Technika pod wysokim ciśnieniem

11.10.2015

Budowa nowoczesnych silników w samochodach osobowych W miarę rozwoju silników wysokoprężnych sterowanie mechaniczne przestało wystarczać. Ciągle podnoszone normy czystości spalin i potrzeba mniejszego zużycia paliwa sprawiły, że do sterowania pracą silnika ZS konieczne stało się użycie sterowania elektronicznego wieloma elementami.

Pierwsze sterowanie elektroniczne EDC (Electronic Diesel Control - elektroniczna kontrola Diesla) weszło do seryjnego użycia w 1986 roku. Aktualnie system EDC jest składnikiem praktycznie każdego układu zasilania silnika z zapłonem samoczynnym. Bez nich komfortowa jazda i sekwencyjny wielowarstwowy wtrysk paliwa byłyby niemożliwe. Ogólnie zasada działania układu wtryskowego stała się podobna do działania układu zasilania silników benzynowych. Układy elektronicznego sterowania wtryskiem w silniku Diesla można podzielić na:
· czujniki,
· sterownik,
· elementy wykonawcze.

Czujniki określają wszystkie stany rzeczywiste oraz stany zaprogramowane. Wartości rzeczywiste to na przykład temperatura silnika i ciśnienie paliwa. Wartość zaprogramowana lub żądana to na przykład położenie pedału przyspieszenia. Czujniki określają parametry i warunki pracy przez pomiar czynników fizycznych i chemicznych oraz ich przemianę na sygnały elektryczne. Te są przekazywane dalej do jednostki sterującej. Ze względu na postęp technologiczny i coraz większe wymagania czujniki na przestrzeni lat stały się mniejsze i wydajniejsze. Jeszcze niedawno stosowane czujniki funkcjonowały jako pojedyncze i niezależne elementy, które przesyłały sygnał metodą analogową do jednostki centralnej, gdzie był dalej przetwarzany. Nowe czujniki znacznie się różnią od niegdysiejszych, ponieważ są często wyposażone we własny przetwornik analogowo-cyfrowy i niekiedy także w system interpretujący odczytane wartości. Przesyłanie sygnału do jednostki sterującej odbywa się drogą cyfrową. Ma to wiele zalet: czujniki mogą mierzyć mniejsze wartości, czyli stają się automatycznie dokładniejsze. Dodatkowo przesyłanie danych jest odporne na zakłócenia. Także możliwe jest zmniejszenie mocy obliczeniowej jednostki, która jest konieczna do obsługi czujnika, ponieważ on sam ma część układu interpretującego dane. Czujniki połączone są z komputerem centralnym za pośrednictwem sieci, co oznacza, że dane odczytane przez czujnik krążą w niej i są dostępne cały czas.

Elementy wykonawcze (aktuatory, aktywatory, silniki krokowe, silniki liniowe...) wykonują polecenia przysłane z jednostki centralnej. To oznacza, że zamieniają wielkości elektryczne (sygnały) w parametry fizyczne. Jednymi z ważniejszych elementów wykonawczych są elektrozawory regulujące ciśnienie, ilość i początek wtrysku. Tu występuje kilka wariantów w zależności od zastosowanego systemu wtrysku (wtryskiwacze common rail lub pompowtryskiwacze). Dalszymi elementami wykonawczymi są elektropneumatyczne regulatory ciśnienia. Za pomocą dyszy podciśnieniowej regulowanej przez zawór elektromagnetyczny odcinający lub doprowadzający podciśnienie zmienia się sygnały elektryczne w liniowy ruch tłoka.

W tym rozdziale przedstawimy seryjnie montowane rodzaje elektronicznych systemów kontroli silnika Diesla oraz możliwości diagnostyczne trzech zakresów: czujników, jednostki sterującej oraz elementów wykonawczych. Ze względu na ciągłe dyskusje dotyczące kosztów wykorzystywanej energii oraz ochrony środowiska a także na temat komfortu jazdy samochodem i emisji substancji szkodliwych w spalinach system elektronicznego sterowania 15 generacji jest ciągle rozwijany. W związku z tym system ten staje się coraz bardziej rozbudowany i obejmujący coraz więcej funkcji. Także rośnie liczba wartości, które musi on regulować: formowanie przebiegu wtrysku, wysokie ciśnienie wtrysku, przedwtrysk oraz wtryski wtórne, dopasowanie ilości wtryskiwanego paliwa do każdych warunków pracy, ciśnienia doładowania zależne od chwilowego obciążenia, kąt początku wtrysku (wyprzedzenie kąta wtrysku), regulacja ilości spalin w układzie recyrkulacji (EGR), dawka rozruchowa uzależniona od aktualnej temperatury otoczenia i silnika, niezależna od obciążenia regulacja obrotów biegu jałowego, regulacja prędkości jazdy, niskie tolerancje czasów wtrysku oraz dawki wtryskiwanego paliwa, wysoka dokładność i powtarzalność podczas całego czasu użytkowania pojazdu. Do tego dochodzą aspekty tego typu, że nie wszyscy producenci montują wszystkie elementy systemu i nie zapewniają możliwości diagnostyki niektórych komponentów, co sprawia często wiele kłopotów podczas diagnostyki w warsztacie.

Budowę takiego systemu zaprezentujemy na nowoczesnym silniku N47 produkowanym przez BMW. Wersje modeli z silnikiem N47 wprowadzone na rynek w marcu 2007 roku:

Wskazówki szczególne:
· napęd łańcucha i pompa wysokociśnieniowa po stronie odbioru mocy,
· wałki wyrównoważające zintegrowane z łożyskami igiełkowymi w obudowie skrzyni korbowej,
· obustronny napęd z paskiem,
· wszystkie urządzenia poboczne po lewej stronie silnika,
· tłumik drgań skrętnych z wolnobiegiem,
· chłodnica wtórnego obiegu spalin z mostkiem (tylko najmocniejsza wersja z manualną skrzynią biegów),
· rozrusznik po prawej stronie silnika,
· nowa pompa jednotłokowa CP4.1 z ciśnieniem 1800 barów (silnik w najsłabszej wersji - ciśnienie 160 barów),
· aktywny czujnik położenia wału korbowego z rozpoznawaniem lewych obrotów (cofania wału),
· ceramiczne świece żarowe.

Więcej w najnowszym „autoEXPERCIE" (10/2011).

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę