PZM – Motoryzacja

System OPUS

Zmniejszonym wpływem prędkości obrotowej na opóźnienie sygnału wyjściowego charakteryzuje się system OPUS 3. Zastosowano w nim generator o sprzężeniu indukcyjnym zbudowany na tranzystorze Tl, oscylujący w sposób ciągły. Generator ten zasila uzwojenie pierwotne transformatora Tr nawinięte na środkowej kolumnie ferrytowego rdzenia 2. Dwie połówki uzwojenia wtórnego są nawinięte na skrajnych kolumnach rdzenia. W takim układzie sygnał wyjściowy jest równy zeru. Prąd w uzwojeniu wtórnym popłynie dopiero wtedy, gdy zwora ferrytowa 8 umieszczona w wirującym kubku 7 zbliży się maksymalnie do rdzenia 2 i spowoduje nierównomierny rozpływ strumienia magnetycznego w rdzeniu. Prąd przepływający w uzwojeniu wtórnym wyzwala przerzutnik monostabilny (T2, T3). Długość impulsu wyjściowego przerzutnika określa czas włączenia tranzystora mocy T4 układu zapłonowego. System OPUS 3 przewyższa system OPUS 1 pod względem stabilności punktu zapłonu przy zmianach prędkości obrotowej i w przypadku bicia promieniowego d wirującego kubka (rys. 4.60b). Wpływ przesunięć osiowych h kubka na pracę obu systemów jest w przybliżeniu jednakowy. System OPUS 1 odznacza się natomiast znacznie lepszą stabilnością punktu zapłonu przy zmianach napięcia zasilania UB.

Dopasowanie dawkowania paliwa

W celu zagwarantowania prawidłowej pracy silnika we wszystkich stanach pracy stosuje się, oprócz głównych wielkości sterujących, również wielkości korekcyjne. Umożliwia to dopasowanie składu mieszanki do zapotrzebowania silnika przy pełnym obciążeniu (całkowitym otwarciu przepustnicy), przy zwykłym przyspieszaniu, w czasie hamowania silnikiem, podczas rozruchu w niskich temperaturach oraz w czasie nagrzewania do temperatury eksploatacyjnej. Liczba niezbędnych parametrów korekcyjnych zależy od wyboru głównych parametrów sterujących. Przy rozruchu oraz w czasie nagrzewania silnik musi otrzymywać bogatszą mieszankę. Zwiększenie czasu wtrysku musi być tym większe, im niższa jest temperatura silnika. Przykładowo, przy rozruchu w temperaturze – 20°C ilość paliwa wtryskiwanego do cylindra jest 20 razy większa niż przy pełnym obciążeniu. Wielkość rozruchowej dawki paliwa zmniejsza się ze wzrostem temperatury otoczenia, by przy +20 –  + 40°C zmaleć do zera. Wtryskiwacz rozruchowy zostaje wyłączony. Bezpośrednio do rozruchu ilość wtryśniętego paliwa jest jeszcze 2-3 razy większa od niezbędnej przy temperaturze eksploatacyjnej silnika. Wielkość dawki wtryskiwanego paliwa w czasie rozgrzewania stopniowo maleje, aż po osiągnięciu temperatury roboczej układ wzbogacenia zostaje wyłączony.

Przewężenie

Obecność przewężenia w kanale dolotowym (gardzieli) powoduje pogorszenie napełniania cylindrów, a więc ograniczenie parametrów trakcyjnych silnika. Przy zasilaniu wtryskowym przewężenie w kanale dolotowym nie jest potrzebne, ponieważ ciśnienie paliwa zasilającego wtryskiwacze jest. wystarczająco duże, aby zapewnić prawidłowe rozpylenie i wymieszanie we wszystkich stanach pracy silnika. Z tego powodu w silnikach zasilanych wtryskowo można stosować wyższe stopnie sprężania i uzyskać większą moc niż przy zasilaniu gaźnikowym. Skład mieszanki określa się zwykle za pomocą współczynnika nadmiaru powietrza podającego stosunek ilości powietrza L (kg, m3) zawartego w mieszance, do ilości L (kg, m3) powietrza teoretycznie niezbędnej do zupełnego spalenia paliwa zawartego w tej mieszance. Współczynnik ten jest równy jedności wtedy, gdy ilości paliwa i powietrza odpowiadają tzw. składowi stechiometrycznemu, a paliwo zawarte w danej ilości powietrza może ulec zupełnemu spaleniu na dwutlenek węgla i parę wodną. Do całkowitego spalenia 1 kg paliwa potrzeba 14,7 kg powietrza. Jeżeli ilość powietrza jest zbyt mała do całkowitego spalenia, to mieszankę nazywa się bogatą, jeżeli jest odwrotnie, to mówimy o ubogiej mieszance.

Mieszanka

Skład mieszanki dostarczanej przez gaźnik może się w pewnych granicach zmieniać w zależności od zmian gęstości zasysanego powietrza, spowodowanych wahaniami temperatury i zmianami ciśnienia atmosferycznego. Z tego powodu gaźnik musi wytwarzać mieszankę bogatszą, niż jest to niezbędne, w przeciwnym razie może nastąpić nadmierne zubożenie mieszanki w niskich temperaturach i przy wysokich ciśnieniach atmosferycznych. Przy zasilaniu gaźnikowym obserwuje się ponadto nierównomierny rozdział mieszanki i niejednakowy jej skład w poszczególnych cylindrach. Skład mieszanki w poszczególnych cylindrach może wahać się nawet o około 0,1 X. Przy zasilaniu wtryskowym nierównomierność ta jest ponad dwukrotnie mniejsza. W stanach nie ustalonych precyzja dawkowania paliwa przez gaźnik jest stosunkowo niewielka. Czas dopasowania składu mieszanki do nowych warunków pracy jest zbyt długi, wynosi nawet 400-600 ms. Przez pewien okres czasu silnik jest więc zasilany mieszanką o nieprawidłowym składzie. Wymienione czynniki powodują pogorszenie parametrów trakcyjnych silnika, wzrost zużycia paliwa i zwiększenie zawartości szkodliwych składników spalin. Te negatywne zjawiska z trudnością można opanować za pomocą środków mechanicznych, np. skomplikowanych gaźników, układów gaźników, czy też mechanicznego sterowania wtryskiem paliwa (wyjątkiem jest opracowane przez BOSCHA mechaniczne urządzenie wtryskowe K-Jetronic).

Możliwości sterowania

Z warunku dwukrotnej zmiany natężenia wzbudzającego pola magnetycznego niezbędnego dla generacji impulsu przez czujnik Wieganda wynikają następujące możliwości sterowania: – przemieszczanie drutu Wieganda w polu magnetycznym, przy czym cewka zamocowana jest w punkcie wyzwalania, – zmiana natężenia pola magnetycznego za pomocą ferromagnetycznego nabiegunnika lub przesłony. Magnesy i drut Wieganda są nieruchome. Tego typu rozwiązanie zastosowali specjaliści firmy ECHL1N/ /USA do sterowania urządzeniem zapłonowym. Czujniki fotoelektryczne były stosunkowo mało popularne ze względu na małą niezawodność żarówki. Dopiero opracowanie diod elektroluminescencyjnych stworzyło przesłanki do produkcji tego typu czujników. Czujnik fotoelektryczny, nazywany obecnie częściej optoelektronicznym, pracuje na zasadzie przerywania strumienia światła przez nieprzezroczystą przesłonę. Kształt tej przesłony określa czas trwania impulsów na wyjściu czujnika, toteż czujnik optoelektroniczny chętnie .stosuje się w tranzystorowych układach zapłonowych. Prosty w konstrukcji czujnik optoelektroniczny odznacza się bardzo dobrymi parametrami. Moment przeskoku iskry w układzie zapłonowym sterowanym czujnikiem optoelektrycznym nie zależy od przesunięć osiowych i promieniowych przesłony.

Czujniki indukcyjnościowe

Bogatą historię rozwoju mają czujniki indukcyjnościowe, od 1965 r. stosowane często w wielu konstrukcjach głównie ze względu na niezależność amplitudy sygnału od zmian prędkości obrotowej. W firmie LUCAS opracowano kilka typów czujników indukcyjnościowych w wersji transformatorowej pod wspólną nazwą OPUS (Oscillating Pick-Up-System). Głównym elementem systemu OPUS 1 jest generator tranzystorowy o sprzężeniu indukcyjnym zbudowany na tranzystorze Tl. Na prostokątnym rdzeniu ferrytowym ze szczeliną jest nawinięty transformator sprzęgający Tr. W szczelinie rdzenia 2 wiruje kurek metalowy z wycięciami. Sprzężenie zwrotne pomiędzy cewkami Lj i L2 dobrano w taki sposób, że wzbudzenie drgań występuje w chwili, gdy w szczelinie rdzenia znajdzie się wycięcie 5 wirującego kubka. System OPUS 1 jest mniej wrażliwy na bicie promieniowe wałka aparatu zapłonowego niż czujnik reluktancyjny, jednakże i w tym przypadku występuje opóźnienie sygnału wyjściowego przy wzroście prędkości obrotowej. Wpływ przesunięć osiowych wałka aparatu zapłonowego jest nadal duży. Ze względu na opóźnienie sygnału wyjściowego maksymalna częstotliwość iskrzenia układu zapłonowego z czujnikiem OPUS 1 jest ograniczana do 400 iskier/s.