PZM – Motoryzacja

Urządzenia dodatkowe

Przy zasilaniu wtryskowym, podobnie jak i w silnikach gaźnikowych, jest konieczne wzbogacenie mieszanki podczas rozruchu i rozgrzewania silnika, ponieważ część mieszanki kondensuje na zimnych ściankach cylindra. Stopień wzbogacenia szybko rośnie w miarę zmniejszania temperatury silnika. Oprócz tego w celu zapewnienia stabilnej pracy silnika należy zwiększyć ilość mieszanki podawanej do cylindrów, bowiem w zimnym silniku większe są opory tarcia. Wymienione zadania realizują urządzenia dodatkowe, do których zalicza się: wtryskiwacz rozruchowy i zawór dodatkowego powietrza. Wtryskiwacz rozruchowy, znajdujący się w kolektorze dolotowym silnika, rozpoczyna podawanie paliwa z chwilą włączenia wyłącznika, jeżeli równocześnie jest zwarty zestyk termicznego wyłącznika czasowego. Zachodziło to w zakresie temperatur od – 20°C do +20 – 40°C, przy czym zależnie od typu silnika czas włączenia może wynosić od 5-20 s. Ograniczenie czasowe wykonano w prosty sposób. Uzwojenie grzejne nawinięte na sprężynie bimetalicznej zestyku powoduje rozwarcie obwodu prądowego po określonym czasie, zależnie od temperatury początkowej. Zwiększenie ilości powietrza byłoby możliwe przez większe otwarcie przepustnicy.

Urządzenie wtryskowe L-Jetronic/BOSCH

Litera L (Luftmenge) w nazwie firmowej oznacza, że jako główny parametr sterujący wybrano ilość powietrza pobieranego przez silnik. Zmiana sposobu sterowania umożliwiła zastąpienie skomplikowanego czujnika ciśŹnienia prostym i niezawodnym czujnikiem przepływu powietrza oraz znaczne uproszczenie urządzenia. Wielkość wtryskiwanej dawki paliwa zależy głównie od ilości powietrza pobranego przez silnik i od obrotów silnika. Taki sposób sterowania zapewnia niezależność wielkości dawki paliwa od zmian objętości cylindra, zmian napełnienia cylindrów przy zmianach prędkości obrotowej, zmian w regulacji zaworów i zmian przeciwciśnienia gazów wylotowych – występujących przy uszkodzeniu układu wydechowego i wskutek zużycia dopalaczy termicznych i katalitycznych. Urządzenie nie posiada układu wzbogacenia mieszanki przy przyspieszaniu, ponieważ czujnik przepływu bez opóźnienia reaguje na zmiany ilości pobieranego powietrza. Urządzenie L-Jetronic nadaje się do pracy w systemie z recyrkulacją spalin, bowiem dzięki zastosowaniu pomiaru przepływu wielkości dawki paliwa dopasowuje się samoczynnie do zmian ilości recyrkulujących spalin. A wiadomo, że recyrkulacja jest potrzebna – dlatego też omawiane urządzenie zostało wysoko ocenione.

Układ paliwowy

Układ paliwowy jest zbudowany podobnie jak w urządzeniu wtryskowym D-Jetronic. Niewielkiej zmianie uległ tylko regulator ciśnienia. Wartość stabilizowanego ciśnienia paliwa uzależniono od ciśnienia powietrza w kanale dolotowym. Dzięki temu różnica pomiędzy ciśnieniem paliwa i powietrza w kanale dolotowym jest stała, a więc ilość wtryśniętego paliwa zależy tylko od czasu otwarcia zaworu wtryskiwacza. Całkowicie zmieniono sposób sterowania wtryskiwaczy. Wszystkie wtryskiwacze są włączane jednocześnie. Wpływa to niekorzystnie na równomierność spalania, dlatego też dawkę paliwa określoną dla całego cyklu pracy podzielono na dwie połowy (wtryskiwane dwukrotnie w czasie jednego obrotu wałka rozrządczego). W takim systemie dokładność wyzwalania nie jest tak istotna, a więc impulsy synchronizujące są wytwarzane z sygnału pobieranego z przerywacza układu zapłonowego. Prostsze rozwiązanie polega na zastosowaniu sterowanego temperaturą zaworu na przewodzie dodatkowym, bocznikującym przepustnicę. Element ruchomy zaworu dodatkowego powietrza może być sterowany bimetalem zaopatrzonym w uzwojenie grzejne, co ułatwia dopasowanie do różnych typów silników. Przewód dodatkowego powietrza zostaje zamknięty w temperaturze -r-60… + 70°C.

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).

Kontaktron

Równocześnie z impulsem włączającym przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej mikroprocesor podaje impuls włączający uzwojenie odpowiedniego kontaktronu. W silniku 4-cylindrowym stosuje się zwykle kolejność zapłonów 1, 3, 2, 4. W momencie generacji impulsu wysokiego napięcia styki kontaktronu są zwarte – nie ma straty energii na przeskok iskry i układ nie emituje zakłóceń elektromagnetycznych. Firma AUSTIN przewiduje trwałość układu kontaktronów rzędu 500 tys. mil. W przypadku uszkodzenia kontaktronu przestaje pracować tylko jeden cylinder. Wyeliminowanie rozdzielacza możliwe jest przez zastosowanie szeregowego połączenia świec zapłonowych. W takim układzie końce uzwojenia wtórnego odizolowane są od potencjału masy i połączone do świec zapłonowych. Energia impulsu wysokiego napięcia rozkłada się jednakże na dwa cylindry: w jednym powoduje zapłon mieszanki w suwie sprężania, a w drugim przeskok iskry następuje w czasie wydechu. W przedstawionym rozwiązaniu wzrastają wymagania odnośnie wartości wysokiego napięcia generowanego przez układ zapłonowy, bowiem różne są polaryzacje elektrod świec. Podwójna częstotliwość iskrzenia powoduje przyspieszone zużycie elektrod. W układzie uszkodzenie w jednym ze stopni końcowych powoduje wyłączenie 2 cylindrów.

Wpływ składu mieszanki na pracę silnika

Wzrost zanieczyszczenia powietrza, szczególnie dotkliwy w wielkich miastach, spowodował rozpoczęcie prac nad sposobami zmniejszenia toksyczności spalin wydzielanych przez silnik samochodowy. W wielu krajach istnieją normy sanitarne ograniczające emisję spalin. Spełnienie narzuconych warunków sanitarnych możliwe jest tylko przy bardzo precyzyjnym dawkowaniu mieszanki paliwowo-powietrznej podawanej do cylindrów silnika, w zależności od chwilowego stanu pracy silnika i parametrów zewnętrznych. Parametry zewnętrzne, np. temperatura otoczenia czy wilgotność powietrza (od których w znacznym stopniu zależy przebieg spalania, a więc i emisja spalin), odgrywają rolę tzw. wielkości korekcyjnych, wpływających na wielkość dawki paliwa. Precyzja dawkowania paliwa w istotny sposób zależy od rodzaju układu zasilania paliwem. W gaźniku ilość paliwa dostarczanego w jednostce czasu do cylindrów zależy od różnicy ciśnień paliwa w przewodzie doprowadzającym do dyszy paliwa i powietrza w okolicy rozpylacza. Dlatego też wylot rozpylacza jest umieszczony zawsze w najmniejszym przekroju kanału dolotowego gaźnika – w tak zwanej. gardzieli. Z fizycznego punktu widzenia spełnia ona rolę dyszy Venturiego.