Palivová soustava vznětového motoru EDC se sdruženými vstřikovacími jednotkami

1. Palivová soustava vznětového motoru EDC se sdruženými vstřikovacími jednotkami Systém EDC – UIS (PD) Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Radek HladnýDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV) .

2. Charakteristika a použití palivové soustavy se systémem EDC - UIS Vysokého tlaku, který je potřeba k jemnému rozptýlení paliva, se dosahuje pomocí samostatných pístových čerpadel pro každý válec, která jsou poháněna od vačkového hřídele motoru. Do tělesa čerpadla je pak integrována i vstřikovací otvorová tryska a elektromagnetický řídící ventil. Tento systém od firmy Bosch se využívá od roku 1994 u užitkových vozidel (např. IVECO) a od roku 1998 u osobních automobilů (VW). Je určen pro motory s přímým vstřikem Maximální vstřikovací tlaky mohou dosahovat až 205 MPa.

3. Přehled částí palivové soustavy (VW) Nízkotlaká část : Nádrž, elektrické podávací čerpadlo, jemný čistič se zpětným ventilem, mechanické podávací čerpadlo s regulačními ventily, rozdělovací trubka s palivovými kanály, nízkotlaké potrubí a hadice, vratné potrubí. Vysokotlaká část : Sdružené vstřikovací jednotky.

4. Přehled částí palivové soustavy- nízkotlaká větev 1 Nízkotlaká část soustavy je tvořena nádrží s elektricky poháněným palivovým čerpadlem, které protláčí palivo jemným filtrem a malým tlakem dodává palivo přes zpětný ventil do mechanicky poháněného podávacího čerpadla na motoru. Při nízké teplotě palivo se může část paliva z přepadu vracet přes filtr zpět do soustavy. Mechanicky poháněné palivové čerpadlo Dodávat palivo ke vstřikovacím jednotkám má za úkol čerpadlo poháněné od vačkového hřídele motoru. Jedná se o zvláštní konstrukci lamelového čerpadla. Čerpadlo má speciálně tvarovaný rotor a k němu jsou ze dvou protilehlých stran přitlačovány lamely, uložené posuvně ve skříni. Součástí čerpadla je i pojistný regulační ventil, který při vysokém tlaku přepouští část paliva zpět na sací stranu.

5. Přehled částí palivové soustavy- nízkotlaká větev 2 Mezi přívodem paliva k jednotkám a zpětným odvodem paliva je škrcený otvor, který zajišťuje odvod bublinek, které by se v palivu mohly objevit. V kanále přívodu paliva se nachází rozdělovací trubka, jejímž úkolem je zajistit vstřikovacím jednotkám palivo ve stejném množství a teplotě. Mísením paliva přivedeného s palivem vytlačeným od vstřikovací jednotky se do každé jednotky dostává stejné množství paliva o stejné teplotě, což zklidňuje chod motoru. V horní části kanálu zpětného vedení paliva z motoru je regulační ventil zajišťující mírný přetlak a k němu umístěn škrcený obtok pro automatické odvzdušnění po vyčerpání paliva. Ve zpětném palivovém vedení k nádrži se nachází snímač teploty paliva a za filtrem je ze spodní části vozidla umístěn chladič paliva.

6. Palivový systém - sdružená vstřikovací jednotka(zjednodušené schéma) Nachází se v hlavě válců a je v ní utěsněna O-kroužky. Jednotka je na každém válci ovládána přes vahadlo vačkou, která se nachází na vačkovém hřídeli mezi ventilovými vačkami. K řízení dodávky paliva se používá elektromagnetický ventil, který ovlivňuje to, kdy se pod jehlou trysky vytváří a udržuje vysoký tlak.

7. Palivový systém - sdružená vstřikovací jednotka(zjednodušené schéma) Plnění vysokotlakého prostoru Působením pružiny se pohybuje píst jednotky nahoru a zvětšuje se vysokotlaký prostor, kam proudí palivo tlakem vytvořeným mechanickým palivovým čerpadlem. Elektromagnetický ventil jednotky není aktivován. Vstup paliva Síla od pružiny

8. Palivový systém - sdružená vstřikovací jednotka(zjednodušené schéma) Počátek předvstřiku Píst je od vačky stlačován dolů a nejprve vytláčí palivo z vysokotlakého prostoru do přívodního kanálu. Aktivací elektromagnetického ventilu se zahájí vstřikování, neboť se uzavře přívodní kanál do vysokotlakého prostoru. Jakmile tlak paliva překročí 180 barů (18 MPa), překoná tlak pružiny, posune se jehla trysky a začíná vstřikování (předvstřik). ─► Síla od vačky Vstup i výstup paliva uzavřen

9. Palivový systém - sdružená vstřikovací jednotka(zjednodušené schéma) Konec předvstřiku a vstřik hlavní dávky Elektromagnetický ventil zůstává aktivován. Ihned po nadzvednutí jehly trysky dojde vlivem přídavného pístku nad pružinou trysky ke krátkodobému poklesu tlaku, předepnutí pružiny trysky a uzavření trysky (konec předvstřiku). Krátce po poklesu jehly trysky však pokračuje zvyšování tlaku posuvem pístu čerpadla a dosáhne li 300 barů (30 MPa), překoná tlak předepnuté pružiny trysky a dojde znovu k jejímu otevření. Pohybující se píst vytlačuje palivo tryskou do spalovacího prostoru a stlačuje jej při největším výkonu až na maximální hodnotu 2050 barů (205 MPa). ─► Síla od vačky Vstup i výstup paliva uzavřen

10. Palivový systém - sdružená vstřikovací jednotka(zjednodušené schéma) Konec vstřiku Jakmile řídící jednotka přestane aktivovat elektromagnetický ventil, otevře jeho jehla spojení vysokotlakého prostoru s nízkotlakým a píst čerpadla tak začne vhánět palivo zpět i do přívodního kanálu. Tím dojde k poklesu tlaku paliva a uzavření trysky pružinou. ─► Síla od vačky Výstup paliva otevřen

11. Snímání provozních údajů Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu • Tento snímač (měřič) je umístěn za vzduchovým filtrem a vyhodnocuje hmotnost nasávaného vzduchu a převádí je na napěťový signál. • Používá se snímač hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným filmem (HFM). Protože vyhřívané prvky jsou ochlazovány proudícím vzduchem, musí být měněn vyhřívací proud, aby teplota byla pořád stejná. Výsledný signál může zohledňovat i teplotu nasávaného vzduchu. Snímač kompenzuje i vliv zpětného proudění vzduchu. • Při poruše snímače je aktivován nouzový program s náhradní hodnotou a dojde ke snížení plnícího tlaku.

12. Snímání provozních údajů Snímač plnícího tlaku Snímač se nachází na sacím potrubí za chladičem stlačeného vzduchu. Snímač tlaku může být integrován i v ŘJ. Pracuje na piezorezistivním principu a měří absolutní tlak vzduchu. Při jeho výpadku se sníží maximální dávka paliva.

13. Snímání provozních údajů Snímač atmosférického tlaku vzduchu Snímač bývá umístěn přímo v řídící jednotce motoru. Pracuje jako snímač plnícího tlaku na piezorezistivním principu a měří absolutní atmosférický tlak vzduchu. Z rozdílu plnícího a atmosférického tlaku určí ŘJ relativní plnící tlak. Při jeho výpadku si ŘJ dosadí náhradní hodnotu. Snímač se bohužel nedá vyměnit samostatně a musí se vyměnit celá řídící jednotka motoru.

14. Snímání provozních údajů Snímač otáček motoru (KH) Jedná se o indukční snímač, který je umístěn u setrvačníku na přírubě bloku motoru se skříni převodovky a reaguje na výřezy nebo zuby kotouče setrvačníku, jejichž pozici vůči horní úvrati 1. válce ŘJ zná. Signál se využívá k určení okamžiku vstřiku, k regulaci předstihu zážehu ale také regulaci volnoběhu či omezení maximálních otáček. V případě výpadku signálu pracuje řídící jednotka motoru s náhradním signálem ze snímače otáček vačkové hřídele. ◄─Snímač otáček motoru

15. Snímání provozních údajů Snímač otáček vačkové hřídele Jedná se o Hallův snímač, který je umístěn na konci vačkové hřídele na přírubě hlavy válců a reaguje na zuby kotouče vačkové hřídele, jejichž pozice pro jednotlivé válce ŘJ zná. Signál se využívá k určení pozice horní úvrati kompresního zdvihu 1. válce, což je třeba k určení správného okamžiku vstřiku pro jednotlivé válce. V případě výpadku signálu za chodu pracuje řídící jednotka motoru v nouzovém režimu. Motor již nelze znovu nastartovat.

16. Snímání provozních údajů Snímač teploty motoru Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou umístěný v pouzdře, přičemž změna odporu je převáděna na změnu napětí. Snímač je umístěn u hlavy válců motoru a snímá teplotu chladící kapaliny. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení obohacení při studených startech a zahřívání, při regulaci počátku vstřiku a doby žhavení. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnoty a doba předžhavení bude maximální.

17. Snímání provozních údajů Snímač teploty paliva Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou. Snímač je umístěn ve zpětném palivovém vedení mezi motorem a čističem paliva.. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení hustoty paliva a tím k přesnému určení hmotnosti vstřikované dávky. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnotu. Snímač teploty nasávaného vzduchu Snímač se nachází na sacím potrubí za chladičem stlačeného vzduchu. Je to NTC odpor a slouží pro korekci skutečné hmotnosti nasávaného vzduchu. Snímač teploty oleje Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou.. Snímač je umístěn v klikové skříni a měří teplotu oleje v olejové vaně. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k přepočítávání intervalu výměny oleje v režimu proměnných servisních intervalů.

18. Snímání provozních údajů Snímač polohy akceleračního pedálu Jedná se o potenciometr, který je spojen s pedálem krátkým lankem nebo je přímo umístěn na pedálu. Snímač má také integrován kontakt volnoběhu a u vozů s automatickou převodovkou i Kick-down. Snímač předává řídící jednotce napěťový signál o požadavku řidiče na výkon motoru. Při výpadku signálu poběží systém dál v nouzovém režimu se zvýšenými volnoběžnými otáčkami (asi 1400 min-1).

19. Snímání provozních údajů Spínač spojkového pedálu Nachází se u spojkového pedálu a slouží k rozpoznání polohy sešlápnutí spojkového pedálu. V klidovém stavu je spínač sepnut. Signál slouží k vypnutí funkce tempomatu, řídící jednotka při jeho aktivaci snižuje množství paliva a při volnoběhu vypíná regulaci rovnoměrného chodu. Při jeho nefunkčnosti se omezuje maximální dávka paliva.

20. Snímání provozních údajů Spínač brzdových světel a spínač brzdového pedálu Jedná se o dva snímače v jednom celku. Jsou umístěny u brzdového pedálu a slouží k rozpoznání sešlápnutí brzdového pedálu. Spínač světel je v klidu otevřen a slouží k aktivaci brzdových světel a přídavně pro ŘJ motoru. Spínač pedálu je v klidu sepnut a řídící jednotka motoru využívá jeho signálu k vypínání tempomatu a ke snižování dávky paliva.Signály se také využívají ke kontrole hodnověrnosti signálu ze snímače akceleračního pedálu.

21. Snímání provozních údajů Snímač rychlosti vozidla → Jedná se o mechanický nebo Hallův snímač, umístěný na skříni převodovky, resp. rozvodovky. Snímač slouží řídící jednotce při aktivním tlumení cukání a při vybavení tempomatem k regulaci nastavené rychlosti. Spínač tempomatu Je umístěn na páčce pod volantem a pomocí něj se zapíná či trvale vypíná funkce tempomatu. Spínač klimatizace Je umístěn na ovládacím panelu klimatizace. Je-li klimatizace zapnuta a řidič prudce akceleruje, dojde krátkodobě k vypnutí kompresoru klimatizace. Spínač předžhavení Spínač bývá integrován ve dveřích řidiče a po jejich otevření aktivuje žhavení motoru, aby řidič mohl dříve startovat.

22. Akční členy Vysokotlaký elektromagnetický ventil • Tento ventil řídí počátek vstřiku i množství vstřikovaného paliva. Spínací proud dosahuje hodnoty až 20 A. Slouží také k zastavení motoru. • Je-li ventil bez proudu, jsou propojeny plnící kanály nízkotlakého okruhu v hlavě s vysokotlakým prostorem pod pístem. V okamžiku, kdy má dojít ke vstřiku paliva, aktivuje řídící jednotka motoru vysokotlaký elektromagnetický ventil. Tím se uzavře spojení kanálů a palivo stlačované pístem od vačky a vahadla s kladkami je vedeno k jehle vstřikovací trysky . Úplné ukončení dodávky nastane přerušením přívodu proudu k elektromagnetickému ventilu, čímž poklesne tlak propojením vysokotlakého a nízkotlakého prostoru. • Nebude-li ventil aktivován, nemůže se vytvořit vysoký tlak a nedojde tedy ke vstřiku paliva. ─►

23. Akční členy Elektromagnetický ventil zpětného vedení výfukových plynů = elektropneumatický převodník recirkulace výfukových plynů Tento převodník je aktivován pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky a tím se mění poloha membránového ventilu v měniči, čímž se vytváří určitý podtlak, kterým se ovládá membránový podtlakový ventil recirkulace spalin .

24. Akční členy Elektromagnetický ventil omezení plnícího tlaku Ventil je také řízen pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky, čímž vytváří modulovanou hodnotu přetlaku pro řízení obtokového ventilu turbodmychadla.

25. Regulační funkce řídící jednotky Regulace množství vstřikovaného paliva Přání řidiče je hlášeno přes signál snímače polohy pedálu akcelerátoru a na základě toho řídící jednotka motoru dle uložených datových polí s ohledem na provozní stav motoru vypočítá množství paliva a následně dle signálu ze snímače polohy klikové a vačkové hřídele ovládá v příslušném pořadí elektromagnetické ventily vstřikovacích jednotek. Zároveň řídící jednotka motoru na základě signálů o počtu otáček a hmotnosti nasátého paliva určí z naprogramovaného pole kouřivosti maximální dodávku paliva, samozřejmě s ohledem na teplotu motoru, paliva apod. a porovná toto množství s požadavkem řidiče. Je-li požadavek na množství paliva větší než připouští pole kouřivosti (prakticky při nedostatku vzduchu např. při zrychlení nebo velkém zatížení), umožní maximální dávku dle tohoto pole, jinak je plněn požadavek řidiče. • Regulace je tedy schopna upravovat dávku paliva v jakémkoliv provozním režimu : - startu - regulace volnoběhu, popř. regulace klidného chodu - aktivní tlumení škubání motoru (při rychlé změně polohy akceleračního pedálu) - regulace rychlosti - regulace přeběhových otáček - přerušení dodávky paliva při brzdění motorem

26. Regulační funkce řídící jednotky Regulace počátku vstřiku • K regulaci počátku vstřiku se využívá signálů otáček motoru a hodnoty vypočítané hmotnosti skutečně vstřikovaného paliva. Na základě těchto hodnot určí řídící jednotka motoru z naprogramovaného pole počátku vstřiku hodnotu, která se zkoriguje dle teploty motoru. Tato vypočtená hodnota je pak předána řídící jednotce, která dle toho upraví okamžik aktivace elektromagnetického ventilu sdruženého vstřikovače.

27. Regulační funkce řídící jednotky Regulace rychlosti ( je-li vozidlo vybaveno tempomatem ) • Signál ze snímače rychlosti je porovnán s hodnotou předvolenou řidičem a podle potřeby dá řídící jednotka motoru pokyn řídící jednotce čerpadla pro regulaci vstřikovaného paliva.

28. Regulační funkce řídící jednotky Regulace recirkulace výfukových plynů • Jde o zpětné přisávání části výfukových plynů do sacího traktu, kde se mísí s čerstvým vzduchem. Účelem je snížit špičkovou spalovací teplotu, čímž se sníží množství emisí NOx ve výfukových plynech. • Řídící jednotka motoru na základě otáček motoru a vypočítané hmotnosti paliva určí z datového pole teoretické množství nasátého vzduchu ( nejmenší nutné ) a tuto hodnotu porovná se skutečným množstvím nasátého vzduchu (změřeným ), jemuž přísluší určitá dávka recirkulovaných spalin. Na základě rozdílnosti signálu pak doreguluje množství přisávaných spalin prostřednictvím elektropneumatického převodníku. • K uvedené recirkulaci dochází jen u zahřátého motoru a to při nižších otáčkách (asi do 3000 1/min) a částečném zatížení.

29. Regulační funkce řídící jednotky Regulace plnícího tlaku ( u přeplňovaných motorů ) • Řídící jednotka motoru vyhodnocuje signály ze snímače otáček motoru a hmotnosti nasávaného vzduchu a dále snímače teploty nasávaného vzduchu a snímače atmosferického tlaku. Z naprogramovaného pole se vypočte teoretická hodnota plnícího tlaku. Ta se porovná se skutečnou ( změřenou ) a v případě potřeby se dá signál elektromagnetickému řídícímu ventilu, který vpuštěním modulovaného přetlaku do obtokového ventilu odpouští část výfukových plynů před turbínou přímo do výfuku. • Jestliže není možno při poruše snížit hodnotu plnícího tlaku, sníží se množství vstřikovaného paliva.

30. Regulační funkce řídící jednotky Systém žhavení motoru ( odlišné podle typu vozidla a verze systému ) • Žhavení řídí řídící jednotka motoru přes jednotku žhavení dle teploty motoru (určuje délku žhavení). Žhavení je signalizováno kontrolkou žhavení na přístrojové desce. Pokud zhasne kontrolka a ještě nestartujeme následuje dle teploty motoru další žhavení po dobu (4-20) sekund. • U vozidel koncernu VW se například zapíná žhavení již při otevírání dveří. V případě opakovaného žhavení se toto provede pouze třikrát a pak je již třeba je vyvolat klíčkem. Po nastartování motoru pokračuje žhavení při teplotě kapaliny nižší než +20 °C ještě až po 90 sekund (kvůli emisím motoru a hlučnosti ) a toto dodatečné žhavení se u VW ukončí až při dosažení otáček motoru asi 2500 1/min nebo po uplynutí doby určené řídící jednotkou.