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.

Możliwości

Różnice pomiędzy pracą silnika z zasilaniem gaźnikowym i z zasilaniem wtryskowym są szczególnie istotne w stanach przejściowych, takich jak gwałtowne przyspieszenie lub hamowanie silnikiem. Zastosowanie urządzenia wtryskowego sterowanego elektronicznie umożliwia: – zwiększenie mocy P uzyskiwanej z danej pojemności skokowej o około 2O% w porównaniu z zasilaniem gaźnikowym, – zwiększenie momentu obrotowego M, zwłaszcza w zakresie małych prędkości obrotowych silnika, – zmniejszenie zużycia paliwa, – poprawę elastyczności silnika dzięki spłaszczeniu krzywej momentu obrotowego M, – duże zmniejszenie toksyczności spalin. Najważniejsze zalety układu wtryskowego ze sterowaniem elektronicznym to przede wszystkim szybkość działania, precyzja regulacji, łatwość dopasowania do różnych stanów pracy silnika, łatwość zmiany obranego programu dawkowania paliwa i możliwość uwzględnienia dużej liczby parametrów sterujących. Z punktu widzenia konstruktora silnika zastosowanie wtrysku paliwa oznacza złagodzenie ograniczeń obowiązujących zwykle przy projektowaniu, np. umożliwia optymalne ukształtowanie kanałów dolotowych. Oczywiście, tych „złagodzonych ograniczeń” jest znacznie więcej, ale nie warto ich przytaczać.

Dalszy rozwój silników spalinowych

Silnik spalinowy nie osiągnął jeszcze granic rozwoju. W wielu przypadkach poprawę parametrów trakcyjno-ekonomicznych i zmniejszenie toksyczności można uzyskać środkami mechanicznymi; np. przez zmianę konstrukcji komory spalania, uwarstwienie ładunku itp. Środki te są szczególnie korzystne w połączeniu z zasilaniem wtryskowym. Zasilanie wtryskowe stosowano dotąd głównie w samochodach osobowych o większych pojemnościach silnika, a więc oczywiście droższych. Spowodowane to było istniejącą do dziś dużą różnicą cen elektronicznego urządzenia wtryskowego i gaźnika. W ostatnich latach różnica ta uległa znacznemu zmniejszeniu, głównie wskutek opracowania prostszych sposobów sterowania oraz zastosowania układów scalonych w bloku elektronicznym. Dzięki temu udało się uprościć strukturę układu, zmniejszyć wymagania odnośnie dokładności pomiaru niektórych parametrów sterujących i ograniczyć liczbę elementów. Według prognoz firmy BOSCH do roku 1988 technika cyfrowa całkowicie wyprze układy analogowe z urządzeń wtryskowych. Ale obserwując tempo rozwoju techniki i przekładając te obserwacje na prognozy, można przypuszczać, że i ta zostanie jeszcze udoskonalona, a może i zastąpiona – choć w tej chwili to tylko marzenia konstruktorów.

Zasada działania układu zasilania wtryskowego

Zasilanie wtryskowe, powszechnie stosowane w silnikach z zapłonem samoczynnym, w ostatnich dziesięcioleciach wielokrotnie próbowano zastosować do silników z zapłonem iskrowym. W początkowym okresie rozwoju urządzeń wtryskowych stosowano wyłącznie układy wtryskowe z mechanicznym sterowaniem dawki paliwa. W celu poznania zagadnień związanych ze sterowaniem mechanicznym omówimy jedno ze sprawdzonych w praktyce rozwiązań. Dawka paliwa jest określona skokiem tłoczka pompy wtryskowej. W układzie zależy ona od przesunięcia dźwigni regulacyjnej – a więc od otwarcia przepustnicy, położenia wodzika na krzywce przestrzennej, od obrotów silnika, temperatury cieczy chłodzącej i ciśnienia atmosferycznego. Powierzchnia krzywki przestrzennej a odwzorowuje wszystkie punkty charakterystyki silnika. Uzależnienie dawki paliwa od obrotów silnika uzyskano przez sprzężenie krzywki przestrzennej z odśrodkowym czujnikiem obrotów b. Zmiany obrotów silnika powodują poosiowe przesunięcie krzywki. Natomiast naciśnięcie na pedał sterowania przepustnicą c powoduje obrót krzywki. W celu kompensacji niedokładności produkcyjnych w czujniku obrotów zastosowano sprężyny regulacyjne. Czujniki pomocnicze: temperatury silnika e i ciśnienia atmosferycznego f zapewniają dokładne dopasowanie dawki paliwa do różnych warunków eksploatacyjnych.