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.

Układ blokujący

Układ blokujący uniemożliwia wtrysk paliwa przy hamowaniu silnikiem. W stanie blokowania prawy tranzystor przerzutnika bistabilnego (T800 i T801) nie przewodzi prądu. Temperaturę silnika – jako dodatkową wielkość sterującą blokowaniem wprowadzono dopiero w nowszej wersji D-Jetronic. Umożliwiło to dopasowanie granicznej prędkości obrotowej, przy której następuje wznowienie podawania paliwa, do temperatury silnika. W temperaturach poniżej 0°C jako wartość graniczną przyjmuje się 1500 obr/min, natomiast w stanie nagrzanym wtryskiwacze włączane są ponownie dopiero przy 1000 obr/min. Dopasowanie mieszanki zasilającej cylindry do wymagań silnika przy rozruchu w niskich temperaturach zapewnia układ wzbogacania mieszanki (oznaczony cyfrą 6). Tranzystory T600, T601 i T602 pracują w układzie przerzutnika astabilnego, który generuje impulsy tylko przy zwartym zestyku przekaźnika włączającego rozrusznik i zestyku obwodu wzbogacania czujnika przepustnicy, o ile temperatura silnika jest niższa niż. + 10 – + 15°C. Impulsy te poprzez rezystor rv208 powodują dodatkowe wyzwolenie przerzutnika monostabilnego RL. Funkcję sterowania wzbogacaniem mieszanki w zależności od temperatury silnika spełnia tranzystor T601. Zależnie od temperatury umożliwia on zerwanie generacji drgań, bądź też zwiększenie częstotliwości.

Układ sterowania pompą paliwową

Układ sterowania pompą paliwową (zbudowany na tranzystorach T400 i T401) powoduje odłączenie napięcia zasilania, gdy obroty silnika spadną poniżej 200…300 obr/min. W celu umożliwienia uruchomienia silnika baza tranzystora T401 otrzymuje dodatnie napięcie z zacisku zasilania przekaźnika włączającego rozrusznik. Wtedy tranzystor T401 przewodzi i przekaźnik pompy P2 zostaje wzbudzony. Po wyłączeniu rozrusznika prąd kolektora tranzystora T401 zależy tylko od napięcia emitera tranzystora Tl, tj. od napięcia na okładzinach kondensatora Cm. W przerwie między impulsami synchronizującymi napięcie to maleje ze stałą czasową określoną przez Cm i Rm. Jeżeli silnik nie zaczął samodzielŹnie pracować, to przez l…l,5 s napięcie na Cm zmaleje tak dalece, że pomŹpa zostanie wyłączona. W czasie normalnej pracy silnika przerwa między impulsami synŹchronizującymi jest tak mała, że Cm nie zdąży się rozładować i pompa będzie stale włączona. Oznacza to, że tranzystor T700 przewodzi wysterowany impulsem synchronizującym z zestyku KI, a układ blokujący sterowany zestykiem K4 czujnika przepustnicy (zwartym przy hamowaniu) jest w stanie spoczynku. Długość impulsu wyjściowego jest w przybliżeniu stała i wynosi około 1,7 ms. Impulsy odniesienia określające położenie maksimum charakterystyki są generowane przez układ tranzystora T101.

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.

Uproszczenie konstrukcji

Sprężynę dociskającą grzybek do gniazda dobrano w taki sposób, że czujnik nie reaguje na pulsacje ciśnienia w stanie ustalonej pracy silnika. Jak już wspomniano, nie wymaga się zbyt dużej dokładności pomiaru obrotów silnika. Dlatego jako nadajnik impulsów proporcjonalnych do prędkości obrotowej silnika wykorzystano dwa zestyki umieszczone wewnątrz aparatu zapłonowego (przesunięte względem siebie o 180° i sterowane wspólną pojedynczą krzywką), służące do określenia momentu wtrysku. W celu uproszczenia konstrukcji układu sterującego przyjęto, że wszystkie krzywe częściowych obciążeń zmieniają się w przybliżeniu tak samo w funkcji obrotów silnika, i określono zależność czasu wtrysku od obrotów silnika dla wybranych wartości ciśnienia pobieranego powietrza. Wyznaczono przebieg charakterystyki korekcyjnej, określonej z dokładnością 2,5%. Przy takim założeniu można przyjąć, że zależność czasu wtrysku od prędkości obrotowej silnika jest taka sama dla wszystkich wartości ciśnienia wlotowego. Pierwotna wersja czujnika przepustnicy urządzenia wtryskowego D-Jetronic posiadała tylko zestyk sygnalizujący całkowite zamknięcie przepustnicy. Sygnał ten powodował całkowite odcięcie podawania paliwa do cylindrów przy hamowaniu silnikiem, o ile silnik pracował z prędkością większą niż 1300…1700 obr/min.

Eliminacja wpływu opóźnienia

W celu wyeliminowania wpływu opóźnienia wnoszonego przez czujnik ciśnienia przy skokowej zmianie ciśnienia w kanale wlotowym zastosowano czujnik przepustnicy, mierzący jej kąt otwarcia i prędkość otwierania. Zmiana konstrukcji czujnika polega na wprowadzeniu zestyku biegu jałowego zwartego przy całkowitym zamknięciu przepustnicy oraz impulsatora należącego do układu wzbogacania mieszanki przy przyspieszaniu. Otwarcie przepustnicy powoduje obrót sprężonego z nią sztywno ramienia i zwarcie zestyku. Nieco później zabierak ramienia powoduje obrót płytki. Dwa ślizgacze przesuwają się po meandrowatej ścieżce przewodzącej i – jeżeli zestyk jest zwarty – wytwarzają ciąg impulsów o częstotliwości przepustnicy. Zestyk zostaje natychmiast otwarty. W ten sposób w stanie ustalonym silnik może pracować na maksymalnie zubożonej mieszance, podczas gdy przy nagłym przyspieszaniu stopień wzbogacenia jest uzależniony od prędkości otwierania przepustnicy. Dodatkowe wydłużenie czasu wtrysku wynosi 2-3 ms. Czas trwania wtrysku zależy również, a może przede wszystkim (oprócz poznanych wcześniej zależności od ciśnienia i obrotów) od temperatury powietrza pobieranego przez silnik – jest to bowiem w tym procesie dość istotne.

Działanie

Napięcie mierzone Um i kompensujące Uk są odejmowane we wzmacniaczu operacyjnym. Drut pomiarowy powinien być osłonięty przed bryzgami paliwa. Korekcję liniowości wskaźnika wykonuje się zmieniając długość drutu oporowego zanurzonego w poszczególnych strefach zbiornika. Cienkowarstwowe foliowe czujniki elektrotermiczne produkowane są na automatycznych liniach produkcyjnych. Wynikająca z zasady działania duża swoboda w doborze ilości wartości rezystorów umożliwia łatwą linearyzację wskazań nawet dla bardzo skomplikowanych kształtów zbiornika paliwa oraz współpracę z układami cyfrowymi. Dokładność pomiaru zwłaszcza w zakresie małych ilości paliwa jest znacznie większa niż w przypadku innych typów czujników – ważne przy współpracy z kalkulatorem pokładowym obliczającym przewidywany zasięg do wyczerpania zapasu paliwa. Czujniki elektrotermiczne nadają się również do pomiaru poziomu innych cieczy eksploatacyjnych. Temperatura otoczenia nie wpływa na wynik pomiaru. Po włączeniu stacyjki lampka kontrolna świeci przez 1,5 s, po czym gaśnie, gdy poziom oleju jest wyższy od minimalnego.

Czujniki wieloelektrodowe

Kondensator ma około dwukrotnie większą pojemność po całkowitym zanurzeniu w benzynie; wynika to z różnych przenikalności dielektrycznych paliwa i powietrza. Czujnik ma charakterystykę liniową, dostosowaną do zbiorników o kształtach prostopadłościennych. W celu otrzymania liniowej podziałki układu mierzącego poziom paliwa w zbiorniku o nieliniowej zależności między poziomem a objętością paliwa stosuje się czujniki nieliniowe. Inny sposób linearyzacji charakterystyki polega na odpowiedniej zmianie długości poszczególnych pasków przewodzących czujnika. Czujniki wieloelektrodowe mają stosunkowo dużą pojemność. Zmiana pojemności czujnika powoduje przestrojenie oscylatora na inną częstotliwość. W przypadku czujników prętowych częstotliwość oscylacji powinna wynosić 200…500 kHz, natomiast stosując czujniki wieloelektrodowe można ograniczyć częstotliwość do 5 kHz, co znacznie ułatwia konstrukcję układu pomiarowego. Zmiana pojemności Cx spowodowana zmianą pozioma paliwa powoduje rozstrojenie mostka Cu Cx, Ph.

Równowaga

Mostek jest w stanie równowagi, gdy Ci = Cx i suwak potencjometru Pj jest ustawiony w położeniu środkowym. Proporcjonalne do zmiany pojemności Cx napięcie po przekątnej suwak jest mierzone przez miliwoltomierz zbudowany na układzie scalonym MAA245. W celu uzyskania dobrej liniowości wskazań miernik włączono w gałąź sprzężenia zwrotnego. Potencjometr Pj służy do nastawienia punktu zerowego przy pustym zbiorniku, a P2 – przy pełnym. W opisanym układzie czujnik wykonano z rury mosiężnej o średnicy 15 mm i długości 250 mm (okładzina masowa). Wewnątrz rury na izolatorach zamocowano pręt o 0 1,5 mm tworzący drugą okładzinę kondensatora CX. Dołączając do wyjścia miernika układ progowy można uzyskać zapalenie lampki kontrolnej minimalnego poziomu paliwa. Zasilany stałym prądem drut oporowy jest chłodzony przez paliwo, toteż jego rezystancja jest tym mniejsza, im bardziej napełniony jest zbiornik. W celu wyeliminowania wpływu temperatury paliwa na wynik pomiaru na dnie zbiornika umieszczono rezystor kompensacyjny.

Pomiar poziomu cieczy eksploatacyjnych

We współczesnych samochodach jest to miernik poziomu paliwa (który zawsze tak martwi kierowców gdy jego wskazówka zbliża się do dolnej krawędzi). Poziom innych cieczy eksploatacyjnych: cieczy chłodzącej, płynu hamulcowego, elektrolitu w akumulatorze, wody w zbiorniczku wtryskiwacza oraz olejów smarujących kontroluje się wizualnie, np. za pomocą marki prętowej (olej silnikowy) lub otworów pomocniczych (skrzynia przekładniowa i mechanizm różnicowy). Kontrola poziomu tych cieczy jest kłopotliwa (zły dostęp, brak oświetlenia, konieczność zabrudzenia rąk), toteż kierowcy wykonują ją niechętnie lub wcale. Wyciek płynu może zdarzyć się w czasie jazdy, co może być przyczyną zatarcia silnika (wyciek oleju silnikowego) lub nawet wypadku (wyciek płynu hamulcowego). Wszystkie wymienione pomiary można w prosty sposób wykonać metodami elektrycznymi, przy czym stopień skomplikowania układu zależy w dużej mierze od typu czujnika (czujniki pomiarowe i sygnalizacyjne) oraz od rodzaju cieczy (przewodzące lub nieprzewodzące).

Pomiar ilości paliwa

W klasycznych układach do pomiaru poziomu paliwa stosuje się najczęściej czujnik potencjometryczny, którego rezystancja wyjściowa zależy od położenia suwaka sprzężonego z pływakiem umieszczonym w zbiorniku paliwa. Wadą tego typu czujnika jest wrażliwość na przypadkowe zmiany poziomu spowodowane ruchami paliwa w zbiorniku. Wady tej są pozbawione czujniki rezystancyjne. Czujnik rezystancyjny, który, podobnie jak czujnik potencjometryczny, nadaje się tylko do cieczy nieprzewodzących. W wersji opracowanej przez VDO składa się z zanurzonej w benzynie rury, w której na prowadnicy porusza się pływak. Czujniki typu pływakowego można stosować tylko w zbiornikach paliwa o prostych formach geometrycznych. Kształty współczesnych bezpiecznych zbiorników montowanych w strefie najmniejszych odkształceń pojazdu mogą być bardzo skomplikowane. Stosuje się wtedy czujniki pojemnościowe w wykonaniu elastycznym lub elektrotermiczne. Wielkością sterującą układ elektroniczny jest zmiana pojemności czujnika spowodowana zmianą poziomu paliwa.