................................................. 20 5.1.1 Hallův snímač ................................................................................................ 20 5.1.2 Indukční snimače ........................................................................................... 21 5.1.2.1 Indukční snímač se symetrickým uspořádáním ...................................... 22
5.1.2.2 .Jednopolový snímač (LUCAS) .............................................................. 22 5.1.3 Elektromagnetický snímač s oscilátorem ...................................................... 22 5.1.4 Optoelektrický snímač ................................................................................... 23 5.2 Civka - tranzistorové zapalování .......................................................................... 23 5.2.1 hallův snimač - regulace úhlu sepnutí kontaktů............................................. 23 5.2.2 indukčni snimač - regulace úhlu sepnutí kontaktů........................................ 24 5.3 Regulace úhlu předstihu zážehu ........................................................................... 25 6 ELEKTRONICKÉ ZAPALOVÁNÍ ............................................................................ 25 6.1 regulace úhlu předstihu zážehu ............................................................................. 25 6.1.1 Měření otáček a úhlu natočení klikové hřídele .............................................. 26 6.1.1.2 z klikového hřídele - indukční snímač .................................................... 26 6.1.1.3 z klikového hřídele - Halluv snímač ....................................................... 27 6.1.1.4 měření otáček a úhlu natočení klikové hřídele z rozdělovače (vačky) ... 27 6.1.2 Zatížení motoru .............................................................................................. 27 6.1.3 Teplota motoru a nasávaného vzduchu .......................................................... 27 6.2 zpracováni signálu ................................................................................................ 28 6.2 Výstupní veličiny elektronickeho zapalování ...................................................... 28 7 PLNĚ ELEKTRONICKÉ ZAPALOVÁNÍ ................................................................. 29 7.1 Elektronické rozdělováni vysokého napětí .......................................................... 29 7.1.1 rozdělování vysokého napětí s dvoujiskrovou svíčkou ................................. 29 7.1.2 rozdělování vysokého napětí s Jednojiskrovou cívkou.................................. 30 7.1.3 rozdělení vysokého napětí s cívka přímo napojenou na zapalovací svíčku ... 30 7.1.4 rozdělováni vysokého napětí se čtyřjiskrovou cívkou ................................... 31 7.2 regulace podle hranice detonačního hoření (klepání) ........................................... 31 7.2.1 Piezoelektricke snimače ................................................................................. 32 7.2.2 Optoelektrický snímač ................................................................................... 32
8 KONDENZÁTOROVÉ ZAPALOVÁNÍ .................................................................... 33 8.1 použití kondenzátorového zapalování .................................................................. 33 8.2 Princip a popis kondenzátorového zapalování...................................................... 33 9 MAGNETOVÉ ZAPALOVÁNÍ ................................................................................. 34 9.1 Princip magnetového zapalování .......................................................................... 34 9.2 Regulace úhlu předstihu zážehu .......................................................................... 35 9.2.1 změnou odtrhu ............................................................................................... 35 9.2.2 s konstantním odtrhem ................................................................................... 35 9.3 nejpoužívanější typy magnetového zapalování .................................................... 35 9.3.1 setrvačníkové magneto .................................................................................. 35 9.3.2 setrvačníkové magneto s kondenzátorovým zapalováním............................. 36 10 HCCI (Homogeneous charge compression ignition) ................................................. 36 11 ZÁVĚR ...................................................................................................................... 38 SEZNAM POUŽITÉ LITERATŮRY ............................................................................ 39 CITACE .......................................................................................................................... 39 SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................... 40
1 ÚVOD
v dnešni době, kdy jsou hojně využívány spalovaci motory, nejvice se u mobilnich prostředků používají čtyřtakní motory, které se daji rozdělit do dvou typu - vznětové a zážehové. Každý druh motoru má i svuj druh paliva a své specifické funkčni odlišnosti. Vznětový motor spaluje motorovou naftu, která ve válcích při působeni tlaku a tím spojený nárustu teploty dojde k jejímu vznícení. Zážehové motory použivají jako palivo benzín nebo plyn a dochází u nich k hoření paliva.Toto hořeni musí být iniciováno. V dnešni době se používá k inicializaci hoření výhradně zapalováci svíčky. Zapálení směsi musí přijit ve správný okamžik a se správnou intenzitou, aby došlo k zapálení směsi ve válci a hlavně zapálení ve správný úzce specifikovaný okamžik, který neovlivni negativně výkon, spotřebu a množství emisí ve výfukových plynech. Tyto požadavky u zážehových motorů zajištuje zapalováni, které od prvních motorů prošlo velkým vývojem. Zapalovaní je pro funkci zážehového motoru nezbytnou součástí, bez něho by motor nemohl fungovat. V této práci budu sumarizovat možnosti zážehu u spalovacích motoru za posledních cca padesát let.
8
2 PRINCIP ČINNOSTI ZÁŽEHOVÉHO MOTORU Zážehový motor pracuje na principu expanze plynu při hoření vzduchu s palivem v uzavřeném válci,v němž je píst, který vykonává přímočarý pohyb. Ten je přes klikový mechanismus převeden na rotační pohyb . Zážehové motory dělíme na dvoutaktní a čtyřtaktní. spalovací motory. Za jeden pracovní cyklus vykonají sání, kompresy, expanzy a výfuk. Rozdíl je v tom, že dvoudobý motor tyto cykly zvládne za jednu otáčku klikového hřídele a čtyřdobý za dvě.
2.1 Čtyřtaktní motor - princip Sání - nasává se směs paliva se vzduchem, pist jde směrem ke klikové hřídeli Komprese - palivo se vzduchem se stlačuje, píst jde směrem od klikoveho hřidele k hlavě válce, dochází ke stlačení Expanze - ve vhodný okamžik je směs zapálena, docházi k hoření směsi paliva se vzduchem a zvětšování objemu hořící směsi.Ta tlačí na píst a ten koná práci a jde směrem ke klikovému hřídeli ( jediný cyklus, kdy se koná práce) Výfuk - píst jde směrem od kliky a vyhořelá směs opouští válec
Obr.: 2.1.1 pracovní doby čtyřtaktního motoru
9
2.2 Dvoutaktní motor - princip Sáni probíhá pod píst, který při pohybu ke klikovému hřideli
směs stlačí. Směs přes přepouštěcí kanály
vstupuje do spalovaciho prostoru. Mezitim se pohyb pístu otočí, píst se pohybuje směrem od klikového hřídele
a stlačuje směs ve spalovacím prostoru
(komprese). Ve správný okamžik docházi k zapálení a hoření směsi, píst vykonáva práci a pohybuje se směrem ke klikové hřideli. Zároveň dochází i k výfuku. Když Obr.: 2.2.1 pracovní dvoutaktního motoru
doby
píst otevře výfukový kanál ve stěně válce, a píst otočí svůj pohyb, výfuk ještě probíhá, do spalovacího prostoru je ještě nasávána čerstvá směs. Nazývá se také
motor s rozvodem pístem. Je jasné, že zapálení směsi ve správný okamžik je důležité pro správný a výkonný chod spalovacího motoru. Budu se zabývat výhradně zapalováním u čtyřdobých motorů.
3 BATERIOVÉ ZAPALOVÁNÍ 3.1 princip činnosti baterioveho zapalování "při sepnutí kontaktu přerušovače (3) prochází proud z akumulátoru (8) primárním vinutím zapalovací cívky (1) proud vytváří magnetický tok a předává tak energii do magnetického obvodu cívky, při rozpojení kontaktu přerušovače (3) se proud v primárním obvodu rychle zmenšuje a se změnou magnetického toku se indukuje napětí v primárním (1) i sekundárním vinutí (2). Velikost indukovaného napětí je zavislá na rychlosti změny magnetickeho toku podle vztahu
=− ∗
10
∆ Δ
Kontakty přerušovače jsou přemostěny kondenzátorem (7).Úkolem kondenzátoru je co nejvice omezit vznik elektrického výboje mezi kontakty přerušovače. Při přerušování proudu. při rozpojování kontaktu se obvod hned nepřeruší , protože jím
protéká
nabijecí proud, až je kondenzátor nabit, obvod se přeruší. To jsou však již kontakty dostatečně vzdáleny a výboj mezi nimi nevznikne. Kondenzátor se uplatnuje zejména při malém počtu otáček (spouštění motoru), kdy je pohyb kontaktu pomalý. Kapacita kondenzátoru bývá kolem 0,25 µF, po rozpojeni kontaktu se přerušovače nabíjí nejen kondenzátor (7), ale i další tzv. parazitní kapacity, tvořené kapacitou sekundárního vynutí, vysokonapětových kabelů a zapalovacích svíček. Po dosažení potřebného průrazného napětí vznikne mezi elektrodami svíčky výboj a energie z
kapacity
kondenzátoru i zbytková energie magnetického pole přechází do výboje ." (JAN,2001)
Obr.: 3.1.1 schema baterioveho zapalováni
11
3.2 hlavní části 3.2.1Vysokonapěťové kabely Vysokonapěťové kabely přenášejí vysoké napětí ze zapalovací cívky do rozdělovače a pak dále k zapalovacím svíčkám. Konstrukce není nijak složitá. Skládají se v podstatě z vodiče, který dokáže s minimem ztrát přenést vysoké napětí až 30000 . Musí být dostatečně izolován, aby nedošlo ke zkratu nebo probití,
současně
je doplněn o
odrušeni, protože napětí neprochází konstantně, ale dochází k jeho změnám to s vlastní magnetickou indukčností. Může způsobit rušení signálu čidel v okolí a tím způsobit nesprávný chod motoru. Dochází i Odrušení napomáhají
také
k rušení radiových vln jdoucích do autorádia.
vložené odpory na koncích kabelu v zapalovacích
„fajfkách“ které slouží jako propojeni se svíčkou. Odpory nedovolí průchod nízkému napětí a tím zamezí vzniku rušeni.
Obr.: 3.2.1 řez vysokonapěťovým kabelem A - jádro; B - vnitřní izolace; C - opředení; D - vnější plášť; E kontakt; F - převlečka
3.2.2 Zapalovací svíčka Zapalovací svíčka přímo slouží k zapáleni směsi ve válci, skrze její elektrody, které jsou umístěny ve spalovacím prostoru, mezi elektrodami dojde k přeskoku jiskry a to zapříčiní zapálení směsi ve válci . Zapalovací svíčka je velmi namáhaný prvek zapalováni. Při hořeni jsou elektrody vystaveny teplotám až 2500℃ a tlaku až 6Mpa při saní dochází naopak k podtlaku a teplota se pohybuje okolo 60℃. svíčka musí současně odolávat napěťovým rázům až 30000V. Svíček je nepřeberné množství na kvalitě a na správně zvoleném druhu svíčky závisí spolehlivost zapalováni a tím i spolehlivost celého spalovacího motoru. Spolehlivost zapalovacích svíček je nejvíce závislá na jejich tepelné hodnotě, hodnota je závislá na schopnosti zapalovací svíčky 12
odvádět teplo. Tedy jakou průměrnou teplotu má svíčka ve spalovacím prostoru. Pokud je teplota pod 500℃ svíčka se zaolejovává a vytváří se na ní úsady karbonu, které zvyšují vodivost izolantu a tim mohou zpusobit poruchu svíčky. Ideální pracovní teplota je 500℃ až 850℃. Dosáhne tím zapalovací svíčka tzv. samočistící teplotu. Při této teplotě dochází ke spalováni úsad. U starších motorů se na izolantu vytvořil cihlově červený povlak, který samočistící teplotu indikoval. U novějších motoru, kde se hledí více na emise a spaluji se mírně ochuzené směsi paliva s benzínem tento stav nenastane. Barva povlaku na izolantu je bílo šedá. Při teplotě nad 850oC dochází již k samozápalům, svíčka zůstává zahřátá a směs není zapálená výbojem mezi elektrodami, ale teplotou elektrod tedy jindy než v okamžik, který je pro efektivní funkci motoru potřebný.
Obr.: 3.2.2 zapalovací svíčka
3.2.3 Zapalovací cívka V zapalovací cívce se indukuje (vzniká) vysoké napětí, diky kterému dokáže přeskočit jiskra na zapalovací svíčce. 3.2.3.1 Konstrukce Na zapalovaci civce jsou tři svorky „1“, „15“ a „4“. svorka „4“ je vývod vysokého napětí a zaroveň konec sekundárního vinutí , obvykle bývá na svorku „1“ do série zapojeno primárni se sekundárním vinutím.Na svorce „15“ je začátek primárního vinutí. Může být zapojeno i tak, že svorka „15“ a „1“ se prohodí, takže na svorce „15“ je sériově spojeno sekundárni s primárním vinutím a na svorce „1“ začátek primárního vynutí . Parametry vinutí: Primární vinutí: Materiál je měděný smaltovaný vodič o pruměru 0,5 mm 2 mm 13
počet zavitů na vinutí je 120 až 400 odpor vinutí 0,2 Ω až 4Ω indukčnost 3mH až 15mH sekundární vinutí: material je měděný smaltovaný vodič o průměru 0,05 mm – 0,2 mm počet závitu na vinutí 4000 až 25000 odpor vinutí 2000 Ω až 15000 Ω mezi
primárním a sekundárním vinutím je poměr, a ten se nazývá transformační
poměr.U zapalovacích cívek je 1:40 až 1:100. Jádro cívky je kvůli omezení výřivých proudu tvořeno z odizolovaných plechů a má nejčastěji kruhový průřez. Na něm je navinuto sekundární vinutí. Jednotlivé vrstvy sekundárního vinutí jsou od sebe odizolovány prokladovým papírem, které sekundární vinutí přesahule. Na něm je namotáno primární vinutí, které je též odizolováno, jak mezi sebou,tak od sekundárního vinutí. Diky tomuto uspořádání má primární vinutí dobrou vazbu na sekundární
vinutí, jelikož vrstvy
primárního vinutí přesahuji izolaci sekundárního. Primární
vinutí
je zaroveň dobře chlazeno.
Sekundárni vinutí má malé rozměry a tím i malou vnitřní kapacitu na pozici uvnitř pouzdra cívky drží tvar víčka a izolační podložka na dně. Celek je zasazen do kovového pouzdra, které má, na vnitřní straně plechy přes které se uzavírá, magnetický tok. Celé je to zalito izolační hmotou, může být použit i olej. Obr.: 3.2.3 řez zapalovací cívkou
14
3.2.3.2 fyzikálni pochody na cívce fáze buzení - proud teče primárním vinutím přes přerušovač, který je sepnutý. Proud procházející primární civkou dosáhne za určitou dobu na hodnotu
podle
ohmova zákona
=
Doba
=
Fáze vytvoření vysokonapěťového impulsu a vznik jiskry - Přerušovač přeruší proud procházejíci primárním vinutím za dobu zhruba 1ms naroste proud na hodnotu napětí
, kde dojde k přeskoku jiskry
První část výboje se nazývá kapacitní, uvolněná energie je malá, jenže za krátky čas.Z čehož vyplývá, že výkon je značný. Nejprve je vybitá kapacita zapalovací svíčky ( 5 pF 15 pF), nejdůležitější část pro zapálení výboje. Následně se vybije kapacita vysokonapěťových kabelů. Na kapacitní část výboje nemá nashromážděná magnetická energie žádný vliv. Dále následuje indukční část výboje. Je to mnoho po sobě rychle následujících průrazu a zhasnutí. Ke konci dochází ke vzrůstu sekundárního napětí a to tím, čím je větší tlak ve válci. V této fázi působí větší část energie soustavy. Následuji už jen kmity, které nemaji vliv na soustavu, musí však skončit dříve než přerušovač opět sepne.
15
Obr.: 3.2.4 pruběh napětí a proudu mezi dvěma sepnutími přerušovače
3.2.4 Přerušovač Na spolehlivosti závisí správný chod motoru, prochází jím až 3,5 A a napětí až 500V. Frekvence rozpojení primárního obvodu může být u čtyřválcového motoru při otáčkách 6000 min a frekvence 200 Hz.V dnešní době už se mechanické přerušovače nepouživají, nahrazují je bezkontaktni . Princip činnosti je ale shodný. 3.2.4.1 Konstrukce přerušovače Raménko s kontaktem je tlačeno pružinou k vačce a je izolováno od čepu, na kterém je uloženo. Po
Obr.: 3.2.5 přerušovač
vačce klouže skrz tvrzený plast či plst ( taktéž izolováno). Druhý kontakt je pevný, ale umožnuje malý posun kvuli seřízení . 16
3.2.4.2 Doba sepnutí kontaktů Je rozdílná, závisí na otáčkách. Měření je obtížné Doba sepnutí je zavislá i na vzdálenosti kontaktů. Čim menší, tim delší dobu budou kontakty sepnuty ( 0,3mm - 0,5 mm). Proto se používá uhel sepnutí
Obr.: 3.2.6 úhel sepnutí kontaktu přerušovače
=
+
=
Úhel sepnutí se měří voltmetrem, který měří
360° " střední hodnotu napětí. Stupnici má
vyvedenou ve stupních, doba sepnutí je nastavena delší než doba rozpojení kvuli vlastní indukčnosti. U dvoudobých motorů jsou otáčky klikového hřídele shodné s otáčkami přerušovače, Přerušovač se používá pro každý válec zvlášť. 3.2.5 rozdělovač Najdeme u více válcových motorů, slouži k rozdělení vysokenapěťového impulzu na válec, který má zrovna kompresní cyklus. Jeho součástí je i přerušovač a regulace úhlu předstihu zažehu. 3.2.5.1 princip konstrukce Proud vstupuje do vysokonapětoveho vstupu, kde přes uhlíkový kartáč přenáší proud na raménko, které je uchyceno na hřídeli. Ta má poloviční otáčky motoru. Raménko se nedá přesadit, má pouze jednu polohu usazení.
Pohyblivou elektrodou, přes
vzduchovou mezeru (0,3mm – 0,5mm), se proud dostane na konkretní vysokonapěťové výstupy k jednotlivým válcům. Víčko i raménko jsou vyrobeny z odolného plastu, ve kterém je veden proud v měděných vodičích. Tělo rozdělovače nejčastěji bývá z lehkých slitin. Rozdělovač je poháněn od klikového hřidele přes převod 1:2 nebojepropojen
s
vačkovým
hřidelem.
17
Tam
je
převod
1:1
Obr.: 3.2.7 řez rozdělovače
3.2.6 Regulace úhlu předstihu zážehu Jelikož směs ve válci hoří, to znamená, že trvá nějakou dobu než se vytvoří potřebný tlak. Ten musí působit ve správný okamžik za horní úvratí, aby se nesnižovala učinnost a také nebylo nesprávně zatíženo klikové ústrojí .
Obr.: 3.2.8 PV diagram
3.2.6.1 úhel předstihu zážehu závisí - Na otáčkách motoru - čím vyšší otáčky, vyšší rychlost pístu, tím větší úhel předstihu zážehu musí být. Směs musí byt zapálená dřiv, aby stihla prohořet a maximální tlak nastal tehdy, až se píst přehoupne přes horní úvrat. - Směšovací poměr chudší směs, hoří déle dřívější zapálení - Oktanové číslo paliva, odolnost paliva proti detonačnímu spalování. Směs vice náchylná k detonačnímu spalování - nekvalitni palivo. Musí být proto zvolen menší úhel předstihu zapalováni. Nedá se ovlivnit, musí se jí zapalováni přispůsobit 18
- Kompresní poměr s vyším tlakem hoří směs rychleji, tedy je za potřebí menší úhel. Neměnná veličina je dána konstrukci motoru. - Otáčky a směšovaci poměr jsou proměnné veličinny, kvůli nim je zapotřebí měnit úhel předstihu zážehu, nemaji jednoduchou zavislost, proto se nastavuji empiricky. Otáčková regulace úhlu předstihu zážehu zajišťuje odstředivý regulátor. Ten je tvořen závažím, který s rostoucimi otáčkami, díky odstředivé síle, začíná se vzdalovat od středu rotace a přes táhla pootčí kulisou, která je spojena s vačkou. Ta se pootáči ve směru rotace, úhel se tedy zvětšuje, do základni pozice se vraci pružinkami.
Obr.: 3.2.9 odstředivý regulátor
Regulace podle směšovacího poměru Podle směšovacího poměru se mění předstih podtlaková regulace. Ta reaguje na změny podtlaku v okolí škrtící klapky.
Vycházi
ze
zatížení
(momentálního
výkonu).Tim, jak se zavírá škrtíci klapka (snižuje se zatížení) se podtlak zvětšuje a pootačí kotevní destičkou, která se otači proti směru rotace a tím zvětšuje úhel předstihu.
Ostatní
zapalování
vycházejí
ze
zapalování
bateriového a proto se dále budu věnovat jen
Obr.: 3.2.10 podtlakový regulátor
konkrétním odlišnostem a vylepšením.
4 POLOVODIČOVÉ ZAPALOVÁNÍ Pro přerušeni primárního obvodu je použit tranzistor. Pokud je mechanický přerušovač rozpojen chová se tranzistor jako uzavřený. Jakmile se kontakty spojí, tranzistor se 19
otevře a proud může procházet primárním vinutím. Výhodou je, že proud je přerušován nepřímo, přes mechanický přerušovač jde daleko méně proudu. Tranzistor plní současně funkci zesilovače proudu. Je možno zvýšit akumulovanou energii nebo snížit indukčnost a tim snižit dobu . Výsledkem je dobrá funkce při vysokých otáčkách.
Obr.: 4.1 elektricke schéma polovodičoveho zapalování
5 TRANZISTOROVÉ ZAPALOVÁNÍ Tranzistor je spínán elektrickým impulsem, používaji se bezkontaktni snimače impulsu
5.1 snímače 5.1.1 Hallův snímač Pracuje na principu změny magnetické indukce tvoří ho magnetická závora. Ta je složena: nejprve je pernamentni magnet, pak následuje magneticky měkký materiál, vzduchová mezera a znovu magneticky měkký materiál. V této magnetické závoře se pohybuje rotor s clonkami o dané šířce okének. Rotor je přichycen na hřídel 20
rozdělovače a na straně polového nástavce magnetické závory. Kde není pernamentni magnet, je uchycen halův prvek na základovou desku rozdělovače. Když je ve vzduchové mezeře mezi pólovými nástavci clonka, je magnetické pole odchýleno a magnetická indukce poklesne. Pokud je mezera volná je indukce maximální . Množství clon odpovídá počtu válců. Šířka clonky je doba po kterou dochází k buzení primárního vinutí. Tedy se jedná o úhel sepnutí. Opotřebení je minimální, úhel sepnutí zůstavá celou dobu neměnný.
Obr.: 5.1.1 snímač s Hallovým prvkem
5.1.2 Indukční snimače Tvořen statorem a rotorem, stator je tvořen pólovými nástavci, na nich je namotáno vinutí a pernamentními magnety
rotor je tvořen hvězdici, nasazenou na
hřídeli. Mezi statorem a rotorem je vzduchová mezera. Počet hrotů hvězdice rotoru odpovídá počtu válců. Nemusí být vždy. Zaleží na konstrukci. a jsou z magneticky měkkého materialu. Při otáčeni dochází ke změně magnetického toku v důsleku změny vzduchové mezery mezi statorem a rotorem. Indukuje Obr.: 5.1.2 indukční snímač
se tím střídavé napětí. Napětí
je zavisle na počtu
otáček a dosahuje hodnot 0,5 V až 100 V pro nejvyšší otáčky. frekvence střídaveho napětí odpovídá počtu jisker za minutu & $ = % ∗ ()"&* ) 2
21
5.1.2.1 Indukční snímač se symetrickým uspořádáním Na statoru jsou umístěny póly
s pernamentními
magnety. Póly májí možnost pootočení, z vnitřní strany je umistěna snímací civka. Rotor je pevně spojen s hřídelí rozdělovače, počet ramen rotoru a pólů stataru je roven počtu válcuů. 5.1.2.2 .Jednopolový snímač (LUCAS) Konstrukce je v podstatě totožná. Rotor má též stejný počet výstupků, jako je počet válcu tengencialně je k nim umistěn snimač, který je přichycen na statoru zakladové desky rozdělovače.
Obr.: 5.1.3 indukční snímač symetrický
Obr.: 5.1.4 indukční snímač - jednopólový
5.1.3 Elektromagnetický snímač s oscilátorem Snimač je tvořen dvěmi cívkami, které nejsou elektricky propojene a jsou navinuté na feritové jádro ve tvaru E. Jako rotor slouží kotouč z plastu, ve kterém jsou feritové kolíky. Je jich stejný počet jako je počet válců. Rotor je přidělán na hřídel rozdělovače. Primární civka je napájena z oscilátoru. Jakmile se přiblíží kolík, dojde k indukaci napětového impulzu
na sekundární cívce.
Pokud není kolik u snimače, na sekundární cívce není žádné napětí
Obr.: 5.1.5 elektromagnetický snímač s oscilátorem (OPUS)
22
5.1.4 Optoelektrický snímač V bubínku, který má stejné otáčky jako hřídel rozdělovače, jsou zářezy,kterými může projít světlo diody,která vyzařuje monochromatické záření skrze trn s výřezem zdrojem impulzu je fototranzistor. Drážky v bubínku jsou pod úhlem, posunem po ose rotace se tak může regulovat úhel zažehu
Obr.: 5.1.6 optoelektrický snímač - princip
5.2 Civka - tranzistorové zapalování U bezkontaktního zapalováni jsou použity cívky o malém odporu, tudíž jejich nabuzeni trvá krátkou dobu. Z důvodu ochrany musíme měnit dobu buzeni (úhel sepnutí) nebo i primární proud 5.2.1 hallův snimač - regulace úhlu sepnutí kontaktů "Regulace se provádí změnou signálu z hallova snímače. Mění se na spojitě závislý na čase (pilovitý). Změna se děje pomocí kondenzátoru, který se nabíjí a vybíji. Signál je rozložen v čase na 30% rostoucim a 70% klesajícim napětí. Na konci klesajíci části leží bod "VYPNUTO", odpovídající zapálení směsi. Regulace je provedena tak, aby čas t přesně odpovídal dynamickým poměrum. v bodě "SEPNUTO", to je počátek úhlu sepnutí kontaktu. Začíná procházet primární proud a budí se zapalovací cívka. Na obrázku (a) je správné nastavení úhlu sepnutí kontaktu , . čas maximální proud byl dosažen ještě v čase
∗
je tak velký, aby
před přeskokem jiskry. Na obrázku (b) je
úhel sepnuti kontaktu , příliš malý a požadovaný proud není dosažen vůbec, na obrázku (c) je naopak úhel sepnutí kontaktu , příliš velký . Z toho, co bylo uvedeno, plyne, že lze změnou napětí, které ovládá spínací tranzistor, a které zavisí na regulačním čase t, měnit libovolně počátek úhlu sepnutí kontaktu posunem bodu "SEPNUTO" po klesajíci části charakteristiky nahoru nebo dolů. .To umožňuje nastavení správného úhlu sepnutí pro každé provozní podmínky. Poněvadž regulace proudu a úhlu sepnutí kontaktu je přímo zívislá na proudu a čase, bere se ohled i na změnu napětí akumolátoru, teplotní podmínky a případne tolerance zapalovácí cívky." (JAN,2001) 23
Obr.: 5.2.1 regulace napětí a úhlu sepnutí kontaktu u Hallova snímače
5.2.2 indukčni snimač - regulace úhlu sepnutí kontaktů oproti Hallovu snímači je jeho signál již spojitý, není potřeba jej upravovat, používá se měření úbytku napětí stejně jak u hallova snimače. Regulační okruh je jiný, vyhodnocení času při kterém docházi
k proudové regulaci tranzistoru, slouží k
odvození nutné korekce velikosti úhlu sepnutí kontaktu.
Obr.: 5.2.2 regulace napětí a uhlu sepnutí kontaktu u indukčního snímače
24
5.3 Regulace úhlu předstihu zážehu Pokud je použito mechanické změny je princip shodný s bateriovým zapalováním. Elektronicky prováděná změna úhlu předstihu zážehu je popsána v následující kapitole.
6 ELEKTRONICKÉ ZAPALOVÁNÍ Většina mechanických části je nahrazena elektrickými, jediný mechanický prvek je rozdělovač vysokonapěťoveho proudu ke svíčkám.
6.1 regulace úhlu předstihu zážehu Změna úhlu předstihu zážehu je prováděna elektronicky, tudíž jediný mechanický prvek je rozdělovač vysokeho napětí. Pro správné nastavení úhlu předstihu je zapotřebí měřit požadované vstupní veličiny, jako jsou otáčky a zatížení.
Otáčky jsou měřeny
snímačem otáček a zatížení měří snímač podtlaku, který je v sacím potrubí nebo snímač objemu nasátého vzduchu. Pro elektrické nastavení úhlu předstihu je zavedeno třírozměrné datové pole. Úhel předstihu je zavislý na více parametrech ( spotřeba, točivý moment motoru, složení výfukových plynů, teplota motoru, odstup od hranice klepání atd.) je zřejmé, že zvolit idealní úhel předstihu podle jedné veličiny není možný. Třírozměrné datové pole je pro nastavení předstihu přesnější než změna úhlu předstihu prováděná mechanicky. Ideální pro zobrazení
nelineárních
veličin
by
bylo
čtyřrozměrné pole, to se ovšem nedá zobrazit. Paměťové pole je uloženo do paměti ROM v řídící
jednotce
ve
formě
tabulky.
Data
nepodléhají opotřebení, měří se i jiné veličiny, které využívají jiné systémy motoru ( diagnostika , vstřikování) nastavení škrtící klapky, napětí akumulátoru a teplota motoru. Obr.: 6.1 třírozměrné datové pole nastavení úhlu předstihu zážehu
25
6.1.1 Měření otáček a úhlu natočení klikové hřídele 6.1.1.2 z klikového hřídele - indukční snímač Používá se indukční snímač. Jsou dvě varianty - s jedním nebo se dvěma snímači. Obě dvě varianty snímají ozubený věnec na klikové hřídeli. Ten indukuje střídavé napětí ,tedy signál ve snímači,což je rozdíl v určení pootočení klikového hřídele. Pokud je použit jenom jeden snímač je jeden zub vynechán nebo je na dvou místech větší mezera mezi zuby. Pokud jsou instalovány dva snímače měří jeden otáčky a druhý zjištuje z vybrání nebo z kolíku polohu klikového hřídele. U složitějších
systémů, které
používají OBD II se dokonce využívá ke zjištování válce, ve kterém nedošlo k zápalu. Řídíci jednotka má rozdělené zuby podle počtu válců a počítá dobu, za jakou projde segment okolo snímače. Pokud je doba delší, nedošlo k zápalu, řidící jednotka pak dokáže odpojit vstřikování v přislušném válci, aby nedošlo k poškození katalizátoru vlivem přehřátí. Ale pokud je počet výpadků častější, chyby jsou uloženy do chybové paměti a informuji řidiče pomocí rozsvícené varovné kontrolky možnou přičinu. Tolerance při výrobě se proto řídíci jednotka přizpůsobuje. Přizpůsobení dochází při deceleraci ( brždění motorem), motor má při tomto režimu konstantní chod čili segmenty zubů procházeji okolo snimače za stejnou dobu.
Obr.: 6.1.1 indukční snímače otáček
26
6.1.1.3 z klikového hřídele - Halluv snímač snímač snímá setrvačnik. V něm jsou vyfrezovány drážky, vůči horní úvrati na klikové hřideli mají polohu 60º a 6º . Z toho vyplývá, že se jedná o dva impulzi. Signál se spouští hranami drážek. Tento způsob je použit napřiklad u zapalováni monomotronic
Obr.: 6.1.2 snímač otáček - Halluv snímač
6.1.1.4 měření otáček a úhlu natočení klikové hřídele z rozdělovače (vačky) při snímáni otáček z rozdělovače se používá snímač, který byl již dříve popsán, k rozpoznání postavení klikového hřídele je jedna clonka rotoru užší
6.1.2 Zatížení motoru podtlakovým snímačem se zatížení zjištuje nepřímo, proto je lepší použít
čidlo
nasáteho vzduch, které se využívá pro vstřikování. Pro zjištění polohy škrtící klapky dostačují dva koncové snímače zvřeno / plně otevřeno. 6.1.3 Teplota motoru a nasávaného vzduchu pro zjištění teploty motoru stačí čidlo v bloku motoru doplňujícim údajem je údaj o teplotě nasávaného vzduchu. Používaji se odporové snímače - základem je termistor, který má výrazně nelineární závislost na teplotě. Výhradně se používaji termistory se záporným teplotním součinitelem při teplotě 20℃ Mají odpor v řádech stovek až tisíců Ω. S rostouci teplotou ohmický odpor klesá, ale
27
nevýhodou je časová nestabilita odporu, značné vyrobní tolerance a již zmíněná nelineárnost závislosti na teplotě.
Obr.: 6.1.3 odporový snímač teploty
6.2 zpracováni signálu Analogové veličiny
musí se přes analogo-digitální převodník převést na digitální
signál, který je řídící jednotka schopna zpracovat. Tlak v sacím potrubí , teplota motoru, napětí v akumulátoru. Přímo jsou zpracovány signály digitální - počet otáček, poloha klikového hřídele a postavení škrtící klapky. Zapalováni funguje podle aktuálních informaci, tím je zajištěn optimální chod motoru v zavislosti na jeho provozu, zatíženi a stáří.
6.2 Výstupní veličiny elektronickeho zapalování Koncový stupeň elektronického regulátoru ovládá primárni vinutí zapalovací cívky, Doba po kterou dochází k buzení tj. úhel sepnutí kontaktu je naprogramován tak, aby sekundární napětí nebylo zavisle na otáčkách motoru a na napětí na akumulátoru. K těmto účelům je vytvořeno další třírozměrné datové pole, které bere v potaz napětí akumulátoru, počet otáček a úhel sepnutí. Výsledná hodnota je získána interpolaci podobně jako úhel předstihu
Obr.: 6.3.1 datové pole pro nastavení uhlu sepnutí kontaktu
28
7 PLNĚ ELEKTRONICKÉ ZAPALOVÁNÍ Jediný rozdíl oproti elektronickému je, že mechanický rozdělovač je nahrazen elektrickým, rozdělovač v tomto systému v podstatě vůbec není. Jsou jen speciálni c ívky, které přímo dostávají impuls od řídíci jednotky a přímo jsou napojeny na zapalovací svíčky. Nejsou zde žádné pohybující se části, zmenšený počet spojů, omezení vzniku elektromagnetických poruch ( v rozdělovači nevzniká jiskra), jednodušší konstrukce.
7.1 Elektronické rozdělováni vysokého napětí 7.1.1 rozdělování vysokého napětí s dvoujiskrovou svíčkou Jde vlastě o cívku se dvěma vývody ze sekundárního vinutí ( jedna civka ovládá dvě svíčky) a musí byt zapojeny tak, aby v jednom válci vrcholil kompresní zdvih a ve druhém se blížil střih ventilu, tedy končil výfuk. Po dalších 360 stupních se takty prohodí. Tyto cívky se použivaji u motorů se sudým počtem válců a jsou ovládané jedním koncovým stupněm a to střidavě. graficke znázorněni na kruhovém diagramu čtyřválcového motoru větší kružnice je pro prvni válec, menší pro čtvrtý, modrá ploška přísluší době sepnutí kontaktu -
tedy buzeni
primárního vinutí cívky.Červeně zbarvené plošky představuji dobu hoření jiskry. Jiskra hoří jak v prvním válci, kde dojde k zapáleni směsi, tak ve čtvrtém, kde končí výfukový cyklus. U motorů s velkým překrytím ventilů je saci ventil otevřen ještě, když hoří jiskra a může dojít k zápalu. Po otočeni kliky o 180º vybere řídící jednotka druhou skupinu válcu. Obr.: 7.1.1 pruběh zapalování na dvoujiskrové cívce
29
Obr.: 7.1.2 schéma dvoujiskrove cívky WEBER
7.1.2 rozdělování vysokého napětí s Jednojiskrovou cívkou Rozdělení zážehu se provádí na straně nízkého napětí, koncový stupeň je doplněn logickým obvodem, používá se u lichého počtu válců. Zapáleni je rozloženo do dvou otáček. Během dvou otáček, u pětiválce /1 2 4 5 3/ první impuls přisluší prvnímu válci a druhý impuls nepatří žádnému válci, u sudého počtu válců přisluší první i druhý impuls konkretnímu válci, jenže nejde rozlišit kterému. Proto bývá doplněno o fázový snimač - nejčástěji Hallův snimač na vačkové hřídeli. Výhodou je, že oproti dvojjiskrových cívek je menší opotřebení svíček,. Svíčka jiskří jen když je v kompresi a odpadá možnost zapálení nasávené směsi při tzv. střihu ventilu. 7.1.3 rozdělení vysokého napětí s cívka přímo napojenou na zapalovací svíčku Každá svíčka má svoji cívku, ta je umístěna přímu nad ni, tudíž odpadá nutnost vysokonapěťových kabelů. Eliminuji se tak možné zdroje poruch.
Obr.: 7.1.3 jednojiskrová cívka spojená se svíčkou
30
7.1.4 rozdělováni vysokého napětí se čtyřjiskrovou cívkou Má jedno sekundární vinutí doplněno o diody na vývodech ke svíčkám.Ty zajištují zápal ve správném okamžiku. Obsahují dvě primární vinutí se společným vývodem - nízké napěti ve svorce 15/1 - otevřené diody VD1 a VD2 - zážeh v 1. válci - nízké napětí na svorce 15/2 - otevřené diody VD3 a VD4 - zážeh ve 3. válci - nízké napěti ve svorce 15/1 - otevřené diody VD1 a VD2 - zažeh ve 4. válci - nizke napětí na svorce 15/2 - otevřene diody VD3 a VD4 - zážeh ve 2. válci
Obr.: 7.1.4 schéma čtyřjiskrové cívky
7.2 regulace podle hranice detonačního hoření (klepání) Detonační spalovaní vede k častým poruchám motoru. Porucha je zavislá na kvalitě paliva, stavu motoru, opotřebeni a a požadavky na emisní normy.Je proto důležité držet se před touto hranici detonačního hořeni. Regulace je zajištována změnou úhlu předstihu, jeho zmenšovánim, tak aby bylo možno změřit nebo zjistit, kdy docházi k detonačnímu hořeni. Ssnimače klepáni, jejich signál, vyhodnocuje řídící jednotka a omezí úhel předstihu zážehu. Ten je omezen napřiklad o 2 stupně natočení klikového
31
ústroji, poté se zase úhel zvětšuje na nastavenou hodnotu. .Děje se tak pro každý válec zvlášt a z toho vyplývá, že úhel předstihu zážehu se v závislosti na detonačním hoření neustale mění, vzhledem k podminkám ve kterých motor pracuje. 7.2.1 Piezoelektricke snimače tyto
snimači
nedokáží
detonačni
spalovaní
rozpoznat dopředu. Detonačni hořeni musí nastat , úhel předstihu zážehu je
nastaven tak, aby
detonačni hořeni nebylo slyšitelne. Snímače rozpoznají charakteristický zvuk a ten převedou na elektrický signál.Převod zvuku detonačniho na
hoření Obr.: 7.2.1 piezoelektrický snímač klepání
elektrický
signál
je
využit
piezoelektrický jev tzn. když
je
dielektrický
kristal deformován, vzniká na něm elektrický náboj a ten slouží jako elektrický signál. Čidlo klepání se umísťuje tak, aby se mohlo dobře rozeznat na kterém válci dochází k detonačnímu hoření. U více válcových motorů, šesti válce a víc, už jeden snímač nestačí, proto jsou instalovány dva a řídící jednotka mezi nimi přepíná podle pořadí zážehu. 7.2.2 Optoelektrický snímač Dioda osvětluje optické vlákno. Změna tlaku na vlákno mění optickou průchodnost světla. Změna průchodnosti se měří a předává řídící jednotce. Snimač je pro každý valec
Obr.: 7.2.2 signál snímače klepání
zvlášť a je umístěn v hlavě válce. U tohoto systému není potřeba detonační hoření. Regulací podle hranice detonačního spalování mohou být doplněny i ostatní systémy zapalování podminkou je že musí mít elektronicky řízený úhel předstihu zážehu.
32
8 KONDENZÁTOROVÉ ZAPALOVÁNÍ Také se označuje jako tyristorové, protože ovládacím prvkem je tyristor. K akumulaci energie slouží kondenzátor.
8.1 použití kondenzátorového zapalování Je vhodné ho použivat u motorů zatížených velkými otáčkami s potřebou vysokého napětí na svíčce ( velká komprese) .U takto výkonných motorů byvá problém osadit vhodnými svíčkami, při maximálním výkonu ( jízda po dálnici) je problém s chlazením svíčky. Zato při požadovaném malém výkonu ( volnoběh, jizda ve městě) nedosahuje svíčka samočistíci schopnost. Řešenim je kondenzátorové zapalovaní. Motory jsou nastaveny na maximálni výkon při nízkých otáčkách. Vznikaji paralelní proudy, které přeskakují přes zaolejované a vlhké části svíčky a očistuji je. Tento jev je způsoben tím, že kondenzátorové zapalování má daleko vyššší nárust napětí. Rychlost nárustu na přeskokové napětí je mnohokrát vyšší (-." 8000 ∗ /. * ) než u předchozích systémů zapalování (-." 350 ∗ /. * ) a díky tomu mohou vznikat paralelni proudy.
8.2 Princip a popis kondenzátorového zapalování K nabití kondenzátoru je zapotřebí stejnosměrné napětí kolem 430 V, aby se mohlo takové napětí vytvořit, je třeba nejdřív pomocí oscilátoru změnit stejnosměrné napětí na baterii na střídavé, to se pak transformuje na požadovanou hodnotu a dále je diodou usměrněno do kondenzátoru. Ten je ovládán tyristorem. Okamžik jeho otevření může být ovládano mechanicky, ale také elektricky. Dříve posanými způsoby po otevřeni tyristoru se napětí kondenzátoru vybije do primární cívky transformátoru. Pracuje oproti indukčnimu zapalování jenom jako transformátor. V daném poměru ohmický odpor je znatelně nižší, tudíž nárust napětí na sekundarní civce je nesrovnatelně rychlejší.
33
Obr.: 8.2.1 schéma kondenzátorového zapalování
9 MAGNETOVÉ ZAPALOVÁNÍ 9.1 Princip magnetového zapalování Rotor při svém otáčení vytváří magnetické pole, jehož siločary protínají vinutí cívky. Magnetický tok se ale mění, jak co do směru, tak i do síly. Primární vinutí je zapojeno do skratu skrze přerušovač,
tudíž napětí indukované na zapalovací cívce nemá
potřebnou velikost. Diky tomu začne procházet proud, který vytvoří magnetické pole statoru. Tato dvě magnetická pole (statoru a rotoru) se sčítají. Když magnetický tok a indukovaný proud dosáhne maxima, rozpojí se kontakty přerušovače, proud i magnetická pole vyjma magnetického pole pernamentních magnetu klesne rychle na minimum.
Touto
rychlou
změnou
se
v sekundárni cívce naindukuje napětí, které už
je
dostatečné
na
přeskok
jiskry.
Maximální sekundárni napětí získáme pouze tehdy, když se kontakty rozpojí. V okamžiku, kdy úhel α tj.
pootočeni
rotoru ze své
neutrálni polohy do rozpojeni kontaktu o 8º 10º stupnu. nazývá se odtrh .Pro různé druhy magnet je odtrh různý a výrobce vždy uvede parametry. Obr.: 9.1.1 zapalování
princip
magnetového
34
Pokud by byl odtrh velký rozpojeni),
sníží
se
primární
( pozdni
napětí
v době
rozpojeni, a tim se sniži celkové napětí magnetu. Pokud by byl odtrh naopak menší, sníži se napětí ještě více neboť proud stoupá na primární civce strměji než potom klesá. Princip je téměř schodný s bateriovým systémem zapalováni. Rozdíl je pouze v tom,u že u magneta je proud vytvořen rotujícim magnetickým polem a má jiný nárust než u bateriového.
Obr.: 9.1.2 zapalování
odtrh
magnetového
9.2 Regulace úhlu předstihu zážehu 9.2.1 změnou odtrhu dochází k natáčeni vačky přerušovače. Vzhledem k rotoru se měni úhel předstihu, odtrh se tím změní také. Tato regulace se provádí pouze u magnet s přebytkem výkonu. 9.2.2 s konstantním odtrhem Natáčí se celá soustava magneta např. odstředivým regulátorem. Musí byt dostatečně dimenzovány, poněvadž překonává velké setrvačné síly, měni se i směr magnetické sily, což může způsobovat při nižších otáčkách torzní kmity.
9.3 nejpoužívanější typy magnetového zapalování 9.3.1 setrvačníkové magneto umožnuje mimo vlastni zapalování i výrobu proudu pro osvětlení, případně pro dobíjeni akumulátoru. Oběžný rotor má stejné otáčky jako kliková hřídel a je vyroben tak, aby byl co nejdále od středu rotace a tím plnil funkci setrvačniku a vyrovnával tak nerovnoměrnost chodu motoru.
Obr.: 9.3.1 setrvačníkové magneto
35
9.3.2 setrvačníkové magneto s kondenzátorovým zapalováním Na rotoru je umístěn ocelový můstek, který ovládá indukčni snimač, umistěný na statoru. Generátor nabíjí přes diodu kondenzátor, tyristor je ovládán inndukčním snímačem napěti vzniklém na generátorové cívce a je dostatečně velké, aby po usměrnění diodou dokázalo nabít kondenzátor Magnetová zapalování se používali dříve jak bateriová zapalování. V dnešní době je však
Obr.: 9.3.2 setrvačníkové kondenzátorovým zapalováním
magneto
najdeme povědšinou na jednostopích vozidlech.
10 HCCI (HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION) pracuje na principu vznícení směsi ve válci bez použití zapalovaci svíčky, tedy bez nějakého iniciátoru hořeni. Tato myšlenka je známa už delší dobu, ale až v posledních letech s pokrokem v materiálech a technických řešenich se o ni začalo zase uvažovat. Je pravda, že motor
se systémem HCCI je
jednodušší, chybí zde zapalováni,
vysokonapěťove kábely, svíčky, cívky, rozdělovač, zkrátka celá zapalovaci soustava. Podmínkou je přímé vstřikování paliva a použití vrstveného vstřiku. Při tomto způsobu zapálení směsi se ovšem hořeni neděje od jednoho mista ( od zapalovaci svičky u konvenčního zapalovani), ale dojde ke vzníceni v celém objemu kompresniho prostoru, což zvyšuje výkon i účinnost a zároveň snižuje emise, které u těchto motorů jsou výrazně nižší. Spotřeba pohonných hmot také klesa v důsledku toho, že tyto motory pracují s přebytkem vzduchu. Nevýhodou je, že pro vznícení benzínu je zapotřebí velkého tlaku. Při vznícení benzínu vzniká množství tepla v malém okamžiku. Z toho vyplývá velké tepelné namáhání motoru, v závislosti na teplotě. Samotné hořeni ve válci při vzníceni se velmi špatně řídí, může docházet k detonačnímu spalování. Směs se nevznítí zvýšeným tlakem ale o rozehřáte stěny spalovacího prostoru. Regulace úhlu zážehu a tím omezení klepáni motoru se u těchto motorů neprovadí, změnou jedné
36
s
veličiny, ale komplexnim upravením směsi a dalších části , které na tuto veličinu maji vliv ještě neni taková technologie, která by toto umožnila na 100%. Prototypové motory jsou zatím vybaveny ještě zapalovacími svíčkami, protože motory HCCI jsou velice zavisle na teplotě. Svičky umožňují snadný studený start a zajištují správnou funkci při vyšších otáčkách, kdy snáze vlivem velkého tlaku a teploty ve válcich vzniká detonační hoření.
obr.: 10.1 pracovní doby čtyřdobého motoru používající zapalování HCCI
37
11 ZÁVĚR Zážehové spalovací motory jsou využívány k pohonu mobilních prostředků. Po těchto motorech je vyžadována čím dál vyšší účinnost a výkon. Při zachování co nejmenších emisích ve výfukových plynech. Pro zvýšení těchto parametru je aplikováno mnoho přídavných systémů, které v zážehovém motoru.
ovlivňují jak přímo tak i nepřímo spalovací proces
Spalovací proces přímo ovlivňuje okamžik zapáleni směsi ve
válci. Tento okamžik se u zážehového spalovacího motoru mění v závislosti na otáčkách a zatížení motoru. Na zapalováni jsou z tohoto důvodu kladeny velké nároky. Zapalováni musí zaručit nejen správné zapáleni směsi při startováni motoru nebo při volnoběžných otáčkách ale i při maximálních otáčkách. Zapalováni je použito i při ochraně před vysokými otáčkami které by mohli poškodit pohyblivé součásti motoru. V mojí práci došlo k sumarizaci zapalovacích systému používaných za posledních padesát let. Vylíčil jsem klady i zápory jednotlivých zapalovacích systémů, ale i jejich limity ty jsou dány konstrukci a materiály použitými na akční členy. S modernizací zapalovacích systémů se zkvalitňuje a zpřesňuje okamžik zapáleni směsi, jsou použity logické obvody a mikroprocesory, které zpracovávají nesčetné množství dat, které porovnávají v reálném čase. Podle těchto dat a dat uložených v paměti vypočítají přesný a vhodný okamžik zapálení, který dokáže ze spalovacího motoru využít daleko vyšší výkon při současném sníženi emisí. Na druhou stranu jsou tyto systémy velmi složité a pro případné zjištění závady
je zapotřebí drahých diagnostických přístrojů.
Samozřejmosti je i dobře vyškolená obsluha. Vzhledem k tomu, že se hledí na ekologii a šetrnost
provozu je složitost systému nevyhnutelná.
V posledních dobách se
pozornost upírá na motory HCCI. V blízkém horizontu se ale nepočítá s jejich rozšířením, vzhledem ke složitému řízení spalováni, které ještě není v současné době zcela funkční.
38
SEZNAM POUŽITÉ LITERATŮRY JAN, Z. KUBÁT, J. ŽDÁNSKÝ, B. Elektrotechnika motorových vozidel 1 vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2001 JAN, Z. -- ŽDÁNSKÝ, B. Automobily : Motory . 3. 1. vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2000. 165 s. MACEK, J. -- SUK, B. Spalovací motory : I. 2. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2003. 244 s. ISBN 80-01-02085-1. RŮŽIČKA, A. Zapalování : řízení zážehového motoru. 1. vyd. Praha: Robert Bosch, 1999. 44 s. Technická příručka. ISBN 80-902585-5-7.
CITACE JAN, Z. KUBÁT, J. ŽDÁNSKÝ, B. Elektrotechnika motorových vozidel 1 vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2001 ( str,: 142) JAN, Z. KUBÁT, J. ŽDÁNSKÝ, B. Elektrotechnika motorových vozidel 1 vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2001 ( str.: 158)
39
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.: 2.1.1 pracovní doby čtyřtaktního motoru............................................................................................ 9 Obr.: 2.2.1 pracovní doby dvoutaktního motoru ........................................................................................ 10 Obr.: 3.1.1 schema baterioveho zapalováni ............................................................................................... 11 Obr.: 3.2.1 řez vysokonapěťovým kabelem A - jádro; B - vnitřní izolace; C - opředení; D - vnější plášť; E - kontakt; F - převlečka ................................................................................................................ 12 Obr.: 3.2.2 zapalovací svíčka ..................................................................................................................... 13 Obr.: 3.2.3 řez zapalovací cívkou ............................................................................................................ 14 Obr.: 3.2.4 pruběh napětí a proudu mezi dvěma sepnutími přerušovače ................................................... 16 Obr.: 3.2.5 přerušovač................................................................................................................................ 16 Obr.: 3.2.6 úhel sepnutí kontaktu přerušovače ........................................................................................... 17 Obr.: 3.2.7 řez rozdělovače ........................................................................................................................ 18 Obr.: 3.2.8 PV diagram .............................................................................................................................. 18 Obr.: 3.2.9 odstředivý regulátor ................................................................................................................. 19 Obr.: 3.2.10 podtlakový regulátor .............................................................................................................. 19 Obr.: 4.1 elektricke schéma polovodičoveho zapalování ........................................................................... 20 Obr.: 5.1.1 snímač s Hallovým prvkem ..................................................................................................... 21 Obr.: 5.1.2 indukční snímač ....................................................................................................................... 21 Obr.: 5.1.3 indukční snímač - symetrický .................................................................................................. 22 Obr.: 5.1.4 indukční snímač - jednopólový ................................................................................................ 22 Obr.: 5.1.5 elektromagnetický snímač s oscilátorem (OPUS) ................................................................... 22 Obr.: 5.1.6 optoelektrický snímač - princip ............................................................................................... 23 Obr.: 5.2.1 regulace napětí a úhlu sepnutí kontaktu u Hallova snímače .................................................... 24 Obr.: 5.2.2 regulace napětí a uhlu sepnutí kontaktu u indukčního snímače ............................................... 24 Obr.: 6.1 třírozměrné datové pole nastavení úhlu předstihu zážehu .......................................................... 25 Obr.: 6.1.1 indukční snímače otáček .......................................................................................................... 26 Obr.: 6.1.2 snímač otáček - Halluv snímač ............................................................................................... 27 Obr.: 6.1.3 odporový snímač teploty.......................................................................................................... 28 Obr.: 6.3.1 datové pole pro nastavení uhlu sepnutí kontaktu ..................................................................... 28 Obr.: 7.1.1 pruběh zapalování na dvoujiskrové cívce ................................................................................ 29 Obr.: 7.1.2 schéma dvoujiskrove cívky WEBER ....................................................................................... 30 Obr.: 7.1.3 jednojiskrová cívka spojená se svíčkou ................................................................................... 30 Obr.: 7.1.4 schéma čtyřjiskrové cívky ....................................................................................................... 31 Obr.: 7.2.1 piezoelektrický snímač klepání................................................................................................ 32 Obr.: 7.2.2 signál snímače klepání ............................................................................................................. 32 Obr.: 8.2.1 schéma kondenzátorového zapalování..................................................................................... 34 Obr.: 9.1.1 princip magnetového zapalování ............................................................................................. 34 Obr.: 9.1.2 odtrh magnetového zapalování ................................................................................................ 35 Obr.: 9.3.1 setrvačníkové magneto ............................................................................................................ 35 Obr.: 9.3.2 setrvačníkové magneto s kondenzátorovým zapalováním ....................................................... 36 obr.: 10.1 pracovní doby čtyřdobého motoru používající zapalování HCCI ............................................. 37
40
