P R A K T I C K Á D Í L N A 1 AutoEXPERT listopad 2006 Praktická dílna Automobil od A do Z Bezpečnost a hygiena práce Servis Geometrie Podvozek Nářadí a vybavení dílen Organizace práce Paliva a maziva Motor Diagnostika a měření Systémy a příslušenství Elektr. zařízení, elektronika Elektronické řízení vznětového motoru (EDC) IV. Elektronické řízení vznětového motoru (EDC) IV.
16
Embed
PRAKTICKÁ DÍLNA - skola-auto.cz · paliva rozdíl teploty paliva podstatně vět-ší (-40 až +100 °C), než je tomu uběžných vstřikovacích systémů. Při změně teploty
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
P R A K T I C K Á D Í L N A
1AAuuttooEEXXPPEERRTTlliissttooppaadd 22000066
Praktická dílna
Automobil od A do Z
Bezpečnosta hygiena práce
Servis
Geometrie
Podvozek
Nářadía vybavení dílen
Organizacepráce
Palivaa maziva
Motor
Diagnostikaa měření
Systémy a příslušenství
Elektr. zařízení,elektronika
Elektronické řízenívznětového motoru (EDC) IV.
Elektronické řízenívznětového motoru (EDC) IV.
P R A K T I C K Á D Í L N A
2 AAuuttooEEXXPPEERRTT lliissttooppaadd 22000066
elektronické
Již počtvrté se budeme v Praktické dílně věnovat v rámci elektronického řízení vznětového motoruvstřikovacím systémům vznětového motoru. Navážeme na poslední kapitolu, ve které byla popsána funkcesystému Common Rail. Protože elektronické řízení vznětového motoru se systémem Common Rail mámnoho prvků, jejichž funkční princip je shodný se systémy popsanými v posledních částech Praktické dílny,upozorníme v této kapitole pouze na odlišnosti systému Common Rail. I přesto se však neubránímev některých případech opakování již uvedených skutečností. V další části dnešní kapitoly pak přejdemek popisu rozdělovacího vstřikovacího čerpadla s radiálními písty. Celý seriál tvoří řada postupněpřekládaných kapitol z knihy Meisterwissen im KFZ Handwerk z našeho sesterského vydavatelství VogelVerlag v Německu.
Elektronické řízení vznětového motoru (EDC) se systémem Common Rail
Stejně jako všechny elektronicky ří-
zené systémy regulace vznětového
motoru se skládá z:
● řídicí jednotky motoru,
● snímačů (vysílačů dat) a vysílačů za-
daných hodnot,
● nastavovacích prvků (akčních členů),
● periferií, např. recirkulace výfukových
plynů, turbodmychadla výfukových
plynů, proměnné délky sacího potrubí.
ŘŘííddiiccíí jjeeddnnoottkkaa mmoottoorruu
Řídicí jednotka zpracovává vstupní sig-
nály (informace), které získává od snímačů
a vysílačů zadaných hodnot. Z nich ur-
čuje pracovní režim motoru a v závislosti
na nich vypočítává výstupní (řídicí) sig-
nály, kterými pak přímo nebo nepřímo
(pomocí relé) řídí příslušné akční členy
(výkonné prvky).
Elektronická část řídicí jednotky pra-
cuje se stálým napájecím napětím 5 V.
Akční členy jsou většinou jednopólově
přes záporný pól výstupu řídicí jednot-
ky spojeny s kladným palubním napětím
12 V. Výjimku tvoří elektromagnetické
ventily vstřikovačů PDE (Pumpe Düse
Einspritzung). Zde bývá navíc kladné při-
pojení pólu k řídicí jednotce s palubním
napětím. U vstřikovacího systému Com-
mon Rail jsou na výstupy k akčním čle-
nům kladeny zvláštní požadavky; jejich
aktivace musí být provedena se strmým
nárůstem proudu, aby se dosáhlo přes-
ného dávkování vstřikovaného množství
paliva. Tyto požadavky je možné splnit
pouze pomocí vysokých napětí prostřed-
nictvím kondenzátoru. Řídicí jednotka
kromě toho vytváří i rozhraní (datovou
sběrnici CAN) pro řídicí jednotky jiných
systémů a pro diagnostiku vozidla. Tím
je umožněn přenos dat s elektronický-
mi systémy, jako jsou regulace prokluzu
kol poháněné nápravy (ASR), elektronic-
ké řízení převodovky (GS) nebo elektro-
nický stabilizační systém (ESP). Každý
systém EDC je přitom plně zapojen do
diagnostického systému vozidla, a plní
tak všechny požadavky palubní diagnos-
tiky (OBD – On Board Diagnose), resp.
evropské palubní diagnostiky (EOBD
– European On Board Diagnose).
VVllaassttnníí ddiiaaggnnoossttiikkaa ((vvllaassttnníí kkoonnttrroollaa))vvssttřřiikkoovvaaccííhhoo ssyyssttéémmuuVlastní kontrolu provádí řídicí jednotka
motoru. Jejím úkolem je kontrola všech
snímačů (vysílačů dat) i akčních členů.
motoruřízeníElektronické řízení vznětového motoru (EDC) IV.
P R A K T I C K Á D Í L N A
3AAuuttooEEXXPPEERRTTlliissttooppaadd 22000066
Při kontrole snímačů se pomocí vlastní
diagnostiky testuje, jestli je dostatečně
vysoké napájecí napětí nebo je-li jejich
signál v přípustném intervalu, resp. je-
-li hodnověrný. Důležité signály se při-
vádějí dvěma až třemi cestami. V případě
závady se tím umožňuje přepnout na ně-
který z těchto náhradních signálů.
HHllááššeenníí zzáávvaaddVzniklé závady řídicí jednotka signali-
slouží k rozpoznávání válců19 – snímač teploty nasávaného vzduchu20 – snímač plnicího tlaku turbodmychadla21 – snímač hmotnosti vzduchu s topnou tenkou
vrstvou22 – turbodmychadlo23 – regulátor recirkulace výfukových plynů24 – regulátor plnicího tlaku turbodmychadla25 – podtlakové čerpadlo26 – přístrojová deska s výstupem signálu o spotřebě
paliva, otáčkách atd.27 – snímač polohy pedálu akcelerátoru28 – snímač polohy brzdového pedálu29 – spínač spojky30 – snímač rychlosti jízdy31 – ovládací prvek regulace rychlosti jízdy (tempomat)32 – kompresor klimatizace33 – ovládací prvky klimatizace34 – přípojka pro diagnostický přístroj
P R A K T I C K Á D Í L N A
6 AAuuttooEEXXPPEERRTT lliissttooppaadd 22000066
uložen v příslušném poli charakteristik.
V tomto paměťovém poli charakteristik
je pro každý pracovní bod uloženo po-
třebné množství nasávaného vzduchu,
jaké je zapotřebí v závislosti na otáčkách
motoru, vstřikovaném množství paliva
(odpovídajícímu stavu zatížení) a teplotě
motoru. Řídicí jednotka dostává ze
snímače hmotnosti vzduchu informaci
o momentálně nasávané hmotnosti vzdu-
chu, porovnává ji s uloženou požadovanou
veličinou a podle toho dávkuje množství
zpětně přiváděných plynů. Kromě toho
řídicí jednotka ovládá elektropneumatický
ventil (obr. 1, pozice 23), který vytváří
spojení mezi podtlakovým čerpadlem
a ventilem recirkulace výfukových plynů
(ventil AGR), a to prostřednictvím obdél-
níkového signálu s modulovanou šířkou
impulzu. Ventil AGR nastavuje podle pra-
covního podtlaku velikost průtočného prů-
řezu. Pokud dojde k výpadku recirkulace
výfukových plynů, nasává motor větší
množství vzduchu. Snímač hmotnosti na-
sávaného vzduchu o tom podá informaci
řídicí jednotce (vlastní diagnostika), kte-
rá podle toho sníží otáčky (deregulace),
čímž se sníží i výkon motoru.
RReegguullaaccee ppllnniiccííhhoo ttllaakkuuttuurrbbooddmmyycchhaaddllaaU vznětových motorů osobních automo-
bilů se používá buď turbodmychadlo s ob-
tokem a regulačním ventilem (obr. 1,
pozice 24) nebo turbodmychadlo VTG
s nastavitelnými lopatkami. Pomocí re-
gulace plnicího tlaku turbodmychadla se
už při nízkých otáčkách motoru a ma-
lém množství výfukových plynů mohou
nastavit poměrně vysoké otáčky turbí-
ny výfukových plynů a vysoký plnicí tlak.
Přitom u turbodmychadla s obtokem se
tento obtok uzavře pomocí regulačního
ventilu a u turbodmychadla VTG se pří-
slušným nastavením vodicích lopatek na-
staví malý vstupní průřez. Pomocí těchto
nastavení se už při nízkých otáčkách mo-
toru (1800 až 2000 min-1), zejména při
použití turbodmychadla VTG, zvýší otáč-
ky turbíny, vzroste plnicí tlak i točivý mo-
ment motoru na své nejvyšší hodnoty.
Aby se při vysokých otáčkách a vysokém
zatížení s velkým množstvím výfukových
plynů tlak nezvýšil příliš, musí se v této
oblasti část výfukových plynů u turbo-
dmychadla s obtokem vypouštět aktivo-
vaným a příslušně otevřeným regulačním
obtokovým ventilem na turbíně pryč do
výfuku. U turbodmychadla VTG se na-
proti tomu musí změnit nastavení vodicích
lopatek a zvětšit tak vstupní průřez, čímž
se otáčky turbíny téměř nezmění a plnicí
tlak se už nezvýší. Celé zařízení je navr-
ženo tak, že je vždy zachována dostatečná
rezerva do tzv. meze čerpání. Regulaci plni-
cího tlaku provádí řídicí jednotka na zákla-
dě uloženého pole charakteristik, které pro
každý pracovní bod motoru obsahuje
požadovanou (zadanou) hodnotu plni-
cího tlaku. Ta se neustále porovnává se
vstupující skutečnou hodnotou plnicího
tlaku. Dojde-li mezi oběma hodnotami
k odchylce, řídicí jednotka motoru uve-
de do činnosti elektropneumatický ven-
til ovládající regulátor plnicího tlaku.
Elektropneumatický ventil vytváří spojení
mezi podtlakovým čerpadlem (obr. 1, po-
zice 25), které je poháněno motorem a re-
gulátorem plnicího tlaku. Tato aktivace
se provádí pomocí obdélníkového šířko-
vě modulovaného impulzového signálu
do té doby, než se požadovaná a skuteč-
ná hodnota plnicího tlaku shodnou. Při
výpadku regulace plnicího tlaku nepůsobí
na regulátor žádný podtlak. Tím se plnicí
tlak sníží a motor má menší výkon.
OOddppoojjoovváánníí ssaaccííhhoo ppllnniiccííhhoo kkaannáálluuU vznětových motorů s jedním vířivým
a jedním sacím plnicím kanálem na vá-
lec se v dolní oblasti otáček a nižšího za-
tížení (pro lepší tvorbu směsi) pomocí
klapek otvírají vířivé a uzavírají sací pl-
nicí kanály. V horní oblasti otáček a při
vyšším zatížení (asi od 2400 min-1) se
plnicí kanály bez jakékoli přechodové fá-
ze otvírají, aby se dosáhlo dokonalého
plnění válců a tím i vysokého výkonu.
Vzhledem k tomu, že pak už nesmí do-
cházet k víření vzduchu, dosahuje se
v tomto případě tvoření směsi jemným
rozprašováním paliva pod vysokým
vstřikovacím tlakem až 200 MPa.
Ovládání odpojování sacího plnicího
kanálu provádí řídicí jednotka. Podle vý-
robce a typu použitého zařízení se:
● aktivuje elektromagnetický ventil – ten
umožní vznik pracovního podtlaku
na táhla klapek prostřednictvím pod-
tlakové komory; nebo se
● aktivuje elektromotorek, který přímo
ovládá táhla klapek.
OOvvllááddáánnííeelleekkttrroommaaggnneettiicckkýýcchh vveennttiillůůvvssttřřiikkoovvaaččůů CCoommmmoonn RRaaiillCívky elektromagnetických ventilů jsou
kladným i záporným pólem připojeny
k řídicí jednotce motoru. Přes kladný pól
řídicí jednotka napájí všechny elektromag-
netické ventily napětím 24 V. Prostřed-
nictvím záporného pólu jsou aktivovány
elektromagnetické ventily sekvenčně (tj.
podle pořadí zapalování). K tomu slou-
ží regulace proudu.
PPiilloottnníí vvssttřřiikkPilotního vstřiku (někdy se též užívá ozna-
čení předvstřik) (obr. 2) se využívá při
volnoběhu a v dolní oblasti neúplného
zatížení. Při pilotním vstřiku se elektro-
magnetické ventily v přitahovací fázi ak-
tivují strmým nárůstem proudu (strmé
čelo proudu), kterého se dosahuje výbojem
kondenzátoru (při napětí přibližně 80 V
a proudu asi 20 A). Ještě před začátkem
omezení proudu se z výboje kondenzá-
toru přepne na palubní napětí a přidr-
žovací proud je omezen taktováním asi
na 8 A. Po vstřiku v trvání přibližně půl
milisekundy řídicí jednotka přeruší na-
pájení a předvstřik se ukončí. Při této
krátké taktované aktivaci elektromag-
netického ventilu jehla neotvírá trysku
úplně, ale pouze částečně, takže se ne-
vstřikuje více paliva než 1,5 až 2,0 mm3.
Po přerušení proudu procházejícího
elektromagnetickým ventilem dochází
k nabíjení kondenzátoru. U některých
systémů Common Rail probíhá dvojitý
pilotní vstřik. Tento „dvojitý předvstřik“
se používá pro snížení hlučnosti spalo-
P R A K T I C K Á D Í L N A
7AAuuttooEEXXPPEERRTTlliissttooppaadd 22000066
vání, snížení vibrací („klepání“) a dosa-
huje se tak klidnějšího chodu motoru.
HHllaavvnníí vvssttřřiikkOvládání elektromagnetických ventilů při
Obr. 2. Průběh proudu při ovládání elektromagnetického ventilu s výbojem kondenzátoru při volnoběhu(Common Rail), zaznamenaný systémovým zkušebním přístrojem Bosch FSA 560.
P R A K T I C K Á D Í L N A
8 AAuuttooEEXXPPEERRTT lliissttooppaadd 22000066
není po vypnutí vstřikování paliva
slyšet žádné klepání při spalování,
může být vadná pouze vstřikovací
tryska.
MMěěřřeenníí ooppaacciittyy vvýýffuukkoovvýýcchh ppllyynnůů((mměěřřeenníí kkoouuřřiivvoossttii))● Pro lokalizaci vadné vstřikovací trys-
PPaalliivvoovvýý ffiillttrrPalivový filtr (obr. 4, pozice 2) se nachází
v uzavřeném pouzdru a jde o papírovou
Obr. 4. Vstřikovací systém s rozdělovacím vstřikovacím čerpadlem s radiálními písty Bosch1 – palivová nádrž2 – palivový filtr3 – vstřikovací čerpadlo4 – řídicí jednotka čerpadla5 – vysokotlaký elektromagnetický ventil6 – elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku7 – přesuvník vstřiku8 – řídicí jednotka motoru9 – kombinovaný držák trysky se snímačem
pohybu jehly10 – žhavicí svíčka11 – řídicí jednotka doby žhavení12 – snímač teploty chladicí kapaliny13 – snímač otáček klikové hřídele/referenční
značky14 – snímač teploty nasávaného vzduchu15 – snímač hmotnosti vzduchu s tenkým
vyhřívaným filmem
16 – snímač plnicího tlaku17 – turbodmychadlo18 – regulátor recirkulace výfukových plynů19 – regulátor plnicího tlaku20 – podtlakové čerpadlo21 – akumulátor22 – přístrojová deska s výstupem signálu o spotřebě
paliva, otáčkách atd.23 – snímač polohy pedálu akcelerátoru24 – spínač spojky25 – kontakty brzd26 – snímač rychlosti jízdy27 – ovládací prvky pro regulaci rychlosti jízdy28 – kompresor klimatizace s vypínačem29 – kontrolka diagnostiky, přípojka pro diagnostický
Obr. 5. Nízkotlaká část systémus rozdělovacím vstřikovacím čerpadlems radiálními písty Bosch(pro lepší znázorněníjsou některé součásti vesvé poloze pootočeny)1 – lamelové čerpadlo
(pootočeno o 90°)2 – regulační tlakový
ventil3 – přepouštěcí škrticí
ventil
Obr. 6. Vysokotlaká část rozdě−lovacího vstřikovacíhočerpadla s radiálnímipísty Bosch (pro lepšíznázornění jsou některésoučásti ve své polozeotočeny)1 – řídicí jednotka
čerpadla2 – vysokotlaké čerpad−
lo s radiálními písty(otočeno o 90°)
3 – těleso rozdělovače;4 – vysokotlaký elektro−
magnetický ventil(dávkovací magne−tický ventil)
5 – připojení tlakovéhopotrubí
P R A K T I C K Á D Í L N A
14 AAuuttooEEXXPPEERRTT lliissttooppaadd 22000066
padlo s radiálními písty (2) a na rozdě-
lovací hřídel v tělese rozdělovače (3). Vy-
sokotlaké čerpadlo má tři, čtyři nebo také
jen dva radiálně se pohybující písty. Ty
se uvádějí do činnosti pomocí opěrných
válečků. Tyto válečky se pohybují po vnitř-
ní straně vačkového prstence. Počet vnitř-
ních vaček na tomto prstenci závisí na
počtu válců motoru. Vysoký tlak se vy-
tváří tak, že radiální písty se opírají o ty-
to opěrné válečky, a když váleček najede
na náběh vačky, pohybují se dovnitř
a vytlačují palivo z prostoru vysokého tla-
ku vždy k jedné vstřikovací trysce.
RRoozzdděělloovvaaccíí hhllaavvaa rroottaaččnnííhhoorroozzdděělloovvaaccííhhoo vvssttřřiikkoovvaaccííhhooččeerrppaaddllaa ss rraaddiiáállnníímmii ppííssttyyRozdělovací hlava čerpadla s radiálními
písty (obr. 7) je uložena v pouzdru čer-
padla a skládá se z:
● rozdělovací hlavy s přírubou (6);
● ovládacího válečku (3);
● rozdělovací hřídele (2) vsazené do
ovládacího válce;
● dávkovacího (vysokotlakého) elek-
tromagnetického ventilu (7) s jehlou
(4);
● membrány zásobníku paliva (10);
● přípojky tlakového potrubí (16);
● zabudovaného vypouštěcího ventilu
se škrticím ventilem zpětného vedení
(15).
ČČeerrppáánníí ppaalliivvaa
Proces čerpání paliva je možné rozdě-
lit na fázi plnění, čerpání a ukončení čer-
pání.
PPllnněěnníí ((oobbrr.. 77))Po přechodu vnitřní vačky vytlačuje při-
tékající palivo vysokotlaké písty (1)
i s jejich valivým uložením ven (tlakem
max. 2,5 MPa). Palivo po otevření jeh-
ly (4) dávkovacího (vysokotlakého) ven-
tilu (7) proudí nízkotlakým přívodem
(12) a kanálkem (9) z vnitřního prostoru
čerpadla do vysokotlakého prostoru. Pře-
bytečné palivo odtéká zpětným vedením
paliva (5).
ČČeerrppáánníí ((oobbrr.. 88))Otáčivým pohybem hnací a rozdělovací
Obr. 9. Vypouštěcí ventil se škrticím ventilem zpětného proudění v přípojce tlakového potrubí (Bosch)
P R A K T I C K Á D Í L N A
16 AAuuttooEEXXPPEERRTT lliissttooppaadd 22000066
ty tak začínají pracovat také dříve, tzn.
že se dříve zahajuje i čerpání.
PPrriinncciipp ffuunnkkccee ppřřeessuuvvnnííkkuu vvee ssmměěrruu„„zzmmeennššeenníí ppřřeeddssttiihhuu vvssttřřiikkuu““Řídicí jednotka čerpadla ve formě ob-
délníkového signálu s modulovanou šíř-
kou impulzu předá pokyn k otevření
elektromagnetickému ventilu přesuvníku
vstřiku (15). Tím začne palivo odtékat
z prstencového prostoru hydraulického
dorazu (13), čímž se sníží ovládací tlak.
Působením síly pružiny (10) se ovládací
píst (12) pohybuje ve směru „zmenšení
předstihu vstřiku“ (na obr. 10 doleva).
Svůj pohyb přitom přenáší na regulační
šoupátko (5). To otevře ovládací otvor
k výtokovému kanálku a umožní odtok
paliva z tlakového prostoru za píst pře-
suvníku vstřiku na stranu sání lamelové-
ho čerpadla, čímž dojde ke snížení tlaku.
Silou vratné pružiny (11) a vratným mo-
mentem, který vychází z prstence s vnitř-
ními vačkami, se píst přesuvníku opět vrací
ve směru „zmenšení předstihu vstřiku“,
tzn. do své výchozí polohy.
Zmíněný ovládací tlak se nastavuje na
požadovanou hodnotu elektromagnetic-
kým ventilem přesuvníku vstřiku (jako mě-
nitelného škrticího ventilu) jeho rychlým
otvíráním a zavíráním (taktováním). Po-
mocí různě vysokého ovládacího tlaku mů-
že ovládací píst zaujímat jakoukoliv
polohu mezi polohou většího či menší-
ho předstihu vznětu. Elektromagnetický
ventil přesuvníku vstřiku ovládá řídicí jed-
notka čerpadla pomocí variabilního klí-
čovacího poměru. Přitom se periodicky
zapíná a vypíná proud (taktování). Do-
ba zapnutí v poměru k délce celé perio-
dy (100 %) je různě dlouhá a udává se
v procentech. Má-li se např. vstřikování
posunout ve směru „zvětšení předstihu“,
pak řídicí jednotka čerpadla změní klí-
čovací poměr tak, že se zkrátí doba ak-
tivace (zapnutí), a tím se zmenší interval
otevření ventilu. Elektromagnetický ven-
til přesuvníku propustí z prstencového
prostoru (13) menší množství paliva
a tím se zvýší ovládací tlak. Ovládací píst
(12) se pak pohne ve směru „zvětšení před-
stihu“ (na obr. 10 doprava).
PODLE ZAHRANIČNÍCH MATERIÁLŮ
ZPRACOVALI JIŘÍ BROŽ A LUBOŠ TRNKA
Obr. 10. Hydraulický přesuvník vstřiku s elektromagnetickým ventilem, schematicky zobrazeno v jedné rovině) (Bosch)