Elektronické tvarování charakteristik

end-logo
Sdílejte:

RNDr. Bohumil Ferenc, duben 2000

 

 



Systém je svojí koncepcí zcela odlišný od
systémů řízení chodu motoru (motor management) jiných výrobců.
Používá se u všech čtyřválcových motorů SAAB se dvěma vačkovými
hřídeli v klikové skříni DOHV a čtyřmi ventily na válec.
Řídí vstřikování paliva, zapalování a přeplňovací tlak. SAAB
preferuje přeplňované motory o kterých říká, že mají výkon
velkých motorů, ale s hospodárností malých. Kromě toho jsou
cestou vpřed při snižování emisí ve výfukových plynech. Spotřeba
paliva je nízká, protože vysoký výkon motoru není většinu času
využíván, uplatní se pouze tehdy, kdy je potřeba, např. při
předjíždění.

Jedinečnou schopnost systému nepřetržitě
měřit děje uvnitř spalovacího prostoru a tedy řídit spalovací
proces na optimální výkon, spotřebu a emise výfukových plynů,
umožňuje 32-bitový mikroprocesor Motorola s programem, ve
kterém jsou v paměti uloženy ideální jízdní stavy. Stálým
srovnáváním se skutečnými poměry počítač optimalizuje vstřikování
paliva, plnící tlak a zapalování. Kapacita počítače byla vědomě
předimenzována, aby mohla být do něj integrována budoucí
rozšíření systému.

Hlavní součásti

systému Trionic jsou:

Součásti  Trionicu

  1. řídící jednotka s 32-bitovým procesorem
  2. snímač teploty v sacím potrubí
  3. kazeta zapalování
  4. snímač u klikové hřídele
  5. vstřikovací ventily
  6. snímač tlaku v sacím potrubí

Řídící jednotka je ve vozech SAAB umístěna
vlevo v prostoru přední mezistěny. Na dolním okraji má
proveden větrací otvor. Kryt řídící jednotky je uzeměn na
karosérii separátní zemnící licnou, aby se potlačilo rušení
rozhlasového příjmu. Řídící jednotka se připojuje 40-ti kolíkovým
konektorem.

Kazeta zapalování je umístěna ve válcové
hlavě. Zapalování je vícejiskrové kapacitní, se čtyřmi
zapalovacími cívkami. Zapalovací svíčka každého válce má svou
vlastní cívku, která se nachází přímo nad ní. Tím odpadá nejen
rozdělovač, ale i vn kabely zapalování, což zaručuje spolehlivé
vytvoření jiskry. Tento systém, nazvaný přímé zapalování (Direct
Ignition — DI) zapaluje se zapalovacím napětím 40 000 V,
zatímco obvyklé indukční systémy pracují jen se 25 000 V. I
při nižším napětí baterie jsou vytvářeny dostatečně intenzivní
výboje. Trionic toleruje zřetelně větší rozdíly
v mezielektrodových vzdálenostech u svíček jednotlivých
válců, takže proti jiným systémům je životnost svíček značně
větší.

Nárůst vysokého napětí probíhá asi 20-krát
rychleji, než u běžných zapalování. Vyplývá to z použití
kapacitního způsobu hromadění energie pro zažehnutí směsi.
Energie se hromadí v kondenzátoru, nikoliv
v magnetickém poli zapalovací cívky. Cívka působí pouze jako
transformátor zvyšující napětí nahromaděné na kondenzátoru na
velikost potřebnou k přeskoku jiskry mezi elektrodami
svíčky. Rozměry a počet závitů vinutí takové zapalovací cívky
jsou menší, což dovoluje její realizaci mnohem vhodnějším
způsobem, než u cívkových zapalování. Provedení takové cívky je
patrné z obrázku.

Cívka

Kromě optimálních jisker i při vysokých
otáčkách motoru dovoluje tento systém generovat při studeném
startu místo jediné jiskry jejich řadu. Při teplotách motoru pod
0 stupňů C je trs jisker generován v rozsahu od 10 stupňů
před horní úvratí do 60 stupňů za ní.

Je-li pokus o
start proti očekávání marný a motor nenastartuje, přivádí se tato
série jisker současně ke všem válcům a spálí
saze nebo kondenzáty paliva na elektrodách zapalovacích svíček.
Výsledkem je rychlejší a bezpečnější nastartování. Při běžném
startu jsou během deseti za sebou následujících zažehnutí
přiváděny výboje ze zapalování současně ke dvěma válcům. Společně
jsou napájeny válce 1 a 4, případně 3 a 3. Po proběhnutí 10-ti
následných spalovacích procesů přejde systém na synchronizaci
pořadí jisker a vstřikování paliva v rámci správného sledu
válců (1-3-4-2). Ovšem pouze tehdy, má-li informaci, že ve všech
válcích probíhá odpovídající spalování. Tuto informaci dostává
řídící jednotka signálem snímače u klikové hřídele, a zejména
z ionizačního proudu, protékajícího zapalovacími
svíčkami.

Kazeta

Po každém shoření směsi
vznikají ve spalovacích prostorech elektricky nabité molekuly –
ionty — jejichž množství je dáno kvalitou spalování. Stupeň
ionizace se může měřit přes zapalovací svíčku tím, že se po
zapálení směsi přiloží na její elektrody (tedy přes dráhu jiskry)
malé elektrické měrné napětí. Čím více iontů vzniklo, tím lépe
protéká proud mezi elektrodami. Tak lze rozpoznat jak vynechání
zážehu, tak detonační hoření (viz dále).

Hmotnost
spalovacího vzduchu, údaj nezbytný pro přípravu správného složení
směsi je u systému Trionic určován ze signálů snímače tlaku
v sacím potrubí a snímače teploty vzduchu v tomto
potrubí.

Snímač tlaku v sacím potrubí, na rozdíl
od mnoha obdobných systémů jiných výrobců, je umístěn mimo
řídící jednotku. Jeho úkolem je plynulé měření tlaku
pocházejícího od nasávaného vzduchu a to v místě vtoku do
sběrného sacího potrubí. Délka a materiál hadičky spojující
snímač tlaku se sacím potrubím, jsou rozhodující pro přesnost
měření, takže je snímač umístěn vpravo na přední mezistěně, čímž
je měřící místo asi o metr blíže, než je běžné u jiných systémů.
Hlavním prvkem snímače je polovodičový krystal, využívající
piezoelektrického jevu. Na povrchu krystalu je vytvořen odporový
můstek, kterým protéká stejnosměrný proud. Vlivem deformací
krystalu působením tlaku přiváděného z potrubí, se mění
proud protékající můstkem. V elektronických obvodech snímače
jsou jeho změny převáděny na napěťové tak, že při nízkém tlaku je
napětí nízké a vysoký tlak naopak vede k jeho nárůstu.
Současně se provádí teplotní kompenzace, takže při změně tlaku od
–78 kPa od +75 kPa se napětí mění od 0.4 V do 3.3
V výstupní hodnoty snímače. Provedení snímače je
zjednodušeně na obrázku.


Tlakoměr

Membrána

Snímač teploty v sacím potrubí je do
potrubí vešroubován. Nasávaný vzduch proudí otvorem provedeným
v měřící hlavici snímače. Měřícím článkem
snímače je polovodičový odpor se záporným tepelným součinitelem.
Velikost odporu se se stoupající teplotou vzduchu zmenšuje. To má
za následek, že řídící jednotka dostává při velmi nízkých
teplotách signál s poměrně vysokým napětím (asi 4.5
V při –30 stupňů C), zatímco při nejvyšších teplotách
vzduchu je napětí nízké (např. 0.7 V   při +80 stupňů C).
Hodnota odporu se přitom mění od 20 až 30 kOhm do 300 až 360
kOhm.

Teploměr

Vstřikování

Podle takto zjištěných údajů vypočítá řídící
jednotka množství vstřikovaného paliva, čímž je zajišťováno
potřebné složení palivové směsi. Ventily vstřikující palivo pro
jednotlivé válce jsou individuálně řízeny. Každý vstřikovací
ventil vstřikuje palivo proti oběma sacím ventilům válce, tj. ze
dvou trysek. Tak může být palivo dávkováno a přiváděno
s větší přesností.

Před otevřením vstřikovacího
ventilu vypočítá řídící jednotka přesně vstřikované množství
paliva, s přihlédnutím k současnému zatížení, otáčkám a
teplotě motoru atd. Zlomek sekundy před ukončením vstřiku ověří
systém, zda řidič nezměnil od posledního výpočtu polohu plynového
pedálu a zda je potřebná případná korekce.

Rozsah regulace vstřikovaného množství sahá od
2 milisekund až po celkovou pracovní fázi (prakticky spojité
vstřikování). Zejména tento velký regulační rozsah palivové
soustavy je důležitým faktorem, bude-li v budoucnu použito
alternativních paliv, jako ethanol nebo methanol, případně jejich
směsi se stávajícím palivem.

Systém Trionic je
vybaven sekvenčním vstřikováním, takže jednotlivé vstřikovací
ventily jsou řídící jednotkou kontrolovány a řízeny podle pořadí
válců motoru. V závislosti na množství přiváděného vzduchu a
jeho teplotě a na teplotě chladící kapaliny (motoru), zatížení
motoru a případně na sklonu k detonačnímu hoření, je ke
každému válci motoru palivo přiváděno v přesném čase a ve
správném množství. Kromě toho dostává řídící jednotka ze snímače
kyslíku (lambda sondy) nepřetržitě informaci o složení výfukových
plynů, který taktéž ovlivňuje stanovení množství paliva.

Sled vstřikování paliva, ale i zážehy
jednotlivých válců, je určován řídící jednotkou podle signálu ze
snímače u klikové hřídele, spolu s tzv. signálem detekování,
který nahrazuje informaci ze snímače polohy vačkové hřídele,
používaného u jiných obdobných (bezrozdělovačových) systémů.

Snímač u klikové hřídele používá Hallova prvku
a je montován na motorovém bloku. Ke snímači patří dále kotoučová
clonka, která je spojena s řemenicí klikové hřídele.
V kotouči clony se nacházejí dvě větší a jedno menší
vybrání, která jsou při otáčení klikové hřídele registrována
Hallovým prvkem a slouží jako informace, jakou polohu zaujímají
v bodě měření písty v jednotlivých válcích. Signál ze
snímače má pravoúhlý průběh, s napětím 12 V, je-li Hallův
prvek odstíněn clonkovým kotoučem a s nulovým napětím,
prochází-li snímačem vybrání v clonce.

Signál
detekování je vytvářen obdobně jako výše popsané snímání stupně
ionizace ve spalovacím prostoru válce. Jak bylo uvedeno, ve válci
dochází po přivedení měrného napětí na zapalovací svíčku
k průtoku slabého proudu. V proudových okruzích
zapalovacích svíček válce 1 a 2, případně 3 a 4 jsou instalovány
vzorkovací obvody, ve kterých ionizační proud indukuje signál,
který pak slouží spolu se signálem snímače u klikové hřídele, pro
stanovení správného sledu zážehů a vstřikování.

Podobně jako u zapalování je i u vstřikování
použito při startování režimů odlišných od jízdních. Již při
zapnutí klíčku zapalování do první polohy je vyslán vstřikovací
soupravě první impuls a ještě před startem je na sací ventily
všech válců vstříknuto menší množství paliva, aby se usnadnil
start. To se provádí až do teploty motoru 64 stupňů C, kterou
měří snímač teploty chladící kapaliny, s obdobným
polovodičovým odporem, jaký má snímač teploty nasávaného vzduchu.
Množství je pak řízeno v závislosti na skutečné teplotě
motoru.

Pro první vstříknutí paliva po začátku
otáčení spouštěče, zvolí řídící jednotka systému podle určitých
parametrů jeden z válců. To znamená, že zážehové jiskry jsou
sice přiváděny blokově k válcům 1 a 4, případně 2 a 3, ale
přívod paliva je přiřazen od začátku jen na jediný válec. Teprve
po deseti spalovacích procesech jsou zážehy a vstřikování
synchronizovány ve správném sledu.

Protože u řídící
jednotky Trionic zůstávají její některé funkce po vypnutí
zapalování udržovány ještě 15 minut, nejsou při případném novém
startu během této doby výše popsané „předstartovní “ funkce
zařazovány.

Vstřikované množství paliva je závislé i
na zatížení motoru. Během akcelerování, např. při předjíždění, je
vstřikované množství zvyšováno, naproti tomu během popojíždění
s častými deceleracemi se naopak toto množství snižuje.
Potřebná informace pro řídící jednotku je dodávána signálem
z potenciometrického snímače polohy škrtící klapky. Signálem
je stejnosměrné napětí, jehož hodnoty se plynule mění od 0.2
V ve volnoběžné poloze do asi 4 V při poloze
maximálního otevření škrtící klapky.

Podle tohoto signálu a jeho změn koriguje
řídící jednotka nejen vstřikované množství paliva a předstih
zážehu, ale protože je Trionic určen pro řízení chodu
přeplňovaných motorů, řídí i plnící tlak. U přeplňovaných motorů
je množství spalovacího vzduchu závislé na plnícím tlaku (a
samozřejmě i na teplotě přeplňovaného vzduchu). Podle hmotnosti
spalovacího vzduchu se řídí vstřikované množství paliva a to tak,
aby bylo dosaženo stechiometrického složení směsi, což je
podmínkou maximální účinnost i použitých katalyzátorů.
Vstřikované množství je řízeno podle signálu ze snímače kyslíku
(lambda sondy) ve výfukovém potrubí.

Plnicí tlak

Plnicí tlak je ovládán obtokovým ventilem
turba. Jak již bylo uvedeno, je tento tlak měřen snímačem
v sacím potrubí. V případě překročení hodnoty, která
byla pro dané provozní podmínky řídící jednotkou vypočtena, změní
se střída taktovacího ventilu přeplňování, tím se změní ovládací
tlak v  komoře obtokového ventilu (waste gate valve)
turba a ventil otevře obtok výfukových plynů. Obtokem se sníží
jejich množství, pohánějící turbínu spřaženou s dmychadlem,
zvyšujícím plnící tlak nasávaného vzduchu. Otáčky turbíny
poklesnou a tlak plnícího vzduchu se sníží. Tím i množství
vzduchu přiváděného do sacích kanálů válců motoru. Děj je
zakreslen schématicky na obr.

Turbodmychadlo

Plnící tlak je snižován i tehdy,
dojde-li ke vzniku detonačního hoření, což je zjišťováno podle
změn ionizačního proudu, jak bylo v předchozím popsáno.
Ionizační proud je měřen v jednotlivých válcích před nebo po
okamžiku zážehu. Takto je odstraňován problém odlišení
ultrazvukových signálů registrujících vznik detonačního hoření od
jiných mechanických hluků z provozu motoru, např. klepání
ventilů apod., který je obvyklý u zaznamenávání těchto jevů
piezoelektrickými snímači na motorovém bloku.

Plnící tlak turbodmychadla je řízen tak, aby
jeho maximální hodnota byla dosahována jen při krajní poloze
plynového pedálu (největší „plyn“). Pokud dojde ke vzniku
„klepání“, je mimo snížení plnícího tlaku korigován i předstih
zážehu a doba vstřikování paliva.

Další funkce

Jakýmsi zvláštním případem řízení plnícího
tlaku je omezování kroutícího momentu motoru při zařazení
zpáteční rychlosti. Řídící jednotka dostává informaci napětím od
spínače couvacích světel a na základě tohoto signálu nastaví
plnící tlak na jeho základní, tj. nejnižší používanou úroveň.

Jako všechny soudobé systémy řízení chodu
motoru je i Trionic vybaven soustavou odvětrávání palivové
nádrže. Tato soustava omezuje emise HC, které vznikají
v důsledku zahřívání paliva v nádrži buď tepelným
přenosem zvenku, nebo pocházející od přebytečného paliva
vracejícího se od vstřikovacích ventilů a ohřátého
v motorovém prostoru. Benzinové výpary jsou zadržovány v
nádobce s aktivním uhlím; připojené k odvzdušňovací
hadičce palivové nádrže. Nádobka je dále propojena přes
regenerační ventil se sacím potrubím a mimo to je spojena s
volným prostorem. Regenerační ventil dávkuje proud
vzduchu, který při jeho otevření je nasáván z  okolí a
strhává palivo nahromaděné v aktivním uhlí. Tím je uhlí
regenerováno. Ventil je ovládán řídící jednotkou tak, aby nádobka
s  aktivním uhlím byla dostatečně dlouho promývána a přitom
bylo složení směsi co nejblíže stechiometrickému poměru, tj.
.. Když je ventil
otevřen, provede řídící jednotka ochuzení směsi zmenšením
množství vstřikovaného paliva. Potřebné ochuzení, které
kompenzuje nadbytek paliva od přívodu z odvětrávací nádobky,
je určováno podle signálu ze snímače kyslíku – tj. lambda sondy.
Tento snímač je elektricky předehříván, aby se co nejdříve
dosáhlo jeho potřebné provozní teploty.

Takto řešený
systém zabezpečuje s třísložkovým katalyzátorem následující
úrovně emisí škodlivin.

CO [g/km] HC [g/km] NOx [g/km]
Saab 9000 2.3 Turbo Trionic 0.95 0.10 0.09
Limity předpisu Kalifornie 1993 2.10 0.16 0.25
*Limity Euro II (1996) 2.62 0.32 0.27
*Návrh Euro III (2000) 2.22 0.19 0.15
Návrh Kalifornie 1999 1.10 0.08 0.125
*Návrh Euro IV (2005) 0.83 0.075 0.075
Saab s předkatalyzátorem 0.80 0.07 0.08

*Údaje podle Automotive Industries 3/1998.

Z tabulky je zřejmé, že pro splnění
připravovaných předpisů pro léta po roku 2000 je potřebné doplnit
systém pouze o předkatalyzátor, předřazený použitému
třísložkovému.

Součástmi Trionicu jsou další
soustavy jako např. stabilizace volnoběžných otáček řízením
množství plnícího vzduchu, obtékajícího uzavřenou škrtící klapku.
Nastavení provádí ventil volnoběžného vzduchu, který je ovládán
signálem z řídící jednotky. Udržuje volnoběžné otáčky na
hodnotě 850 min..
Řídící jednotka je naprogramovaná na zvýšení volnoběžných otáček,
je-li škrtící klapka uzavřena odstavením plynu při jedoucím
vozidle. Informaci dostává ze snímače rychlosti vozidla.
Současně s řízením množství volnoběžného vzduchu je
nastavováno množství vstřikovaného paliva a předstih zážehu je
optimalizován na minimum emisí škodlivin. Doplňující informací
pro řízení všech tří parametrů je signál ze snímače teploty
motoru.

U vozidel vybavených automatickou převodovkou
jsou volnoběžné otáčky stojícího vozidla zvyšovány při přepnutí
voliče rychlosti z  polohy „neutrál“ nebo „parkování“ do
kterékoliv jiné, tj. R (couvání), D (jízda), 1, 2 a 3. Řídící
jednotka Trionicu je o tom informována napětím baterie přivedeným
z přepínače soustavy automatické převodovky.

Trionic je přizpůsoben i pro součinnost s
řízením dalších soustav, kterými může být vozidlo
vybaveno. Tak např. plnící tlak je nastavován na základní úroveň
při brzdění, nebo při zapnutí omezovače rychlosti jízdy, podobným
způsobem jako při zařazení zpáteční rychlosti, nebo při
volnoběhu.

Některé verze jsou
vybaveny signalizací k přeřazení na vyšší rychlostní stupeň,
která se uvádí do funkce, jestliže zatížení motoru klesne pod
určitou úroveň a současně otáčky motoru dosáhnou naprogramované
hranice. Otáčky při kterých se signalizace rozsvítí jsou závislé
na tlaku v sacím potrubí a na zařazeném rychlostním
stupni.

Samozřejmostí je vybavení
systému obvody vlastní diagnostiky, odpovídající předpisu OBD II.

 

 

RNDr. Bohumil Ferenc, leden 2000

 

 



   Z potřeby realizovat složité průběhy
předstihových charakteristik vyplývá nutnost co nejpřesnějšího
určení hodnot vstupních veličin, zejména polohy klikové hřídele,
otáček a zatížení motoru. Ke snímání hodnot těchto veličin je
používáno snímačů, umísťovaných většinou u klikové a někdy i u
vačkové hřídele.

   Jsou-li snímače umístěny v rozdělovači vn,
nebo je-li snímání prováděno u vačkové hřídele, lze použít pouze
těch snímačů, které zajišťují dostatečnou přesnost měření, např.
Hallův, optoelektronický nebo jednozubový induktivní.

Snímače otáček a polohy klikové hřídele

umísťované u jejího setrvačníku, jsou nejčastěji indukčního typu.
Jejich indukčnost je navinuta kolem tyčinkového jádra z měkké
oceli, které je pólovým nástavcem permanentního magnetu. Magnetický
obvod se uzavírá přes těleso klikové skříně a ozubení věnce
setrvačníku, nebo u novějších typů motorů častěji přes nástavce
ve tvaru kotouče s ozubením, případně s jinou formou mezer. Při
otáčení klikové hřídele se proti magnetu střídají zuby s mezerami a
tím se mění magnetický tok. Následkem jeho změn se ve vinutí
indukčnosti indukuje střídavé napětí.

   Aby se mohla snímat jedním snímačem jak poloha
klikové hřídele odpovídající např. horní úvrati 1. válce, tak
otáčky motoru, musí být na věnci odpovídající referenční značka.
Může to být mezera mezi zuby ozubení
(obr.).

Snímač polohy

Písty všech válců jsou přes ojnici
spojeny s klikovou hřídelí, takže jeden snímač na této hřídeli
udává informaci o poloze pístů ve všech válcích. Otáčky motoru
jsou pak odvozovány z otáčení klikové hřídele.

   Protože se amplituda signálu snímače mění s
otáčkami motoru, je signál s velmi rozdílnou amplitudou v řídící
jednotce zpracováván na pravoúhlé napětí s konstantní velikostí.
Když je odstup hran pravoúhlého signálu více než dvakrát větší
než předchozí a následný je rozpoznána zubová mezera, která je
definována jako přesná poloha HÚ prvního válce. S tímto okamžikem
synchronizuje řídící elektronika polohu klikové hřídele. S každou
následující kladnou nebo zápornou (náběžnou nebo závěrnou) hranou
pravoúhlého signálu počítá řídící jednotka s natočením o další
úhel, jehož velikost je závislá na počtu zubů ozubeného kotouče.
Např. u systému Motronic fy Bosch, který má 60 zubů, je to úhel 3
stupně. Čas měřený mezi dvěma hranami signálu se obvykle dále
rozdělí v řídící jednotce, čímž se přesnost odečtu zvyšuje.

   U čtyřdobého motoru jsou válce vzájemně
přesazeny tak, že pracovní cyklus 1. válce se obnoví vždy po dvou
otáčkách klikové hřídele (720 stupňů). Z tohoto přesazení vyplývá
střední odstup zapalování mezi jednotlivými válci a z něj
vypočteny okamžiky zážehů.

   U starších typů zapalovacích soustav je
používáno dvou snímačů u klikové hřídele. Jak vyplývá z obr. 26,
bývá jeden ze snímačů umístěn proti zubům věnce setrvačníku,
druhý pak tak, aby kolem něj procházela referenční značka tvořená
např. kolíkem vsazeným do setrvačníku. Existují i jiné varianty,
jako otvor vyvrtaný do tělesa setrvačníku nebo přídavný kotouč
značky na řemenici klikové hřídele apod.

   Funkce tohoto provedení je v podstatě stejná
jako u předchozího. Snímač referenční značky poskytuje informaci
o poloze klikové hřídele v horní úvrati jednoho nebo i více válců
a snímač proti ozubení informuje o natočení hřídele proti
referenčnímu bodu.

   Informace ze snímače nebo snímačů u klikové
hřídele je využíváno především pro tvarování předstihových
charakteristik, u novějších soustav i pro řízení plnění
zapalovací cívky v závislosti na otáčkách motoru.

   Pohybuje-li se píst ve válci směrem k horní
úvrati nelze ze snímačů u klikové hřídele získat informaci, zda
se nachází ve fázi komprese nebo výfuku. Informace tohoto druhu
se získá pouze z vačkové hřídele, která ovládá polohy sacích a
výfukových ventilů. Pokud je zapalovací souprava vybavena
mechanickým rozdělovačem vysokého napětí, pak řídící jednotka
informaci o poloze vačkové hřídele k zapálení nepotřebuje.
Palec rozdělovače vždy směřuje ke správnému válci. Nové typy
zapalování pracují většinou s bezrozdělovačovým rozdělením
vysokého napětí. Některé z těchto typů (bude popsáno v dalším)
potřebují přídavnou informaci, podle které musí řídící jednotka
rozhodnout, ke které zapalovací svíčce přivést vysoké napětí, aby
se zažehla stlačená směs. Takovou informaci poskytují snímače
polohy vačkové hřídele.

   Tento problém řeší mnozí výrobci automobilů
různými způsoby. V Evropě je nejrozšířenější použití jednoho
snímače u klikové hřídele a jednoho u vačkové. Nejčastějšími jsou
dvě rozdílné kombinace. U obou je obvykle u klikové hřídele
použito snímačů obdobného typu, jaký byl výše popsán. U
německých, francouzkých a britských vozů (systémy Bosch Motronic.
Fénix fy Allied Electronics a systémy fy Lucas) je proti snímači
disk s větším počtem zubů a s referenční značkou např. ve formě
mezizubové mezery. Jako snímače polohy vačkové hřídele je použito
Hallova prvku s clonkou s jediným výřezem (obdobné provedení jaké
bylo popsáno u rozdělovačů). Během otáčení clonky se přerušováním
magnetického pole vytváří značka (pouze jedna za každou otáčku
vačkové hřídele), která má časově souhlasit s referenční značkou
z disku u klikové hřídele. Přitom má být píst 1. válce u horní
úvrati v kompresním zdvihu. Ostatní výpočet probíhá obdobně jako
u jednoho snímače u klikové hřídele.

   Druhý typ této kombinace je používán u vozů
italských výrobců a u některých vozů Ford. Značky proti snímači u
klikové hřídele jsou provedeny na řemenici této hřídele a to
čtyři s rozmístěním po 90 stupních (viz obr. 27a). Signál, který
vzniká ve snímači při průchodu zubu v jeho blízkosti poskytuje
svým kmitočtem informaci o otáčkách klikové hřídele motoru.
Společně se signálem snímače na vačkové hřídeli, nazývaným
snímačem fáze, pak vytvářejí informaci o horní úvrati pístu
prvního válce. Snímač u vačkové hřídele (obr. 27b) je tvořen
indukčností navinutou na permanentním magnetu, proti kterému se
na hřídelce snímače, spojené s vačkovou hřídelí, otáčejí dva
nesouměrně rozložené zuby rotoru z magneticky vodivého materiálu.
Zuby jsou po obvodu úhlově rozmístěny o 90 a 270 stupňů. Při
otáčení rotoru se v indukčnosti snímače indukují impulsy,
vzájemně posunuté o uvedené úhly obvodu vačkové hřídele. Tyto
signály spolu se signály od snímače u klikové hřídele slouží jako
informace řídící jednotce o otáčkách motoru a o horní úvrati 1.
válce, ale i k určení polohy vačkové hřídele.

   U starších provedení soustavy I.A.W. fy Weber
je ve snímači použito dvou indukčností, vzájemně posunutých o 180
stupňů. Tímto provedením jsou menší nároky na elektroniku řídící
jednotky, jejíž parametry nebyly v době vzniku zmíněných souprav
na potřebné úrovni.

   Japonští výrobci používají většinou dvou
snímačů na vačkové hřídeli. Např. Honda používá dvou indukčních
snímačů (obr. 28), nazývaných snímačem horní úvrati a snímačem
válce. Každý z nich má vlastní rotor. Tyto rotory jsou z
magneticky vodivého materiálu a nacházejí se na společné hřídeli.
Každý z rotorů má jiný počet výstupků. Rotor má dva protilehlé a
druhý Ne pak 24 výstupků, s rozestupem 15 stupňů.
Proti každému rotoru je indukčnost s magnetickým jádrem. Při
otáčení hřídele s nasazenými rotory se ve vinutí indukují dva,
resp. 24 impulsů během jedné otáčky vačkového hřídele.


Optoelektronický  snímač

   Signál ze snímače G odpovídá referenční
značce na klikové hřídeli, tedy obvykle horní úvrati 1. válce.
Signál ze snímače Ne pak slouží jako informace o úhlu
jejího natočení.

   U systémů ECCS fy Nissan je použito
optoelektronických snímačů (obr.).

   Sestávají z fototranzistorů a
světloemitujících diod (LED). Mezi nimi se při otáčení hřídele
pohybuje disk s výřezy, který je na hřídeli nasazen. Na disku
jsou při okraji výřezy pro snímání úhlu natočení klikové hřídele,
blíže středu výřezy pro referenční značky horní úvrati válců.


Legenda k obrázku
Snímač Disk 1. Palec rozdělov. 1. Disk 2. Těsnění 2. 180° výřez 1. v. 3. Kotouč rotoru 3. 1° výřez 4. Dvojice LED 4. 180° sign. výřez 5. Dvojice fotodiod

Kotouč se snímači

   Vozy Mazda s přímočarým pohybem pístu mívají
snímače s Hallovými prvky. Na společné hřídelce jsou umístěny dvě
různé clonky. Každá z nich prochází při otáčení hřídelky mezerou
ve svém Hallově prvku. Clonka signálu Ne (novější označení
SGT) má po obvodu osm rovnoměrně rozložených, stejně širokých
výřezů, clonka signálu G (novější označení SGC) má výřezy
čtyři, dva z nich jsou širší, dva užší. Za každým širším výřezem
následuje užší. Mezery mezi širším a užším jsou poněkud kratší,
než mezi užším a následujícím širším výřezem. Určení signálů je
obdobné, jako bylo výše popsáno.

   Mimo uvedené případy existují i další
možnosti. Poměrně rozšířené je použití snímačů s Hallovým prvkem
i u klikové hřídele, místo indukčního typu. Mimo vozy škoda je to
např. počítačem řízená zapalovací souprava CCC fy General Motors,
která používá bezrozdělovačového rozdělení vn. Snímač u klikové
hřídele používá přerušovacího prstence upevněného na řemenici
této hřídele. Signály ze snímače informují řídící jednotku o
horní úvrati pístů každého z válců motoru a jsou používány pro
opravu časování zážehu a řízení předstihu. Snímač u vačkové
hřídele je montován místo rozdělovače.

   U některých novějších vozidel jsou oba
snímače, tj. pro klikovou a vačkovou hřídel, spojeny do jednoho
dílu a montovány u přední strany klikové hřídele.

   Zajímavé řešení snímače otáček a polohy
klikové hřídele je u soustavy Trionic fy SAAB. Je použito
jediného snímače u klikové hřídele. Je to snímač s Hallovým
prvkem, clonka snímače má tři vybrání. Dvě z nich jsou stejně
velké, třetí je poněkud menší. Obě větší vybrání ukazují, kdy se
písty jedné dvojice válců (čtyřválcového motoru) nacházejí v
horní úvrati. Menší vybrání pak informuje o kterou dvojici jde.
Podrobněji bude souprava Trionic popsána v dalším.

   Snímače umístěné u klikové hřídele mívají
nejčastěji pevně určenou polohu. V případě potřeby se nastavuje
pouze mezera mezi jejich jádrem a zuby setrvačníku nebo řemenice
klikové hřídele, či zvláštního disku upevněného na této
hřídeli.

   Snímače spojené s vačkovou hřídelí vyžadují
obvykle seřízení jak orientace rotoru, tak polohy statoru, na
kterém je snímací člen uložen.

Zatížení motoru

je nejčastěji vyhodnocováno podle podtlaku v sacím potrubí.
Snímače, které převádějí tuto neelektrickou veličinu na
elektrický signál lze rozdělit do dvou skupin. První z nich jsou
polovodičové snímače, využívající piezorezistivního jevu. Na obr.
30 je jedna z možných konstrukcí. V pouzdře snímače je uložen
křemíkový krystal, na jehož povrchu je vytvořen odporový můstek.
Vlivem deformací způsobených tlakem přiváděným ke krystalu
potrubím se mění proud protékající můstkem. Proud se zesílí a
zavede se teplotní kompenzace.


Membránový  snímač tlaku

   Druhou skupinu tvoří snímače, jejichž princip
je zřejmý z obr.
V podstatě jde o membránu, která je uložena v uzavřené komoře, do
níž se přivádí tlak obdobně jako u předchozího typu snímačů.
Působením tlaku se membrána deformuje a zasouvá nebo vysouvá jádro
indukčnosti, které je s ní mechanicky spojeno. Indukčnost je součástí
oscilačního obvodu a její změny vlivem různé hloubky zasunutí jádra
se projeví změnou kmitočtu generovaného obvodem. Výstupní signál
snímače tedy bude střídavé napětí, jehož kmitočet se mění podle velikosti
tlaku působícího na membránu.

   Do této skupiny lze zařadit i snímače s
Hallovým prvkem. U nich je na membráně upevněn magnet a jeho
magnetické pole, působící na Hallův prvek se mění vychýlením
membrány, která magnetem posouvá. V důsledku změn magnetického
pole se mění napětí odebírané z Hallova prvku, které je tak přímo
úměrné podtlaku v sacím potrubí.

   Snímače podtlaku jsou většinou uloženy v
elektronické jednotce a s vývodem podtlaku ze sacího potrubí
(nebo karburátoru) jsou spojovány pryžovou nebo umělohmotnou
hadičkou.

   Další veličinou ovlivňující okamžik zážehu je
teplota motoru. Je měřena teplotně závislým odporem, který je
vsazen do chladící kapaliny a sdílí její teplotu. Odpor má
záporný teplotní součinitel, což znamená, že jeho hodnota se s
rostoucí teplotou zmenšuje. Je součástí napěťového děliče, jehož
výstupní napětí je pak úměrné teplotě chladící kapaliny. Toto
napětí je vhodným způsobem linearizováno, aby se kompenzovala
nelineární závislost odporového snímače. Odporové tělísko bývá
uloženo ve vhodném pouzdře, kterým je chráněno proti vlivům
prostředí. Jedno z mnohých provedení je např. výrobek fy Bosch na
obr. 32.

   Kromě uvedených snímačů otáček a polohy klikové
či vačkové hřídele, zatížení a teploty motoru, používají některé
typy zapalování i spínače škrtící klapky. Tento spínač předává
elektronické jednotce signál o polohách škrtící klapky
odpovídající volnoběhu a plnému zatížení. Spínač bývá upevněn na
sacím potrubí v místě škrtící klapky a je ovládán její hřídelkou.
Kulisa spínače se při natáčení škrtící klapky pohybuje kolem jeho
kontaktů. V koncových polohách volnoběhu nebo plného zatížení je
sepnut vždy jeden z těchto kontaktů. Informace ze spínače je
používáno k řízení předstihu v těchto režimech chodu motoru.
Jedno z možných provedení (výrobek fy Bosch) je na obr.


Snímač klapky

   U novějších zapalování je používáno řízení
úhlu sepnutí, tj. doby plnění zapalovací cívky. K tomu účelu je
do řídící jednotky přiváděna informace o velikosti napětí
baterie, což je jeden z parametrů podle kterého se řídí okamžik
zapnutí primárního proudu cívky. Podle signálů ze snímačů se
nastavuje úhel předstihu zážehu podle průběhu předstihové
charakteristiky, která je pro příslušný motor naprogramována v
řídící jednotce. Její odezva je závislá na zapojení tvarovacích
obvodů a hodnotách jejich součástí. Vhodnou volbou se dosáhne
požadovaného průběhu charakteristik předstihu a to dvěma
způsoby.

   První z nich realizuje funkční vztah mezi
předstihem a parametry motoru (otáčkami, pod tlakem a teplotou).
Přitom se předpokládá vyjádření
Alfa
jako součet funkcí
.,
z nichž každá je závislá na jednom parametru, tj.

. (14)

   Druhý způsob, který postihuje průběh shoření
směsi realističtěji, předpokládá, že hodnota předstihu je dána
jednou funkcí více proměnných

. (15)

   Podle rovnice(14) mohou být použity obvody s
analogovým (lineárním) zpracováním signálů ze snímačů.
Požadovaného průběhu se dosáhne změnami hodnot součástí obvodu. Z
celé řady důvodů se taková řešení nerozšířila. Mnohem výhodnější
je číslicové zpracování signálů. Funkci je možno realizovat
odečítáním počtu impulsů od časového okamžiku daného např.
určitou polohou klikové hřídele, např. 30 stupňů před HÚ 1.
válce. Po dosažení stanoveného počtu je generován spouštěcí
impuls. Čím jsou otáčky motoru vyšší, tím dříve bude potřebného
počtu impulsů dosaženo, takže předstih zážehu se s rostoucími
otáčkami zvyšuje.

   Zatížení motoru, tj. funkce
.,
může být realizována posouváním začátku odečítání podle signálu ze
snímače podtlaku. Funkci teploty motoru
.
pak změnou celkového počtu N
načítaných impulsů, tentokrát podle signálu ze snímače teploty
chladící kapaliny. Tím se posouvá průběh otáčkové charakteristiky
a výsledný předstih se zvětšuje nebo zmenšuje. Blokové schéma
zapalování tohoto typu je na obr. 34. Obdobný systém, nazývaný
čítačový, je použit u zapalování Bendix na starších vozech
Renault, Volvo a některých dalších značek.

   Je zřejmé, že tímto způsobem lze realizovat
průběhy velmi podobné těm, které se dosahují mechanickými
regulátory. Mají však proti nim řadu výhod. Nemají hysterezi, což
znamená, že průběh je stejný pro zvyšování i snižování otáček.
Neuplatňuje se stárnutí a opotřebení materiálu, průběh zadaný v
řídící jednotce se tedy s časem nemění a předstih nemusí být
pravidelně kontrolován a seřizován. Významné je i to, že zadání
průběhu lze jednoduše měnit změnami hodnot součástí nebo zapojení
obvodů řídící jednotky.

   Pole charakteristik realizovatelné tímto
způsobem odpovídá přibližně pravé části obr. 35. V levé části
tohoto obrázku je pole charakteristik, jaké by tentýž motor
skutečně potřeboval. Podobných, a nebo alespoň blízkých tvarů,
lze dosáhnout funkcí podle rovnice (15). K uskutečnění takových
průběhů musí být použito výhradně číslicového zpracování dat, tj.
signálů ze snímačů příslušných parametrů. Zjednodušené blokové
schéma takové soustavy je na obr. 36.

   Dvoustavové (digitální) signály ze snímačů
jsou přiváděny přímo k počítači, spojité signály (analogové),
jsou nejprve převedeny na digitální, buď v A/D převodnících, nebo
jinak zpracovány (signály ze snímačů detonačního hoření — viz
dále). Poté jsou přivedeny k počítači, který vypočítá hodnotu
předstihu pro konkrétní provozní podmínky motoru. Počítač může
být řešen dvěma způsoby. Jeden je tzv. hardvérový, u kterého je
ústřední částí počítače polovodičová paměť typu PROM. Proto
bývají takové soustavy také nazývány paměťovými. Na jednotlivých
paměťových místech jsou uloženy příslušné hodnoty předstihu
Alfa,
obvykle v závislosti na otáčkách a zatížení motoru. Adresy paměti
jsou pak vybírány podle signálů ze snímačů těchto parametrů. Vliv
dalších parametrů se pak může vyjádřit korekcí zadaných hodnot předstihu
prováděnou buď skokově nebo spojitě.

   Jako příklad pro osvětlení je možno uvést
zapalování Digiplex fy Magneti Marelli, používané u vozů Fiat Uno
a dalších. V polovodičové paměti řídící jednotky je
naprogramováno 512 hodnot předstihu. Otáčky motoru jsou snímány
snímačem proti ozubenému věnci setrvačníku na klikové hřídeli.
Celý rozsah otáček je rozdělen do 64 kanálů. šířka 1. až 63.
kanálu je 70 ot/min, 64. kanál má rozsah od 5040 ot/min až po
maximální.

   Zatížení motoru je snímáno podtlakovým
snímačem umístěným v řídící jednotce a připojeným hadičkou k
otvoru v sacím potrubí. Podtlak je rozdělen do 8-mi hladin po 10
kPa, takže je naprogramováno 64×8=512 okamžiků zážehu. Každou
půlotáčku se vybere podle signálů ze snímačů otáček a podtlaku
jedna z 512 naprogramovaných hodnot předstihu. Děj je
synchronizován signálem horní úvrati ze snímače umístěného proti
řemenici klikové hřídele. K řídící jednotce je možno připojit
ještě dva dvoustavové spínače, např. teplý — studený motor a
spínač polohu škrtící klapky. Součástí řídící jednotky je i
koncový stupeň zapalování, který pracuje s řízením úhlu sepnutí.
Výstup koncového stupně je připojen k zapalovací cívce a od ní k
rozdělovači vn.

   Druhý způsob, programové zabezpečení
(softvér) používá počítače řízeného mikroprocesorem. Je to
integrovaný obvod jehož funkci lze měnit zadáním vhodného
programu. V tomto případě je to postup výpočtu předstihu, tj.
funkce (15) s pořadím dle závažnosti vstupních parametrů. Je to
součástka více méně univerzální a její funkce není určena
výhradně vnějším zapojením jako u technického (hardvérového)
řešení, ale je rozhodujícím způsobem závislá na řídícím programu,
ve kterém jsou zadány povely pro mikroprocesor. Tento program je
zapsán ve vnější součástce — paměti ROM — ze které
mikroprocesor „čte“ postupně jednotlivé povely, které má vykonat.
Program je určován provedením a zamýšlenou funkcí soustavy. Může
tedy sloužit pro více obdobných zařízení.

   V druhé vnější paměti, obvykle typu PROM,
kterou si může výrobce motoru naprogramovat, nebo přeprogramovat
podle typu i s přihlédnutím k výrobním změnám, jsou uloženy
hodnoty předstihu v závislosti na jednotlivých proměnných,
nejčastěji otáčkách a zatížení motoru. K nim často přistupují
opravy podle teploty motoru, polohy škrtící klapky a další. Tyto
paměti bývají mnohdy provedeny jako výměnný díl, aby se daly
snadno nahradit jinou s odlišným obsahem.

   Skutečné hodnoty v reálných podmínkách jsou
snímány příslušnými snímači a přiváděny k mikroprocesoru jako
vstupní informace pro výpočet, většinou po předběžných úpravách v
obvodech počítače.

   Mimo tyto součásti jsou v mikropočítači další.
Patří k nim paměť typu RAM do které mikroprocesor ukládá dílčí
výpočty a pak je používá dle instrukcí programu. Dále jsou to
obvody vstup/výstup, ve kterých se převádí vstupní a výstupní
signály na formu vhodnou pro zpracování a provedení příslušných
operací. Protože celá činnost musí být synchronizována, aby
regulační proces správně proběhl, je obvyklou součástí počítače i
časovač.

   Naznačený proces objasní následující obrázky.
Na obr. 37 je uvedeno pole předstihových charakteristik uložených
v paměti PROM mikropočítače, závislých na otáčkách a zatížení
motoru. Na dalším obr. 38 je zjednodušený funkční postupový
diagram programu uloženého v ROM paměti. Ten naznačuje postup
výpočtu hodnoty předstihu s využitím pole charakteristik z PROM
paměti.

   Program výpočtu vychází z předpokladu, že je
zapalování zapnuto. Prvním krokem je zjištění, zda je motor v
chodu či nikoliv. Není-li, provádí se start. Pro startování se
použije jiné předstihové charakteristiky -
., která
je funkcí otáček (startovacích) a teploty motoru. Je tedy uložena
mimo pole charakteristik z obr. 37, které obsahuje předstihové
charakteristiky podle provozních otáček a zatížení motoru. Průběh
startovních charakteristik, tj. funkce
., je
naprogramován na vysoký
kroutící moment motoru, bez vzniku zpětných rázů při startu.
Startovní optimální předstih je poměrně značně závislý jak na
teplotě motoru, tak na jeho startovních otáčkách. Hodnoty při
studeném motoru a nízkých otáčkách jsou dosti odlišné od hodnot
při teplém startu, zejména u motorů s vyšším kompresním poměrem.

   Druhým krokem programu je zjištění, zda je
motor ve volnoběhu. Zdrojem informace je spínač škrtící klapky,
sepnutý při její volnoběžné poloze. Je-li sepnut, použije se pro
výpočet předstihu nejspodnější křivka 1 pole
charakteristik (.), která slouží současně i pro výpočet předstihu při
deceleracích.

   Při jmenovitých volnoběžných otáčkách je
předstih nejnižší. Pro otáčky nižší než jmenovité volnoběžné, je
předstih zvyšován, což přispívá ke stabilizaci volnoběžného chodu
zvyšováním kroutícího momentu motoru. Pro oblast decelerace jsou
hodnoty předstihu naprogramovány na nejpříznivější hodnoty
emisí.

   Z hodnoty vypočtené otáčkové charakteristiky
se provádí korekce podle teploty motoru, což je v obr. 37
vyjádřeno svislicemi nad křivkou 1. Tato korekce je kvůli
nejrychlejšímu zahřátí motoru na provozní teplotu.

   Je-li škrtící klapka otevřena a spínač
volnoběžné polohy rozepnut, je dalším krokem programu stanovení,
zda klapka není otevřena maximálně (plný plyn). Informace se
získává z druhého spínače u škrtící klapky, tentokráte pro její
maximální otevření. Při něm je spínač sepnut a protože to
odpovídá maximálnímu zatížení motoru, provádí se výpočet podle
nejhorší křivky 2 pole charakteristik (.). Zde jsou
naprogramovány předstihy pro nejvyšší kroutící moment, s
přihlédnutím k mezi klepání. U vypočtené hodnoty předstihu se
opět provádí korekce podle teploty motoru. Jak je ale zřejmé z
obr. 37 (svislice jsou pod křivkou 2) předstih je
korigován negativně, tj. s rostoucí teplotou motoru se zmenšuje.
Tím se snižuje nadměrné přehřívání motoru jeho přílišným
zatěžováním.

   Není-li škrtící klapka v žádné ze svých
krajních poloh, pracuje motor s částečným zatížením a předstih se
vypočítá z pole charakteristik v závislosti na otáčkách a
zatížení motoru – .. U vypočtené hodnoty se
opět provádí korekce podle teploty. Průběh korekce může být poněkud
jiný, než u předchozích provozních režimů.

   Výsledná vypočtená hodnota předstihu se
vztahuje k úhlu natočení klikové hřídele. Její poloha je
nepřetržitě snímána příslušným snímačem a jakmile je shodná s
polohou vypočtenou mikropočítačem, dojde k zážehu. Ten je vyvolán
činností dalších obvodů elektronické části. Ze snímače polohy
klikové hřídele přichází tolik značek, kolik zážehů má během
jedné otáčky nastat. Počet je roven polovině válců motoru. Každá
změna spouští výpočet optimálního předstihu i úhlu natočení
hřídele.

   Programový způsob má proti technickému několik
výhod. K nejpodstatnějším patří možnost zahrnout do výpočtu i
interpolaci mezi body uloženými v paměti pole charakteristik. To
umožňuje zvýšit přesnost výpočtu předstihu, zejména v kritických
oblastech, kde se průběhy značně rychle mění, většinou různou
rychlostí změny a často i s jejím směrem.

   K dalším výhodám patří možnost jednodušších
rozšíření o další parametry regulace. U technické (hardvérové)
cesty přidání dalších parametrů obvykle znamená změnu zapojení
systému a odpovídající zvětšení kapacity pamětí.

   U nových složitých systémů se podle vnějších
podmínek mění někdy i program výpočtu parametrů zážehu. Tak např.
systém Trionic, používaný u vozů SAAB, vytváří při studeném
startu s teplotami motoru pod 0 stup místo jednotlivých jisker
jejich celý trs, a to v rozmezí od
. před horní
úvratí, do .
za ní. Zapalování má
bezrozdělovačové rozdělení vn k jednotlivým válcům (bude později
popsáno), takže není-li startovací pokus úspěšný, je taková řada
jisker vyslána do všech válců současně, a tak jsou spáleny saze
a usazeniny zbytků paliva na elektrodách zapalovacích svíček.

   Při běžném startu je vysoké napětí přiváděno
po dobu deseti za sebou následujících zážehů ke dvěma válcům
současně. Společně jsou napájeny válce 1 a 4, poté 2 a 3. Po
proběhnutí těchto deseti spalování přechází systém k
synchronizaci zážehů ve správném pořadí válců motoru. Ovšem za
předpokladu, že řídící jednotka obdržela informaci o vyhovujícím
spalování ve všech válcích. Tuto informaci poskytuje ionizační
proud, protékající přes zapalovací svíčky, je-li na ně po
skončení výboje přivedeno nízké elektrické měrné napětí. Při
spalování směsi vznikly ve spalovacím prostoru elektricky nabité
molekuly — ionty — jejichž množství podává informaci o kvalitě
spalování. Stupeň ionizace se stanoví podle zmíněného ionizačního
proudu, který bude tím větší, čím více iontů vznikne. Doplňující
informaci, určující jednotlivé válce, dostává řídící jednotka
signálem snímače u klikové hřídele motoru.

Korekce při detonačním hoření

   Detonační hoření vzniká od samozápalů
částečných objemů směsi stlačované ve válci. Toto vznícení
nepochází od zážehu směsi, ale od nadměrného růstu teploty v
místech samovznícení, vlivem stlačování objemu kompresí. K jeho
vzniku ale přispívá i vzrůst teploty ve válci vlivem zážehu,
avšak samovznícení vznikají v místech, kam se čelo plamene
pocházejícího od zážehu ještě nerozšířilo. Vznícení tedy není
zážehem řízeno. Vznik samozápalů je usnadňován příliš velkým
předstihem, vysokým kompresním poměrem a nízkým oktanovým číslem
benzinu.

   Zvyšování předstihu a kompresního poměru
vedou, jak známo, k lepší termodynamické účinnosti motoru, což se
při stejném výkonu projeví snížením spotřeby. S jejich zvyšováním
ale současně roste i sklon k detonačnímu hoření, při kterém může
dojít k vážnému poškození motoru. Aby takový stav nenastal, byl u
mechanických regulátorů předstihu podle otáček motoru nastavován
průběh s dostatečným odstupem od meze klepání. Tím bylo
zabezpečeno, aby v důsledku zvětšování různých vůlí mechanické
regulace a opotřebení některých dílů motoru nedocházelo s
přibývající dobou provozu motoru k detonačnímu hoření.

   Elektronická regulace předstihu, která je v
čase neměnná a umožňuje realizovat složité průběhy v závislosti
na parametrech motoru, dovoluje realizovat předstih pro maximální
kroutící moment v oblasti, kde je pod mezí klepání a v ostatních
případech na této mezi. Tak se dosáhne optimální spotřeby bez
snížení životnosti motoru, nebo bez nebezpečí jeho poškození.

   Mez klepání není žádná pevná hranice, ale je
závislá na různých provozních podmínkách. Zatím není obvyklá
možnost, jak zjistit mez bez vzniku klepání. Při regulaci podél
meze tedy k ojedinělému klepání dochází. Při správné funkci
regulace není klepání slyšitelné a k poškození motoru nedojde.
Jako snímače se zpravidla používá piezoelektrického měřiče
zrychlení, nejčastěji širokopásmového, u některých výrobců
(např. Toyota) ale i rezonančního. Druh snímače je většinou
závislý na šířce pásma kmitočtů detonačního hoření konkrétního
typu motoru.

   Snímač klepání se umísťuje na vhodném místě
motorového bloku tak, aby bylo bezpečně zjištěno klepání v každém
válci. Je to většinou na širší straně bloku. U šesti a
víceválcových motorů však jeden snímač ke zjištění klepání ve
všech válcích obvykle nepostačí. V takových případech se na
motoru používá dvou snímačů, které se přepínají podle sledu
zážehů ve válcích.

   Signály se snímačů se v řídící jednotce
filtrují, aby se odstranilo zvukové spektrum parazitních signálů
(např. klepání ventilů) a poté se porovnává výstupní úroveň během
otáček klikové hřídele. Překročí-li referenční hodnotu, je to
vyhodnoceno jako klepání. U jednodušších systémů se vyhodnocují
signály ze všech válců společně, dokonalejší provádějí
vyhodnocení signálů každého válce zvlášť.

   Jakmile je klepání zjištěno, provede regulační
systém korekci hodnoty předstihu, a to jeho zmenšením o určitou
hodnotu. Ta je závislá na použitém způsobu provedení korekce. Na
příklad u systémů fy Bosch je používán širokopásmový snímač (obr.
38), který přeměňuje akustické hlukové signály, které jsou
projevem detonačního hoření, na elektrický signál. Ten je
přiváděn ke zpracování k řídící jednotce. Zde je nejprve
filtrován, aby byl zbaven parazitních složek pocházejících např.
od dosedávání ventilů na svá sedla a dalších. Toto odfiltrování
se provádí nejprve kmitočtově, pásmovou propustí, za ní signál
prochází „bránou“, která jej propouští pouze v úzké úhlové
oblasti otáčky klikové hřídele, např. mezi deseti a devadesáti
stupni za horní úvratí každého válce. Takto „očistěný“ signál se
integruje a výsledek je porovnáván s referenční úrovní, která je
pro každý válec individuální a mění se automaticky, v závislosti
na zatížení a otáčkách motoru. Překročí-li signál některého
(případně i více, nebo všech) z válců referenční hodnotu, je to
vyhodnoceno jako klepání.

   Jakmile je klepání zjištěno,
provede regulační systém korekci předstihu jeho zmenšením v
následujícím zážehu o malou hodnotu, na příklad
. klikové hřídele.
Jestliže klepání i při dalším zážehu potrvá, je předstih znovu
snížen o stejnou hodnotu. To se může opakovat vícekrát až do
doby, kdy klepání ustane. Po zmizení klepání regulace chvíli
vyčká a poté začne předstih po malých krocích (asi . na každých 20 až
100 otáček) zvyšovat až k hodnotě u meze klepání. Vyskytne-li se
klepání dříve, proces se znovu opakuje. Uvedený děj je
zjednodušeně zakreslen na obr. 39 a to pro čtyřválcový motor, v
jehož jednotlivých válcích dochází k různorodému klepání (4.
válec je bez něj).

   Systém může být rozšířen o adaptivní
regulaci tak, že v paměti počítače jsou uloženy předstihové
charakteristiky pro bezolovnaté benziny se dvěma různými
oktanovými čísly, každá samostatně (viz obr. 40). Motor je po
nastartování provozován s polem charakteristik pro benzin s
vyšším oktanovým číslem (super) a pokud četnost detekovaného
klepání překročí přednastavený práh, je systém přepnut na pole
charakteristik benzinu s nižším oktanovým číslem (speciál). Řidič
toto přepnutí nepozoruje, pouze výkon a spotřeba se nepatrně
zhorší. Tak je na libovůli řidiče, aby se rozhodl mezi
kvalitnějším palivem s větším dosahovaným výkonem, nebo levnějším
benzinem s omezeními ve výkonu a s vyšší spotřebou. U některých
typů vozidel je takové přepínání prováděno ručně přepínačem, nebo
podle přání zákazníka, přepojením vodiče na konektoru řídící
jednotky.

   Renault použil u svých modelů adaptivního
řízení předstihu s detekcí klepání, které využívá odlišného
algoritmu. Systém používá opět širokopásmového snímače klepání a
zpracování signálu před detekcí, obdobného řešení, jaké bylo
popsáno u předchozího.

   Korekce předstihu je ale koncipován odlišně.
Je založen na existenci dvou typů korekcí, jejichž princip je
zřejmý z obr. 41. Rychlá spočívá v okamžitém snížení předstihu
o určitý počet stupňů (typicky mezi 3 až 10); návrat k jmenovité
hodnotě pak probíhá po jednostupňových přírůstcích za každých 5
až 20 otáček motoru. Rychlá korekce zajistí, aby doba klepání
motoru byla minimální. Má jistou hysterezi, spočívající v tom,
že dojde-li při „jednostupňovém“ zvyšování předstihu ke vzniku
klepání, je ihned provedena korekce větší než
., která
klepání odstraní.

   Druhá pomalá korekce je spíše adaptivní než
ochranná. Jejím účelem je kompenzovat buď dlouhodobé změny
motoru, rozdíly mezi jednotlivými motory vyplývající z výrobních
tolerancí, nebo vliv měnících se provozních podmínek (nižší
oktanové číslo benzinu, horký a suchý vzduch apod.). Při této
korekci se používá jednostupňového (ale i většího) zpoždění
navíc vždy, kdykoliv je provedena rychlá korekce. Návrat k
naprogramované mezi klepání je však prováděn v jednostupňových
přírůstcích na velmi pomalém základě. Po krátké době se však
adaptivní korekce ustaví na hodnotě, která odpovídá skutečné mezi
klepání.

   Oba typy korekcí bývají různě kombinovány a
modifikovány podle použití na různých motorech a podle cílů,
které jsou použitím sledovány. Rychlá korekce může být prováděna
jak pro jednotlivé válce, tak pro všechny válce téhož motoru
společně. Korekce podle jednotlivých válců je výhodnější, protože
je časté, že jeden válec začne klepat dříve než ostatní a pokles
kroutícího momentu motoru v důsledku zpoždění předstihu
jednoho válce o . je sotva postřehnutelný.

   . Pomalá korekce zase může být uplatněna pouze v těch
oblastech provozních podmínek, kde lze očekávat vznik klepání s
vyšší pravděpodobností. Tyto „kritické“ oblasti se snadno
stanoví z otáčkových a zátěžových charakteristik předstihu a ze
znalosti průběhu meze klepání, vše při standardních
podmínkách.

   Snímač rezonančního typu používá Toyota ve
svém systému TCCS pro řízení chodu motoru a převodovky. Provedení
snímače je zřejmé z jeho řezu na obr. 42a. Piezoelektrický
výbrus je uložen v tuhém pouzdře, umístěném na bloku válců. Při
vzniku detonačního hoření se blíží akustický kmitočet rázových
vln k rezonančnímu kmitočtu diskovitého piezoprvku a na jeho
elektrodách se objeví elektrické napětí. Kmitočtová
charakteristika snímače je na obr. 42b. Při detonačním hoření se
objeví ve spektru signálu snímače složka s neobyčejně velkou
amplitudou (viz obr. 43). Tato kmitočtová oblast se vybere
pásmovým filtrem a výsledný signál slouží pro detekci klepání.
Detekce se provádí srovnáním okamžité hodnoty signálu se střední
hodnotou amplitudy signálu bez detonačního hoření. Stupeň klepání
se stanoví sčítáním počtu amplitud ze signálu snímače, jejichž
velikost převyšuje standardní hodnotu charakterizující mez jeho
vzniku. Celý děj probíhá v obdobném časovém intervalu jako
předešle popsané, tj. v určitém rozmezí úhlů natočení klikové
hřídele za horní úvratí každého z válců. Průběh osvětlují
diagramy v obr. 44.

   Ihned po zjištění klepání provádí
řídící jednotka snížení předstihu o hodnotu, která je závislá na
stanoveném stupni. Jestliže potom klepání ustane, je předstih po
malých krocích pozvolna zvyšován až do blízkosti meze
klepání.

   Zcela odlišný způsob detekce klepání používá
SAAB u svého systému Trionic, určeného pro řízení chodu
přeplňovaných zážehových motorů. Problém odstranění parazitních
signálů z ultrazvukového snímače je řešen volbou jiného
principu zjišťování detonačního hoření, a to měření ionizačního
proudu protékajícího zapalovací svíčkou válce, v jehož
spalovacím prostoru proběhlo shoření směsi. Po každém shoření
směsi vzniknou ve spalovacím prostoru elektricky nabité molekuly
– ionty — jejichž množství je závislé na poměrech při
spalování. Tento stupeň ionizace je možno změřit tak, že po
zapálení směsi se na zapalovací svíčku připojí malé elektrické
napětí. Čím více iontů vzniklo, tím větší bude proud protékající
mezi elektrodami svíčky vlivem zmíněného napětí. Jestliže nastane
detonační hoření, vytvoří se v ionizačním proudu protékajícím
zapalovací svíčkou příslušného válce jedna nebo několik špiček.
Systém vychází ze dvou indukčních elektrických obvodů, které
snímají společně vždy dva válce, tj. válce 1 a 2 a válce 3 a 4.
Pro stanovení válce, ve kterém k detonačnímu hoření došlo je
informace pro řídící jednotku doplněna signálem se snímače polohy
klikové hřídele. Podle těchto signálů pak řídící jednotka
nastavuje nejen předstih, ale i dobu vstřikování paliva, a
protože jde o přeplňované motory, reguluje i plnicí tlak.

   U přeplňovaných motorů se může mimo korekci
předstihu také řídit plnicí tlak (viz obr. 45). Nasávaný vzduch
prochází dmychadlem, které je spřaženo s turbínou poháněnou
výfukovými plyny. Plnicí tlak je závislý na hnacím výkonu
turbíny, jejíž záběr je určován průtokovým průřezem obtokového
ventilu. Ten je ovládán elektromagnetickým taktovacím ventilem,
řízeným z elektronické jednotky, podle signálu ze snímače
klepání a signálů z dalších snímačů. Jsou to snímače polohy
škrtící klapky, tlaku v sacím potrubí, otáček motoru a teploty
chladící kapaliny.

   V poli charakteristik v paměti
elektronické jednotky jsou uloženy řídící hodnoty
elektromagnetického ventilu ovlivňujícího plnicí tlak. Na plnicím
tlaku závisí hmotnost náplně směsi, která je v kompresním
zdvihu stlačována na objem .kompresního prostoru.

   Při atmosférickém plnění je příslušnou
hmotností směsi zaplněn pracovní prostor

.. (16)

   Zvýšením plnicího tlaku se do tohoto objemu od
stane větší množství směsi a to úměrně zvýšení plnicího tlaku.
Stlačení zvětšené hmotnosti do objemu kompresního prostoru se
projeví obdobně, jako kdyby byl touto hmotností směsi zaplněn
větší zdvihový objem .za atmosférického tlaku.

   Protože kompresní poměr motoru je definován
vztahem

. (17)

vyplývá se vztahů 16 a 17, že změna plnicího tlaku vyvolává
stejný efekt jako změna kompresního poměru
epsilon motoru.

   Z obr. 2 vyplývá, že čím je kompresní poměr
vyšší, tím je vyšší termodynamická účinnost motoru. Při stejném
množství paliva tedy bude výkon motoru vyšší. Zvyšováním plnicího
tlaku roste množství spalovacího vzduchu dopravovaného do objemu
válce. Většina soudobých automobilů se zážehovými motory používá
stechiometrické směsi. Má-li být její složení zachováno, musí se
měnit se změnou plnicího tlaku i vstřikované množství paliva. Při
změně kompresního tlaku se mění průběh předstihu pro optimální
kroutící moment a průběh meze klepání, obé v závislosti na
otáčkách motoru, například jak je uvedeno v obr. 46. Regulací
plnicího tlaku je tedy možno optimalizovat výkon a spotřebu.
Plnicí tlak se mění podle polohy škrtící klapky, nejnižší je ve
volnoběhu, nejvyšší při maximálním zatížení. Jeho skutečnou
hodnotu měří snímač tlaku v sacím potrubí a v případě odchylky
je tlak upraven taktovacím ventilem. Při použití snímače
absolutního tlaku se dosáhne plnicího tlaku nezávislého v
širokém rozsahu na velikosti vnějšího tlaku (výšková
korekce).

   Signálem snímače klepání je prováděna korekce
předstihu. Při vzniku klepání je prováděna korekce u právě
klepajícího válce. Kromě toho se provádí snížení plnicího tlaku,
jestliže zpoždění od provedené korekce překročilo alespoň u
jednoho válce stanovenou hodnotu. Tato hodnota je uložena v
paměti řídící jednotky jako charakteristika nezávislá na
otáčkách. Její velikost je stanovena podle maximálně přípustné
teploty výfukových plynů na výstupu turbíny. Regulační algoritmus
s rychlým poklesem tlaku a jeho pomalým krokovým zvyšováním ke
jmenovité hodnotě je podobný korekci předstihu, avšak s výrazně
vyšší časovou prodlevou.

   Při působení obou regulačních algoritmů se
vychází z četnosti klepání, časové odezvy motoru, obtokového
ventilu a turbodmychadla, dále z teploty výfukových plynů,
jízdních vlastností vozidla a stability regulace.

   Při regulaci plnicího tlaku je v částečném
zatížení motoru turbodmychadlo méně namáháno, je nižší protitlak
výfukových plynů, zůstává méně zbytků spálené směsi ve válcích,
teplota plnicího vzduchu je nižší, což snižuje pravděpodobnost
klepání a úroveň emisí NOx. Při plném zatížení se lépe
přizpůsobuje průběh plnicího tlaku otáčkám motoru.

   Kombinace regulace plnicího tlaku s korekcí
předstihu při klepání přináší proti pouhé korekci zlepšení
účinnosti motoru, snížení teplotního namáhání motoru a
turbodmychadla a omezení teploty plnicího vzduchu.

   Přednostmi proti samotné regulaci plnicího
tlaku jsou rychlejší odezvy regulace při výskytu klepání, dobré
dynamické vlastnosti motoru a stabilita regulace.

Ohodnoťte článek


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: