Trionic fy SAAB

RNDr. Bohumil Ferenc, duben 2000

Hlavní součásti
Vstřikování
Plnicí tlak
Daląí funkce

Systém je svojí koncepcí zcela odliąný od systémů řízení chodu motoru (motor management) jiných výrobců. Pouľívá se u vąech 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, ľe mají výkon velkých motorů, ale s hospodárností malých. Kromě toho jsou cestou vpřed při sniľování emisí ve výfukových plynech. Spotřeba paliva je nízká, protoľe vysoký výkon motoru není větąinu času vyuľíván, uplatní se pouze tehdy, kdy je potřeba, např. při předjíľdění.

Jedinečnou schopnost systému nepřetrľitě měřit děje uvnitř spalovacího prostoru a tedy řídit spalovací proces na optimální výkon, spotřebu a emise výfukových plynů, umoľňuje 32-bitový mikroprocesor Motorola s programem, ve kterém jsou v paměti uloľeny 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 roząíření systému.

Hlavní součásti

systému Trionic jsou:

Součásti
Trionicu

řídící jednotka s 32-bitovým procesorem
snímač teploty v sacím potrubí
kazeta zapalování
snímač u klikové hřídele
vstřikovací ventily
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 ruąení 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 kaľdého válce má svou vlastní cívku, která se nachází přímo nad ní. Tím odpadá nejen rozdělovač, ale i vn kabely zapalování, coľ 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 niľąím napětí baterie jsou vytvářeny dostatečně intenzivní výboje. Trionic toleruje zřetelně větąí rozdíly v mezielektrodových vzdálenostech u svíček jednotlivých válců, takľe proti jiným systémům je ľivotnost svíček značně větąí.

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

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 vąem válcům a spálí saze nebo kondenzáty paliva na elektrodách zapalovacích svíček. Výsledkem je rychlejąí a bezpečnějąí nastartování. Při běľném startu jsou během deseti za sebou následujících zaľehnutí 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). Ovąem pouze tehdy, má-li informaci, ľe ve vąech válcích probíhá odpovídající spalování. Tuto informaci dostává řídící jednotka signálem snímače u klikové hřídele, a zejména z ionizačního proudu, protékajícího zapalovacími svíčkami.

Po kaľdém shoření směsi vznikají ve spalovacích prostorech elektricky nabité molekuly -- ionty -- jejichľ mnoľství je dáno kvalitou spalování. Stupeň ionizace se můľe měřit přes zapalovací svíčku tím, ľe se po zapálení směsi přiloľí 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 záľehu, tak detonační hoření (viz dále).

Hmotnost spalovacího vzduchu, údaj nezbytný pro přípravu správného sloľení 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, takľe je snímač umístěn vpravo na přední mezistěně, čímľ je měřící místo asi o metr blíľe, neľ je běľné u jiných systémů. Hlavním prvkem snímače je polovodičový krystal, vyuľívající 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 napě»ové tak, ľe při nízkém tlaku je napětí nízké a vysoký tlak naopak vede k jeho nárůstu. Současně se provádí teplotní kompenzace, takľe 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 zjednoduąeně na obrázku.

Membrána

Snímač teploty v sacím potrubí je do potrubí veąroubován. 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 zmenąuje. To má za následek, ľe řídící jednotka dostává při velmi nízkých teplotách signál s poměrně vysokým napětím (asi 4.5 V při --30 stupňů C), zatímco při nejvyąąích teplotách vzduchu je napětí nízké (např. 0.7 V při +80 stupňů C). Hodnota odporu se přitom mění od 20 aľ 30 kOhm do 300 aľ 360 kOhm.

Vstřikování

Podle takto zjiątěných údajů vypočítá řídící jednotka mnoľství vstřikovaného paliva, čímľ je zajią»ováno potřebné sloľení palivové směsi. Ventily vstřikující palivo pro jednotlivé válce jsou individuálně řízeny. Kaľdý vstřikovací ventil vstřikuje palivo proti oběma sacím ventilům válce, tj. ze dvou trysek. Tak můľe být palivo dávkováno a přiváděno s větąí přesností.

Před otevřením vstřikovacího ventilu vypočítá řídící jednotka přesně vstřikované mnoľství paliva, s přihlédnutím k současnému zatíľení, 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 mnoľství sahá od 2 milisekund aľ po celkovou pracovní fázi (prakticky spojité vstřikování). Zejména tento velký regulační rozsah palivové soustavy je důleľitým faktorem, bude-li v budoucnu pouľito alternativních paliv, jako ethanol nebo methanol, případně jejich směsi se stávajícím palivem.

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

Sled vstřikování paliva, ale i záľehy 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, pouľívaného u jiných obdobných (bezrozdělovačových) systémů.

Snímač u klikové hřídele pouľívá 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 větąí a jedno menąí vybrání, která jsou při otáčení klikové hřídele registrována Hallovým prvkem a slouľí 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 výąe 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 slouľí spolu se signálem snímače u klikové hřídele, pro stanovení správného sledu záľehů a vstřikování.

Podobně jako u zapalování je i u vstřikování pouľito při startování reľimů odliąných od jízdních. Jiľ při zapnutí klíčku zapalování do první polohy je vyslán vstřikovací soupravě první impuls a jeątě před startem je na sací ventily vąech válců vstříknuto menąí mnoľství paliva, aby se usnadnil start. To se provádí aľ do teploty motoru 64 stupňů C, kterou měří snímač teploty chladící kapaliny, s obdobným polovodičovým odporem, jaký má snímač teploty nasávaného vzduchu. Mnoľství je pak řízeno v závislosti na skutečné teplotě motoru.

Pro první vstříknutí paliva po začátku otáčení spouątěče, zvolí řídící jednotka systému podle určitých parametrů jeden z válců. To znamená, ľe záľehové 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 záľehy a vstřikování synchronizovány ve správném sledu.

Protoľe u řídící jednotky Trionic zůstávají její některé funkce po vypnutí zapalování udrľovány jeątě 15 minut, nejsou při případném novém startu během této doby výąe popsané "předstartovní " funkce zařazovány.

Vstřikované mnoľství paliva je závislé i na zatíľení motoru. Během akcelerování, např. při předjíľdění, je vstřikované mnoľství zvyąováno, naproti tomu během popojíľdění s častými deceleracemi se naopak toto mnoľství sniľuje. Potřebná informace pro řídící jednotku je dodávána signálem z potenciometrického snímače polohy ąkrtící klapky. Signálem je stejnosměrné napětí, jehoľ hodnoty se plynule mění od 0.2 V ve volnoběľné poloze do asi 4 V při poloze maximálního otevření ąkrtící klapky.

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

Plnicí tlak

Plnicí tlak je ovládán obtokovým ventilem turba. Jak jiľ 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 sníľí jejich mnoľství, pohánějící turbínu spřaľenou s dmychadlem, zvyąujícím plnící tlak nasávaného vzduchu. Otáčky turbíny poklesnou a tlak plnícího vzduchu se sníľí. Tím i mnoľství vzduchu přiváděného do sacích kanálů válců motoru. Děj je zakreslen schématicky na obr.

Plnící tlak je sniľován i tehdy, dojde-li ke vzniku detonačního hoření, coľ je zjią»ováno podle změn ionizačního proudu, jak bylo v předchozím popsáno. Ionizační proud je měřen v jednotlivých válcích před nebo po okamľiku záľehu. Takto je odstraňován problém odliąení 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 (největąí "plyn"). Pokud dojde ke vzniku "klepání", je mimo sníľení plnícího tlaku korigován i předstih záľehu a doba vstřikování paliva.

Daląí funkce

Jakýmsi zvláątním 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. nejniľąí pouľívanou úroveň.

Jako vąechny soudobé systémy řízení chodu motoru je i Trionic vybaven soustavou odvětrávání palivové nádrľe. Tato soustava omezuje emise HC, které vznikají v důsledku zahřívání paliva v nádrľi buď tepelným přenosem zvenku, nebo pocházející od přebytečného paliva vracejícího se od vstřikovacích ventilů a ohřátého v motorovém prostoru. Benzinové výpary jsou zadrľovány v nádobce s aktivním uhlím; připojené k odvzduąňovací hadičce palivové nádrľe. 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 sloľení směsi co nejblíľe stechiometrickému poměru, tj. . Kdyľ je ventil otevřen, provede řídící jednotka ochuzení směsi zmenąením mnoľství 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 řeąený systém zabezpečuje s třísloľkovým katalyzátorem následující úrovně emisí ąkodlivin.

	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, ľe pro splnění připravovaných předpisů pro léta po roku 2000 je potřebné doplnit systém pouze o předkatalyzátor, předřazený pouľitému třísloľkovému.

Součástmi Trionicu jsou daląí soustavy jako např. stabilizace volnoběľných otáček řízením mnoľství plnícího vzduchu, obtékajícího uzavřenou ąkrtící klapku. Nastavení provádí ventil volnoběľného vzduchu, který je ovládán signálem z řídící jednotky. Udrľuje volnoběľné otáčky na hodnotě 850 min. Řídící jednotka je naprogramovaná na zvýąení volnoběľných otáček, je-li ąkrtící klapka uzavřena odstavením plynu při jedoucím vozidle. Informaci dostává ze snímače rychlosti vozidla. Současně s řízením mnoľství volnoběľného vzduchu je nastavováno mnoľství vstřikovaného paliva a předstih záľehu je optimalizován na minimum emisí ąkodlivin. Doplňující informací pro řízení vąech tří parametrů je signál ze snímače teploty motoru.

U vozidel vybavených automatickou převodovkou jsou volnoběľné otáčky stojícího vozidla zvyąovány 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 daląích soustav, kterými můľe 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 vyąąí rychlostní stupeň, která se uvádí do funkce, jestliľe zatíľení 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.

ABS
AISIN
AJUSA
AIRTEX
ATE
BANNER
BEHR
BENDIX
BERU
BILSTEIN
BOGE
BOSAL
BOSCH
BREMBO
BREMI
BRISK
CASTROL
CIFAM
CONTITECH
CLEAN
CORTECO
DELCO REMY
DELPHI
DENSO
DEPO
EBERSPACHER
EIBACH
ELRING
ERNST
FACET
FAG
FEBI
FEDERAL MOGUL
FENNO
FERODO
FIFT
FRAM
FUCHS
GAT EUROCAT
GARRETT
GATES
GERI
GIRLING
GLASER
GOETZE
GKN
GRAF
HAPPICH
HELLA
HENGST
HEPU
IMASAF
JURID
KAYABA
KLOKKERHOLM
KONI
LEMFORDER
LESJOFORS
LOEBRO
LUCAS
LUK
MAGN.MARELLI
MAHLE
MAPCO
METELLI
MEYLE
MONROE
MOBIL
MOOG
NGK
NIPPARTS
NK
NORDGLASS
OPTIMAL
PIERBURG
PURFLUX
QUINTON HAZELL
REINZ
ROSI
RICAMBI
SACHS
SIEMENS
SIDAT
SKF
SPIDAN
SUDEST
SWAG
TRW
VAICO
VALEO
VANHECK
VDO
VENG
VEMO
WAHLER
WALKER
ZARA
ZIMMERMANN