Praktická dílna. Vstřikovací systémy vznětových motorů a elektronická regulace. utoexper. Servis Podvozek Organizace práce

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Automobil od A do Z

Servis

Podvozek

Organizace práce

Motor

Systémy a příslušenství

Bezpečnost a hygiena práce

Geometrie

Nářadí a vybavení dílen

Paliva a maziva

Diagnostika a měření

Elektr. zařízení, elektronika

Praktická dílna Vstřikovací systémy vznětových motorů a elektronická regulace

zář 4 záříí 200 2004

A ut oEXPER T utoEXPER oEXPERT

1

P R A K T I C K Á

D Í L N A

vstřikovací systémy

Vstřikovací systémy vznětových motorů a elektronická regulace

O tom, že elektronická regulace zasahuje do mnoha výrobních oblastí, již bezesporu není pochyb. Po elektronickém řízení vstřikování zážehových motorů na sebe dlouho nenechalo čekat ani řízení elektronických systémů palivové soustavy vznětových motorů. V tomto vydání praktické dílny se proto zaměříme na systémy, bez nichž si moderní automobil se vznětovým motorem nelze představit.

P

oužití mikroprocesorové elektronické regulace k řízení vstřikovacích soustav umožňuje velmi přesnou regulaci počátku a konce vstřikování, tj. předvstřiku a dávky paliva. Navíc je snadná regulace volnoběhu, korekce dávky při plném zatížení, závisející na plnicím tlaku, teplotě vzduchu a teplotě paliva, omezení nejvyšších otáček a korekce dávky pro spouštění studeného motoru. Elektronická regulace dále provádí nastavení recirkulace výfukových ply-

nů pro snížení množství škodlivin a nastavení plnicího tlaku u přeplňovaných motorů. Dochází tak k podstatnému zlepšení při dodržování zpřísněných mezních hodnot škodlivin ve výfukových plynech, snížení spotřeby paliva, optimalizace průběhu točivého momentu a výkonu, zlepšení reakčního času systému na pokyny řidiče, snížení hlučnosti motoru, optimalizace rovnoměrnosti chodu motoru. Další přínosy elektronického řízení vznětových motorů jsou např. možnost

vybavení vozidla tempomatem nebo zjednodušené přizpůsobení typu motoru rozdílným typům vozidel. Elektronická regulace množství vstřikovaného paliva a počátku vstřiku má tedy i u vznětových motorů příznivý vliv na spotřebu, jízdní vlastnosti a složení výfukových plynů. Řídicí jednotka sleduje okolní podmínky a podmínky provozu motor u, vyhodnocuje je a pomocí příslušných řídicích signálů nastavuje na vstřikovacím čerpadle vstřikované množství

Obr. 1. Přehled systému elektronicky regulovaného vstřikování vznětových motorů – vstupy a výstupy na řídicí jednotku.

2

autoEXPERT Aut oEXPER T utoEXPER oEXPERT

zář záříí 200 2004 4

P R A K T I C K Á

a počátek vstřiku, které v případě potřeby dále doregulovává. Tím lze pro každý pracovní bod motoru přesně upravovat vstřikované množství i počátek vstřiku, aniž by bylo nutno brát zřetel na křivky regulace vstřiku mechanického regulátoru, jako je třeba u běžných vznětových motorů. U elektronicky regulovaných vstřikovacích čerpadel vznětových motorů navíc úplně odpadá potřeba mechanického odstředivého regulátoru. Funkci dorazu pro plné zatížení v závislosti na

Obr. 2. Akcelerační pedál se snímačem dráhy, resp. polohy pedálu.

tlaku přeplňování, zarážky pro množství paliva při spouštění motoru v závislosti na teplotě, nastavovacího členu vstřiku v závislosti na odstředivé síle, ale i další funkce, jako je například regulace rovnoměrnosti chodu motoru a aktivní tlumení škubání motoru, zastává řídicí jednotka.

Základní k ons tr ukční pr vky kons onstr trukční prvky Elektronicky regulované systémy vstřikování vznětových motorů se vždy skládají z: vních a doplňk o vých snímačů ● hla hlavních a doplňko provozních hodnot motoru, které dodávají elektronické řídicí jednotce informace o okamžitém provozním stavu, tj. vhodně upravené signály, např. zatížení motoru, otáček motoru, teploty provozních kapalin, teploty a tlaku nasávaného vzduchu apod.; onické řřídicí ídicí jedno tky, jejímž ● elektr elektronické jednotky základem je mikroprocesor, který ze signálů provozních veličin, okolních informací a s ohledem na v paměti uložené charakteristiky a požadované hodnoty rozhoduje o začátku a konci vstřikování, recirkulaci výfukových plynů do sání motoru nebo omezení plnicího tlaku;


● akčních členů (nastavovacích zařízení), které umožňují mechanické provedení regulačních příkazů řídicí jednotky pomocí elektrických signálů. Na obr. 1 je uveden přehled systému elektronicky regulovaného vstřikování vznětových motorů se všemi vstupy a výstupy řídicí jednotky.

P odr obný popis odrobný v s tupních signálů a je jich vliv a jejich na funk ci sy s tému funkci sys Snímač poloh y ak celer ačního pedápolohy akceler celeračního lu (obr. 2) sděluje řídicí jednotce přesnou polohu pedálu akcelerátoru obdobně, jako je tomu u systému zážehových motorů. Mezi akcelerátorem a vstřikovacím čerpadlem proto není žádné mechanické spojení. Snímač polohy pedálu se skládá z otočného potenciometru, který při sešlápnutí pedálu a změně jeho polohy prostřednictvím kontaktu jezdce mění elektrický odpor. Podle příslušného poklesu napětí řídicí jednotka rozpozná jeho přesnou polohu.

➠

V e snímači poloh y ak celer ačpolohy akceler celeračního pedálu se nacház ejí dvě vr atnacházejí vratné pr užin y. Př pružin užiny Přii jeho eevv entuální výměně je tř eba př esně dodr třeba přesně dodržž e t hodo seř iz o vání, kt er no t y pr izo kter eréé udává not pro seřiz obce. Snímač poloh y pedálu lz výr polohy lzee výrobce. př ezk ouše ení elek přezk ezkouše oušett pomocí měř měření elek-trického odpor u; př esnější je však odporu; přesnější měř ení úb ytk u napětí. měření úbytk ytku

D Í L N A

Signál počtu otáček se používá také k omezování otáček motoru a jejich regulaci při volnoběhu. Na základě tohoto signálu může řídicí jednotka navíc rozpoznat nerovnoměrnosti otáček i škubání motoru a prostřednictvím změny množství paliva je ve správném okamžiku potlačit. Signál počtu otáček lze měřit jako střídavé napětí nebo jej lze zviditelnit na osciloskopu. Při výpadku signálu snímače počtu otáček může řídicí jednotka pro rozpoznání počtu otáček využít signálů snímače počátku vstřiku (nouzový chod).

Snímač počátk u vvss tř ik u (snímač počátku třik iku poh ybu jehly) (obr. 3) vysílá řídicí jedpohybu notce signál při začátku vstřikování. Řídicí jednotka ho porovná s uloženým polem charakteristik – v závislosti na množství paliva, otáčkách, teplotě chladicí kapaliny a tlaku vzduchu – a reguluje začátek vstřiku na vstřikovacím čerpadle, dokud skutečný začátek vstřiku nesouhlasí s uloženými hodnotami. Při výpadku snímače počátku vstřiku neprobíhá žádná regulace začátku vstřikování. To vede ke snížení točivého momentu a podle okolností i k silně „klepajícímu“ spalování.

Při výpadku signálu snímače polohy pedálu akcelerátoru se vstřikovací čerpadlo nastaví tak, aby se udržovaly konstantní nouzové otáčky motoru v rozmezí od 1200 do 1500 min-1. Tím se zaručí postačující podmínky pro nouzový chod a dojezd vozidla.

Otáčky mo u získává řídicí jednotmott or oru ka přes indukční snímač a z nich se, se započtením signálu snímače polohy pedálu akcelerátoru, vypočítává základní vstřikované množství paliva. Jemná dodatečná regulace množství paliva se provádí prostřednictvím různých snímačů teploty – chladicí kapaliny, nasávaného vzduchu, paliva a snímače plnicího tlaku vzduchu.

Obr. 3. Kombinace držáku trysky se snímačem pohybu jehly. 1 – nastavovací čep 2 – cívka snímače 3 – tlačný čep 4 – kabel 5 – konektor


3

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Kvalita signálu snímače pohybu jehly se měří pomocí střídy.

Snímač plnicího tlak u vzduchu. Na tlaku základě signálu ze snímače tlaku vzduchu probíhá jemná dodatečná regulace vstřikovaného množství a počátku vstřiku. Snímač tlaku vzduchu zastává u přeplňovaných motorů funkci regulace přeplňování. Prostřednictvím řídicí jednotky umožňuje dodatečnou regulaci přeplňovacího tlaku ovládáním regulačního ventilu přeplňovacího tlaku. Bez signálu o tlaku v turbodmychadle není regulace přeplňovacího tlaku možná. V takovém případě to znamená snížení točivého momentu. Ovšem i u nepřeplňovaných vznětových motorů způsobuje výpadek snímače tlaku plnicího vzduchu nepatrné snížení točivého momentu, protože řídicí jednotka v takovém případě používá náhradní hodnotu, která odpovídá nižšímu tlaku vzduchu. Tím se jak u atmosférického, tak i u přeplňovaného motoru zabraňuje vzniku tzv. černého kouření. Snímač tlaku vzduchu lze zkoušet přímo pomocí měření elektrického odporu. Teplo apalin y, vzduchu eplott a chladicí kkapalin apaliny a paliva se sleduje pomocí snímačů teploty, NTC termistorů, a přispívá k jemnému doregulování vstřikovaného množství paliva a začátku vstřikování. Tyto snímače se stejně jako u zážehových motorů zkoušejí měřením elektrického odporu. Při výpadku některého signálu se používají náhradní hodnoty, což má za následek horší reakci na změnu polohy akceleračního pedálu a menší točivý moment motoru. Nedostatek chladicí kapaliny navíc vede k vyšším otáčkám při volnoběhu, případně ke kouření motoru při jeho spouštění a nemožnosti ovládat ventil zpětného přívodu výfukových plynů (AGR, EGR – ventil recirkulace výfukových plynů). Funkce zpětného přivádění výfukových plynů není v činnosti ani při výpadku, resp. neúčinnosti korekce signálu teploty vzduchu. Snímač poloh y jezdce rregulát or u polohy egulátor oru egulát (u rozdělovacího vstřikovacího čerpa-

4


Obr. 4. Rotační rozdělovací vstřikovací čerpadlo s elektronickým regulátorem. 1 – snímač dráhy jezdce regulátoru 2 – zařízení pro nastavování vstřikovaného množství paliva 3 – elektromagnetický uzavírací ventil (ELAB) 4 – výtlačný řídicí píst 5 – magnetický ventil pro začátek vstřiku 6 – regulační šoupátko 7 – regulátor (přesuvník) vstřiku s obstřikovaným pístem

egulační dla), resp. snímač poloh polohy y rregulační t y č e (u řadového vstřikovacího čerpadla) hlásí řídicí jednotce prostřednictvím příslušného poklesu napětí na potenciometru, resp. prostřednictvím indukčního snímače dráhy regulační tyče nastavené vstřikované množství paliva. Tímto způsobem řídicí jednotka reguluje zařízení pro regulaci množství paliva vstřikovacího čerpadla tak dlouho, dokud nastavené a vypočtené množství paliva nesouhlasí. Bez signálu snímače polohy a dráhy, a tedy i bez zpětného hlášení, se zařízení pro nastavování množství ocitne bez elektrického proudu, což pro řídicí jednotku znamená nulové čerpání a motor se zastaví. Pro funkci tohoto snímače neexistují žádné náhradní hodnoty, resp. nouzové režimy chodu. Přezkoušení snímače polohy jezdce regulátoru, resp. snímače dráhy regulační tyče pomocí měření odporu není příliš účelné, protože bez ovládání zařízení pro nastavování množství nelze

zkoušet různé polohy jezdce nebo dráhy tyče. Zde je diagnóza možná pouze přečtením paměti závad.

Signál rry y chlos ti spouští v řídicí jedchlosti notce zvyšování otáček při volnoběhu. Tím se odstraňuje silné škubání motoru při malé rychlosti vozidla a nízkých otáčkách. Je-li v řídicí jednotce zabudována funkce regulace rychlosti jízdy, využívá se signál rychlosti i pro ni. Signál rychlosti lze v závislosti na použitém typu signálu měřit pomocí střídy (při obdélníkovém signálu), resp. režimu pro střídavé napětí. Měření kmitočtu může být použito jak v případě obdélníkového signálu, tak i při střídavém napětí. Sonda sstt a vu vvody ody v paliv ilv palivo o v ém ffilu se při příliš vysokém stavu vody tru tr stává elektricky vodivou, takže řídicí jednotka rozsvítí varovnou žárovku v kombinovaném přístroji. Většinou se však toto varování nespíná přes řídicí jednotku, ale přímo.


P R A K T I C K Á

Na základě signálu napětí z klimatizace zvyšuje řídicí jednotka otáčky při volnoběhu. Kromě toho je možné i úplné vypnutí kompresoru klimatizace řídicí jednotkou.

N apěť o vý signál aut oalar mu, rres es p. apěťo autoalar oalarmu, esp. u zabraňuje vstřikování paimobilizéru imobilizér liva a tím i vlastnímu spuštění motoru. Signál sspínač pínač zdo vých svět pínačee br brzdo zdových světel el využívá řídicí jednotka při vyšších otáčkách motoru k uzavření přívodu paliva ke vstřikovačům (bezpečnostní obvod). Je-li v řídicí jednotce zabudována regulace rychlosti, pak spínač na brzdovém pedálu jeho sešlápnutím tuto regulaci vypne, stejně je tomu i při aktivaci vypnutí spojky prostřednicpo jky . tvím s pínač pínačee sspo pojky Upravování, vypínání i další zvýšení rychlosti v rámci regulace rychlosti se provádí pomocí vstupních signálů z ovládací jednotky na sloupku řízení. U vstupních signálů nelze zapomínat ani na dostatečné napájecí napětí řídicí jednotky přes svorky 15 a 30. Také spojení na kostru musí být stejně jako v případech elektronického řízení vstřikování zážehových motorů naprosto v pořádku.

Elektrické a elektr onické a elektronické funk ce pr vků vvs s tř ik o v acích funkce prvků třik iko č er padel erpadel V případě rozdělovacího vstřikovacího čerpadla (obr. 4) je elektromagnetické zařízení pro nastavování vstřikovaného množství paliva (2) ovládáno řídicí jednotkou pomocí dodávaného regulačního proudu. Z toho vycházející rotační pohyb se prostřednictvím výstředníku přenáší na regulační šoupátko (6). Regulátor určuje podávací zdvih vstřikovacího čerpadla a tím i množství paliva, které lze stupňovitě nastavovat od nulové dodávky až k maximálnímu množství. Otočení elektromagnetu proti odtlačující pružině je závislé na regulačním proudu, dodávaném řídicí jednotkou, který je již modulovaný na šířku pulzu. Pokud regulační proud neprotéká, přestaví pružina otočný elektromagnet a jeho prostřednictvím i regulační šoupátko na nulovou dodávku. Pomocí snímače polohy regulačního šoupátka (1) řídicí jednotka neustále sleduje jeho polohu a při odchylkách mezi stanovenou a skutečnou hodnotou provádí regulaci.

D Í L N A

Regulační proud pro množství paliva dodávaný z řídicí jednotky se měří pomocí střídy.

Začát ek vvss tř ik u se u rozdělovacího Začátek třik iku vstřikovacího čerpadla nastavuje tlakem paliva obstřikovaného pístu (7), kter ý otáčí válečkovým prstencem. Začátek vstřiku se řídí pomocí modulace tlaku paliva prostřednictvím magnetického ventilu (5). Odchylky mezi zadaným a skutečným začátkem vstřiku řídicí jednotka rozpoznává podle signálu snímače pohybu jehly a reguluje ho pomocí změny taktu magnetického ventilu. Správnou funkci lze zkoušet měřením střídy. Z bezpečnostních důvodů je na vstřikovacím čerpadle k dispozici ještě elektr tický uza vír ací vvenenelektromagne omagnetický uzavír vírací omagne til (3). Ten je za provozu napájen proudem z řídicí jednotky, kterým je přitahován. Pokud je bez proudu, automaticky uzavírá přívod paliva. Napájení proudem lze zkoušet měřením napětí. Bez napájecího napětí motor zhasne.

Ovládání rrůzných ůzných ttypů ypů v s tř ik ov acích ččer er padel erpadel třik iko a os tupní a ostt atní výs výstupní signály Ovládání vstřikovacího čerpadla a na něm především vybavení pro nastavování dávky paliva a regulaci počátku vstřiku je nejdůležitějším úkolem řídicí jednotky, protože tím se ovlivňují všechny pracovní režimy a výkonové parametr y motoru, jako jsou např. volnoběh, jízdní vlastnosti, točivý moment atd. V zásadě se rozlišují dva typy vstřikovacích čerpadel: ● rotační vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem (obr. 4), používané převážně u osobních automobilů; ● řadové pístové vstřikovací čerpadlo (obr. 5), které nachází uplatnění převážně v sektoru užitkových vozidel.


Obr. 5. Řadové vstřikovací čerpadlo s regulační objímkou. regulační objímky 1 – válec čerpadla 8 – magnet pro nastavování 2 – regulační objímka regulační dráhy 3 – regulační tyč 9 – indukční snímač dráhy 4 – píst čerpadla regulační tyče 5 – vačková hřídel 10 – konektor 6 – magnet pro nastavování 11 – indukční snímač otáček začátku čerpání 7 – hřídel pro nastavování


5

P R A K T I C K Á

U řadového vstřikovacího čerpadla (obr. 5) probíhá regulace vstřikovaného množství i počátku vstřiku velmi podobně.

Mno žs tví paliva se mění pomocí reMnožs žství gulační tyče (3), která i zde nastavuje píst čerpadla (4). Regulační tyčí pohybuje přestavovací elektromagnet (8). Budicí proud pro tento elektromagnet dodává řídicí jednotka. Ta skutečnou velikost dráhy regulační t yče získává ze snímače dráhy regulační tyče (9) a odchylky mezi skutečnou a zadanou dráhou regulační tyče se kompenzují změnou budicího proudu. Budicí proud lze zkoušet měřením napětí. Je-li přestavovací magnet bez proudu, pak se z bezpečnostních důvodů regulační tyč pomocí pružiny odtlačí zpět do polohy pro nulovou dodávku paliva. Začát ek vvss tř ik u se mění pomocí přeZačátek třik iku stavovacího magnetu počátku dodávky paliva (6), pomocí hřídele pro nastavování regulační objímky (7) a regulační objímkou (2). Budicí proud pro přesta-

D Í L N A

vovací magnet počátku dodávky paliva reguluje rovněž řídicí jednotka. Zpětné hlášení o skutečném začátku vstřiku přichází opět ze snímače pohybu jehly. Budicí proud se zkouší měřením napětí. Bez proudu má začátek vstřiku maximální zpoždění, což znamená snížení točivého momentu motoru.

račního pedálu, tlaku nasávaného vzduchu a na vstřikovaném množství paliva. Všemi zmíněnými signály rozpoznává řídicí jednotka aktuální jízdní podmínky, protože recirkulaci nelze využívat během akcelerace nebo decelerace vozidla, ale zpravidla jen v ustálených provozních režimech motoru.

ivádění výfuk Při zpětném př přivádění výfuko o vých plynů (recirkulaci) (obr. 6) se v důsledku snížení teploty hoření směsi zmenšuje podíl oxidů dusíku ve výfukových plynech. Dosahuje se toho tak, že se část výfukových plynů přivádí znovu do nasávaného vzduchu. Ventil zpětného přivádění výfukových plynů se otvírá podtlakem vytvořeným vakuovým čerpadlem. K tomu dochází, pokud řídicí jednotka vedením přes kostru otevře příslušný elektromagnetický ventil. Pokud proud neprochází, tzn. nemá signál z řídicí jednotky přenášeného kostrou, zůstává tento elektromagnetický ventil uzavřen. Zpětné přivádění výfukových plynů je závislé na otáčkách motoru, teplotě chladicí kapaliny, signálu snímače polohy akcele-

R egulační vventil entil př eplňo vacího tlapřeplňo eplňovacího k u ovlivňuje pomocí pneumaticky ovládané obtokové klapky proud výfukových plynů, které pohánějí turbodmychadlo (obr. 7). Obtoková klapka je ovládána pomocí podtlaku, vytvářeného vakuovým čerpadlem. Ventil přeplňovacího tlaku (2), zde elektropneumatický měnič tlaku, příslušným způsobem upravuje podtlak, kterým se nastaví požadovaný přeplňovací tlak vzduchu. Ovládání regulačního ventilu přeplňovacího tlaku provádí řídicí jednotka v závislosti na skutečném přeplňovacím tlaku (signál ze snímače přeplňovacího tlaku) a teplotě vzduchu. Pokud jím neprotéká elektrický proud, je tento ventil zavřený a obtoková klapka je proto naplno

Obr. 6. Zpětné přivádění výfukových plynů – recirkulace.

6



P R A K T I C K Á

Obr. 7. Regulace přeplňovacího tlaku vzduchu. 1 – nastavování obtokové klapky 4 – vakuové čerpadlo 5 – snímač přeplňovacího tlaku 2 – elektropneumatický měnič vzduchu tlaku 6 – snímač teploty 3 – vzduchový filtr pro měnič přeplňovaného vzduchu tlaku vzduchu a atmosférická 7 – řídicí jednotka ventilace

otevřená, což má za následek velkou ztrátu točivého momentu motoru. Ovládání regulačního ventilu přeplňovacího tlaku i magnetického ventilu zpětného přivádění výfukových plynů se zkouší měřením napětí.

Td-signál z řídicí jednotky je jako obdélníkový signál (měřený pomocí střídy) k dispozici pro ostatní řídicí jednotky. K tomu přistupuje i signál spotřeby paliva (např. pro ukazatel spotřeby paliva, palubní počítač atd.).

Říz ení dob y žha Řízení doby žhavv ení (obr. 8) pro žhavicí svíčky může probíhat rovněž pomocí řídicí jednotky, přičemž se signál z kostry přivádí na relé žhavicích svíček. Tím je na žhavicí svíčky přiváděn zatěžovací proud. Funkce žhavicích svíček se kontroluje pomocí diagnostického výstupu.

Př ímé vvs s tř ik ov ání paliv a Přímé třik iko paliva u vznět ových mo ů orů u vzněto mott or

Obr. 8. Řízení doby žhavení.


I v oblasti osobních automobilů se ke konci minulého století postupně prosadilo přímé vstřikování nafty. Dnes již tuto technologii používají téměř bezvýhradně všichni výrobci automobilů,

D Í L N A

protože jen díky přímému vstřikování nafty s využitím vyšších vstřikovacích tlaků lze dále snižovat spotřebu paliva u automobilů se vznětovými motory a zároveň zvyšovat jejich výkon. Spalovací prostor, do kterého je palivo vstřikováno, je vytvořen ve dně pístu a může mít různý tvar, např. miskovitý, kulovitý, nebo dnes převládající tvar připomínající v řezu řecké písmeno omega. S ohledem na požadované snížení tepelných ztrát by měl být povrch spalovacího, resp. kompresního prostoru co nejmenší. Zvyšuje se tak účinnost a zlepšuje spouštění studeného motoru. Vysokými vstřikovacími tlaky (až 200 MPa) a víceotvorovými tryskami je dosaženo jemného rozprášení paliva do vzduchu ve spalovacím prostoru. Kvalitu směsi ve spalovacím prostor u významně ovlivňuje vhodný pohyb vzduchu (proudění, víření). Dobře rozprášené palivo se pak snadno vznítí horkým stlačeným vzduchem a směs hoří rychlostí až 20 m.s-1. Pro spuštění studeného motoru nepotřebují tyto motory většinou žádné zvláštní pomocné zařízení. Přesto se používá vhodné předehřívání vzduchu, řízené teplotně nebo časově pomocí žhavicí soustavy. Tím se při spouštění motoru a jeho ohřevu na provozní teplotu významně snižuje tvorba škodlivin ve výfukových plynech. Pro zlepšení specifických vlastností vznětových agregátů, které se právě u přímého vstřikování stávají zvláště významnými, jako je hlučnost (klepání) a neklidný chod (nerovnoměrnost otáček, škubání), musí být řízení vstřikovaného množství paliva a počátku vstřiku, jakož i vyrovnanost vznětů jednotlivých válců velmi jemné. Toho se v současnosti dosahuje jak dalšími úpravami řadových a rotačních vstřikovacích čerpadel, tak i pomocí nových systémů, které budou popsány v dalším textu. Požadavky na sledování pracovního režimu motoru (vstupní signály), jejich zpracování v řídicí jednotce a ovládání různých vstřikovacích čerpadel či systémů, stejně jako další výstupní signály, jsou prakticky stejné. Jejich popisu se proto budeme věnovat pouze při velkých odchylkách.


7

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Obr. 9. Schéma elektronického řízení vstřikovacího čerpadla. 1 – snímač tlaku (počátku vstřiku) na vstřikovači 9 – elektrický ventil vypnutí volnoběhu 2 – snímač otáček 10 – excentrický čep 3 – snímač teploty motoru 11 – regulační šoupátko 4 – snímač polohy pedálu akcelerátoru 12 – elektromagnetický ovladač předvstřiku 5 – snímač množství nasátého vzduchu 13 – přestavovací páka 6 – řídicí jednotka 14 – elektromagnetický regulační prvek 7 – ovládací ventil recirkulace výfukových plynů 15 – snímač polohy 8 – teplota paliva 16 – přívodní a přepadové potrubí paliva

R o t ační vvs s tř ik o v ací třik iko č er padlo s r ozdělo em erpadlo s rozdělo ozdělovv ač ačem a elektrick ou rregulací egulací a elektrickou U tohoto čerpadla jsou mechanické nastavovací prvky pro řízení dávky paliva nahrazeny elektromagneticky ovládaným mechanismem pro regulační šoupátko (obr. 9). Na hydraulickém přesuvníku vstřiku je umístěn elektromagnetický ventil pro korekci začátku výtlaku (předvstřiku).

Hydr aulický př esuvník vvss tř ik Hydraulický přesuvník třik iku u je ovlivňován taktovacím elektromagnetickým ventilem. Při trvale otevřeném ventilu klesne tlak na pístu přesuvníku vstřiku, a ten se pootočením kladkového prstence přestaví na pozdější začátek vstřiku. Jestliže je ventil uzavřen, působí vyšší tlak a kladkový prstenec se přestaví ve směru „dříve“. Taktováním ventilu, tj. frekvencí jeho ovládání, nastavuje řídicí jednotka optimální počátek výtlaku a tím tedy i předvstřik. R egulace dávky . Poloha akceleračního pedálu a poloha regulačního šou-

8


pátka jsou snímány potenciometrickými snímači dráhy. Změny jejich odporů, resp. změny napětí jsou vstupními signály pro řídicí jednotku. K měření otáček motoru slouží snímač horní úvrati a pro měření skutečného předvstřiku piezoelektrický snímač tlaku v držáku trysky válce č. 1. Tyto vstupní signály jsou zpracovávány řídicí jednotkou motoru. Z těchto údajů a z hodnot uložených v paměti pak určuje řídicí jednotka dávku paliva a předvstřik. Dávku určují impulzy k elektromagnetu šoupátka. Skutečná poloha šoupátka se porovnává s požadovanou, dokud se oba údaje neshodnou. Vlastním akčním členem je otáčivý magnet, jehož hřídel s excentrickým čepem se natáčí a posunuje šoupátko. Tím se uvolňuje řídicí (regulační) otvor ve vysokotlakém elementu dříve nebo později a nastavuje se dávka paliva. K tomu může docházet až do středních otáček tak rychle, že od jednoho vstřiku ke druhému se dávka paliva změní od minimální po maximální.

R ozdělo s tř ik o v ací ozdělovv ací vvs třik iko č er padlo s r adiálním pís erpadlo s radiálním pístt em Rozdělovací vstřikovací čerpadlo s radiálním pístem (obr. 10) je elektronicky regulovatelné čerpadlo s řídicí jednotkou integrovanou do tělesa čerpadla. Na trysce vytváří vstřikovací tlaky až 160 MPa. Jeho skříň se podobá rotačnímu vstřikovacímu čerpadlu s rozdělovačem. Vstřikovací čerpadlo se skládá z lamelového čerpadla s regulačním tlakovým ventilem a přepouštěcím škrticím ventilem pro předčerpávání paliva a vytváření tlaku v zásobním prostoru (asi 2 MPa) pro vysokotlaké čerpadlo s radiálním pístem, které zvyšuje tlak až na již uvedených 160 MPa, tedy tlak potřebný pro vstřikování a jemné rozprášení paliva. S vysokotlakým čerpadlem se otáčí i rozdělovací hřídel, která rozděluje palivo na příslušné válce. Množství paliva řídí vysokotlaký magnetický ventil. Ten je ovládán řídicí jednotkou čerpadla, rovněž umístěnou přímo na čerpadle, pomocí proměnného taktovacího poměru, kterým se otvírá a zavírá a určuje dobu


P R A K T I C K Á

čerpání vysokotlakého čerpadla. Za tím účelem snímač úhlu otočení, upevněný na držáku otáčejícím se synchronně s vačkovým prstencem vysokotlakého čerpadla, počítá zuby senzorového kolečka (kolečko přírůstků) spojeného s hnací hřídelí, u kterého počet mezer mezi zuby odpovídá počtu válců. Ze signálu snímače úhlu otočení se získává informace jak o okamžité úhlové poloze, tak i o otáčkách vstřikovacího čerpadla, jakož i o aktuální regulační poloze regulátoru vstřiku s využitím porovnání se signály ze snímače klikové hřídele. Pokud se zdvihátka pohybují směrem od prstencovité vačky, tak ventil přepne na plnění (obr. 11). Palivo proudí pod tlakem vnitřního prostoru čerpadla (asi 2 MPa) do vysokotlakých elementů a tlačí písty směrem ven. Hřídel rozdělovače se otáčí v tělese a v pořadí výstřiků propojuje kanálové spojení od ventilu k vysokotlakému potrubí příslušného válce. Pokud se zdvihátka pohybují směrem k prstencovité vačce, pak ventil přepne na výtlak (obr. 12). Písty pohybující se směrem dovnitř vytlačují palivo z elementu přes elektromagnetický ventil ke vstřikovači. Na konci výtlaku, závislém na požadované dávce, přepne elektromagnetický ventil opět na plnění a tlak se sníží na hodnotu tlaku ve vnitřním prostoru čerpadla. Hydraulický přesuvník vstř iku (obr. 13) natáčí prstencovitou vačku, jejíž poloha určuje počátek vstřiku, tlakem ve vnitřním prostoru čerpadla závisejí-

Obr. 11. Plnění vnitřního prostoru vstřikovacího čerpadla. 1 – rozdělovací hřídel 2 – palivo z vnitřního prostoru 3 – elektromagnetický ventil (otevřen) 4 – těleso rozdělovače 5 – vysokotlaký prostor


D Í L N A

Obr. 10. Součásti rozdělovacího vstřikovacího čerpadla s radiálním pístem. 1 – lamelové čerpadlo s regulačním tlakovým ventilem 2 – snímač úhlu otočení 3 – řídicí jednotka čerpadla 4 – vysokotlaké čerpadlo s radiálním pístem, hřídelí rozdělovače a výpustným ventilem (tlakový ventil) 5 – regulátor vstřiku s elektromagnetickým taktovacím ventilem 6 – vysokotlaký elektromagnetický ventil

cím na otáčkách a frekvenci taktování (otvírání a zavírání) elektromagnetického ventilu v přívodu paliva k pístu přesuvníku. Poloha regulátoru vstřiku se tedy určuje prostřednictvím příslušného magnetického ventilu, který je ovládán řídicí jednotkou čerpadla, a otáčí se shodně

s vačkovým prstencem vysokotlakého čerpadla. Celá vnitřní konstrukce rozdělovacího čerpadla s radiálním pístem je schematicky znázorněna na obr. 14. Pro regulaci počátku vstřiku jsou signály snímače pohybu jehly porovnávány se signály snímače úhlu otočení a podle nich je případně příslušným způsobem doregulován regulátor vstřiku. Souvislost mezi signály snímače úhlu otočení, aktivace vysokotlakého magnetického ventilu, zdvihu ventilu (skutečný vstřik) a zdvihem vačky ukazuje obr. 15. Celý systém i s dalšími prvky je přehledně znázorněn na obr. 16.

Obr. 12. Výtlak paliva ke vstřikovačům. 1 – elektromagnetický ventil (uzavřen) 2 – těleso rozdělovače

Vs tř ik o v ací jedno tk a Vstř třik iko jednotk tka č er padlo-tr erpadlo-tr padlo-tryy s k a (PD), č er padlo-po tr ubí-tr y s k a (PLD) erpadlo-po padlo-potr trubí-tr Další možnost přímého vstřikování nafty s elektronickou regulací tvoří systémy oddělených čerpadel, ve kterých je každému válci přiřazeno vlastní vstřikovací čerpadlo se vstřikovací tryskou


9

P R A K T I C K Á

a magnetickým ventilem. V nákladních i osobních automobilech se používají systémy oddělených čerpadel, označované jako jednotka čerpadlo-tryska (PD) nebo jako čerpadlo-potrubí-tryska (PLD). Čerpadla jsou poháněna přímo vačkovou hřídelí. U motorů s vačkovou hřídelí uloženou nahoře se používá jednotka čerpadlo-tryska, u vačkových hřídelí uložených vespod systémy čerpadlo-vedení-tryska (obr. 17). Každý válec má jeden sdružený vstřikovač (obr. 18), který ve svém pouzdře spojuje vysokotlaký vstřikovací element – čerpadlo, elektromagnetický ventil pro řízení vstřikování a vstřikovač, tj. držák trysky s vlastní tryskou. Píst čerpadla je ovládán vačkou, případně vahadlem a tyčkou. Vstřikovací vačka je umístěna na vačkové hřídeli

D Í L N A

Obr. 13. Regulace předvstřiku. 1 – přívodní kanálek 2 – tlakové palivo 3 – hřídel rozdělovače 4 – píst 5 – prstencovitá vačka 6 – vysokotlaký prostor 7 – tlak paliva od vnitřního prostoru čerpadla 8 – elektromagnetický ventil pro regulaci předvstřiku 9 – řídicí píst

Obr. 15. Vytváření regulační− ho signálu pro vysokotlaký magnetický ventil (příklad).

Obr. 14. Regulace vstřiku v rozdělovacím vstřikovacím čerpadle s radiálním pístem. (Pro lepší představu jsou polohy jednotlivých složek pootočeny.) 5 – vačkový prstenec (otočeno o 90°) 1 – řídicí jednotka motoru 6 – vysokotlaký magnetický ventil 2 – řídicí jednotka čerpadla 3 – lamelové čerpadlo (otočeno o 90°) 7 – rozdělovač vstřikování (otočeno o 90°) 8 – magnetický ventil regulátoru vstřiku 4 – snímač úhlu otočení

10



P R A K T I C K Á

Obr. 16. Přehled systému vstřikovacího a dalšími složkami systému. 12 – 1 – palivová nádrž 2 – palivový filtr 3 – vstřikovací čerpadlo 13 – 4 – řídicí jednotka čerpadla 14 – 5 – vysokotlaký magnetický 15 – ventil 6 – magnetický ventil regulátoru 16 – vstřiku 17 – 7 – regulátor vstřiku 8 – řídicí jednotka motoru 18 – 9 – držák trysky v kombinaci se snímačem pohybu jehly 19 – 10 – tyčinková žhavicí svíčka 20 – 11 – řídicí jednotka doby žhavení 21 –

motoru, pro každý válec samostatně, obvykle mezi vačkami sacích a výfukových ventilů. Palivo se ke sdruženým vstřikovačům přivádí tlakem dopravního nízkotlakého čerpadla. Řídicí jednotka v závislosti na vstupních signálech a uložených víceparametrových charakteristikách sepne magnetický ventil v PD, resp. PLD. Magnetický ventil bez proudu je otevřen a čerpadlo čerpá do přepadového (zpětného) vedení. Jestliže je ventil elektronickou řídicí jednotkou připojen (pod proudem), tak se uzavře. Pístek čerpadla palivo stlačuje a přes výtlačný ventil vytlačuje do


D Í L N A

zařízení se vstřikovacím čerpadlem s radiálním pístem VR snímač teploty chladicí kapaliny snímač otáček klikové hřídele snímač teploty nasávaného vzduchu měřič hmotnostního toku vzduchu snímač přeplňovacího tlaku turbodmychadlo regulátor zpětného přivádění výfukových plynů regulátor přeplňovacího tlaku podtlakové čerpadlo akumulátor

Obr. 17. Umístění jednotek čerpadlo−tryska a čerpadlo− −vedení−tryska v motoru.

tr ysky vstřikovače pod tlakem asi 200 MPa. Začátek i konec vstřikování, tj. předvstřik a dávka, jsou určovány za-

22 – přístrojové pole s indikací signálu o spotřebě paliva a otáčkách 23 – snímač akceleračního pedálu 24 – spínač spojky 25 – brzdový kontakt 26 – snímač rychlosti jízdy 27 – ovládací jednotka pro regulátor rychlosti 28 – kompresor klimatizace se spínačem 29 – diagnostický indikátor s přípojkou pro diagnostický přístroj

vřením, popř. otevřením ventilu. Zastavení motoru, popř. odpojení některého válce, se umožní pouhým otevřením ventilu. Základní i přídavné funkce prováděné řídicí jednotkou jsou analogické jako u jiných systémů. Mezi podstatné výhody této vstřikovací soustavy patří redukce tvorby škodlivin, snadná regulace předvstřiku a možnost odpojování jednotlivých válců.

Vs tř ik o v ací sy s tém Vstř třik iko sys se sspolečným polečným tlak o vým tlako po tr ubím – Common Rail potr trubím V současnosti je nejmodernějším systémem pro přímé vstřikování nafty tech-


11

P R A K T I C K Á

Obr. 1– 2– 3– 4– 5– 6– 7– 8– 9– 10 – 11 –

nologie Common Rail, resp. systém vstřikování se společným tlakovým po-

Obr. 1– 2– 3– 4– 5– 6– 7– 8– 9– 10 – 11 – 12 –

12

D Í L N A

18. Sdružený vstřikovač. pístek čerpadla elektromagnetický ventil přívod paliva přepad paliva píst spalovací prostor tryska jehla vačka kladka vahadlo

trubím. Tato elektronicky regulovaná vysokotlaká vstřikovací soustava je velmi

podobná nepřímému vícebodovému vstřikování benzinu. Označuje se také jako kompenzační vstřikovací systém, protože objem paliva v rozdělovací trubce, tvořící tlakový akumulátor, společně s velkým průtočným množstvím zaručuje zásobování vstřikovačů bez většího kolísání tlaku. Díky zásobníku je vytváření vysokého tlaku a vlastní vstřikování úplně odděleno. Vstřikování paliva probíhá pomocí injektorů, které jsou umístěny na tlakovém zásobníku a jsou ovládány elektrickým proudem prostřednictvím řídicí jednotky motoru. Vstřikované množství paliva a okamžik vstřiku může určovat řídicí jednotka bez jakýchkoliv mechanických

19. Přehled systému vznětového motoru V8 s technologií Common Rail. vysokotlaké čerpadlo (CP 3.3a) 13 – nádrž tlakový regulační ventil 14 – snímač polohy akceleračního pedálu vysokotlaké potrubí (rail) 15 – snímač otáček klikové hřídele snímač tlaku v potrubí 16 – snímač teploty chladicí kapaliny vstřikovač 17 – snímač natočení vačkové hřídele blok rozdělovače 18 – snímač přeplňovacího tlaku bimetalový ventil 19 – snímač hmotnosti nasávaného vzduchu snímač tlaku předčerpávání 20 – turbodmychadlo s variabilní geometrií lopatek palivový filtr 21 – regulátor zpětného přivádění výfukových plynů přídavné čerpadlo 22 – elektropneumatický ventil nastavení lopatek chladič paliva turbodmychadla škrticí klapka s odvětrávacím ventilem



P R A K T I C K Á

omezení pouze podle požadavků pracovního režimu na optimalizaci spotřeby, výkonu a složení výfukových plynů. Obr. 19 ukazuje přehled systému vznětového motoru V8 s technologií Common Rail. Systém vstřikování Common Rail se tedy skládá z: o tlakého okr uhu (palivová ná● nízk nízko okruhu drž, dopravní čerpadlo s filtrem paliva, výměník tepla a příslušná potrubí); sok o tlaké čás ti (vysokotlaké čer● vy vysok soko části padlo s vysokotlakým vedením a rozdělovací trubkou, vstřikovače s tryskami); onického řříz íz ení (řídicí jed● elektr elektronického ízení notka, snímače, akční členy, tj. elektromagnetické ventily ve vstřikovačích a regulátor tlaku v rozdělovací trubce).

P opis funk ce funkce Palivo se z nádrže čerpá elektrickým palivovým čerpadlem přes palivový filtr do vysokotlakého čerpadla. Snímačem předčerpávacího tlaku se sleduje tlak při předčerpávání a je-li příliš malý, tzn. příliš malé množství přitékající do vysokotlakého čerpadla, pak se zmenšuje vstřikované množství paliva, resp. dojde k zastavení motoru, aby se zabránilo poškození vysokotlakého čerpadla. Před vysokotlakým čerpadlem se nachází ještě přídavné čerpadlo, u zo-

Obr. 20. Snímač tlaku ve společném tlakovém potrubí (schéma). 1 – přívod elektrického proudu 2 – vyhodnocovací obvod 3 – membrána se snímacím prvkem 4 – přívod vysokého tlaku 5 – závit pro spojení potrubí

brazeného typu motoru zubové, které zajišťuje zásobování vysokotlakého čerpadla dostatkem paliva již pod vyšším tlakem. Vysokotlaké čerpadlo nyní čerpá palivo přes blok rozdělovače do vysokotlakého potrubí (rail), na kterém jsou umístěny injektory. Systémový tlak odpovídá zhruba 40 MPa při volnoběhu do asi 135 MPa při plném zatížení a jmenovitém počtu otáček.

D Í L N A

Injektory se palivo vstřikuje přímo do spalovacího prostoru. Blok rozdělovače není u zmiňovaného motoru V8 v případě použití pouze jednoho společného vysokotlakého potrubí zapotřebí. Snímač tlaku ve společném tlakovém potrubí, který je umístěn na bloku rozdělovače a který řídicí jednotce hlásí tlak ve společném tlakovém potrubí, je pak umístěn přímo na tomto potrubí. Obr. 20 schematicky ukazuje konstrukci snímače tlaku ve společném potrubí, ve kterém se tlakem na membránu mění jeho elektrický odpor. Vyhodnocovací obvod napájený 5V napětím zesiluje změny napětí vyvolávané změnami odporu membrány na hodnoty mezi 0,5 a 4,5 V. S využitím signálů ze snímače tlaku ve společném potrubí a v závislosti na stavu zatížení motoru se tlak ve společném potrubí pomocí tlakového regulačního ventilu nastavuje na potřebnou hodnotu. Tlakový regulační ventil řídí řídicí jednotka motoru. Ventil se většinou nachází na vysokotlakém čerpadle, zřídka pak na bloku rozdělovače. Funkce tlakového regulačního ventilu a celého vysokotlakého čerpadla je vysvětlena pomocí obr. 21. Palivo se do vysokotlakého čerpadla stlačuje pomocí vačkového výstředníku a čerpacího členu s pístem, do společného potrubí se čerpá výpustným

Obr. 21. Vysokotlaké čerpadlo (schéma, podélný řez). 1 – hnací hřídel 2 – vačka výstředníku 3 – čerpací člen s čerpacím pístem 4 – komora členu 5 – sací ventil 6 – odpojovací ventil členu 7 – výpustný ventil 8 – těsnění 9 – přípojka vysokého tlaku ze společného potrubí 10 – tlakový regulační ventil 11 – kulový ventil 12 – zpětný přívod paliva 13 – přívod paliva 14 – bezpečnostní ventil se škrticím otvorem 15 – nízkotlaký kanál k čerpacímu členu



13

P R A K T I C K Á

ventilem. Tlakový regulační ventil je řídicím proudem s modulovanou šířkou impulzu a jím vyvolávanou magnetickou silou aktivován tak, že se pro zvýšení tlaku v čerpadle a tím i ve společném potrubí uzavře zpětný přívod paliva kulovým ventilem. V bezproudovém stavu je zpětný přívod paliva uzavřen pouze účinkem pružiny, nastavené na tlak do 10 MPa. Při běžícím motoru a vysokotlakém čerpadle, bez ovládání tlakového regulačního ventilu, se zpětný přívod v důsledku vysokého tlaku uvolní, a proto již nedochází ke zvyšování tlaku. Vysokotlaké čerpadlo má tři nebo čtyři radiálně uspořádané čerpací členy. Při malé spotřebě paliva může řídicí jednotka některý z čerpacích členů odpojit. Za tím účelem je elektrickým proudem aktivován příslušný odpojovací ventil členu, čímž se otevře sací ventil. Na tomto čerpacím členu tak neprobíhá čerpání paliva a jeho tlakování. Tím se zmenšuje potřebný výkon vysokotlakého čerpadla a zabraňuje se nežádoucímu ohřívání paliva. Když se již palivo pod tímto tlakem (asi 135 MPa) dostane do společného potrubí, může následovat vstřik prostřednictvím vstřikovacích ventilů. Řídicí jednotka proto vyšle tzv. přitahovací proud, 20A impulz, na magnetický ventil v držáku vstřikovače. Jakmile jím protéká proud, dojde ke vstřiku; bez proudu zůstává zavřený. Obr. 22 schematicky ukazuje konstrukci vstřikovacího ventilu v otevřeném a zavřeném stavu. Nepřímé ovládání jehly trysky v injektoru se provádí pomocí tzv. hydraulického systému pro zhuštění paliva, protože velké síly potřebné k rychlému otevření jehly trysky nemohou být přímo přeneseny magnetickým ventilem, resp. by k tomu potřebný přitahovací proud musel být velmi vysoký. V zavřeném stavu (bez proudu) zavírá kulička ventilu účinkem pružiny ventilu vypouštěcí klapku. Tlak v systému společný pro potrubí a injektor působí přes napouštěcí kanálek k trysce na jehlu a tím také prostřednictvím napouštěcí klapky na čelní plochu ovládacího pístu ventilu. Protože síla působící na píst ventilu se rozkládá na větší plochu, zůstává jehla trysky zavřená. K jejímu ote-

14


D Í L N A

Obr. 22. Vstřikovač (schéma). a) vstřikovač zavřen (klidový stav) b) vstřikovač otevřen (vstřik) 1 – zpětný přívod paliva 2 – přívod elektrického proudu 3 – ovládací jednotka (magnetický ventil) 4 – přívod paliva ze společ− ného potrubí (vysoký tlak) 5 – komora ovládání ventilu 6 – kulička ventilu 7 – vypouštěcí klapka 8 – napouštěcí klapka 9 – ovládací píst ventilu 10 – přiváděcí kanálek k trysce 11 – jehla trysky 14 – bezpečnostní ventil se škrticím otvorem 15 – nízkotlaký kanál k čerpa− címu členu

vření se do magnetického ventilu vpustí proud, který ho přitáhne a kulička ventilu uvolní vypouštěcí klapku. Tlak na píst ventilu se zvýší a jehla se tlakem paliva v systému nadzdvihne, a tak dojde ke vstřiku. Pro zavření jehly je magnetický ventil bez proudu a působením síly pružiny ventilu na jeho kuličku opět zavírá vypouštěcí klapku. Tak se může tlak paliva v systému přes ovládací píst ventilu znovu zvýšit a stlačit jehlu trysky dolů (konec vstřiku). Řídicí jednotka díky tomu může začátek vstřiku i vstřikované množství paliva zcela libovolně měnit jen v závislosti na pracovním režimu motoru bez jakýchkoliv mechanických omezení. Této volnosti se využívá i k tomu, aby se krátce před hlavní vstřik předřadil další malý předvstřik, kterým se dosahuje zkrácení zpoždění vznícení při hlavním vstřiku. Tím rovněž dochází ke snížení špičky spalovacího tlaku, která je u vznětových motorů obvyklým problémem. Při sledování pracovního režimu motoru zpracovává řídicí jednotka následující vstupní signály (viz také obr. 19): ● ze snímače klikové hřídele signál pro určení polohy pístu ve válci a počtu otáček; ● ze snímače vačkové hřídele signál pro řízení válců a náhradní počet otáček při výpadku snímače klikové hřídele;

● ze snímačů teploty, signály pro stanovení teploty chladicí kapaliny, nasávaného vzduchu a případně i teploty oleje a paliva; ● z měřiče hmotnosti nasávaného vzduchu (s topnou vrstvou) signál pro stanovení hmoty nasávaného vzduchu, aby se při spalování vždy zachoval potřebný přebytek vzduchu; ● ze snímače přeplňovacího tlaku vzduchu signál pro ovládání obtokového ventilu nebo proměnlivé geometrie turbíny turbodmychadla výfukových plynů; ● ze snímače tlaku paliva ve společném potrubí signál pro nepřetržitou regulaci vysokého tlaku paliva; ● ze snímače tlaku paliva při předčerpávání signál pro kontrolu předčerpaného množství; ● ze snímače polohy akceleračního pedálu signál pro určení polohy akceleračního pedálu; ● různé signály v případě zabudovaného regulátoru rychlosti; ● signály z ostatních řídicích jednotek, např. protiprokluzové regulace, řídicí jednotky převodovky, imobilizéru atd. Z výše uvedených vstupních parametrů určuje řídicí jednotka motoru primárně začátek vstřiku a vstřikované množství paliva a napájí proudem elektromagnetický ventil příslušného injektoru. Přitom bere zřetel i na nutnost


P R A K T I C K Á

různého přizpůsobení pro různé pracovní režimy motoru, kromě normálního provozu, tedy pro spouštění motoru, regulaci volnoběhu, regulaci klidného chodu, tlumení škubání, omezování množství paliva a zastavení motoru (nedochází ke vstřikování). Na straně výstupu udává řídicí jednotka i tlak ve společném potrubí, dobu žhavení, přeplňovací tlak v turbodmychadle, a případně ovládá i zabudovanou regulaci rychlosti jízdy a krátkodobé odpojování kompresoru klimatizace. Řídicí jednotka dává různé informace, např. o počtu otáček, spotřebě atd., k dispozici i ostatním systémům nebo řídicím jednotkám, ke kterým jsou data přenášena systémem datových sběrnic, stejně jako data pro rozsáhlou vlastní diagnostiku.

Vs tř ik o v ací tr Vstř třik iko tryy s ky a dr žáky vvs s tř ik o v ačů a držáky třik iko Nedílnou součástí palivové soustavy vznětových motorů jsou i vstřikovací trysky. Protože se u moderních motorů jedná o součást stejně důležitou, jako je vstřikovací čerpadlo nebo elektronické řízení, nelze je v takto zaměřené praktické dílně opomenout. Vstřikovací tryska má za úkol vstřikovat palivo, které přichází ze vstřikovacího čerpadla pod vysokým tlakem, do spalovacího prostoru tak, aby došlo k co nejlepšímu rozprášení, tvorbě vhodné směsi paliva a vzduchu podle konkrétního tvaru spalovacího prostoru. To znamená, že vstřikovací tlak, doba vstřikování, tvar vstřikovaného paprsku paliva (úhel paprsku) a směr paprsku musejí být přizpůsobeny různým spalovacím pochodům a rozmanitosti tvarů spalovacích prostorů. Otvírací tlaky trysek pro jejich kontrolu jsou relativně nízké, asi 8 až 25 MPa. Neodpovídají však otvíracím tlakům při provozu motoru, které jsou při zvyšujících se otáčkách vyšší. Během výtlačného zdvihu pístku vstřikovacího čerpadla roste tlak z hodnoty otvíracího tlaku až na vstřikovací tlak, kterým je vstřikováno palivo otvorem trysky, na více než 200 MPa. Vstřikovací trysky tak výrazně ovlivňují chod motoru, průběh spalo-


vání, hlučnost motoru, zejména při volnoběhu, a tvorbu škodlivin. Vstřikovací trysky lze rozdělit podle konstrukčního typu do dvou skupin: ● čepové trysky; ● otvorové trysky. Podle množství paliva vstřikovaného v jednom pracovním cyklu se používají různá provedení trysek. Tělesa a jehly trysek jsou vyrobeny z velmi kvalitní oceli, funkční plochy jsou broušeny a navzájem lapovány. Potřebné tolerance se pohybují kolem 2 až 4 µm. Trysky se proto v případě nutnosti vyměňují celé.

Čepo vá tr y s k a (obr. 23) se používá Čepová try v motorech s předkomůrkou a vířivou

D Í L N A

komůrkou. Tlak pro otevření trysek se většinou pohybuje mezi 8 a 12,5 MPa. Jehla trysky má na svém dolním konci tvarovaný vstřikovací čep, který zasahuje až do otvoru trysky. Vstřikovaný paprsek lze měnit různými tvary a rozměry vstřikovacího čepu. Kromě toho čep udržuje otvor trysky čistý, bez karbonu. Škrticí čepová tr yska se liší od ostatních čepových trysek zvláštním tvarem čepu, kterým se částečně určuje předvstřik. Když se jehla trysky zvedne ze svého sedla, tak se nejdříve uvolňuje velmi úzká kruhová štěrbina, která propouští pouze málo paliva (škrticí účinek). Teprve při dalším zvednutí jehly trysky se průtočný prů-

Obr. 23. Čepová tryska. 1 – přívod paliva 2 – opěrný čep 3 – prstencovitá drážka 4 – držák trysky 5 – jehla trysky 6 – osazení jehly 7 – tlakový prostor 8 – vstřikovací ventil 9 – čep jehly

Obr. 24. Otvorová tryska. 1 – přívod paliva 2 – vstřikovací ventil 3 – těsnicí hrana 4 – těleso ventilu 5 – osazení 6 – tlakový prostor 7 – jehla trysky 8 – výstřikový otvor 9 – úhel otvoru

Obr. 25. Ochranná tepelná vložka vstřikovací trysky. 1 – otvorová tryska 2 – upínací matice trysky 3 – těsnicí podložka 4 – ochranná tepelná vložka 5 – hlava válců


15

P R A K T I C K Á

D Í L N A

řez zvětší, dokud se nakonec ke konci zdvihu jehly trysky nevstříkne hlavní část paliva. Pomalým zvyšováním tlaku ve spalovacím prostoru dochází k rovnoměrnějšímu spalování a k měkčímu chodu motoru.

Otv or o vá tr y s k a (obr. 24) se použíOtvor oro try vá ve zmiňovaných motorech s přímým vstřikováním paliva, protože se s ní dosahuje velmi jemného rozprášení paliva. Otvírací tlak se při kontrole pohybuje mezi 15 a 25 MPa. Jehla trysky je na dolním konci většinou kuželovitě zbroušená a zapadá do kuželovité dosedací plochy v držáku trysky, čímž se dosahuje výborného utěsnění. Používají se trysky jednootvorové a víceotvorové. Jednootvorové trysky mají jen jeden výstřikový otvor, který leží ve směru osy trysky nebo bočně. U víceotvorových trysek je celkem 3 až 8 výstřikových otvorů uspořádáno většinou symetricky a šikmo k ose trysky s vrcholovým úhlem otvorů až 160°. Průměr vstřikovacího otvoru (asi 0,15 – 0,4 mm) ovlivňuje tvar a dolet vstřikovaného paprsku paliva. U vznětových motorů s přímým vstřikováním, především u přeplňovaných motorů, se zvyšují teploty na špičce otvorových trysek v důsledku vysokých spalovacích teplot až na 250 °C. Tím klesá především v nepřetržitém provozu tvrdost sedla trysky, což má za důsledek její kratší životnost. Pomocí ochranných tepelných vložek (obr. 25) z nerezové oceli se může teplota špiček trysek snížit až o 40 °C. Tvrdost se jen mírně sníží, ale životnost trysky se prodlouží.

Dr žák tr Držák tryy s ky Pomocí držáku trysky (obr. 26) je namontována vstřikovací tryska do hlavy válců motoru. Vstřikovač může být vybaven bezúdržbovým sítovým čističem paliva, který je zalisován v držáku. Palivo přiváděné od vstřikovacího čerpadla pod vysokým tlakem přichází do přívodního otvoru držáku trysky. Odtud se dostává do prstencovité drážky, přívodního otvoru a do tlakové komory vstřikovací trysky. Je-li tlak paliva větší než napětí tlačné pružiny,

16


Obr. 26. Jednopružinové a dvoupružinové těleso vstřikovače. 1 – přívod paliva 10 – tlačná pružina 1 2 – síťový čistič 11 – tlačný čep 3 – přepad paliva 12 – vodicí podložka 4 – nastavovací podložka 13 – tlačný kolík 5 – tlačná pružina 14 – tlačná pružina 2 6 – těleso vstřikovače 15 – sedlo pružiny 7 – tlačný čep 16 – nastavovací podložka 8 – těleso trysky 17 – dorazová objímka 9 – jehla trysky 18 – těleso trysky

jehla trysky se zvedne ze svého kuželovitého sedla, vstřikovací tryska se otevře a palivo se z otvorů trysky vstřikuje do spalovacího prostoru. To probíhá během dopravního zdvihu vstřikovacího čerpadla. Palivo unikající podél jehly trysky, které je potřebné pro mazání a chlazení jehly trysky, se většinou vrací zpět do palivové nádrže vratným potrubím. Po skončení vstřikování (pokles tlaku ve vysokotlakém potrubí) stlačuje síla pružiny jehlu trysky opět na její kuželové sedlo, tryska se uzavře. Správný otvírací tlak trysky se nastavuje seřizovacím šroubem nebo vloženými ocelovými destičkami (nastavovacími podložkami), které určují sílu předpětí pružiny.

D vo u p r užinov ý d ržák tr y sk y (obr. 26b) obsahuje dvě tlačné pruži-

ny s různou tuhostí. Ty jsou navzájem sladěny tak, že se nejdříve při nízkém tlaku paliva zvedne jehla trysky jen proti síle první, měkčí pružiny. Tryska se jen pootevře a do spalovacího prostoru se vstříkne nejdříve velmi malé množství paliva (pilotní dávka), které spustí spalování a mírně zvýší spalovací tlak. Narůstající vstřikovací tlak poté přemůže i sílu druhé pr užiny a tryska se otevře naplno. Takto prodloužená celková doba výstřiku vede k pomalejšímu (měkčímu) spalování a tím i k pravidelnějšímu chodu naprázdno a snížené tvorbě škodlivin. Dvoupružinový držák trysek se proto používá především pro vznětové motory s přímým vstřikováním. ZPRACOVÁNO PODLE ZAHRANIČNÍCH MATERIÁLŮ.


Praktická dílna. Vstřikovací systémy vznětových motorů a elektronická regulace. utoexper. Servis Podvozek Organizace práce

Recommend Documents