Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2
Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.11
Diagnostika automobilů Kapitola 25
Ventil ovládaní tlaku turba AFK (Y-68) - popis turbodmychadla Libor Blahuta
30.9.2012
Obsah ÚVOD ...................................................................................................................................................... 1 VENTIL OVLÁDANÍ TLAKU TURBA AFK (Y-68) - POPIS TURBODMYCHADLA.............. 2
1 1.1
AKČNÍ ČLENY PRO PŘEPLŇOVÁNÍ TURBODMYCHADLEM (ZÁŽEHOVÝ MOTOR)................................ 2
1.2
ELEKTRONICKÁ REGULACE PLNICÍHO TLAKU (ZÁŽEHOVÝ MOTOR) ................................................. 2
1.3
AKČNÍ ČLEN ELEKTRONICKÉ REGULACE PLNICÍHO TLAKU (ZÁŽEHOVÝ MOTOR)............................. 3
1.4
REGULACE PLNICÍHO TLAKU VZDUCHU (VZNĚTOVÝ MOTOR).......................................................... 4
1.5
SCHÉMA ZAPOJENÍ REGULACE PLNICÍHO TLAKU (VZNĚTOVÝ MOTOR) ........................................... 4
1.6
ZOBRAZENÍ A POPIS ELEKTROMAGNETICKÉHO VENTILU BEZ NAPĚTÍ ............................................. 5
1.7
ZOBRAZENÍ A POPIS ELEKTROMAGNETICKÉHO VENTILU POD NAPĚTÍM .......................................... 6
1.8
PŘÍKLADY VYHOTOVENÍ VENTILŮ OVLÁDÁNÍ TLAKU TURBA ............................................................. 7
2
DOPORUČENÁ LITERATURA.................................................................................................. 8
3
POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE ........................................................................................ 9
Úvod Výukový materiál „Diagnostika automobilů“ je určený pro studenty 3. a 4. ročníku oboru 39-41-L/01 Autotronik a 3. ročníku oboru 23-68-H/01 Automechanik. Diagnostika automobilů je nejdůležitějším krokem oprav strojů, nebo automobilů k následnému správnému určení závady a jejímu odstranění. Tento materiál je určený k dokonalejšímu zvládnutí výukových celků v předmětech „Diagnostika“ a „Opravárenství a diagnostika“. V kapitole je popis turbodmychadla a funkce ventilu ovládání tlaku turba AKF.
1
1
1.1
Ventil ovládaní tlaku turba AFK (Y-68) - popis turbodmychadla.
Akční členy pro přeplňování turbodmychadlem (zážehový motor)
Motory v osobních automobilech musí dosahovat při nízkých otáčkách vysoký krouticí moment. Proto je těleso turbíny přizpůsobené malému hmotnostnímu proudu výfukových plynů, např. plnému zataženi při n = 2000 min-1. Aby nedocházelo při vyšších hmotnostních proudech výfukových plynů k přílišnému zvýšení plnicího tlaku, musí být v tomto rozsahu část plynů odvedená obtokovým ventilem (Waste - gatě) okolo turbíny do výfukového systému. Obvykle je tento obtokový klapkový ventil integrovaný do tělesa turbodmýchadla. V některých případech je použitý talířový ventil v separátním tělese paralelně k turbíně.
1.2
Elektronická regulace plnicího tlaku (zážehový motor)
Při pneumaticko - mechanické regulaci je akční člen turbodmýchadla přímo ovládaný plnícím tlakem z výstupu kompresoru. Tady je průběh krouticího momentu motoru v závislosti na otáčkách volitelný jen ve velmi malém rozsahu. V závislosti na zatažení existuje jen jedno omezování a to při plném zatažení. Tolerance plnicího tlaku při plném zatažení nemůžou být doregulované. Při částečném zatížení zhoršuje závěrný obtokový ventil účinnost. Zrychlení z nižších otáček může vést k opožděné reakci turbodmýchadla. Tyto nevýhody je možné odstranit elektronickou regulaci plnicího tlaku. V určitých oblastech zatížení je možné snížit specifickou spotřebu paliva. Dosahuje se to otvíráním obtokového ventilu, což se projevuje následovně: Výtlačná práce motoru a výkon turbíny se sníží. Tlak a teplota na výstupu z kompresoru se sníží. Tlakový spád na škrticí klapce se sníží. Taktéž se linearizuje průběh krouticího momentu vůči natočení škrticí klapky s lepším dávkováním zatížení přes plynový pedál. K realizaci výše uvedených zlepšení musí být turbodmýchadlo s akčním členem optimálně přizpůsobené motoru. Při akčních členech se to týká: Elektromagnetickému taktovacímu ventilu. Účinné ploše membrány, zdvihu a pružiny membránové dózy. Průřez ventilového talíře popřípadě klapky na „ Waste - gatě". Při systémech s řídicími jednotkami motoru ECU s elektronickou regulací plnicího tlaku se používají předepsané hodnoty tlaku, množství anebo hmotnost nasávaného 2
vzduchu, podle použitého snímače zatížení. Tyto hodnoty jsou uložené v EEPROM paměti řídicí jednotky, v poli charakteristik v závislosti na otáčkách motoru a úhlu natočení škrticí klapky. U přeplňovaných motorů nesmí teplota výfukových plynů mezi motorem a turbínou překročit určitou prahovou hodnotu. Proto mnozí výrobci benzínových motorů, kteří používají regulaci plnicího tlaku, se kombinují se snímačem klepání. Jen regulace klepání dovoluje v průběhu celé životnosti motoru provoz s čím největším předstihem zapalování. Tento (pro každý provozní stav) optimálně přizpůsobený úhel zapálení směsi, způsobuje velmi nízké teploty spalin. Dalšího snížení teploty výfukových plynů je možné dosáhnout zásahem do planícího tlaku anebo zásahem do složení směsi.
1.3
Akční člen elektronické regulace plnicího tlaku (zážehový motor).
1. Objemový proud přes obtokový ventil (Waste - gatě). 2. Objemový proud přes turbínu. 3. Tlak v membránové dóze. 4. Plnicí tlak. 5. Taktovací ventil. 6. Řídící signál pro taktovací ventil ovládaný z ECU.
3
1.4
Regulace plnicího tlaku vzduchu (vznětový motor)
Výkonové parametry vznětového turbo - motoru v célom rozsahu otáček a zatažení významně ovlivňuje hodnota plnicího tlaku vzduchu. Aby vznětový turbo - motor dosahoval požadovaných výkonových parametrů v celém rozsahu otáček a zatažení je potřebné hodnotu plnicího tlaku vzduchu regulovat. V datových polích řídicí jednotky motoru ECU jsou uložené ideální hodnoty plnicího tlaku vzduchu v závislosti na otáčkách motoru a jeho zatažení (hmotnosti nasávaného vzduchu). Jako korekční hodnota slouží teplota plnicího vzduchu. Aby motor nasával při různém atmosférickém tlaku stejnou hmotnost vzduchu, je charakteristika předepsaného plnícího tlaku korigovaná podle hodnoty odměřeného atmosférického tlaku. Cca. od nadmořské výšky 1500m se předepsaná hodnota plnícího tlaku vzduchu snižuje, aby se v řídkém vzduchu zabránilo poškození „ přetočení“ turbodmýchadla. Turbodmýchadlo a jeho obtokový ventil jsou dimenzovány tak, aby měli dostatečný regulační zdvih pro každý provozní stav motoru a tím také předepsanou hodnotu plnícího tlaku. Zpětnou informaci o skutečné hodnotě plnícího tlaku vzduchu dostává řídící jednotka ECU ze snímače plnícího tlaku, který je uložený obvykle v řídící jednotce motoru ECU a spojený se sacím potrubím hadičkou. Některé typy mají snímač umístěný v blízkosti sacího potrubí. Každá odchylka skutečné hodnoty planícího tlaku od hodnoty předepsané datovým polem je řídící jednotkou motoru ECU doregulovaná. Pokud dojde k překročení maximální hodnoty planícího tlaku vzduchu (1.72 - 1,95 bar „absolutně“) i při plně otevřeném obtokovém ventilu, omezí řídicí jednotka ECU množství vstřikovaného paliva a tím výrazně poklesne výkon motoru. Tlaková dóza obtokového ventilu na turbodmychadle je ovládaná přes elektromagnetický řídící ventil a to tlakem, kterého hodnota je modulovaná z dvou tlaků: - Z plnícího tlaku v sacím potrubí za kompresorem turbodmychadla. - Z atmosférického tlaku před kompresorem turbodmychadla.
1.5
Schéma zapojení regulace plnicího tlaku (vznětový motor)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Turbodmychadlo. Obtokový ventil turbodmychadla. Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu. Řídící ventil regulace plnícího tlaku vzduchu. Mezi chladič plnícího vzduchu. Snímač teploty nasávaného vzduchu. Místo odběru plnícího tlaku vzduchu. Řídící jednotka motoru ECU.
4
1.6
Zobrazení a popis elektromagnetického ventilu bez napětí
1. 2. 3. 4.
Plnící tlak za kompresorem turbodmýchadla. Elektromagnetický ventil bez napětí - vypnutý. Výstup k tlakové dóze obtokového ventilu. Cesta průchodu plnícího tlaku.
5
1.7
Zobrazení a popis elektromagnetického ventilu pod napětím
1. 2. 3. 4.
Cesta průchodu atmosférického tlaku. Výstup k tlakové dóze obtokového ventilu. Atmosférický tlak před kompresorem turbodmychadla. Elektromagnetický ventil pod napětím - zapnutý.
Elektromagnetický řídící ventil plnícího tlaku je ovládaný z ECU pravoúhlým signálem s proměnlivou délkou impulsů (PWM modulace). Proto je jeho výstupním signálem tlak v hodnotě, která je určená poměrným sepnutím řídícího signálu. Pokud je elektromagnetický ventil bez napětí (vypnutý stav), je tlaková dóza obtokového ventilu na turbodmýchadle spojená se sacím potrubím za kompresorem turbodmýchadla a je tak zatížená plnícím tlakem. Obtokový ventil je otevřený a část výfukových zplodin neroztočí turbínové kolo, ale obtéká do výfukového potrubí. Hodnota plnícího tlaku je v tom případě snižovaná. Při plně otevřeném obtokovém ventilu nemůže být dosažena vyšší hodnota plnícího tlaku jako cca. 0,6 bar (relativní hodnota). Pokud je elektromagnetický ventil pod napětím (zapnutý stav ovládá ECU), je tlaková dóza obtokového ventilu na turbodmýchadle spojená se sacím potrubím před kompresorem turbodmýchadla a je tak zatížená jen atmosférickým tlakem. Obtokový ventil zůstává zavřený a hodnota plnícího tlaku může narůstat až do okamžiku, kdy je elektromagnetický ventil vypnutý. Pokud je obtokový ventil trvale uzavřený (např. při trvale zapnutém elektromagnetickém ventilu, při zadření obtokové klapky anebo při netěsnosti hadičky mezi elektromagnetickým ventilem a dózou obtokového ventilu) dochází za kompresorem turbodmýchadla k vysokému nárůstu plnícího tlaku. Pokud tato hodnota překročí v daném provozním režimu maximální hodnotu plnícího tlaku a řídící jednotka motoru ECU ji není schopná snížit, omezí ECU maximálně množství paliva. Tím při větším zatížení poklesne výrazně výkon motoru. Pomocí proměnných poměrů (PWM modulace) doby sepnutí a rozepnutí elektromagnetického ventilu je velmi přesně regulovaná hodnota ovládacího tlaku
6
obtokového ventilu turbodmýchadla a tím i velmi přesná hodnota plnícího tlaku vzduchu podle požadavku motoru.
1.8
Příklady vyhotovení ventilů ovládání tlaku turba
AFK (Y-68).
AFK ventil ovládaný podtlakem.
AFK ventil ovládaný signálem z řídící jednotky motoru ECU.
7
2
Doporučená literatura
1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2.
8
3
Použitá literatura a zdroje
1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0.
9
