Elektronika a záľehové motory

RNDr. Bohumil Ferenc, červenec 2000

Systémy vstřikování paliva

Sloľení a tvorba směsi

    Záľehové motory jsou převáľně poháněny automobilovým benzinem. Palivo potřebuje ke spalování kyslík. Ten je do motoru přiváděn spalovacím vzduchem. Sloľení směsi paliva se vzduchem je rozhodující pro přeměnu energie chemicky vázané v palivu na teplo a pro čistotu výfukových zplodin z hlediska emisí ąkodlivých plynů a sazí.

    Při dokonalém spálení se uhlovodíky paliva spolu se vzduąným kyslíkem přemění na kysličník uhličitý a vodní páry. Mnoľství vzduchu potřebné k úplnému spálení paliva bylo stanoveno výpočtem a je rovno 14.7 kg vzduchu na 1 kg paliva (benzinu). Při tomto sloľení pro součinitel přebytku vzduchu, označovaný řeckým písmenem lambda (někdy je také označován vzduchové číslo) platí lambda = 1.0. Taková směs se nazývá stechiometrickou.

    Směs s přebytkem vzduchu má lambda > 1.0 a nazývá se chudou, na rozdíl od bohaté směsi, lambda < 1.0, s přebytkem paliva.

    Ne kaľdá směs paliva a vzduchu můľe vzplanout a hořet v motoru. Aby se mohla vznítit od elektrické jiskry, je nutno zachovat její určitý poměr. Ten leľí mezi horní hranicí zápalnosti směsi, která je pro benzin lambda = 0.5 a dolní hranicí při lambda = 1.3.

    Změny charakteristik motoru v závislosti na poměru sloľení směsi, tj. na velikosti lambda, jsou uvedeny na obrázku.

Závislost různých parametrů motoru na sloľení palivové směsi

.

    Jde o následující parametry:

bE
Měrná (specifická) spotřeba, coľ je spotřeba paliva vztaľená k výkonu motoru.
P
Specifický výkon na jednotkové mnoľství plochy pístu.
CO, CO2, HC, NOX, O2
Emise sloľek ve výfukových plynech.

    Z grafů vyplývá, ľe nejniľąí bE je pro lambda od 1.05 do 1.15, kde vąak výkon motoru pozorovatelně klesá. Nejvyąąí výkon je při mírném obohacení směsi, při lambda od 0.85 do 0.95. Zde vąak měrná spotřeba vzrůstá, coľ je způsobeno neúplným chemickým spalováním. Růst bE v oblasti chudých směsí je důsledkem klesajícího výkonu motoru, absolutní spotřeba vąak klesá.

    V diagramu nejsou zachyceny daląí důleľité charakteristiky motoru. Je to teplota spalování, která je nejvyąąí při lambda = 1.0 a při velmi bohatých i velmi chudých směsích je nízká. Dále jízdní vlastnosti motoru, jeľ jsou při bohatých i mírně chudých směsích velmi dobré. S příliąným ochuzením se ale zhorąují aľ do zastavení motoru.

    Nejrychleji a nejjednoduąeji se spolu mísí dva plyny. Pro dokonalé spalování se tedy musí převést kapalné palivo do plynného skupenství. U záľehových motorů se vstřikováním je tekuté palivo vstřikováno tryskami do proudu nasávaného vzduchu ve formě kuľele kapiček velmi malých rozměrů. Ty se během daląího sání a komprese přemění v páru a smísí se se vzduchem. Tvorba směsi tedy začíná v místě vstřiku a končí ve válci během kompresního zdvihu.

    Podle místa vstřiku se systémy dělí na centrální, vícebodové a přímé.

Pouľívané druhy přípravy směsi vstřikováním benzinu

.

    U centrálního vstřikování je tryska umístěna na tělese ąkrticí klapky, která reguluje mnoľství směsi přicházející do motoru a tím i jeho kroutící moment.

Centrální vstřikování - palivo se vstřikuje pro vąechny válce společně

.

    Sloľení směsi je ovlivňováno délkou otevření trysky. Sací potrubí mezi vstřikovací jednotkou a sacími ventily musí být navrľeno tak, aby vąechny válce dostávaly stejné mnoľství směsi a aby palivo nekondenzovalo na jeho stěnách.

    U vícebodového vstřikování se palivo vstřikuje do sacího kanálu, těsně před sací ventil.

Vícebodové vstřikování - palivo je vstřikováno do sacího kanálu kaľdého válce samostatně

.

    Sací potrubí pouze rozvádí nasávaný vzduch, takľe jeho konstrukce můľe být jednoduąąí. Mnoľství směsi je opět dáno natočením ąkrticí klapky.

    Při přímém vstřikování tryska vstřikuje palivo přímo do spalovacího prostoru válce.

Přímé vstřikování

.

    Palivo se vstřikuje přímo do spalovacího prostoru kaľdého válce, buď při otevřeném sacím ventilu a pohybu pístu k DÚ (homogenní směs), nebo při uzavřeném sacím ventilu a pohybu pístu k HÚ a to do kulovitého vybrání ve střechovité horní části pístu. Pohybem pístu se směs ve válci vrství.

    Směs se vytváří aľ ve válci, do kterého je nasáván pouze vzduch. Mnoľství vstřikovaného paliva je závislé na zatíľení motoru. V oblasti malých zatíľení je motor provozován se silně vrstvenou náplní válce a s vysokým přebytkem vzduchu. Palivo se vstřikuje při uzavřených sacích ventilech, krátce před bodem záľehu. Vhodným tvarováním hlavy pístu se pak spalovací prostor rozdělí na dvě oblasti, v okolí zapalovací svíčky vznikne oblak zapálitelné směsi paliva se vzduchem uloľený v izolované vrstvě vzduchu a zbytkového plynu. ©krticí klapka zůstává maximálně otevřená, čímľ se podstatně sníľí ztráty při výměně náplně. Kroutící moment motoru je přibliľně úměrný mnoľství vstřikovaného paliva. Náplň vzduchu a předstih záľehu na moment motoru nemají ľádný vliv.

    Se stoupajícím zatíľením motoru a tím i rostoucím mnoľstvím vstřikovaného paliva bude oblak vrstvené náplně bohatąí, coľ způsobí zhorąení emisí zejména vznikem sazí. V této oblasti proto musí být motor provozován s homogenní náplní válců. Palivo se vstřikuje během sacího zdvihu, aby se dosáhlo dobrého promísení s nasávaným vzduchem. Jeho mnoľství je dávkováno podle hmotnosti nasávaného vzduchu, nastavovaného polohou ąkrticí klapky.

    Pro umoľnění provozu motoru v obou uvedených reľimech je potřebné nastavovat začátek vstřikování podle provozních podmínek buď v průběhu kompresního zdvihu (pozdní vstřik) nebo v průběhu sacího zdvihu (časný vstřik). Také nastavení mnoľství nasávaného vzduchu polohou ąkrticí klapky je závislé na provozních podmínkách motoru a proto musí být řízeno elektronicky podle signálů ze snímačů, z nichľ jeden snímá polohu plynového pedálu. ©krticí klapka je v oblasti menąího zatíľení motoru zcela otevřena a při větąích zatíľeních je její poloha řízena podle zatíľení a otáček motoru. Při střídání mezi homogenním a vrstveným reľimem musí být řízeno mnoľství vstřikovaného paliva, náplň vzduchu a předstih záľehu tak, aby kroutící moment motoru zůstal konstantním.

    Podle místa, kde jsou vstřikovací trysky umístěny, se ovlivňuje velikost tlaku paliva dopravovaného k tryskám. Tlak musí být tak velký, aby nedocházelo k přeměně paliva v plyn uvnitř trysky vlivem její teploty. Tím by se znemoľnilo přesné dávkování rozhodující o sloľení směsi.

Centrální vstřikování

    Tryska centrálního vstřikování je uloľena na tělese ąkrticí klapky, kde není teplota přílią vysoká. Postačuje tlak paliva kolem 0.1 MPa i méně. Konstrukce vstřikovací trysky je pak jednoduąąí.

Tryska centrálního vstřikování

.

    Aby se dosáhlo homogenního sloľení směsi a jejího rovnoměrného přísunu k jednotlivým válcům, musí tryska vstřikovat do proudu nasávaného vzduchu, tedy do mezery mezi stěnu sacího potrubí a ąkrticí klapku. Tryska má malé rozměry a značnou rychlost spínání. Kuľelový svazek vstřikované dávky paliva je vytvářen několika radiálně uspořádanými otvory, které jsou vedeny ąikmo. Úhel je zvolen tak, aby palivo z výstupu trysky směřovalo do zmíněné mezery. K rozpráąení paliva se pouľívá kombinace rázové a ąroubové přípravy. Mnoľství vstřikovaného paliva je dáno délkou doby otevření trysky.

    Některé motory s větąím obsahem pouľívají dvojité vstřikovací trysky nebo dvojice jednoduchých trysek. Jedna z moľností jejich umístění je excentricky vůči ose speciálního sacího potrubí.

Dvojice excentricky umístěných vstřikovacích trysek centrálního vstřikování

.

    Trysky jsou otevírány řídící jednotkou ve dvou různých reľimech, synchronizovaném a nesynchronizovaném. V prvém případě se tryska otevírá při kaľdé otáčce motoru. U systémů se dvěma tryskami se trysky zapínají střídavě. V nesynchronizovaném provozním reľimu jsou trysky otvírány v periodických časových intervalech, nezávisle na referenčních impulsech o poloze klikové hřídele. Doba otevření se pak řídí podle podmínek daného pouľití. Nesynchronizovaný reľim je pouľíván za těchto podmínek:

  • Přílią krátká doba potřebného otevření trysky.
  • Obohacení směsi při studeném startu a během zahřívání.
  • Obohacení při akceleraci.
  • Omezení přívodu paliva při deceleraci (brzdění) motorem.

    U některých systémů se tohoto reľimu vyuľívá i k "vyčistění" motoru zalitého nadměrným mnoľstvím paliva.

    Při nízkých otáčkách (např. při startování) se po plném otevření ąkrticí klapky sníľí doba otevření trysky tak, aby se vytvořila směs s lambda přibliľně 1.36. Tento poměr se udrľuje tak dlouho, dokud bude ąkrticí klapka plně otevřena a otáčky motoru se nezvýąí nad určenou hodnotu.

    Na jiném principu je zaloľeno tzv. dvoubodové vstřikování (Dual Point Injection System] fy Honda. Jeho provedení je zjednoduąeně zakresleno na obrázku a.

Díly dvoubodového vstřikování Dual Point Honda - vlevo (a), vpravo (b)

.

    Pouľívá dvou vstřikovacích trysek, hlavní a doplňující. Hlavní tryska je umístěna nad ąkrticí klapkou, doplňující za ní. Trysky jsou rozdílné co do mnoľství dopravovaného paliva. Hlavní tryska dopraví asi 2.5krát více paliva neľ doplňující.

    U doplňující trysky je pouľito proplachování vzduchem z prostoru mezi ąkrticí klapkou a tandemovou ąkrticí klapkou, odkud je vzduch veden obtokovým vzduchovým kanálem k výstupu doplňující trysky. Při malém zatíľení motoru, tedy při slabém otevření ąkrticí klapky, proudí obtokovým kanálem silný proud vzduchu v důsledku podtlaku v sacím potrubí. Tento proud pomáhá rozpráąit v nasávaném vzduchu vstřikované palivo a tak homogenizovat směs obr. a.

    Při zahřátém motoru se dodávka paliva ve volnoběhu uskutečňuje jen doplňující tryskou, která je řízena z elektronické řídící jednotky dle pole hodnot uloľených v její paměti. Při částečném zatíľení motoru vstřikuje doplňující tryska konstantní mnoľství paliva a hlavní je ovládána řídící jednotkou. Při plném zatíľení vstřikuje doplňující tryska větąí, ale opět konstantní, mnoľství paliva a regulována je stále hlavní tryska. Při náhlém otevření ąkrticí klapky během akcelerace dodávají obě trysky maximum. Trysky mají i cyklický provoz a vstřikované mnoľství paliva je dáno dobou jejich otevření.

    Funkci tandemové ąkrticí klapky osvětluje obrázek b. Tato klapka (s výřezem) je otevírána přes membránovou komůrku podtlakem, snímaným z prostoru mezi oběma klapkami. Tento podtlak působí na komůrku jen tehdy, kdyľ se otevírá elektromagnetický ventil signálem z řídící jednotky.

    Tento je při volnoběhu uzavřený, zatímco tandemová klapka je přiotevřena a nasávaný vzduch proudí v dostatečném mnoľství výąe popsaným obtokovým otvorem kolem doplňující trysky. Při částečném zatíľení se elektromagnetický ventil otevře a podtlak působící na membránovou komůrku otevírá táhlem tandemovou ąkrticí klapku. Míru jejího otevření určuje podtlak, čímľ se v sacím kanále vytváří přibliľně stálá rychlost vzduchu.

Vícebodové vstřikování

    Vstřikovací trysky vícebodového vstřikování jsou umís»ovány bezprostředněji k motoru. Proto je tlak paliva k nim větąí. Pohybuje od 0.25 do 0.6 MPa.

    Vícebodové vstřikování se dělí na spojité a časované. Otevření vstřikovací trysky spojitého vstřikování je ovládáno mechanicky, tlakem paliva. Provedení trysky je zřejmé z obrázku.

.

    Vstřikovací tryska spojitého vstřikování:

  1. v klidové poloze;
  2. v pracovní poloze
  3. těleso trysky;
  4. filtrační sítko;
  5. jehla trysky;
  6. sedlo trysky.

    Tryska se otevře jakmile tlak přiváděného paliva převýąí odpor pruľiny, která je spojena s kolíkem uzavírajícím vystřikovací otvor.

    Trysky spojitého vstřikování bývají umístěny poněkud dále od motoru neľ elektromagneticky ovládané trysky časovaného. Je to proto, aby se vstřikované palivo mohlo lépe smísit s nasávaným vzduchem neľ vejde do válce.

    Trysky bývají někdy doplněny obtokem, kterým při uzavřené ąkrticí klapce proudí přídavný vzduch vlivem poklesu tlaku na klapce. Vzduch je směrován k ústí trysky, takľe obklopuje palivo bezprostředně v místě jeho výstupu. Tím je palivo účinně rozpraąováno, coľ přispívá ke zlepąení jeho spalování.

.

    Vstřikování paliva s přisáváním vzduchu:

  1. vstřikovací tryska;
  2. vedení přisávaného vzduchu;
  3. sběrné sací potrubí;
  4. ąkrticí klapka.

    U časovaného vstřikování je otevření trysek ovládáno elektromagneticky, napě»ovým impulsem z řídící jednotky. Náběľná hrana impulsu určuje okamľik, kdy se tryska otevře, délka impulsu pak dobu, po kterou zůstane otevřena, tedy vstříknuté mnoľství paliva. Podle začátků otevření vstřikovacích trysek jednotlivých válců se rozliąuje vstřikování simultánní, skupinové a sekvenční.

Porovnání způsobů časovaného vstřikování

.

    Simultánní vstřikování otevírá vąechny trysky současně. Doba jejich otevření, která určuje mnoľství vstřikovaného paliva, odpovídá polovině potřebné, ale vstřikování se provádí během vąech otáček. Výsledné mnoľství paliva pro válec je tedy rovno součtu dvou polovin. Dosáhne se tím rovnoměrnějąí tvorby směsi.

    U skupinového vstřikování je palivo vstřikováno současně do té skupiny válců, jejichľ pracovní cykly následují za sebou, coľ odpovídá pořadí záľehů. V obrázku je příklad pro pořadí 1 - 3 - 4 - 2. Délka otevření trysek odpovídá celému potřebnému mnoľství vstřikovaného paliva.

    Sekvenční vstřikování vstřikuje palivo jen válci s otevřeným sacím ventilem. Délka otevření kaľdé trysky odpovídá potřebnému mnoľství paliva, které nemusí být pro jednotlivé válce stejné. Doba otevření trysek jednotlivých válců se můľe různit nebo lze otevírat jen trysky některých válců dle provozních podmínek motoru.

.

    Elektromagneticky otevíraná vstřikovací tryska s horním přívodem paliva:

  1. sítko přívodu paliva;
  2. přívod napětí;
  3. vinutí elektromagnetu;
  4. těleso trysky;
  5. kotva;
  6. pouzdro tryskové jehly;
  7. jehla trysky.

    Jednou z moľných konstrukcí elektromagneticky ovládané vstřikovací trysky je výrobek fy Bosch. Palivo se do trysky přivádí přívodem z rozdělovacího potrubí.

.

    Rozdělovač paliva s připojenými tryskami typu "top - feed":

  1. přívod paliva;
  2. rozdělovač paliva;
  3. přívod pro měření tlaku paliva;
  4. regulátor tlaku paliva;
  5. zpětný odvod paliva;
  6. vstřikovací tryska.

    Elektrický impuls otevírající trysku se vede k vinutí elektromagnetu. Přivedením proudu se vtáhne kotva elektromagnetu do vinutí, zvedne se ventilová jehla a tím se otevře vstřikování paliva. Po skončení impulsu se tryska uzavře silou vratné pruľiny. Pruľina tlačí v klidovém stavu ventilovou jehlu shora do sedla provedeného v tělese trysky a průchod paliva do sacího kanálu se uzavře.

.

    Elektromagneticky otvíraná vstřikovací tryska s bočním přívodem paliva (bottom - feed):

  1. přívod napětí;
  2. sítko v přívodu paliva;
  3. vinutí elektromagnetu;
  4. těleso trysky;
  5. kotva;
  6. pouzdro tryskové jehly;
  7. jehla trysky.

    Novějąí konstrukce vstřikovací trysky s přívodem paliva ze strany a s jeho průtokem (rovněľ výrobek fy Bosch). Trysky jsou vloľeny v rozdělovači paliva a neustále palivem proplachovány, čímľ jsou ochlazovány. To přispívá k dobrému chování motoru při teplém startu a k jeho klidnému chodu za tepla. Vzhledem ke své nízké konstrukci je tryska vhodná k zástavbě i do omezených prostorů nových typů vozidel.

.

    Vstřikovací trysky typu "bottom - feed" integrované do rozdělovače paliva:

  1. přívod paliva;
  2. vstřikovací tryska;
  3. přívod ovládacího napětí;
  4. liąty kontaktů;
  5. regulátor tlaku paliva;
  6. odvod paliva.

    Nejnovějąí systémy vstřikování pracují bez odtoku nespotřebovaného paliva zpět do nádrľe (bude dále popsáno). Teplota paliva v místě vstřiku je přitom vyąąí. Pro taková pouľití vyvinula fa Bosch vstřikovací trysku označovanou EV 6, která má velmi dobré vlastnosti i při teplých startech.

.

    Elektromagneticky otvíraná vstřikovací tryska soustav bez zpětného odvodu nadbytečného paliva do nádrľe:

  1. O - krouľek těsnění;
  2. filtrační sítko;
  3. pouzdro trysky s přívodem napětí;
  4. vinutí elektromagnetu;
  5. pruľina;
  6. jehla trysky s kotvou elektromagnetu;
  7. sedlo trysky a kotouče s vystřikovacím otvorem.

Přímé vstřikování

    Při přímém vstřikování jsou trysky umístěny bezprostředně na motorovém bloku, tedy v místech s poměrně vysokou teplotou. Tlak přiváděného paliva je proto v porovnání se vstřikováním do sacího kanálu o řád vyąąí a pohybuje se od 5 do 15 MPa. Při takových tlacích není reálné otevírat vstřikovací trysky elektromagnetem, jako je tomu u časovaného vstřikování. Ani dávkování paliva změnou doby otevření trysky nelze při vrstvené směsi pouľít. Okamľik vstřiku je závislý na poloze pístu před HÚ, aby doąlo k navrstvení. Směs musí být zaľehnuta takřka bezprostředně po vstříknutí, proto jedinou moľností je odměřovat palivo změnou jeho tlaku při konstantní délce otevření trysky. Bylo vyvinuto několik typů takových systémů, které více méně vyuľívají téhoľ principu. Ten lze osvětlit zjednoduąeným schématem. Je to způsob vyvinutý kalifornskou firmou BKM.

Schéma provedení a funkce trysky přímého vstřikování benzinu v systému "Common rail"

.

    Palivo přichází s proměnným tlakem přes společné rozdělovací potrubí (common rail) k třícestnému elektrohydraulickému ventilu. Je-li elektromagnet ventilu bez napětí, palivo prochází do prostoru nad tlačnou tyč a přes zpětný ventil do zásobníku. Tlakem paliva v prostoru nad tlačnou tyčí který je vzhledem k rozměru disku na jejím horním konci větąí neľ na zúľeném průměru u dolního, dále silou pruľiny, která se v tomto prostoru nachází, je tryska uzavřena. Mnoľství paliva v zásobníku je závislé na jeho tlaku z rozdělovacího potrubí.

    Přivedením napětí k elektromagnetu ventilu se uzavře přítok paliva z rozdělovacího potrubí a otevře se jeho odtok zpět do palivové nádrľe. Tlak paliva nad tlačnou tyčí prudce klesne, tlak paliva pod ní tyč zvedne a palivo ze zásobníku je vstřikováno do spalovacího prostoru. To potrvá tak dlouho, pokud pruľina nepřekoná tlak pod tyčí a trysku neuzavře.

    Vypnutím napětí pro elektromagnet se děj znovu opakuje.

    Jak minimální, tak maximální mnoľství se řídí stejným způsobem. Je závislé na objemu zásobníku a na tlaku paliva z rozdělovacího potrubí. Minimální mnoľství pak jeątě uzavíracím tlakem trysky, tj. silou pruľiny nad tlakovou tyčí.

Velikost kapiček a tvar kuľele

    Vzhledem k potřebě co nejlepąího rozpráąení vstřikovaného paliva a homogennosti vytvářené směsi roste náročnost konstrukčního řeąení tím více, čím je místo vstřiku blíľe k válci, ve kterém je okamľikem záľehu dokončena tvorba směsi. Podstatné jsou předevąím poľadavky na velikost kapiček vstřikovaného paliva. Zatímco u vstřikování do sacího kanálu je obvyklý průměr kapiček kolem 200 um, u přímého vstřikování je potřeba dosáhnout průměru pod 50 um. To je daląí důvod zvýąení tlaku dopravovaného paliva.

    Důleľitý je i tvar kuľele vstříknutého paliva. Má se dosáhnout minimálního styku paliva se stěnami sacího potrubí a současně dobré homogenizace jeho směsi se vzduchem. Těmto potřebám jsou přizpůsobovány kalibrované vypouątěcí otvory, jejichľ provedení se liąí zejména podle počtu sacích kanálů, jejich uspořádání i podle počtu zapalovacích svíček ve válci a podle jejich polohy.

.

    Způsoby vstřikování paliva:

  1. kruhovou ątěrbinou;
  2. jednootvorové;
  3. víceotvorové;
  4. víceotvorové s dvěma paprsky.

    Na obrázku je uvedeno několik z pouľívaných provedení. Poloľka 1 je tryska s kruhovou ątěrbinou. Její jehla je prodlouľena vstřikovacím čepem, který zasahuje do otvoru v tělese trysky. Vzniklá kruhová ątěrbina tvoří kalibrovaný vstřikovací otvor. Na dolním konci čepu je vybrouąena odstřikovací hrana, na které se palivo rozpráąí a rozstříkne se ve tvaru kuľele.

    Poloľka 2 je jednootvorová tryska s tenkou deskou s kalibrovaným otvorem namísto vstřikovacího čepu. Tak se vytváří velmi tenký paprsek paliva, který téměř nesmáčí sací potrubí. Palivo se vąak málo rozpráąí. Tento způsob je vhodný u motorů se dvěma svíčkami ve válci.

    Poloľky 3 a 4 jsou trysky s víceotvorovým vstřikováním paliva. Otvory jsou uspořádány na konci trysky tak, ľe vytvářejí podobný tvar paprsku a rozpraąují palivo tak, jako trysky s kruhovou ątěrbinou. Průměr kapiček je ale menąí. Otvory mohou být upraveny tak, aby vytvářely dva nebo i více vstřikovaných paprsků. Tak je moľno u motorů s více sacími ventily rozdělit palivo optimálně do sacích kanálů.

.

    Vstřikovací tryska s přisáváním vzduchu:

  1. vzduch;
  2. palivo.

    Aby se co nejvíce omezilo obohacování směsi při studených startech, pouľívá se vstřikovacích trysek s přisáváním vzduchu. Vzduch ke spalování se odebírá před ąkrticí klapkou a je přisáván rychlostí blízkou rychlosti zvuku přes kalibrovanou ątěrbinu, přímo ke vstřikovacím otvorům trysky. Střídavým působením mezi palivovými a vzduchovými molekulami se palivo velmi jemně rozpráąí. Vzduch je přes ątěrbinu nasáván jen při dostatečně velkém podtlaku v sacím potrubí. Přisávání je tedy účinné pouze při dílčím zatíľení motoru.

Palivová čerpadla

    Aby se dosáhlo správného dávkování paliva, musí být v okruhu jeho přívodu zajiątěn potřebný tlak. Proto je palivo čerpáno z nádrľe čerpadlem. Vzhledem k rozdílným poľadavkům na tlak dopravovaného paliva, hlučnost chodu vstřikovací soustavy a potřebám motoru byla a je pouľívána řada typů čerpadel.

    Čerpadlo můľe být umístěno přímo v nádrľi (označované také "intank") nebo v palivovém vedení ("inline"), mezi nádrľ a palivový filtr a upevněné na vhodném drľáku, buď na nádrľi nebo karosérii vozidla.

    Čerpadlo v palivové nádrľi je rovněľ upevněno a to na zvláątním drľáku, na sací straně je opatřeno palivovým sítkem a vąe je uloľeno v hrncovitém zásobníku paliva. Palivová nádrľ je vybavena snímačem stavu paliva a prostorem pro odloučení bublinek přicházejících z vratného potrubí.

    Elektrické palivové čerpadlo sestává z následujících dílů:

  1. Čerpadlová část
  2. Elektromotor
  3. Přípojné víko

.

    Přípojné víko obsahuje elektrické přípoje, zpětný ventil a nátrubek hydraulického přípoje. Účelem zpětného ventilu je udrľení systémového tlaku po určitou dobu i po vypnutí elektromotoru, aby se předeąlo vytváření bublinek páry v důsledku zvýąené teploty paliva.

    Kromě toho mohou být v přípojném víku integrovány odruąovací prvky.

    Elektromotor sestává ze systému permanentních magnetů a kotvy, které jsou dimenzovány pro ľádané mnoľství dopravovaného paliva, při zadaném systémovém tlaku. Elektromotor i čerpadlová část se nacházejí ve společném pouzdře. Jsou stále omývány palivem a tedy trvale chlazeny. Tím je moľno zvýąit výkon motoru bez nadbytečných těsnění mezi elektromotorem a čerpací částí. Protoľe není přítomen kyslík, nevytváří se zápalná směs a nehrozí nebezpečí výbuchu.

    Hlavním dílem čerpadlové části je čerpadlové kolo nesené hřídelí elektromotoru. Čerpacím otvorem v sacím víku nasává palivo z palivové nádrľe a uděluje mu odpovídající tlak. V této části je i omezovací ventil, který se otevírá při překročení maximálně přípustné hodnoty výstupního tlaku čerpadla.

    Podle poľadavků vstřikovací soustavy se pouľívá různých typů čerpadel. Dělí se do dvou skupin, na objemová a proudová čerpadla.

Různé druhy čerpadel

.

    Princip čerpání objemových čerpadel je zaloľen na změně velikosti objemových komor. Do zvětąujících se komor je nasáváno palivo přes plnicí otvor. Kdyľ je dosaľeno maximálního naplnění komory, plnicí otvor se uzavře a otevře se výtlačný. Do této skupiny patří válečková lamelová čerpadla, obrázek a, a vnitřní zubová čerpadla, obrázek b. Válečková lamelová čerpadla mohou být pouľita do přetlaku 650 kPa. Komory jsou u nich tvořeny válečky vedenými v rotujících dráľkách obvodového kola. Válečky jsou přitlačovány odstředivou silou a tlakem paliva vně, na excentricky uloľenou válečkovou dráhu. Excentricita mezi obvodovým kolem a válečkovou dráhou způsobuje neustálé zvětąování a zmenąování objemu komor.

    Vnitřní zubová čerpadla postačují do přetlaků 400 kPa. Čerpadlo sestává z vnitřního poháněného kola zapadajícího svými zuby do excentricky uloľeného vnějąího kola, které má o jeden zub více. Při otáčení se mezi vzájemně utěsněnými boky zubů vytvářejí v jejich meziprostorech komory s proměnnými velikostmi.

    U proudových čerpadel jsou částice paliva urychlovány oběľným kolem a vháněny do kanálu, kde vzniká tlak výměnou impulsů. Do této skupiny jsou zařazována obvodová lopatková, obrázek c, a boční kanálová čerpadla, obrázek d.

    Obvodová lopatková čerpadla sestávají z oběľného kola s četnými lopatkami na jeho obvodu. Ve dvoudílném tělese čerpadla se nachází kanál, který obepíná lopatky oběľného kola po celém jeho obvodu. To pak vhání částice paliva do kanálu, ve kterém vzniká spojitý tlak s téměř nepulsujícím prouděním. Vzhledem k prakticky plynulému proudu jsou tato čerpadla vhodná k pouľití ve vozidlech s nároky na velmi nízkou hlučnost. Lze vąak s nimi vytvořit tlak nejvýąe jen kolem 400 kPa.

    Boční kanálová čerpadla, pracující na obdobném principu, se liąí tvarem oběľného kola s menąím počtem lopatek a tvarem a uspořádáním kanálů proudění. Tyto probíhají výhradně stranou vedle lopatek (boční kanály). Takové uspořádání vytváří v porovnání s obvodovým lopatkovým čerpadlem podstatně niľąí tlak leľící mezi 20 aľ 30 kPa. Pouľívají se proto jako předčerpadla u soustav s čerpadly mimo nádrľ, nebo jako první stupeň dvoustupňových čerpadel v nádrľi u vozidel, která mají potíľe s teplým startem a také u soustav s centrálním vstřikováním paliva.

    Předčerpadlo omezuje nepříznivý účinek ohřátého paliva ze zpětného potrubí tím, ľe odlučuje vystupující bublinky par, případně omezuje jejich tvoření. Hlavní čerpadlo uděluje palivu potřebný tlak.

    Kromě soustav se dvěma palivovými čerpadly, u kterých je předčerpadlo v nádrľi a hlavní čerpadlo ve vedení, mají některá vozidla jak předčerpadlo, tak hlavní čerpadlo mimo nádrľ.

Předčerpadlo v nádrľi a hlavní čerpadlo na rámu vně nádrľe

.

    V současné době se zpravidla pouľívá čerpadel integrovaných do palivové nádrľe. Tato čerpadla jsou téměř výlučně dvoustupňová. Jejich provedení je závislé na velikosti potřebného výstupního tlaku. U soustav s centrálním vstřikováním je tlak paliva poměrně nízký, takľe čerpadlo sestává z předčerpadla (1. stupeň) jako boční kanálové čerpadlo a z hlavního čerpadla (2. stupeň) jako obvodové lopatkové. Oba stupně jsou přitom integrovány do jednoho oběľného kola.

.

    Díly dvoustupňového elektrického palivového čerpadla:

  1. sací víko (pohled od oběľného kola);
  2. oběľné kolo;
  3. těleso čerpadla (pohled od oběľného kola);
  4.  
  5. ventil odvětrávání;
  6. odplynovací otvor;
  7. otvor sání pro boční kanál;
  8. boční kanál;
  9. obvodový kanál (předstupeň);
  10. lopatkový věnec pro boční kanálové čerpadlo (předstupeň);
  11. lopatkový věnec pro obvodové lopatkové čerpadlo (hlavní stupeň);
  12. výtokový otvor obvodového kanálu.

    U předčerpadla je vnitřní lopatkový věnec uspořádán v oběľném kole a "boční" kanál oboustranně, jak v sacím víku, tak v tělese čerpadla. Palivo je otáčením lopatkového věnce oběľného kola urychlováno a přeměňuje v bočním kanále svoji rychlostní energii v tlakovou. Na konci bočního kanálu je palivo odvedeno do dále vně leľícího (v radiálním směru) hlavního stupně.

    V přepouątěcím kanále mezi předstupněm a hlavním stupněm je na straně sacího víka proveden odplynovací otvor, přes který je stále palivo, a s ním i případné plynové bublinky, odváděno zpět do palivové nádrľe.

    Princip funkce hlavního stupně je identický s předstupněm. Podstatný rozdíl spočívá v tvarování oběľného kola a v tvaru kanálu, který obepíná lopatkový věnec po stranách a v celém obvodu (obvodový princip). Na konci obvodového kanálu je zařízení pro rychlé odvětrávání hlavního stupně. To se provádí přes membránový lístek působící jako odvětrávací ventil, který uzavírá otvor v sacím víku.

Dvoustupňové palivové čerpadlo s niľąím tlakem pro centrální vstřikování

.

    Při uzavřeném odplynovacím ventilu je palivo vytlačováno do prostoru motoru čerpadla a nakonec proudí přes zpětný ventil do palivového potrubí (vedení).

    U vícebodových soustav je potřebný vyąąí tlak paliva, takľe provedení čerpadla musí být jiné. Jedním z moľných je kombinace z bočního kanálového čerpadla na předstupni a vnitřního zubového na hlavním. Kaľdý stupeň má vlastní čerpadlové oběľné kolo pracující podle dříve popsaných principů.

Dvoustupňové palivové čerpadlo pro vyąąí tlaky, pro vícebodové vstřikování do sacího kanálu

.

    Čerpadla pro umístění do palivové nádrľe (zejména dvoustupňová) bývají v ní montována vertikálně. Sací otvor je dole, přípoj pro odvod paliva pak nahoře.

    Zcela jiná je konstrukce vysokotlakých čerpadel pro přímé vstřikování paliva (benzinu) do spalovacího prostoru. Je to dáno poľadovaným tlakem paliva, který můľe dosahovat aľ 12 MPa. V kaľdém případě je palivo čerpáno z nádrľe dvoustupňovým čerpadlem obdobného typu, jako je na obr. 25, které vytváří tlak paliva 350 aľ 500 kPa. Tento "předtlak" je udrľován na stálé hodnotě mechanickým regulátorem tlaku, který je paralelně připojen k čerpadlu v nádrľi.

    Z tohoto čerpadla se palivo s uvedeným tlakem přivádí k vysokotlakému čerpadlu, které je poháněno od klikové hřídele spalovacího motoru, tedy nikoliv vnitřním elektromotorem. Mezi nízkotlakým a vysokotlakým čerpadlem bývá zařazen palivový filtr odstraňující nečistoty zbylé v palivu za nízkotlakým čerpadlem.

    Vysokotlaká čerpadla jsou nejčastěji provedena jako radiální nebo axiální pístová čerpadla s více písty rozloľenými po obvodu (v rovině kolmé na osu čerpadla).

    U radiálního čerpadla jsou písty ovládány výstředníkem, při otáčení hřídele čerpadla se posouvají radiálně a mění tak objem válce. Při zvětąování objemu je palivo do válce nasáváno, při zmenąování je z válce vytlačováno.

Vysokotlaké radiální třípístové čerpadlo pro přímé vstřikování do válce

.

    U axiálních pístových čerpadel jsou písty přesouvány při otáčení hřídele čerpadla ąikmo uloľeným talířem, takľe se objem válců opět zvětąuje a zmenąuje.

Vysokotlaké radiální třípístové čerpadlo pro přímé vstřikování do válce

.

    Pokud jsou čerpadla poháněna elektromotory, jsou tyto napájeny z baterie vozidla přes ovládací okruh, který brání vzniku váľných poąkození. Zjednoduąené schéma podobného okruhu je na obrázku. K relé řídící jednotky systému vstřikování se přivádí napětí aľ po zapnutí spínací skříňky při startování motoru. Sepnutím kontaktů tohoto relé se přivede napětí k vinutí relé čerpadla a k řídící jednotce. Čerpadlo se rozběhne a jestliľe do několika sekund motor nenastartuje, rozpojí řídící jednotka ukostření vinutí relé čerpadla. Relé odpadne, odpojí napájení čerpadel a ta se zastaví. Podobně je tomu po zastavení motoru.

Ochranné obvody v okruhu napájení elektromotorů palivových čerpadel

.

    V přívodu napětí od relé k čerpadlům je navíc zařazen setrvačníkový spínač, který se rozpojí v případě nárazu obvyklém při havárii vozidla. Tím se čerpadla(o) zastaví, přeruąí se dodávka paliva a je-li motor v chodu, zastaví se i on.

    Jinou moľností je způsob pouľívaný u systémů L-Jetronic fy Bosch, kde je vinutí relé palivového čerpadla napájeno při startu napětím přiváděným ze svorky 50 spínače spouątěče a po nastartování napětím baterie přes spínací kontakty v měřiči mnoľství nasávaného vzduchu. Tyto kontakty jsou spínané náporovou klapkou tohoto měřiče, která je vychýlena proudem vzduchu nasávaného motorem. U systémů s jiným druhem měřiče mnoľství nasávaného vzduchu, např s vyhřívaným drátem, je napětí k vinutí relé čerpadla přiváděno přes kontakty řídícího relé. Obvod, který ovládá spínání jeho kontaktů, dostává informaci ze spouątěče (napětí svorky 50 při startu) a poté z primárního vinutí zapalovací cívky, na kterém vzniká vhodný signál, dostačující k sepnutí kontaktů řídícího relé aľ při otáčkách motoru nad 150 /min.

    Jiné systémy jsou naproti tomu vybaveny tlakovým olejovým spínačem, který je zapojen paralelně ke kontaktům relé čerpadla. Je-li relé vadné a nespíná, napětí se k čerpadlu přivede po vzrůstu tlaku motorového oleje při prodlouľeném startování, kdy je motor otáčen spouątěčem. To umoľňuje nastartovat motor a jeho chod i při závadě relé čerpadla. Ta je ovąem signalizována vnitřní diagnostikou soustavy vstřikování.

Palivové okruhy

    Potřebě co nejlepąího rozpráąení vstřikovaného paliva a homogennosti vytvářené směsi roste náročnost na konstrukční řeąení tím více, čím je místo vstřiku blíľe k válci, kde je okamľikem záľehu dokončena tvorba směsi. Podstatné jsou předevąím poľadavky na velikost kapiček vstřikovaného paliva. Zatímco u vstřikování do sacího kanálu je obvyklý průměr kapiček kolem 200 mikrometrů, u přímého vstřikování je potřeba dosáhnout průměru pod 50 mikrometrů. Tím také musí vzrůst tlak dopravovaného paliva a následně i síla elektromagnetu, který musí trysku dostatečně rychle otevřít.

    Důleľitý je i tvar kuľele vystříknutého paliva. Ten se liąí nejen podle druhu vstřikování ale i podle konstrukce motoru. Zejména podle počtu sacích kanálů, průběhu jejich časování i podle počtu zapalovacích svíček ve válci a jejich polohy.

Okruhy přívodu paliva

    Aby bylo zajiątěno správné dávkování paliva, musí být v okruhu jeho přívodu zajiątěn stálý tlak. Mnoľství paliva pak bude záviset na délce otevření vstřikovací trysky (časované vstřikování) nebo na průřezu regulační ątěrbiny (spojité vstřikování.

    Palivo je čerpáno z nádrľe čerpadlem, které je v ní zpravidla umístěno. U systémů s niľąím tlakem bývá zpravidla dvoustupňové. Základní stupeň saje palivo z nádrľe a hlavní stupeň pak uděluje palivu tlak potřebný pro činnost vstřikovacích trysek. Jedna z moľných konstrukcí takového čerpadla je uvedena v řezu na obr. o113a, umístěné v palivové nádrľi na obr. o113b.

    Systémy s vyąąím tlakem bývají vybaveny dvěma čerpadly. Nízkotlaké je v nádrľi a vysokotlaké, které dodává nasátému palivu potřebný tlak, je umístěno jiľ mimo nádrľ (např. některé systémy Ford - obr. o114).

    Starąí systémy mívají jednostupňová čerpadla umístěná také mimo palivovou nádrľ. Čerpadlo nasává palivo z nádrľe a přitom vytváří jeho potřebný tlak. Řez jednou z četných moľností konstrukčního řeąení je na obr. o115. Jde o čerpadlo válečkového typu, jehoľ elektromotor je smáčen nasávaným palivem. Elektromotor otáčí čerpadlovým kolem 3, přičemľ palivo je nasáváno z nádrľe sacím otvorem 1. Válečky 3 pak vytlačují palivo přicházející ątěrbinou do sacího objemu přes výtlačnou ątěrbinu ke zpětnému ventilu 5. Válečky při otáčení čerpadlového kola oddělují sací objem od výtlačného tím, ľe jsou přitlačeny k vnějąímu prstenci. Zpětný ventil udrľuje systémový tlak jeątě i určitou dobu po vypnutí čerpadla aby nedocházelo k odpařování paliva pro jeho vysokou teplotu. Omezovací tlakový ventil 2 uzavře přívod nasávaného paliva při překročení přípustné hodnoty na výstupu. Tím se předchází nadměrnému přehřátí elektromotoru čerpadla.

    Kromě válečkových čerpadel se pouľívá také křídlových nebo zubových. Tyto se větąinou liąí od popsaného typu jen provedením čerpadlového kola. Zjednoduąený nákres křídlového kola je na obr. o116a, zubového pak na obr. o116b.

    Zubové čerpadlo je určeno pro vyąąí tlaky. Čerpadlové kolo sestává z excentricky uspořádaného vnějąího běľce 3, jehoľ otáčením se komůrky na sací straně 1 zvětąují a palivo je nasáváno z nádrľe. Na výtlačné straně 2 se naopak zmenąují a palivo je pod tlakem dopravováno do systému.

    K čerpadlovému kolu patří jeątě vnitřní běľec 4 a oběľný prstenec 5. Celý systém je uloľen v pouzdře 6.

    Elektromotory palivových čerpadel jsou napájeny z baterie vozidla přes ovládací okruh, který brání vzniku váľných poąkození. Zjednoduąené schéma podobného okruhu je na obr. o117. K výkonovému relé systému vstřikování se přivádí napětí aľ po zapnutí spínací skříňky při startování motoru. Sepnutím kontaktů tohoto relé se přivede napětí k vinutí relé čerpadla a k řídící jednotce, čerpadlo se rozběhne. Jestliľe do několika sekund motor nenastartuje, rozpojí řídící jednotka ukostření relé čerpadla. Relé odpadne, odpojí napájení čerpadla a to se zastaví. Podobně je tomu po zastavení motoru.

    V přívodu napětí od relé k čerpadlu je navíc zařazen setrvačníkový spínač, který se rozpojí v případě nárazu obvyklém při havárii vozidla. Tím se čerpadlo zastaví, přeruąí se dodávka paliva a je-li motor v chodu, zastaví se i on.

    Jiné systémy jsou naproti tomu vybaveny tlakovým olejovým spínačem, který je zapojen paralelně ke kontaktům relé čerpadla. Je-li relé vadné a nespíná, napětí k čerpadlu se přivede po vzrůstu tlaku motorového oleje. To umoľňuje nastartování motoru a jeho provoz i při závadě relé čerpadla, coľ je ovąem signalizováno samokontrolou systému.

    Čerpadla dopravují palivo z nádrľe přes palivový filtr ke vstřikovacím tryskám. Palivový filtr (obr. o118) je tvořen vloľkou, která zadrľuje drobné částice, jeľ by mohly ucpat trysky. Na pouzdře filtru bývá ąipkou označen směr průtoku paliva.

    Následující částí je regulátor tlaku, který udrľuje konstantní tlak paliva. Kolísání tlaku by se okamľitě projevilo na sloľení směsi. U jednobodového vstřikování je regulátor tlaku umístěn na tělese ąkrticí klapky (obr. o119). Natlakované palivo po celou dobu činnosti čerpadla obklopuje vstřikovací trysku. Jakmile jeho tlak překročí hodnotu závislou na předepnutí pruľiny regulátoru 4, pruľina se stlačí, tím se otevře ventil regulátoru a přebytečné palivo odtéká zpět do nádrľe.

    U vícebodového vstřikování je regulátor tlaku poněkud jiný. Hlavní rozdíl je v tom, ľe udrľuje vstřikovací tlak paliva na konstantním rozdílu proti tlaku v sacím potrubí. Příklad konstrukce takového regulátoru je na obr. o120. Palivo přichází otvorem 1 do horní komůrky regulátoru a otvorem 3 je odváděno k tryskám. Vzroste-li tlak paliva přílią, otevře se ventil spojený s membránou mezi komůrkami a nadbytečné palivo se vrací do nádrľe odvodem 2. Kromě předepnutí pruľiny v komůrce pod membránou působí na ventil i tlak v sacím potrubí přiváděný hadičkou připojenou k přípojce 4.

    Regulátor je umístěn na rozdělovacím potrubí, kterým se palivo rozvádí ke vąem vstřikovacím tryskám současně. Bývá buď na začátku nebo konci tohoto potrubí, obr. o121.

    U některých systémů vícebodového vstřikování je pouľíváno zásobníku paliva (obr. o122). Bývá umístěn mezi čerpadlem a palivovým filtrem. Udrľuje tlak paliva jeątě určitou dobu po zastavení motoru. Tím je usnadněno opětné nastartování motoru, zvláątě je-li zahřátý. Zásobník také vyrovnává pulsaci paliva způsobenou čerpadlem a tím zabezpečuje přesné dávkování, zejména u systémů spojitého vstřikování.

Obvody měření nasávaného vzduchu

    Pro sloľení směsi je důleľité také mnoľství nasávaného vzduchu. To je zpravidla závislé na potřebách motoru, takľe systémy přípravy směsi toto mnoľství pouze měří a podle něj nastavují přísluąné mnoľství paliva. S vývojem systémů vstřikování vznikla řada způsobů měření mnoľství nasávaného vzduchu, které umoľnily získat informaci potřebnou pro řízení dodávky paliva.

Spojité vstřikování

    Nejstarąím způsobem, pouľívaným u spojitého vstřikování paliva, je sloučení měřiče mnoľství vzduchu s rozdělovačem mnoľství paliva a s elektrohydraulickým nastavovačem tlaku (obr. o123). Měřicí klapka 1 je zvedána proudem nasávaného vzduchu a zvedá s ní spojenou páku kolem osy otáčení. Páka se ąroubem nastavení bohatosti směsi přenáąí pohyb na řídící píst, který ovládá ventily diferenčního tlaku v rozdělovači mnoľství paliva a určuje jeho potřebné mnoľství. Polohou řídícího pístu je určen průřez řídící dráľky, přes kterou proudí přiváděné palivo 3 do horních komor 7 ventilů diferenčního tlaku a odtud ke vstřikovacím tryskám.

    Rozdílné tlaky v horní a spodní komoře 8 vychylují membránu 9, která otevírá nebo přivírá výtlačný průřez do vedení 4 ke vstřikovacím tryskám. Tlak ve spodní komoře diferenčního ventilu se mění elektrohydraulickým nastavovačem tlaku 10 v závislosti na provozním stavu motoru. Elektronická řídící jednotka podle něj ovládá magnetické pole elektromagnetu nastavovače, který působí společně s permanentním magnetem na planľetu 11 a tak se zvětąuje nebo zmenąuje tlak na výstupu nastavovače a tím i ve spodní komoře. Změnami proudu elektromagnetu se tedy mění rozdíl systémového tlaku paliva a tlaku v horní komoře ventilů, coľ umoľňuje rychle reagovat na provozní podmínky a podle nich měnit odměřované mnoľství paliva.

    Sloľení směsi se nastavuje při ohřátém motoru ve volnoběľných otáčkách. Nastavení se provádí ąroubkem na páce působící na řídící píst. S pákou je spojen potenciometrický snímač její polohy. Signál snímače se přivádí do řídící jednotky k daląímu vyuľití.

    Rozdělení paliva do jednotlivých válců se seřizuje stavěcími ąrouby působícími na pruľiny ve spodních komorách diferenčních ventilů. Tímto způsobem je sloučeno měření mnoľství nasávaného vzduchu s dávkováním mnoľství paliva potřebného k vytvoření poľadovaného sloľení směsi.

    Řídící elektronika spolu s případnými daląími snímači provádí pouze korekci sloľení kolem přednastavené hodnoty podle provozních podmínek motoru.

Časované vstřikování

    U novějąích systémů s časovaným vstřikováním existuje celá řada způsobů měření mnoľství nasávaného vzduchu, které lze rozdělit na nepřímé a přímé.

    U nepřímých způsobů se vlastní mnoľství neměří, ale snímá se jiná veličina, podle které se dávkuje mnoľství paliva. Aby regulace byla přesnějąí, pouľívá se zpravidla snímání více neľ jedné veličiny, nejméně dvou nebo tří.

Centrální

    U systémů centrálního (jednobodového) vstřikování je hlavní řídící veličinou poloha ąkrticí klapky, protoľe odměřování směsi pro jednotlivé válce se provádí přes sací potrubí. Palivo přiváděné k válcům má tři různé formy:

  • Palivový plyn, který vzniká ve vstřikovací jednotce nebo v sacím potrubí odpařováním palivového filmu z jeho stěn. Pohybuje se rychlostí nasávaného vzduchu.
  • Pára, tj. kapičky paliva, která se pohybuje poněkud menąí rychlostí neľ nasávaný vzduch a přispívá částečně k vytváření palivového filmu.
  • Kapalina - palivový film na stěnách sacího potrubí, který je do spalovacího prostoru přiváděn s časovým zpoľděním.

    Při volnoběhu a částečném zatíľení je v okruhu sání nízký tlak a palivo je téměř zcela v plynné formě a vytváří se jen velmi málo palivového filmu. Při pootevření ąkrticí klapky tlak stoupne a podíl palivového filmu se zvýąí. Aby se zvýąení tvorby palivového filmu při otvírání ąkrticí klapky neprojevilo ochuzením směsi, musí se zvýąit dodávka paliva prodlouľením doby otevření vstřikovací trysky.

    Naopak při uzavírání ąkrticí klapky dochází ke spotřebování palivového filmu a doba otevření trysky se zkrátí aby nedoąlo k obohacování směsi.

    Snímač polohy ąkrticí klapky bývá potenciometrického typu. Proto je jeho výstupní signál spojitý a mimo jeho absolutní hodnoty, která určuje úhel otevření ąkrticí klapky, můľeme vyuľít jeho změny pro stanovení případné úhlové rychlosti a smyslu otáčení klapky.

    Z těchto informací můľe řídící jednotka vypočítat jak dobu otevření vstřikovací trysky, tak její případné korekce podle změn polohy klapky.

    Starąí systémy, jejichľ elektronika nedisponovala potřebnou rychlostí a kapacitou paměti, případně zpracovávala signál analogově, potřebují snímat daląí veličinu, která by dávala informaci o změnách v sacím potrubí ovlivňujících sloľení směsi, jak je výąe popsáno. Takovou veličinou je tlak v sacím potrubí, který se mění podle otevírání a uzavírání ąkrticí klapky.

    Oba dva snímače pracují nezávisle na sobě, takľe je moľná jejich současná činnost a nároky na elektroniku zpracovávající jejich signály jsou niľąí.

    Protoľe kromě tlakových poměrů v sacím potrubí má na tvorbu palivového filmu dosti značný vliv i teplota, je třeba snímat i teplotu nasávaného vzduchu. Při nízké teplotě se podíl palivového filmu přídavně zvyąuje, takľe doba otevření vstřikovací trysky se musí prodlouľit.

Vícebodové

    U vícebodového vstřikování do sacího kanálu se problémy výąe uvedeného druhu téměř nevyskytují. Proto lze pouľít jako hlavní řídící veličiny pro dávkování paliva měřiče absolutního tlaku v sacím potrubí. Jelikoľ naměřený tlak je úměrný objemu, nikoliv hmotnosti, musí být jako doplňující informace snímána teplota nasávaného vzduchu, která spolu se známým tlakem a objemem (sacího potrubí) umoľňuje hmotnost nasávaného vzduchu vypočítat.

    Protoľe snímač tlaku nereaguje dostatečně rychle, musí být systém doplněn o spínače signalizující polohy minimálního a maximálního otevření ąkrticí klapky. Při rychlém otevírání zcela uzavřené klapky zajistí minimální spínač okamľité obohacení směsi. Podobně funguje maximální spínač při rychlém plném otevření.

    Jako příklady moľných provedení snímačů pouľívaných v těchto systémech, nazývaných podle metody měřená mnoľství vzduchu hustotními, lze uvést následující obrazy.

    Na obr. o124 je v části a řez tělesem snímače 1. Na hřídeli ąkrticí klapky 2 je upevněno raménko jezdce 3, které nese sběrací třecí kontakty 4. Při otáčení ąkrticí klapky se kontakty pohybují po odporových drahách ve víku tělesa (část b obrazu).

    Odporové dráhy jsou dvě, první z nich 5 zaznamenává oblast úhlů ąkrticí klapky 0 aľ 24° a její signál se přenáąí horními kontakty jezdce na kolektorovou dráhu 6. Druhá odporová dráha 7 snímá oblast 18 aľ 90° a její signál je přenáąen dolními kontakty jezdce na kolektorovou dráhu 8. Víko s dráhami se upevní na tělese s jezdcem a těsnění 9 slouľí k ochraně vnitřní části snímače proti vlivům okolního prostředí.

    Snímače tlaku v sacím potrubí lze rozdělit do dvou skupin. První z nich jsou polovodičové snímače, vyuľívající piezorezistivního jevu. Na obr. o125 je jedna z moľných konstrukcí. V pouzdře snímače je uloľen křemíkový krystal, na jehoľ 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.

    Druhou skupinu tvoří snímače, jejichľ princip vyplývá z obr. o126. V podstatě jde o membránu, která je uloľena v uzavřené komoře do níľ 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 bude tedy střídavé napětí jehoľ kmitočet se mění podle velikosti tlaku působícího na membránu.

    Jedno z řady četných provedení spínače ąkrticí klapky je na obr. o127. Na hřídeli ąkrticí klapky 3 je řadicí kulisa 2, která při otáčení hřídele klapky způsobí buď sepnutí kontaktu plného zatíľení 1, je-li ąkrticí klapka naplno otevřena, nebo sepnutí volnoběľného kontaktu 4 pro klapku v poloze minimálního otevření. Mezi těmito polohami jsou oba spínací kontakty rozpojeny. Spínač se připojuje ke kabeláľi vozidla přes konektor 5.

    Drobným nedostatkem některých systémů vícebodového vstřikování s měřením hustoty nasávaného vzduchu je potřeba sesynchronizovat začátek vstřikování s polohou klikové hřídele, coľ můľe vést k nezbytnému seřízení snímačů polohy.

Přímé měření vzduchu

    Zpřísňování emisních předpisů si vynutilo přesnějąí regulaci sloľení směsi. Přesnost je omezena přesností měření nasávaného vzduchu. Proto se přeąlo na snímače, které umoľňují dosáhnout vyąąí přesnosti neľ způsoby nepřímého měření.

    Prvním z nich, dosud uľívaným snímačem mnoľství vzduchu, je průtokoměr (obr. o128). Proud vzduchu nasávaný motorem otvírá náporovou klapku 2 natolik, aľ nastane rovnováha mezi tlakem vzduchu a vratnou silou na náporové klapce. Pohyb klapky se přenáąí na potenciometr, takľe kaľdé její poloze odpovídá určité výstupní napětí, které se přivádí do řídící jednotky.

    Vyrovnávací klapka 4, která má stejnou plochu jako náporová, zabraňuje působení zpětných rázů tlaku na náporovou klapku a současně tlumí její zakmitávání.

    Součástí snímače je i měřič teploty nasávaného vzduchu 6, protoľe samotné mnoľství není postačující pro stanovení hmotnosti vzduchu. Ta je, jako u vąech plynů, závislá i na teplotě.

    K základnímu nastavení sloľení směsi ve volnoběľných otáčkách slouľí stavěcí ąroub 1.

    Daląím typem snímačů mnoľství nasávaného vzduchu jsou měřiče jeho hmoty pouľívající vyhřívaného drátu nebo filmu. Tyto snímače jsou umís»ovány mezi vzduchový filtr a ąkrticí klapku, kde vyhodnocují proud hmoty vzduchu v [kg/h].

    Oba typy pracují na stejném principu. V proudu přicházejícího vzduchu je umístěno elektricky vyhřívané tělísko, které je tímto vzduchem ochlazováno. Elektrický proud je regulován tak, aby udrľel teplotu tělíska konstantní a vyąąí, neľ je teplota vzduchu. Jeho velikost je pak úměrná toku vzduchové hmoty.

    Způsob měření zohledňuje i hustotu vzduchu, která ovlivňuje určitým podílem velikost odebíraného tepla z ohřívaného tělíska. Není tedy potřeba samostatného měřiče teploty nasávaného vzduchu jako u předeąlých způsobů měření.

    Princip snímače s vyhřívaným drátem vyplývá z obr. o129. V části a jsou zakresleny jeho hlavní díly a to vyhřívaný drát RH 2 z platiny o průměru 70 mikrometrů, který je ovlivňován hmotou vzduchu QM, stejně jako snímač teploty RK 1, který kompenzuje teplotu nasávaného vzduchu. Dále je to přesný odpor RM 3, na který jiľ nasávaný vzduch nepůsobí. Vąechny díly jsou součástmi můstku, jehoľ schéma je uvedeno v části b obr. o129.

    Vyhřívaný drát RH a snímač teploty RK se v můstku uplatňují jako teplotně závislé odpory. Průtokem ohřívacího proudu se na přesném odporu RM vytváří napětí UM úměrné hmotě nasávaného vzduchu. To se přivádí k řídící jednotce jako signál snímače. Odpory R1 a R2 jsou kalibrační a slouľí k vyváľení můstku při základním nastavení.

    Aby nedocházelo ke zkreslení měření vlivem nečistot v nasávaném vzduchu, které se usadí na vyhřívaném drátě, drát se po vypnutí motoru krátkodobě ohřeje na vysokou teplotu.
Na dobu 1 sekundy na 900°C.
Tím se nečistoty spálí nebo odpaří a drát je očiątěn.

    U měřiče s vyhřívaným filmem se pouľívá tělíska s tenkou vrstvou platiny nebo niklové mříľky potaľené kaptonem.
Materiál odolávající vysokým teplotám.
Jak je zřejmé z obr. o130a, není jiľ ohřívaný odpor součástí můstku, který je tvořen odpory R1 a R2 v jednom rameni spolu s kompenzačním snímačem teploty RK, zatímco v druhém rameni můstku je odpor R3 spolu s teplotně závislým odporem RS, který vyhodnocuje teplotu tělíska.

    Výstupní napětí můstku se mění tak, aby teplota tělíska byla stálá, takľe jeho hodnota závisí na chladicích účincích hmoty nasávaného vzduchu a slouľí jako výstupní signál měřiče.

    Konstrukční řeąení je zřejmé v obr. o130b. Vąechny prvky důleľité pro přechod teploty jsou uspořádány na keramické destičce po proudu vzduchu. Nečistoty se tedy usazují převáľně na přední hraně tělíska snímače RS. Uspořádání je takové, aby nevedly k odklonění proudu vzduchu. Touto konstrukcí je zabezpečena dlouhodobá přesnost měření i bez spalování nečistot.

    Vąechny dosud popsané způsoby přímého měření mnoľství nasávaného vzduchu se vyznačují jistou setrvačností a» mechanickou nebo tepelnou. Proto mají omezenějąí pouľití neľ měřič objemu proudu vzduchu, tzv. Karmanův vířivý průtokoměr, jehoľ princip je na obr. o131.

    Jestliľe se nasávaný proud vzduchu upraví laminátorem na laminární a poté se v něm vytvoří pomocí kolíku vířivé nesymetricky uspořádané vzduąné víry (nazývané Karmanovou řadou), je jejich četnost úměrná průtoku nasávaného vzduchu. Četnost se měří ultrazvukovými signály vysílanými napříč proudu nasávaného vzduchu. Rychlost ąíření ultrazvukových impulsů je ovlivňována vzduąnými víry, coľ je měřeno přijímačem umístěným na opačné stěně sacího kanálu.

    Po zpracování v daląích stupních přijímače se signál ve formě napě»ových impulsů, jejichľ kmitočet je úměrný objemu proudu vzduchu, přivádí k řídící jednotce.

Korekce podle atmosférického tlaku

    Protoľe motor potřebuje ve vyąąích nadmořských výąkách méně paliva, jsou některé systémy regulace sloľení směsi vybaveny snímačem atmosférického tlaku. Snímač vysílá signál do řídící jednotky, která zkrátí dobu otevření vstřikovacích trysek. Směs vzduchu s palivem je tak stále korigována podle nadmořské výąky.

    Korekce podle výąky není potřebná u systémů měřících hustotu nasávaného vzduchu, tj. se snímači tlaku v sacím potrubí a teploty nasávaného vzduchu. Tyto snímače registrují změny způsobené měnící se nadmořskou výąkou.

Vliv motoru na dávkování paliva

    Dávkování paliva není ovlivňováno pouze hmotností nasávaného vzduchu. Z poměru paliva a vzduchu pouze vyplývá sloľení směsi. To vąak musí vycházet z provozních podmínek motoru. Ty jsou dány zejména jeho otáčkami, zatíľením a provozní teplotou. Podle těchto vlivů se mění poľadavky na sloľení směsi, které musí regulační systém nastavit. Proto jsou nedílnou součástí systémů regulace sloľení směsi snímače jednotlivých veličin, které je třeba brát v úvahu, aby se při vąech předpokládaných provozních podmínkách zajistil optimální chod motoru. Tím se rozumí nejen spotřeba zaručovaná výrobcem vozidla, dále emise ąkodlivých látek, jejichľ přípustnou úroveň stanoví zákon, ale i jízdní vlastnosti, jako je zrychlení, hlučnost chodu a daląí chování vozidla i motoru.

Snímače otáček a polohy klikové nebo vačkové hřídele

    Otáčky a polohu klikové nebo vačkové hřídele není třeba snímat pouze u motorů se spojitým vstřikováním. U tohoto druhu vstřikování je dávkování paliva řízeno předevąím podle mnoľství nasávaného vzduchu. Je tedy na otáčkách motoru a polohách jeho hřídelí zcela nezávislé.

    Úplně jiná situace je u vstřikování časovaného, kde jsou u vąech systémů otáčky motoru určující. U větąiny navíc i poloha klikové nebo vačkové hřídele, případně obou. Vzhledem k různorodosti regulačních systémů, coľ je dáno nejen potřebami motoru, ale i cenovými a patentovými hledisky, se v praxi vyskytují následující skupiny.

  • Jeden snímač v rozdělovači vn spojeném s vačkovou hřídelí.
  • Jeden snímač u setrvačníku klikové hřídele.
  • Dva snímače u setrvačníku klikové hřídele.
  • Jeden snímač u klikové a jeden na vačkové hřídeli.
  • Dva snímače na vačkové hřídeli.

    Problematiku jednotlivých skupin lze shrnout následovně.

Jeden snímač v rozdělovači vn spojeném s vačkovou hřídelí

    Snímač takto umístěný můľe poskytovat obvykle pouze informaci o otáčkách motoru. To je postačující pouze u systémů vstřikování, u kterých není okamľik otevření trysky nebo trysek plně závislý na poloze klikové nebo vačkové hřídele. Jsou to buď systémy jednobodového vstřikování, u kterých se provádí rozdělení směsi k válcům sacím potrubím, nebo vícebodové simultánní vstřikování na sací ventily, kde se palivo vstřikuje během kaľdé otáčky motoru vąem válcům současně. Signál snímače slouľí pro určení okamľiku, kdy mají být trysky otevřeny.

    Mnohdy je pouľíván jak pro řízení vstřikování, tak pro řízení zapalování. Řídící jednotka pak tvaruje nejen impulsy pro otevírání vstřikovacích trysek, ale i impulsy pro regulaci doby, po kterou má protékat proud primárem zapalovací cívky a okamľik záľehu. Zapalování je pak omezeno na pouhý zesilovač výkonu, který tyto signály zesiluje.

    Pominou-li se mechanické přeruąovače, se kterými se lze dnes setkat jen výjimečně, je moľno najít v rozdělovačích následující typy snímačů.

    Indukční snímače, které vyuľívají změny magnetického pole k tomu, aby se v indukčnostech nacházejících se v tomto poli, indukovalo střídavé napětí. Kmitočet tohoto napětí je závislý na počtu změn mg. pole, velikost napětí na jejich rychlosti. Změny pole vytváří rotující část snímače, která je spojena s hřídelí rozdělovače, stejně jako palec vn části rozdělující zapalovací napětí.

    Snímače tohoto typu je vyskytují ve dvou provedeních.

    První z nich, nazývané také "jednozubové", je zjednoduąeně zakresleno na obr. o132. Indukčnost 1 snímače je navinuta na jádře z měkkého ľeleza s výstupkem, kolem kterého se pohybuje rotor 2 z magnetického materiálu. Rotor je opatřen výstupky (zuby), které se při otáčení hřídele rozdělovače přibliľují statorovému výstupku. Tím se uzavře magnetický obvod a v indukčnosti se indukuje napětí.

    Druhým typem je tzv. "rotačně symetrický". Jak vyplývá z obr. o133, na kterém je princip jeho funkce, je indukčnost 2 navinuta na jádře buzeném permanentním magnetem 1. Na hřídeli rozdělovače je umístěno zubové kolo 4. To má stejný počet zubů, kolik je pólových nástavců permanentního magnetu a také válců motoru. Při otáčení hřídele rozdělovače se magnetický obvod uzavírá přes mezeru 3 a v indukčnosti se indukuje napětí. Nedostatkem tohoto způsobu je, ľe ąířka nástavců je poměrně větąí neľ u prvního typu, takľe změny velikosti výstupního napětí snímače s otáčkami rozdělovače jsou poměrně větąí neľ u prvního typu, coľ ztěľuje synchronizaci začátku vstřikování. Proto není tento typ k tomuto účelu pouľíván a je v rozdělovači nahrazen snímačem zaloľeným na Hallově jevu.

    Snímač s Hallovým prvkem vyuľívá toho, ľe polovodičem, na který je přivedeno stejnosměrné napětí, bude protékat proud, působí-li na něj magnetické pole. Uspořádání a princip takového snímače pro pouľití v rozdělovači je na obr. o134. V části a tohoto obrázku je osvětlen výąe uvedený princip. A je stav bez magnetického pole - proud neteče; B s polem, proud protéká.

    V daląích částech, tvořených integrovaným obvodem, jsou tyto změny převáděny na napě»ový signál o dvou různých hodnotách s velmi rychlým přechodem mezi nimi. Změny mg. pole nastávají zasouváním a vysouváním clony z měkkého ľeleza do mezery v magnetickém obvodu snímače (část b) obr. o134. Náznak úplného konstrukčního řeąení takového snímače je v části c zmíněného obrázku.

    Mimo výąe popsané typy se v rozdělovačích vyskytují i snímače optoelektronické, s dvojicí tvořenou světloemitující diodou a fototranzistorem a snímače elektromagnetické, tvořené oscilačním obvodem, jehoľ kmitočet se mění s otáčkami motoru, případně daląí.

Jeden snímač u setrvačníku klikové hřídele

    Takové snímače jsou pouľívány tam, kde jsou zvláątní poľadavky na přesnost snímání otáček, případně i polohy klikové hřídele. Jsou to převáľně snímače indukčního typu, jejich indukčnost je navinuta kolem tyčinkového jádra z permanentního magnetu. Magnetický obvod se uzavírá přes těleso klikové skříně a ozubení věnce setrvačníku. 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 tímto snímačem snímat současně také poloha klikové hřídele odpovídající např. horní úvrati 1. válce, musí být na věnci odpovídající referenční značka. Můľe jít o mezeru mezi zuby věnce (obr. o135). Často bývají dvě protilehlé značky nebo i více značek.

Dva snímače u klikové hřídele

    Bývají rovněľ převáľně induktivního typu. Jak vyplývá z obr. o136, bývá jeden ze snímačů umístěn proti zubům věnce setrvačníku, druhý pak tak, aby kolem něj procházela referenční značka tvořená kolíkem vsazeným do setrvačníku. Jinou variantou je otvor vyvrtaný do tělesa setrvačníku. Referenčních značek můľe být i více, podle řeąení regulačního systému, příp. provedení motoru.

Snímače na klikové i vačkové hřídeli

    Tato kombinace snímačů je nejčastěji pouľívaná u systémů s rotačním rozdělením vysokého napětí ke svíčkám motoru. Obvykle je snímač u klikové hřídele indukčního typu a bývá umístěn proti referenčnímu kolíku nebo otvoru.

    Snímač na vačkové hřídeli se nachází uvnitř tělesa rozdělovače a bývá obdobného provedení jako tzv. "jednozubový". Počet "zubů" bývá různý. Např. u provedení podle obr. o137, pouľívaného u systémů pro vozidla italské výroby, jsou to zuby dva, umístěné nesouměrně. Jejich úhlová vzdálenost je 270° a 92°. Spolu se signálem snímače u klikové hřídele poskytují informace pro řízení sekvenčního vstřikování, u kterého jsou trysky otvírány jednotlivě.

Dva snímače na vačkové hřídeli

    Rovněľ bývají pouľívány větąinou u snímačů s rotujícím rozdělením vn. Jsou tedy umís»ovány v tělese rozdělovače. Vyskytují se nejčastěji u vozidel japonských značek. Např. Honda pouľívá dvou induktivních snímačů (obr. o138). Jejich rotory, tvořené magnetickým materiálem, mají různý počet výstupků. Rotor označený G má dva protilehlé a druhý N pak 24 výstupků s rozestupem 15°.

    Proti kaľdému je indukčnost s magnetickým jádrem. Při otáčení hřídele s nasazenými rotory se ve vinutích indukují dva, resp. 24 impulsů během otáčky.

    Signály se přivádějí do řídící jednotky, která určí rychlost otáčení změřením časového intervalu mezi impulsy signálu N.

    U systémů ECCS fy Nissan je pouľito optoelektronických snímačů (obr. o139). Sestávají z fototranzistoru a světloemitující diody. Mezi nimi se při otáčení hřídele pohybuje disk s výřezy, který je na hřídeli nasazen. Na disku jsou při okraji výřezy pro snímač otáček, blíľe středu výřezy pro polohu hřídele. Signály snímačů postupují do řídící jednotky k daląímu zpracování.

    Elektromagnetické snímače umístěné u klikové hřídele mívají nejčastěji pevně určenou polohu. V případě potřeby se nastavuje pouze mezera mezi jejich jádrem a zuby setrvačníku. Jinou variantou mohou být značky na řemenici klikové hřídele nebo zvláątním disku upevněném na hřídeli. Je-li mezera přílią malá nebude výstupní napětí postačovat k zabezpečení správné funkce regulace.

    Snímače spojené s vačkovou hřídelí vyľadují obvykle seřízení jak orientace rotoru, tak polohy statoru spojeného s indukčnostmi snímačů.

Snímače teploty

    Mimo snímání teploty nasávaného vzduchu, která ovlivňuje jeho hmotnost, provádí se snímání teploty daląích medií, které vyjadřují provozní stav motoru, nebo jejichľ teplotní stav můľe chod motoru ovlivnit.

    První z nich je teplota chladicí kapaliny, která udává, zda je motor studený, či zda je zahřátý na provozní teplotu. U studeného motoru se provádí obohacení směsi prodlouľením doby otevření vstřikovacích trysek. Obohacení přidáváním paliva je u studeného motoru potřebné ze dvou důvodů. Jednak proto, ľe na studených stěnách sacího potrubí a motoru dochází ke kondenzaci paliva a tak se směs ochudí. Musí být proto vstříknuto více paliva, aby se zachovalo potřebné sloľení směsi. Druhým důvodem je, ľe mírně bohatá směs hoří s vyąąí spalovací teplotou a motor se dříve zahřeje.

    Druhý snímač teploty bývá pouľíván k měření teploty paliva. Pokud je v systému pouľit, bývá umístěn v rozdělovacím potrubí paliva k tryskám. Signál o teplotě paliva u motoru je pouľíván k případnému zvětąení vstřikovaného mnoľství aby se vyloučilo tvoření par paliva při teplém startu.

    Teplotní snímače bývají obvykle polovodičové odpory se záporným nebo kladným teplotním součinitelem. Hodnota jejich odporu se tedy zmenąuje nebo zvětąuje se změnou teploty media ve kterém se nacházejí.

Napětí vozidlové sítě

    Napětí v napájecí síti vozidla se v celém rozmezí otáček a zatíľení motoru v malých mezích mění. Toto kolísání napětí můľe způsobovat zpoľdění odezvy vstřikovacích trysek. Proto je u některých systémů prováděna korekce doby vstřikování, která toto zpoľdění vyrovnává.

    Korekční obvod je součástí řídící jednotky, zvláątní snímač napětí se nepouľívá.

Měření sloľení směsi

    Má-li systém zabezpečit tvorbu směsi s předpokládaným sloľením, je ľádoucí, aby řídící jednotka dostávala informaci o výsledku regulace a případně prováděla potřebnou korekci mnoľství vstřikovaného paliva. Tuto informaci lze získat pouze z výfukových plynů, podle mnoľství zbylého kyslíku. Jako snímače se pouľívá tzv. lambda sondy. Její funkce je zaloľena na principu galvanického kyslíkového článku s elektrolytem v pevné fázi.

    Zjednoduąené schéma snímače na na obr. o140. Pevný elektrolyt je tvořen keramickým tělískem 1, které je z jedné strany uzavřeno a pro plyn neprůchodné. Povrchové plochy tělíska jsou z obou stran opatřeny elektrodami 2 z tenké platiny propouątějící plyn.

    Takto provedené tělísko je chráněno na vnějąí straně porézní keramickou vrstvou 6 a je umístěno ve výfukovém potrubí 5, kde na něj působí výfukové plyny. Vnitřní otevřený prostor je spojen s okolním vzduchem, který slouľí jako referenční plyn.

    Pouľitý keramický materiál se od 350°C stává vodivým pro ionty kyslíku. Liąí-li se jeho podíl na obou stranách snímače, vzniká mezi platinovými elektrodami elektrické napětí, které lze snímat z kontaktů 3 a 4 (kontakt tělesa).

    Toto napětí je závislé na obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Jeho zbytky jsou v plynech i při přebytku paliva ve směsi. Při bohaté směsi budou hodnoty napětí 800 aľ 1000 mV, naopak při chudé směsi bude jen asi 100 mV. V přechodové oblasti z bohaté do chudé směsi se napětí mění skokově, stechiometrické směsi (lambda = 1) odpovídá napětí 450 aľ 500 mV.

    Vodivost iontů kyslíku je velmi závislá i na teplotě keramického tělesa snímače. Průběh napětí tedy bude také ovlivněn teplotou. Výąe uvedené hodnoty jsou při pracovní teplotě lambda sondy kolem 600°C.

    I rychlost změny napětí v důsledku měnícího se sloľení směsi je závislá na teplotě. Při teplotě pod 350°C je změna v rozmezí sekund, při 600°C reaguje sonda v čase kratąím neľ 50 ms. Proto je při startu motoru regulace sloľení směsi vypnuta aľ do zahřátí sondy na teplotu asi 300°C.

    Umístění lambda sondy musí být zvoleno tak, ľe při deląím provozu s plně zatíľeným motorem teplot nepřekročí 850°C. Krátkodobě je přípustné zvýąení aľ na 900°C.

    Přílią vysoké teploty jsou příčinou nízké ľivotnosti snímače. Proto se začalo pouľívat elektricky vyhřívané lambda sondy (obr. o141). U takových snímačů zvyąuje elektrický topný článek teplotu keramiky při nízké teplotě výfukových plynů. Vyhřívaná sonda můľe být umístěna dále od motoru, takľe je při plném výkonu méně teplotně namáhána. Elektrické vyhřívání se zapíná jen při malých zatíľeních motoru, kdy je teplota výfukových plynů nízká. Při větąích zatíľeních je jejich teplota určující. Vyhřívání zahřeje sondu na provozní teplotu během 20 aľ 30 s a její provozní teplota je dále během celého jízdního provozu téměř optimální. To přispívá k přesnosti regulace sloľení směsi a má příznivý vliv na ľivotnost, která dosahuje v průměru 150 000 km proběhu.

    Aby nebyla katalyticky aktivní vnějąí platinová elektroda poąkozena, musí být motor provozován s bezolovnatým benzinem.

    Napě»ový signál ze sondy se přivádí do řídící jednotky, která podle jeho velikosti ovládá sloľení směsi, tj. její ochuzení nebo obohacení. Tento typ snímače má skokovou charakteristiku v oblasti blízké stechiometrické směsi. Poměr paliva a vzduchu kolísá neustále v oblasti několika procent kolem lambda = 1.0. Je tedy vhodný pro motory s tzv. třísloľkovým katalyzátorem, který má největąí účinnost potlačení vąech tří ąkodlivých sloľek ve výfukových plynech právě v této oblasti.

    V oblasti chudých směsí má pouze omezené pouľití. Měření libovolných hodnot lambda > 1.0 umoľňuje tzv. chudá lambda sonda, pouľívaná převáľně u motorů se spalováním chudé směsi. U tohoto typu sondu se pouľívá výkonového vyhřívání (aľ 18 W) a tzv. hraničního proudu. Ten vzniká přivedením vnějąího elektrického napětí na platinové elektrody sondy. Tím dojde k přečerpání iontů molekul kyslíku do katody k anodě. Vzniklá difúzní bariéra brání přechodu molekul kyslíku z výfukových plynů ke katodě. Teprve překročí-li obsah kyslíku mnoľství dané velikostí přečerpávacího napětí, vzniká hraniční proud, který je úměrný tomuto obsahu. Sonda umoľňuje měřit sloľení směsi lambda v rozmezí <1.0;1.5>.

    Pokud vąak motory pracují nejen s chudými směsi, ale i se smíąenými, kdy je regulovaná hodnota častěji pro lambda = 1.0, pouľívá se spíąe ąirokopásmové sondy. Tak poskytuje validní, vcelku lineárně rostoucí signál pro sloľení lambda <0.8;1.8>. Její princip vyplývá z obr. o142. Je to dvoučlánkový snímač, spojující chudou sondu na principu hraničního proudu se "selektivní" sondou s kyslíkovým článkem.

    Oba články jsou z oxidu zirkoničitého potaľené dvěma platinovými porézními elektrodami. Jsou uspořádány tak, ľe mezi nimi vzniká měřicí mezera. Tato je přes otvor pro vstup plynu v pevném elektrolytu propojena s okolním vzduchem. Otvor tvoří současně difúzní bariéru, která určuje hraniční proud. Elektrický obvod reguluje napětí přiváděné na přečerpávací článek tak, aby sloľení směsi v mezeře zůstávalo stále na lambda = 1.0. Při chudé směsi je kyslík z mezery přečerpáván článkem ven. Při bohaté směsi je naopak kyslík přečerpáván z výfukových plynů (rozkladem CO2 a H2O) do okolí a směr proudu je opačný.

    Přečerpávací proud je vľdy úměrný koncentraci nebo potřebě kyslíku. Při stechiometrickém sloľení směsi je nulový. Vyhřívání, které je součástí snímače, zabezpečuje potřebnou provozní teplotu, která je minimálně 600°C.

    Pouľitý typ lambda sondy je závislý na způsobu omezení ąkodlivých sloľek emisí ve výfukových plynech. Jednotlivé způsoby a jejich zvláątnosti budou popsány v daląím.

Soupravy zapalování

Podmínky záľehu a spálení směsi

    Připravenou směs, přivedenou do spalovacího prostoru ve válcích motoru, je třeba zaľehnout. Při jejím shoření se energie obsaľená v palivu přemění na mechanickou práci. Termodynamická účinnost přeměny je závislá na sloľení směsi. Při bohaté směsi (lambda < 1.0$) je výkon motoru vyąąí, avąak měrná spotřeba roste.

    U chudých směsí (lambda > 1.0) je výkon niľąí, ale měrná spotřeba klesá. Tyto skutečnosti postihuje graf o21, ve kterém je pro různé kompresní poměry uvedena závislost termodynamické účinnosti etath na součiniteli lambda. Účinnost roste strmě do lambda = 1.0 a dále pak pozvolně, ale trvale. Závislost platí pro ideální záľehový motor spalující tekutá uhlovodíková paliva. Chování reálného motoru je vąak odliąné, coľ vyplývá z čárkovaně vyznačeného průběhu závislosti termodynamické účinnosti typického záľehového motoru s kompresním poměrem 6.3:1. Maximum jeho účinnosti je při lambda přibliľně rovno 1.2, zatímco průběhy ideálních motorů maxima nemají. Je to způsobeno tím, ľe u ideálního motoru se směs během pracovního cyklu zapálí a shoří, zatímco u reálného dochází k selhání záľehu, opoľděnému zapálení, prodlouľenému hoření a obvykle ke kombinaci těchto jevů.

    Vliv zapalování na termodynamickou účinnost reálného motoru vyjadřuje diagram o22. Od určité hodnoty lambda, jejíľ velikost je závislá na dokonalosti funkce zapalování, se účinnost při daląím ochuzování směsi začne zhorąovat, motor vlivem selhávání zapalování ztrácí výkon a pracuje nepravidelně, aľ se nakonec zastaví. Jako nedokonalé se hodnotí zapalování, se kterým dochází ke zhorąování termodynamické účinnosti motoru ihned za stechiometrickou směsí (lambda = 1.0). Za vyhovující lze povaľovat zapalování, které zhorąuje účinnost aľ po ochuzení směsi o 10 % (lambda = 1.1), a za dobré, se kterým zhorąení nastává aľ při ochuzení o 20 % (lambda = 1.2).

    Čím dokonalejąí je zapalování, s tím chudąí směsí lze dosáhnout maxima termodynamické účinnosti a tím niľąí bude spotřeba, emise i lepąí jízdní vlastnosti motoru. Podle průběhu závislosti měrné spotřeby a emisí, případně nerovnoměrnosti chodu motoru na součiniteli lambda, pro různé parametry zapalování lze posuzovat jeho dokonalost.

    Nemá-li dojít při ochuzování směsi ke zhorąení termodynamické účinnosti motoru vlivem zapalování, musí dojít nejen k zapálení směsi ve válci, ale zapálený objem musí být také dostatečně velký, aby hoření nezhaslo.

    Zapalovací soustava tedy musí:

  • Vytvořit napě»ový impuls dostatečné velikosti, aby mezi elektrodami svíčky doąlo k elektrickému výboji.
  • Při elektrickém výboji uvolnit energii postačující k zaľehnutí zápalné směsi a udrľení jejího hoření.

    Aby nedoąlo k nadměrným emisím uhlovodíků v důsledku nedokonalého nebo neúplného shoření, musí být u chudých směsí zapálen dostatečně velký objem. Tím se zkrátí průběh procesu spalování, který je u chudých směsí deląí, protoľe tyto hoří pomaleji. Z toho vyplývají některé poľadavky na zapalovací svíčku. Má mít otevřené jiskřiątě, aby se palivová směs lépe dostala k dráze jiskry. Aby se co nejvíce omezil odvod tepla přes elektrody a stěny válce, mají být elektrody tenké a jiskřiątě vysunuto.

    Zapálení větąího objemu významně napomáhá zvětąení vzdálenosti mezi elektrodami svíčky. Vliv mezery mezi elektrodami na měrnou spotřebu, emise HC a neklid volnoběľného chodu motoru pro různé sloľení směsi na na obr. o23a. Vzrůst emisí HC je způsoben poklesem teploty spalování, coľ se projevuje zejména při menąích mezerách, kdy je zaľehnut jen objem směsi nedostačující k jejímu dokonalému shoření. Výkon motoru klesá, takľe měrná spotřeba (vztahuje se k výkonu) roste. Nedokonalé hoření se projevuje i nerovnoměrným chodem motoru.

    Velikost mezielektrodové vzdálenosti je jedním z určujících parametrů napětí potřebného k vyvolání výboje. K ní přistupuje pracovní tlak ve válci (kompresní poměr) a sloľení směsi. Hodnota přeskokového napětí roste se zvětąováním mezery, kompresního poměru a ochuzováním směsi.

    Mimo velikost zaľehnutého objemu směsi má na průběh shoření směsi vliv i teplota jiskry, která směs zaľehne. Ta je závislá na elektrické energii uvolněné do výboje. Tato energie je dána součinem proudu I tohoto výboje a času t jeho hoření. Jak tyto veličiny ovlivňují spalování směsi s různým lambda vyplývá z diagramů o23b, kde je závislost měrné spotřeby, emisí HC a emisí NOX na součiniteli lambda pro různé proudy výboje při konstantní době jeho hoření t = 2.0 ms. Na obr. o23c je závislost stejných parametrů při konstantním proudu I = 100 mA a různých dobách t hoření výboje.

    Z grafů je zřejmé, ľe doba hoření má být nejméně mezi 1.0 aľ 2.0 ms, aby nemusel být proud výboje přílią velký.

    U hořícího výboje se napětí mezi elektrodami zapalovací svíčky pohybuje podle sloľení směsi kolem 1 aľ 2 kV, takľe energie výboje můľe dosáhnout aľ 200 mJ.

    Parametry zapalovací soupravy jsou závislé na způsobu hromadění energie. Existují dva způsoby a to hromadění v indukčnosti a hromadění v kapacitě. Pro elektronické zapalovací soustavy je to zapalování tranzistorové a zapalování tyristorové.

Tranzistorové zapalování

    U tranzistorového zapalování, obr. o24, se energie hromadí v zapalovací cívce, stejně jako tomu bylo u dříve pouľívaného bateriového. Je dodávána z vozidlové baterie 11, nebo z alternátoru 10. Proud I, který hromadí tuto energii

E = 1 / 2 * L1 * I * I

je závislý na velikosti napětí baterie UBAT, saturačního napětí výkonového tranzistoru USAT a na odporu R1 primárního vinutí zapalovací cívky 7. Platí

Imax = (UBAT - USAT) / R1.

    Veličina L1 je indukčnost vinutí primáru zapalovací cívky. Poměr mezi indukčností L1 primárního vinutí a jeho ohmickým odporem R1 určuje rychlost nárůstu primárního proudu, tj. časovou konstantu

tau = L1 / R1.

    Primární proud dosáhne téměř své maximální hodnoty za dobu T0 rovná se přibliľně 3 * tau od okamľiku sepnutí spínacího prvku, tj. výkonového tranzistoru 4.

    Při přeruąení primárního proudu rozepnutím přeruąovače 8 se v primárním vinutí cívky naindukuje napětí

U1 = L1 * I1 / Tvyp,

kde Tvyp je časová konstanta průběhu přeruąení primárního proudu. Je určována hodnotou indukčnosti L1 primárního vinutí a kapacity C, která sestává z kapacity kondenzátoru zapojeného paralelně k výkonovému spínacímu tranzistoru a z parazitní kapacity v obvodech sekundárního vinutí cívky. Tato je přetransformována se čtvercem poměru počtu závitů sekundárního a primárního vinutí, tj. n2 * n2 / (n1 * n2). Parazitní kapacitu tvoří vlastní vinutí cívky, rozdělovač, vn kabely, atd).

    Pro časovou konstantu platí

tau = druhá odmocnina L1 * C.

    Ze vztahů pro energii aľ po čas se vychází při návrhu zapalovací soustavy. S jejich pouľitím je také moľno ukázat na omezující vlivy jednotlivých parametrů a uvést způsoby, jakými se tato omezení potlačují.

    U dříve pouľívaného bateriového zapalování byl omezujícím prvkem mechanický přeruąovač. Jestliľe spínal proudy větąí neľ 3 aľ 4 A, klesala rychle jeho ľivotnost. Tím byla omezena energie, která se hromadila v cívce, protoľe přínos zvýąení indukčnosti není tak výrazný, jako zvětąení proudu. Kromě toho vyąąí indukčnost zvětąuje časovou konstantu plnění cívky, coľ ovlivní nepříznivě dosaľitelný maximální proud při vyąąích otáčkách motoru. Tuto skutečnost osvětluje obrázek o25.

    Bude-li doba sepnutí primárního proudu dostatečně dlouhá,

T0 = 3 tau1,

dosáhne proud své maximální hodnoty. Pokud vąak bude kratąí, např.

T1 = 1.5 tau1,

dosáhne proud jen 78 % maximální hodnoty a energie nahromaděná v cívce klesne na 60 %.

    Proto byl mechanický přeruąovač nahrazen spínacím tranzistorem, který spíná bez problémů proudy 10 A i více. To umoľňuje sníľit indukčnost primáru cívky a zkrátit dobu potřebnou k dosaľení maximálního proudu. Tím ale vznikly daląí problémy. Při nízkých otáčkách se maximálního proudu dosáhne přílią brzy a daląí přívod energie z baterie se mění v tepelné ztráty, protoľe magnetický obvod je nasycen. Dále to, ľe při vysokých otáčkách dochází opět k poklesu energie vlivem velké časové konstanty. Zmenąit časovou konstantu sníľením indukčnosti není vhodné, protoľe vede k poklesu energie. Proto se sáhlo ke zvětąení odporu primárního vinutí se současným zlepąením odvodu tepla naplněním cívky olejem s dostatečnou elektrickou pevností a tepelnou jímavostí. Současně se pouľilo elektronického řízení doby sepnutí primárního proudu tak, aby v celé oblasti otáček motoru bylo dosahováno pokud moľno stejné hodnoty maximálního primárního proudu. Řízení se provádí posouváním okamľiku zapnutí proudu v závislosti na otáčkách tak, ľe se doba jeho průtoku s rostoucími otáčkami prodluľuje. Protoľe proud je závislý i na napětí baterie, přihlíľí obvod řízení i k němu, takľe úhel sepnutí je řízen podle těchto dvou parametrů (obr. o26).

    Moderní systémy jsou řeąeny nejen s řízením úhlu sepnutí, ale i s omezováním primárního proudu. Omezování se reguluje tak, ľe výkonový spínací tranzistor působí jako elektronicky řízený předřadný odpor. Tím se mění jeho saturační napětí a tedy i hodnota maximálního proudu. Proud se zvýąí, je-li pro dosaľení potřebné energie k dispozici krátká doba, tj. při vysokých otáčkách motoru.

    Výkonový spínací tranzistor má určité maximální přípustné napětí mezi svým kolektorem a ostatními elektrodami. To nesmí být překročeno, jinak se součástka zničí. Proto nemůľe být hodnota napětí na primárním vinutí zapalovací cívky, vzniklého přeruąením proudu cívkou, vyąąí neľ ono maximálně přípustné napětí. Ze vyplývá, ľe napětí lze omezit výběrem kapacity paralelní ke spínacímu tranzistoru, coľ bylo pouľíváno u starąích zapalování.

    Protoľe to prodluľuje rychlost náběhu zapalovacího napětí, pouľívá se nyní omezení polovodičovými prvky, které odříznou hodnoty vyąąí neľ přípustné napětí tranzistoru (5 v obr. o24).

    Je ľádoucí, aby přípustné napětí tranzistoru bylo co nejvyąąí, protoľe primární napětí se zvyąuje na zapalovací (obvykle nad 20 kV) poměrem počtu sekundárních a primárních závitů, tj. n2 / n1. Ovąem v obráceném poměru, tj. n1 / n2 se transformuje sekundární proud, který určuje energii zapalovací jiskry, takľe má být co největąí.

    Je-li jako přeruąovače pouľito buď mechanického, nebo bezkontaktního s Hallovým prvkem, nebo optického, které mohou být "sepnuty" i při stojícím motoru (induktivní nikoliv), musí být řídící elektronika doplněna ochranným obvodem, který v takovém případě vypne po několika sekundách primární proud.

Tyristorové zapalování

    U zapalování tohoto typu (obr. o27) se elektrická energie hromadí v kondenzátoru 4. Platí pro ni vztah

E = 1 / 2 * C * U * U,

ve kterém je C kapacita tohoto kondenzátoru ve faradech a U napětí, kterým je kondenzátor nabíjen.

    Aby byly rozměry tohoto kondenzátoru přijatelné, volí se jeho kapacita do 1 aľ 2 mikrofaradů. Pro dosaľení potřebné energie musí být nabíjecí napětí nejméně 300 V, proto se nemůľe dodávat přímo z palubní sítě vozidla, tedy z alternátoru 8 nebo baterie 9. Jejich napětí musí být na potřebnou hodnotu zvýąeno v měniči 3.

    K elektrickému výboji na zapalovací svíčce dojde při vybití kondenzátoru přes primární vinutí zapalovací cívky 6 a spínací tyristor 7. Tyristor je otevírán impulsem, který časově odpovídá rozepnutí přeruąovače v rozdělovači. Napětí na kondenzátoru je v cívce transformováno na hodnotu potřebnou k přeskoku ve svíčce. Protoľe se energie nehromadí v indukčnosti, je cívka pouze transformátorem a její indukčnost můľe být podstatně niľąí (aľ 10 *) neľ u tranzistorového zapalování.

    Porovnání vlastností bateriového (BZ), tranzistorového cívkového (TCZ) a tyristorového kondenzátorového (VKZ) zapalování je uvedeno obrázky o28a a o28b. Na prvním je uveden časový průběh sekundárního napětí (v % maximální hodnoty), ve druhém pak průběh obvykle dosahovaného maximálního napětí v závislosti na počtu jisker za minutu.

    Ve druhém obrázku je oblast a tvořena poklesem napětí vlivem silného jiskření na přeruąovači, oblast b pak vzájemnými nárazy kontaktů přeruąovače a jejich odskakováním.

    Pomineme-li bateriové zapalování s mechanickým přeruąovačem, vyplývá z obou obrázků, ľe tranzistorové zapalování má podstatně pomalejąí náběh zapalovacího napětí neľ tyristorové, zato je schopno toto napětí udrľet po podstatně deląí dobu, tj. jiskra je výrazně deląí.

    Důleľitost rychlého náběhu zapalovacího napětí plyne z toho, ľe dnes nejpouľívanějąí motory s vysokým měrným výkonem potřebují zapalovací svíčky s vyąąí tepelnou hodnotou. To má za následek, ľe při častých jízdách na kratąí vzdálenosti se svíčky snadno znečistí sazemi. Tím na nich vznikají vedlejąí elektrické cesty (svody napětí). Tyto sniľují vytvářené napětí, takľe energie jiskry klesá a v krajních případech nemusí dojít k přeskoku. Daląími příčinami těchto svodů bývají usazeniny olova na keramice svíčky a vodní kondenzát na jejich elektrodách.

    Zapalování se strmým náběhem jsou na tyto vedlejąí svody poměrně necitlivé. Citlivost vůči nim je charakterizována dynamickým vnitřním odporem zapalovací soupravy. Čím je jeho hodnota niľąí, tím méně klesá napětí dodávané ze zapalovací soupravy, dojde-li ke vzniku svodů.

    Rychlost náběhu zapalovacího napětí také sniľují kapacity vn kabelů rozvádějících napětí z cívek ke svíčkám (případně přes rozdělovač, pak i jeho) a kapacity svíček. Na tyto parazitní kapacity se váľe elektrický náboj, coľ nepříznivě působí na zmíněný náběh napětí.

    Délka jiskry ovlivňuje vzplanutí směsi ve válci a tím má nepřímý vliv na průběh spalování. Homogenní stechiometrické nebo mírně bohaté směsi můľe zapálit jiskra s poměrně krátkým trváním. Chudé a nehomogenní směsi, jaké vznikají zejména při studeném startu nebo při zrychlování z nízkých otáček a při popojíľdění, vyľadují deląí trvání jiskry. Tím se zvyąuje pravděpodobnost, ľe se zapálení schopná část směsi dostane do prostoru jiskry. Dále, ľe bude jádru plamene stále přiváděna energie, takľe toto přetrvá, dokud se teplota směsi vlivem rostoucí komprese nezvýąí natolik, ľe se vytvoří stabilní fronta plamene. U induktivních zapalování obnáąí délka jiskry 0.5 aľ 2.5 ms, u kondenzátorových je vąak obvykle do 0.1 ms.

    Průběh vysokého napětí v závislosti na počtu jisker je zcela jednoznačně nejlepąí u kondenzátorových souprav. Proto bývají nejčastěji pouľívány u vysoce výkonných motorů sportovních automobilů nebo u motorů s krouľivým pohybem pístu (Wankel). Takové motory mají v oblasti nízkých otáček sklon snadno zanáąet svíčky sazemi. Vedlejąí svody, vytvořené na svíčkách sazemi a usazeninami, ovlivňují funkce kondenzátorového zapalování mnohem méně neľ induktivního.

    V poslední době se začínají znovu uplatňovat záľehové motory spalující chudé směsi, které se na rozdíl od stechiometrických mnohem hůře zapalují. Účinným způsobem jejich zapálení se ukazuje přivádění zapalovací energie skrze čelo plamene, v rychle
V intervalech kratąích neľ 1.0 ms.
se opakujících jiskrách. Tím nabude čelo plamene výhodnějąích jak elektrických, tak fluidických a tepelných vlastností.

    Zápalnost chudých směsí se vystupňuje velikostí, tvarem, kmitočtem a trváním jednotlivých jader jiskry. Jestliľe je perioda mezi jiskrami přílią dlouhá, následující jiskry přijdou za čelem plamene ve "vyčerpaných zónách". Zlepąení účinnosti spalování pak bude pouze náhodné, vlivem turbulence "čerstvé náplně" kolem svíčky. Avąak energie přidávaná do původní jiskry bude ztracena.

    Přílią krátká perioda mezi jiskrami zase způsobí, ľe se oblouk chová jako elektrický zkrat a minimalizuje účinek energie do něj přidávané. Pečlivá volba kmitočtu opakování jisker (obvykle pulsují v několika stovkách mikrosekund), dále jejich velikosti a uspořádání elektrod svíčky dovolují, aby následná energie vnikala do počátečního čela plamene, kde bude "elektricky katalyzovat" spalovací proces a ukládat se do plasmy.

    Je přirozené, ľe časové poměry tohoto procesu vyľadují i speciální zapalovací cívku. U ní je optimalizován výkon sníľením poměru mezi počty závitů primárního a sekundárního vinutí. Také provedení sekundáru a přívody vysokého napětí ke svíčkám musí být řeąeny tak, aby se co nejvíce omezilo ruąivé vf pole, vznikající v zapalovací soustavě.

    Vzhledem k vysokým energiím dodávaným takovou soupravou,
Aľ 10 * více neľ u konvenčních soustav.
jsou mnohem vyąąí nároky na výkon měniče napětí baterie na nabíjecí napětí kondenzátoru. Protoľe opakování jisker probíhá velmi rychle, je jedinou moľností pouľít vysokofrekvenčních spínacích zdrojů.

Předstih a jeho vliv na spalování

    Termodynamickou účinnost záľehového motoru ovlivňuje i okamľik záľehu, ve vztahu ke vzdálenosti pístu od jeho horní úvrati (HÚ - měřeno v úhlových stupních).

    Průběh tlaku ve spalovacím prostoru při různých okamľicích (bodech) záľehu je uveden na obr. o29.

Průběh a
odpovídá záľehu v okamľiku $Z_a$, kdy je předstih optimální.
Průběh b
odpovídá přílią časnému záľehu v okamľiku Zb; dochází k detonačnímu hoření a klepání motoru.
Průběh c
odpovídá pozdnímu záľehu v okamľiku Zc; tlak ve spalovacím prostoru je menąí, protoľe se zvětąuje objem, do kterého se zaľehnutá směs rozpíná.

    Nastavení předstihu tedy ovlivňuje měrnou spotřebu. Na velikosti předstihu záľehu jsou také závislé emise ąkodlivin ve výfukových plynech. Jak vyplývá z obrázku o210, je vliv předstihu na emise přesně obrácený, neľ je tomu u spotřeby. Aby se dosáhlo vhodného kompromisu mezi spotřebou paliva a hodnotou ąkodlivých emisí, je řízení okamľiku záľehu mnohdy sloľité, má-li být předstih ve vąech provozních podmínkách optimalizován.

    Optimální předstih je dán poľadavky maximálního výkonu motoru, minimální spotřeby paliva, minimálních emisí a dobrých jízdních vlastností. Současně je nutné dbát na vedlejąí poľadavek zajistit bezpečný odstup od hranice klepání (detonačního hoření). Ke klepání dochází vlivem samozápalů čerstvé směsi, která jeątě nebyla zapálena čelem plamene vzniklého jiskrou svíčky. Příčinou bývá předevąím velký předstih, nízké oktanové číslo benzinu a také vysoký kompresní poměr válců. Detonační hoření vede k tlakovým oscilacím v kmitočtovém pásmu 5 aľ 10 kHz a ke zvýąení teploty ve spalovacím prostoru. Zvýąené tepelné a mechanické namáhání částí motoru (písty, pístní krouľky, těsnění hlavy, ojnicových loľisek atd.) můľe vést při deląím působení k poąkození motoru.

    Doba, která proběhne od přeskoku jiskry k úplnému hoření se sice zkracuje s rostoucími otáčkami motoru, aby vąak spalovací tlak, vztaľený na výkon motoru, zůstal s rostoucími otáčkami optimální, musí být předstih stále větąí.

    Optimální předstih je také závislý na zatíľení motoru, které je obvykle úměrné otevření ąkrticí klapky. Při plném zatíľení je ąkrticí klapka ąiroce otevřena a směs je obohacena. Přitom je rychlost ąíření čela plamene poměrně vysoká a záľeh má proběhnout později, neľ při částečném zatíľení, kdy je ąkrticí klapka otevřena jen málo.

    Palivová směs je ochuzena, protoľe vzrůstá obsah spálených, ale nevytlačených zbytků plynu. Ochuzením se zpomalí hoření a předstih se musí zvětąit.

Mechanická regulace předstihu

    Jak bylo popsáno v kap. věnovaných tranzistorovému a tyristorovému zapalování, dojde k přeskoku jiskry v zapalovací svíčce v okamľiku rozepnutí nebo sepnutí přeruąovače v rozdělovači zapalovacího vysokého napětí. Tento okamľik se musí posouvat vzhledem k natočení klikové hřídele proti horní úvrati válců a to podle otáček motoru. Rozdělovače pouľívané u bateriového zapalování byly vybaveny mechanickými přeruąovači, které rozepínaly během jedné otáčky motoru tolikrát, kolik byl poloviční počet válců motoru. Protoľe rozdělovač vn je spřaľen s vačkovou hřídelí, jejíľ otáčky jsou poloviční neľ klikové, je to tolik rozepnutí (sepnutí) za jednu její otáčku, kolik je válců.

    Posouvání okamľiku ve stupních natočení hřídele proti horní úvrati podle otáček motoru lze měnit odstředivým regulátorem, který je zobrazen, spolu s mechanickým podtlakovým regulátorem, na obr. o211.

    Odstředivý regulátor je tvořen závaľíčky 1, která se více nebo méně rozevírají a tím natáčejí přes pruľinky část otočné hřídele, která rozpíná přeruąovač. Předepnutí pruľinek určuje rychlost zvyąování předstihu podle otáček. Maximální hodnota předstihu je obvykle omezena koncovými dorazy 2 závaľíček.

    Podtlakový regulátor sestává z podtlakové komory 3, která předstih zmenąuje a z komory 4, která jej zvětąuje. Podtlak pro zvětąování předstihu F je odebírán ze sacího potrubí motoru, před ąkrticí klapkou. S klesajícím zatíľením roste podtlak působící na membránu komory 4 a táhlo 6 se posouvá vpravo. Nosná destička přeruąovače 5 se natočí proti směru otáčení hřídele rozdělovače a předstih se zvětąí.

    Podtlak S pro zpoľďovací komoru 3 se v sacím potrubí odebírá za ąkrticí klapkou a prstencová membrána této komory přispívá předevąím ke zlepąení emisí v určitých stavech motoru (volnoběh, popojíľdění apod.). Táhlo natáčí destičku s přeruąovačem ve směru otáčení hřídele rozdělovače a předstih se zmenąí. Zpoľďovací systém pracuje nezávisle na urychlovacím, ale je mu podřízen.

    Současný podtlak v obou komorách realizuje potřebné nastavení dílčího zatíľení ve směru větąího předstihu.

    Mechanické (kontaktní) přeruąovače, i kdyľ řídí elektronická zapalování, podléhají opotřebení kontaktů a změnám jejich nastavení. Nejsou tedy pro novějąí systémy, určené ke splnění zpřísňovaných emisních předpisů, vhodné. Jejich nedostatky odstraňují bezkontaktní přeruąovače. Pro řízení elektronického spínače je pouľito vhodného snímače. Jejich uspořádání v rozdělovači s mechanickou regulací předstihu vyplývá z následujících obrázků. Na obr. o212 je příklad řeąení s induktivním snímačem rotačně symetrického typu pouľívaného firmou Bosch.

    Indukčnost (označená ąipkou), ze které je sváděn signál pro elektronickou část zapalování, je uloľena spolu s permanentním magnetem (feritovým krouľkem) a jeho pólovými nástavci, jejichľ počet je roven počtu válců, na statorové destičce regulátoru předstihu. Statorová destička je ovládána podtlakovou komorou.

    Rotační část snímače je tvořena krouľkem z měkkého ľeleza, který je opatřen výstupky, jejichľ počet je roven počtu válců motoru. Krouľek je spojen s částí osy rozdělovače ovládanou odstředivým regulátorem. Snímač generuje signál, míjí-li výstupky rotoru pólové nástavce na statoru.

    Řeąení s induktivním snímačem jednozubového typu je na obr. o213. Indukčnost navinutá kolem permanentního magnetu tvoří jádro snímače 1. Jsou upevněny na statorové destičce regulátoru ovládané podtlakovou komorou. Rotor snímače 2 je spřaľen s částí hřídele rozdělovače ovládané odstředivým regulátorem. Rotor je z magneticky vodivého materiálu a má tolik zubových výstupků, kolik má motor válců. Snímač generuje signál vľdy, kdyľ některý z výstupků míjí zub statorové části.

    Snímač s Hallovým prvkem je pro pouľití v rozdělovačích vyráběn jiľ ve formě vhodné pro montáľ na statorovou destičku regulátoru výměnou za mechanické kontakty přeruąovače. Na obr. o214 je označen ąipkou. Clona, která otvírá nebo přeruąuje magnetický tok v mezeře snímače, je spojena s palcem rozdělovače, takľe je spolu s ním natáčena odstředivým regulátorem ovládajícím natáčivou část hřídele.

    Uvedené příklady zahrnují nejčastěji pouľívané typy. Mimo ně se vyskytují i jiné druhy snímačů. Mohou být zaloľeny na jiných principech, optoelektronický, s vířivými proudy apod. Vąechny jsou tvořeny statorovou částí umístěnou na destičce, která je ovládaná podtlakovým regulátorem. Druhou částí je rotor spojený s natáčivou částí hřídele rozdělovače, která je ovládaná odstředivým regulátorem. Pracují bezdotykově a výstupní signál je odebírán ze statorové části.

    Mechanické regulátory předstihu provádějí jeho řízení pouze podle otáček a zatíľení motoru. Avąak předstih pro nejlepąí termodynamickou účinnost, tj. největąí kroutící moment, je závislý aľ na 10-ti proměnných, které ovlivňují jeho optimální hodnotu v celém pracovním rozsahu motoru dosti výrazně. Aby se co nejvíce omezil nepříznivý vliv přehlíľení vlivu některých veličin na optimalizaci předstihu, bývají mechanické regulátory doplňovány o součásti vhodně reagující na tyto veličiny. Bývají větąinou zařazovány mezi podtlakovou komoru zvyąující předstih a otvor v sacím potrubí, ze kterého se podtlak odebírá. Součást pak ovlivňuje jeho velikost a tím se mění výąe popsaným způsobem předstih. Je zřejmé, ľe předstih můľe být pouze zmenąen proti hodnotě odpovídající podtlaku v sacím potrubí.

    Jako příklad takovéhoto doplňku můľeme uvést systém SC fy Toyota (obr. 215). Jeho hlavní částí je bimetalovým článkem ovládaný ventil (BVSV), který je ve styku s chladicí kapalinou motoru. Ventil se otevře, jakmile přesáhne teplota kapaliny hodnotu, nad kterou je motor povaľován za teplý. Podtlak ze sacího potrubí je pak přiveden do urychlující komory regulátoru a předstih se zvýąí. Je-li motor "studený", ventil zůstává uzavřen a předstih je regulován pouze podle otáček.

    Obdobných systémů, i podstatně sloľitějąích a reagujících na více proměnných, existuje celá řada. Protoľe jde převáľně o mechanické způsoby, vymyká se jejich popis zaměření této publikace na elektronické systémy a nebude zde detailněji uváděn.

    Přes vąechny doplňky zůstává mechanickým regulátorům předstihu mnoho nedostatků, které brání jejich pouľívání u novějąích vozidel. Nemohou zabezpečit splnění emisních předpisů, neumoľňují dosáhnout niľąí spotřeby a lepąích jízdních vlastností, které by motor mohl mít při výhodnějąím průběhu předstihových charakteristik.

    Např. otáčková regulace s odstředivým regulátorem je nepříznivě ovlivňována jeho setrvačností. Při zvyąování otáček motoru, zejména v oblasti těsně za volnoběhem, je nastavený předstih niľąí, neľ je potřebné pro dosaľení maximálního kroutícího momentu. Motor se "vleče za plynem" a vozidlo hůře zrychluje.

    Při deceleraci, tj. při brzdění motorem, otáčky klesají a setrvačnost odstředivého regulátoru zpomaluje pokles předstihu. To se nepříznivě projeví zvýąením emisí ąkodlivin.

    Tato hystereze otáčkové regulace není jediným nedostatkem mechanických regulátorů. Předstihové charakteristiky motoru mají být v různých provozních podmínkách optimalizovány podle rozdílných kritérií. Takovými kritérii jsou emise, spotřeba, kroutící moment, výkon, tichost chodu, případně kompromis mezi těmito veličinami.

    Proto je optimalizace v různých provozních podmínkách velmi nákladná. Zčásti protichůdné tendence, které jsou patrné zejména na spotřebě a emisích ąkodlivin, vedou v podstatě k nehomogennímu tvaru pole záľehových charakteristik.

    Daląí vstupní veličiny, které ovlivňují předstih, jsou jiľ zmíněná teplota motoru (chladicí kapaliny) a poloha ąkrticí klapky. Zpoľděním předstihu u "studeného" motoru se dosáhne zvýąení teploty výfukových plynů a tím rychlejąího ohřátí motoru s katalyzátorem (je-li pouľit). Po zahřátí motoru se předstih postupně zvyąuje, aby se dosáhlo optimálního kroutícího momentu motoru.

    Pro informaci o ąkrticí klapce je postačující znát dobu, kdy je minimálně nebo maximálně otevřena. Tím je dáno, zda jde o volnoběh nebo maximální akceleraci a dle toho se mění průběh regulace předstihu podle otáček.

    Pole předstihových charakteristik realizovatelných mechanickými regulátory se značně liąí od skutečných potřeb motoru. Pro jejich srovnání můľe slouľit příklad o216. Vpravo je pole nastavované mechanickou regulací a vlevo pole optimálních hodnot. V obou případech jde o závislosti na otáčkách a zatíľení motoru. Vliv teploty by se projevil posouváním polí ve směru osy z, tedy zvětąováním nebo zmenąováním předstihu podle teploty. Ovládání je moľné buď spojité nebo skokové (studený - teplý motor).

Elektronické tvarování charakteristik

    Z potřeby realizovat sloľité průběhy předstihových charakteristik vyplývá nutnost co nejpřesnějąího určení hodnot vstupních veličin, zejména polohy klikové hřídele, otáček a zatíľení motoru. Ke snímání hodnot těchto veličin je pouľíváno stejných druhů snímačů, jaké byly popsány i v části Obvody měření nasávaného vzduchu.

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

    Zatíľení motoru je snímáno podobně jako u mechanické regulace, podle podtlaku v sacím potrubí. Elektronický převodník pro snímač podtlaku bývá zpravidla umístěn v řídící jednotce.

    Na základě signálů ze snímačů se nastavuje hodnota předstihu podle průběhu předstihové charakteristiky, která je pro přísluąný motor naprogramována v řídící jednotce. Její odezva závisí na zapojení tvarovacích obvodů a hodnotách součástek. Jejich volbou dosáhneme poľadovaného průběhu hodnoty předstihu alfa a to dvěma způsoby.

    První z nich realizuje funkční vztah mezi optimalizovaným předstihem alfa a parametry motoru (otáčkami n, podtlakem p atd.). Předpokládáme vyjádření alfa jako součet funkcí f1, f2, ... , fm, z nichľ kaľdá je závislá na jednom parametru.

alfa = f1(n) + f2(p) + ...

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

alfa = f(n, p ... )

    Dle rovnice můľeme pouľít tvarovací obvody s analogovým a lineárním zpracováním signálů ze snímačů. Zde měníme hodnoty obvodových součástí, abychom dosáhli poľadovaného průběhu.

    Jinou variantou je pouľití číslicového zpracování. Funkci f(n) dostaneme s odečtem počtu impulsů od časového okamľiku daného např. určitou polohou klikové hřídele. Po dosaľení stanoveného počtu je generován spouątěcí impuls. Načtený počet impulsů je pak závislý na rychlosti otáčení hřídele.

    Zatíľení motoru, funkci f(p), můľeme realizovat např. ovládáním počátečního nebo "záľehového" stavu čítače otáčkových impulsů. Tím se posouvá průběh otáčkové charakteristiky a výsledný předstih se zvětąuje nebo zmenąuje.

    Je zřejmé, ľe tímto způsobem lze realizovat charakteristiky velmi podobné těm, které se dosahují mechanickými regulátory. Mají vąak proti nim řadu výhod.

    Nemají hysterezi, coľ znamená, ľe průběh je stejný pro zvyąování i sniľování otáček. Neuplatňuje se stárnutí materiálů, průběh zadaný v řídící jednotce se tedy nemění v čase a předstih tedy nemusí být pravidelně kontrolován a seřizován. A v neposlední řadě je významné i to, ľe zadání průběhů lze jednoduąe měnit změnami hodnot součástí nebo zapojení tvarovacích obvodů.

    Příkladem systému vyuľívajícího tohoto způsobu je zapalování Bendix pouľívané u starąích vozů Renault, Volvo a některých daląích značek.

    Druhý způsob umoľňuje dosáhnout podstatně sloľitějąích průběhů, podobných jako v levé části obr. o216. K jejich uskutečnění musí být pouľito výhradně číslicového zpracování dat, tj. signálů ze snímačů přísluąných parametrů. Toto lze provést dvěmi cestami.

    Jedna z nich je tzv. hardvérový způsob, kterým lze snadno dosáhnout i sloľitějąích nespojitých průběhů předstihových charakteristik, závisejících nejčastěji na dvou parametrech, otáčkách a zatíľení motoru. Vliv daląích parametrů se pak můľe vyjádřit korekcí zadaných hodnot předstihu, prováděnou buď skokem nebo spojitě. Jsou to tzv. pamě»ové systémy, protoľe jejich ústřední částí je polovodičová pamě» typu PROM, ve které jsou na jednotlivých pamě»ových místech uloľeny přísluąné hodnoty předstihu alfa. Adresy jsou pak vybírány podle signálů snímačů jednotlivých parametrů.

    Jako příklad je moľno uvést zapalování Digiplex fy Magneti Marelli, pouľívané u vozů Fiat Uno a daląích, obr. o217. V řídící jednotce 1 je umístěna polovodičová pamě» s 512 naprogramovanými hodnotami předstihu. Otáčky jsou snímány snímačem 4 proti ozubenému věnci setrvačníku na klikové hřídeli. Celý rozsah otáček je rozdělen do 64 kanálů. ©ířka 1. aľ 63. kanálu je 70 ot/min; 64. kanál má rozsah 5040 ot/min aľ po maximální.

    Zatíľení motoru je snímáno podtlakovým snímačem umístěným v řídící jednotce a připojeným k sacímu potrubí hadičkou 6. Podtlak je rozdělen do 8-mi hladin po 10 kPa, takľe celkem máme 64 * 8 = 512 naprogramovaných okamľiků záľehu. Kaľdou půlotáčku se vybere podle signálů ze snímače otáček a podtlaku jedna z 512 naprogramovaných hodnot předstihu. Děj je synchronizován signálem horní úvrati ze snímače 5 umístěného proti řemenici klikové hřídele.

    K řídící jednotce je moľno připojit jeątě dva dvoustavové snímače, např. teplý - studený motor a spínač polohy ąkrticí klapky. Řídící jednotka pak můľe ovládat stabilizaci volnoběľných otáček 2. Součástí řídící jednotky je i koncový stupeň zapalování, který pracuje s řízením úhlu sepnutí. Výstup z koncového stupně je připojen k zapalovací cívce a od ní k rozdělovači vn.

    Druhá cesta, programové zabezpečení (softvér), pouľívá regulace předstihu mikropočítačem. Umoľňuje realizovat nejen sloľitou závislost předstihu na otáčkách a zatíľení motoru ale ani regulace podle daląích veličin není obtíľná. Mikropočítač dostává informace o parametrech motoru z přísluąných snímačů. Ze vstupních údajů provádí výpočet funkce a po jeho ukončení přijme rozhodnutí, jaký předstih alfa je optimální a vydá signál pro záľeh.

    Ústřední část počítače, která provádí výpočet optimálního předstihu je mikroprocesor, coľ je integrovaný obvod, jehoľ funkci lze měnit zadáním vhodného programu. V naąem případě zadáváme postup výpočtu předstihu s pořadím dle závaľnosti vstupních parametrů. Jde tedy o součástku více méně univerzální a její funkce není určena výhradně vnějąím zapojením, jako u technického (hardvérového) řeąení, ale je v rozhodující míře závislá na řídícím programu, ve kterém jsou zadány povely pro mikroprocesor. Tento program je zapsán ve vnějąí součástce - paměti ROM - ze které mikroprocesor "čte" postupně jednotlivé povely, které má vykonat.

    Program je určován provedením a zamýąlenou funkcí systému.
Počtem snímačů a druhem jejich signálů, pořadím jejich závaľnosti, druhem funkce výstupních prvků systému atd.
Můľe tedy slouľit pro více obdobných zařízení.
Např. zapalování s rotačním rozdělovačem vn, dvěma snímači na klikové hřídeli, snímači podtlaku a teploty chladicí kapaliny a s koncovými spínači u ąkrticí klapky a jiné.

    Parametry konkrétního motoru, které jsou nezbytné k provedení výpočtu, jsou uloľeny v druhé vnějąí paměti, obvykle typu PROM, kterou si můľe výrobce motoru naprogramovat nebo přeprogramovat dle potřeb motorů i s přihlédnutím k výrobním změnám. Mnohdy bývají tyto paměti provedeny jako výměnný díl, aby se daly snadno nahradit jinou s jiným obsahem.

    Mimo tyto součásti jsou v mikropočítači daląí. Patří k nim pamě» typu RAM, do které mikroprocesor ukládá dílčí výpočty a pak je pouľívá dle instrukcí programu. Dále jsou to obvody vstup/výstup, ve kterých se převádí vstupní a výstupní signály na vhodnou formu pro zpracování a provedení přísluąných operací. Protoľe celá činnost musí být synchronizována, aby regulační proces správně proběhl, je obvyklou částí mikropočítač i časovač.

    Výąe naznačený proces je moľno popsat následujícími obrázky. Na obr. o218 je uvedeno pole předstihových charakteristik uloľených v paměti PROM mikropočítače, závislých na otáčkách a zatíľení motoru. Na daląím, o219, je zjednoduąený funkční postupový diagram programu uloľeného v ROM paměti. Ten naznačuje postup výpočtu hodnoty předstihu s vyuľitím pole charakteristik z PROM paměti.

Postup stanovení předstihu

    Program výpočtu vychází z předpokladu, ľe je zapalovací systém zapnut. Prvním krokem je zjiątění, zda je motor v chodu či nikoliv. Není-li, provádí se start. Pro startování se pouľije jiné předstihové charakteristiky - fS(t,n), která je funkcí otáček (startovacích) a teploty. Je tedy uloľena mimo pole charakteristik z o218, které obsahuje předstihové charakteristiky podle otáček a zatíľení motoru.

    V případě, ľe je motor v chodu, otevře se přístup do pole charakteristik v paměti ROM.

    Druhým krokem programu je zjiątění, zda je motor ve volnoběhu. Jako informace slouľí spínač polohy minimálního otevření ąkrticí klapky. Je-li sepnut (klapka ve volnoběľné poloze) pouľije se pro výpočet předstihu nejspodnějąí křivka 1 pole charakteristik (f1(t)), která slouľí současně i pro výpočet předstihu při deceleracích motoru (klapka se vrátí do volnoběľné polohy).

    Při jmenovitých volnoběľných otáčkách je předstih nejniľąí. Pro otáčky, které jsou niľąí neľ jmenovité volnoběľné, je předstih zvyąován, aby se dosáhlo stabilizace volnoběľného chodu zvýąením kroutícího momentu motoru.

    Z hodnoty vypočtené z otáčkové charakteristiky se provádí korekce podle teploty motoru, coľ je v obr. o218 vyjádřeno svislicemi nad křivkou 1. Tato korekce je kvůli nejrychlejąímu zahřátí motoru na provozní teplotu.

    Je-li ąkrticí klapka otevřena a spínač minimální polohy rozepnut, je daląím krokem programu stanovení, zda není klapka otevřena maximálně (plný plyn). Informace se získává z druhého spínače u ąkrticí klapky, tentokráte pro její maximální otevření. Při něm je spínač sepnut a protoľe to odpovídá maximálnímu zatíľení motoru, provádí se výpočet předstihu podle nejhornějąí křivky 2 pole charakteristik (f2(t)). Zde jsou naprogramovány předstihy pro nejvyąąí kroutící moment s přihlédnutím k mezi klepání. U vypočtené hodnoty předstihu se opět provádí korekce podle teploty motoru. Jak je ale zřejmé z obr. o218 (svislice jsou pod křivkou 2), předstih je korigován negativně, tj. s rostoucí teplotou motoru se sniľuje. Tím se sniľuje nadměrné přehřívání motoru jeho příliąným zatěľováním.

    Není-li ąkrticí klapka v ľádné z obou krajních poloh, pracuje motor v částečném zatíľení a předstih se vypočítá z pole charakteristik v závislosti na otáčkách a zatíľení motoru - fX(t). U vypočtené hodnoty se opět provádí korekce podle teploty. Průběh korekce můľe být poněkud jiný, neľ u předchozích provozních reľimů.

    Výsledná vypočtená hodnota předstihu se vztahuje k úhlu natočení klikové hřídele. Její poloha je nepřetrľitě snímána přísluąným snímačem a jakmile je shodná s polohou vypočtenou mikropočítačem, dojde k záľehu. Ten je vyvolán činností daląích obvodů elektronické části.

    Programový způsob má proti technickému několik výhod. K nejpodstatnějąím patří moľnost zahrnout do programu výpočtu i interpolaci mezi body uloľenými v paměti pole charakteristik. To umoľní zvýąit přesnost výpočtu předstihu, zejména v kritických oblastech, kde se průběhy značně rychle mění, větąinou s různou rychlostí změny a často i s jejím směrem.

    K daląím výhodám patří moľnost jednoduąąích roząíření o daląí parametry regulace. U technické (hardvérové) cesty přidání daląích parametrů znamená obvykle změnu zapojení systému a odpovídající zvětąení kapacity paměti.

    Vąechny popsané způsoby elektronického tvarování předstihových charakteristik vycházejí ze signálů následujících snímačů:

  • Jednoho nebo dvou snímačů informujících řídící jednotku o poloze klikové hřídele a otáčkách motoru. Ze snímače polohy hřídele přichází tolik značek, kolik záľehů má během jedné otáčky nastat. Počet je roven polovině válců motoru. Kaľdá změna spouątí výpočet optimálního předstihu i úhlu natočení hřídele. Při jejich shodě dochází k záľehu.
  • Snímače podtlaku v sacím potrubí, podle kterého je měřeno zatíľení motoru.

    K těmto hlavním informacím přistupují daląí parametry důleľité pro chod motoru. Podle nich se provádí korekce, obvykle plynulým nebo skokovým posouváním hodnoty předstihu vypočtené pro otáčky a zatíľení motoru.

Korekce při detonačním hoření

    Jednou z důleľitých příčin nutné korekce předstihu záľehu je tzv. klepání nebo zvonění motoru. Dochází k němu při vzniku samozápalů částečných objemů směsi stlačované ve válci. Toto vznícení nepochází od záľehu směsi, ale od nadměrného růstu teploty v místech samovznícení vlivem stlačování objemu kompresí. Samozřejmě, ľe k jeho vzniku přispívá i vzrůst teploty ve válci vlivem záľehu, ale samovznícení vznikají v místech, kam se jeątě čelo plamene pocházejícího od záľehu neroząířilo. Vznícení tedy není záľehem řízeno. Vznik samozápalů je usnadňován přílią velkým předstihem, vysokým kompresním poměrem a nízkým oktanovým číslem benzinu.

    O vlivu klepání na motor bylo jiľ řečeno v úvodu této kapitoly. Předstih záľehu patří k hlavním činitelům ovlivňujícím jeho vznik. Vznik je totiľ tím pravděpodobnějąí, čím je předstih vyąąí. Vzniká tak rozpor mezi předstihem pro maximální kroutící moment motoru, při kterém bude spotřeba optimální, a mezi předstihem, kdy dojde ke klepání.

    Průběh obou hodnot v závislosti na otáčkách motoru se výrazně liąí podle kompresního poměru. Vyplývá to z obr. o220. V něm je zobrazena závislost předstihu pro maximální kroutící moment a hranice klepání (detonací) na otáčkách motoru a to pro dva různé kompresní poměry, epsilon = 8.0 a epsilon = 9.0. V obou obrázcích je naznačen i průběh realizovaný obvyklým mechanickým regulátorem. Je z něj patrný jistý odstup od meze klepání, čímľ je zabezpečováno, aby k němu nedoąlo v důsledku zvětąení různých vůlí mechanické regulace s přibývající dobou provozu motoru.

    Elektronická regulace předstihu, která je v čase neměnná a umoľňuje realizovat sloľité průběhy v závislosti na parametrech motoru, dovoluje regulovat předstih pro maximální kroutící moment pod mezí klepání a v ostatních případech na mezi. Tím se dosáhne optimální spotřeby bez sníľení ľivotnosti motoru nebo bez nebezpečí jeho poąkození.

    Mez klepání není ľádná pevná hranice, ale je závislá na různých provozních podmínkách. Zatím není známa moľnost, jak mez zjistit bez vzniku klepání. Při regulaci podél meze tedy k ojedinělému klepání dochází. Při správné funkci regulace není klepání slyąitelné a k poąkození motoru nedojde. Jako snímače se pouľívá piezoelektrického ąirokopásmového měřiče zrychlení, který přeměňuje mechanické kmity na elektrický signál. Je umís»ován na vhodném místě motorového bloku tak, aby bylo bezpečně zjiątěno klepání v kaľdém válci. Je to větąinou na ąirąí straně bloku.

    U ąesti a víceválcových motorů vąak jeden snímač obvykle nepostačí ke zjiątění klepání ve vąech válcích. V takových případech se na motoru pouľívá dvou snímačů, které se přepínají podle sledu záľehů ve válcích. Signály ze 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 jednoduąąích systémů se vyhodnocují signály ze vąech válců společně, dokonalejąí provádějí vyhodnocení signálů kaľdého válce zvláą».

    Jakmile je klepání zjiątěno, provede regulační systém korekci hodnoty předstihu a to jeho zmenąením o určitou hodnotu. Ta je závislá na zvoleném způsobu provedení korekce.

    Jeden z uľívaných způsobů je zřejmý z obr. o221. Jestliľe je zjiątěno klepání u některého z válců, zpozdí se předstih tohoto válce při následujícím záľehu o malou hodnotu (zpravidla < 3° klikové hřídele). Jestliľe klepání i při daląím záľehu potrvá, je předstih znovu sníľen o stejnou hodnotu. To se můľe opakovat vícekrát aľ do doby, kdy klepání zmizí. Po zmizení klepání regulace chvíli vyčká a poté začne předstih po malých hodnotách (asi 1° na kaľdých 20 aľ 100 otáček) zvyąovat aľ k hodnotě u meze klepání. Vyskytne-li se klepání dříve, proces se znovu opakuje.

    Daląí z uľívaných způsobů (vozy Renault a jiné) je zřejmý z obr. o222. Je zaloľen na existenci dvou typů korekce. Rychlá spočívá v okamľitém sníľení předstihu o určitý počet stupňů (typicky mezi 3 aľ 10°); návrat k "naprogramované" hodnotě pak probíhá v jednostupňových přírůstcích za kaľdých 5 aľ 20 otáček motoru. Rychlá korekce zajistí, ľe doba klepání motoru je minimální. Má jistou hysterezi spočívající v tom, ľe dojde-li při "jednostupňovém" zvyąování předstihu ke vzniku klepání, je ihned provedena korekce větąí neľ 1°, která klepání odstraní.

    Druhá, pomalá korekce je spíąe adaptivní neľ ochranná. Jejím účelem je kompenzovat buď dlouhodobé změny motoru, rozdíly mezi jednotlivými motory vyplývající z výrobních tolerancí nebo vliv měnících se provozních podmínek.
Niľąí oktanové číslo benzinu, horký a suchý vzduch apod.
Tato korekce spočívá v pouľití jednostupňového (nebo i větąího) zpoľdění navíc vľdy, kdykoli je provedena rychlá korekce. Návrat k naprogramované mezi klepání je vąak prováděn v jednostupňových přírůstcích na velmi pomalém základě. Po krátké době se vąak adaptivní korekce ustaví na hodnotě, která odpovídá skutečné mezi klepání.

    Oba typy korekcí bývají různě kombinovány a modifikovány podle pouľití na různých motorech a podle cílů, které jsou pouľitím sledovány. Rychlá korekce můľe být prováděna jak pro jednotlivé válce, tak pro vąechny válce téhoľ motoru společně. Korekce podle jednotlivých válců je výhodnějąí, protoľe často jeden válec začne klepat dříve neľ ostatní a pokles kroutícího momentu motoru v důsledku zpoľdění předstihu jednoho válce o 5 aľ 10° je sotva postřehnutelný.

    Pomalá korekce zase můľe být uplatněna pouze v těch oblastech provozních podmínek, kde lze vznik klepání očekávat s vyąąí pravděpodobností. Tyto "kritické" oblasti se snadno stanoví z pole otáčkových a podtlakových charakteristik předstihu a ze znalosti průběhu meze klepání, vąe při standardních provozních podmínkách.

    Jinou moľností adaptivní regulace je způsob, při kterém jsou v paměti počítače uloľeny předstihové charakteristiky pro bezolovnaté benziny super a speciál, kaľdá samostatně. Motor je po nastartování provozován s polem charakteristik pro benzin super a pokud překročí četnost detekovaného klepání přednastavený práh, je systém přepnut na pole charakteristik benzinu speciál. Řidič toto přepnutí nepozoruje, pouze výkon a spotřeba se nepatrně zhorąí. Tak je na libovůli řidiče aby se rozhodl mezi kvalitnějąím palivem s větąím dosahovaným výkonem a levnějąím benzinem s nedostatky ve spotřebě a výkonu.

    U přeplňovaných motorů lze spolu s korekcí předstihu také řídit plnicí tlak (obr. o223). Nasávaný vzduch 1 prochází kompresorem 2, který je spřaľen s turbínou 3 poháněnou výfukovými plyny 4. Plnicí tlak je závislý na hnacím výkonu turbíny, jejíľ záběr je určován průtokovým průřezem obtokového ventilu 5. Ten je ovládán elektromagnetickým taktovacím ventilem 7 řízeným z řídící jednotky 8 podle signálu c ze snímače klepání 6 a signálů daląích snímačů. Jsou to snímače polohy ąkrticí klapky a, tlaku v sacím potrubí b, otáček motoru d a teploty chladicí kapaliny e.

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

    Při atmosférickém plnění je přísluąnou hmotností směsi zaplněn pracovní prostor

VP = VZ + VK.

    Zvýąením plnicího tlaku se do tohoto objemu dostane větąí mnoľství směsi a to úměrně zvýąení plnicího tlaku. Stlačení zvětąené hmotnosti do objemu kompresního prostoru se projeví obdobně, jako kdyby byl touto hmotností směsi zaplněn větąí zdvihový objem VZ za atmosférického tlaku.

    Protoľe kompresní poměr motoru je definován vztahem

epsilon = VP / VK,

vyplývá ze vzorců pro objem a kompresi, ľe změna plnicího tlaku vyvolává stejný efekt jako změna kompresního poměru epsilon motoru.

    Z obr. o21 vyplývá, ľe čím je kompresní poměr vyąąí, tím je vyąąí termodynamická účinnost motoru a tedy jeho spotřeba. Ovąem obr. o220 ukazuje, jak se projevuje kompresní poměr na závislostech meze klepání a maximálního kroutícího momentu motoru na jeho otáčkách. Regulací plnicího tlaku je moľno dosáhnout optimálního kompromisu a tím i spotřeby a výkonu. Kromě toho jsou s ní daląí výhody proti běľným přeplňovaným motorům. Při dílčím zatíľení motoru je turbokompresor méně namáhán, je niľąí protitlak výfukových plynů, zůstává méně zbytků spálené směsi ve válcích, teplota plnicího vzduchu je niľąí, coľ sniľuje pravděpodobnost klepání a úroveň emisí NOX. Při plném zatíľení lze také lépe přizpůsobit průběh plnicího tlaku otáčkám motoru.

    Řízení plnicího tlaku se provádí podle pole charakteristik v paměti řídící jednotky. Snímač tlaku v sacím potrubí měří jeho skutečnou hodnotu a v případě odchylky je tlak upraven elektromagnetickým ventilem.

    Regulace plnicího tlaku má proti korekci předstihu přednost v tom, ľe není ovlivněna tolerancemi jednotlivých dílů a jejich opotřebením, zejména obtokového ventilu a turbokompresoru. Při pouľití snímače absolutního tlaku se dosáhne plnicího tlaku nezávislého v ąirokém rozsahu na velikosti vnějąího tlaku (výąková korekce).

    Jak je patrno v obr. o223 je signálem g řízeno zapalování 9. Při vzniku klepání se provede korekce předstihu u právě klepajícího válce. Kromě toho se provádí sníľení plnicího tlaku, jestliľe zpoľdění provedenou korekcí překročilo alespoň u jednoho válce předem stanovenou hodnotu. Tato hodnota je uloľena v paměti řídící jednotky jako charakteristika nezávislá na otáčkách. Její velikost je stanovena podle maximálně přípustné teploty výfukových plynů na vstupu turbíny. Regulační algoritmus s rychlým poklesem tlaku a jeho pomalým, krokovým zvyąováním ke jmenovité hodnotě je podobný korekci předstihu, avąak s výrazně větąí časovou prodlevou.

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

    Přednostmi této kombinace proti pouhé korekci předstihu jsou zlepąení účinnosti motoru, sníľení teplotního namáhání motoru a turbokompresoru a omezení teploty plnicího vzduchu.

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

Tvorba a rozvod vysokého napětí

    Elektrická energie vzniklá z magnetického pole vytvořeného primárním vinutím zapalovací cívky nebo nahromaděním elektrického náboje v kondenzátoru, nemá napětí dostačující k přeskoku jiskry mezi elektrodami zapalovací svíčky. Proto musí být její napětí na potřebnou hodnotu zvýąeno transformátorem. Ten tvoří zapalovací cívka, která má kromě primárního vinutí i sekundární s velkým počtem závitů.

    Na sekundárním vinutí se vytvoří napětí tolikrát větąí, kolikrát je vyąąí počet závitů n2 sekundárního vinutí neľ počet závitů n1 vinutí primárního. Poměr jejich počtů, tj. n2 / n1 = p, určuje transformační převod cívky a bývá u větąiny zapalovacích souprav mezi 50 aľ 120.

    Vysoké napětí ze sekundárního vinutí se přivádí k zapalovací svíčce válce, ve kterém má být směs zaľehnuta. Jak známo, není přeměna a rozvod ľádného druhu energie prost ztrát. To platí i pro elektrickou energii zapalování.

    V obr. o224 je naznačeno, kde v zapalovací soupravě ztráty vznikají a jaký je přibliľně jejich podíl z celkově nahromaděné energie. Graf vznikl zprůměrováním měření zapalovacích souprav induktivního typu pouľívajících rozdělení vn ke svíčkám rotačním rozdělovačem. Vyplývá z něj, ľe dosaľení větąí energie jiskry je moľné i zmenąením ztrát v jednotlivých dílech zapalovací cesty. Moľnosti jsou dvě, buď dosáhnout větąí účinnosti přenosu nebo vyloučit díl, na němľ ztráty vznikají.

Zapalovací cívky a jejich konstrukce

    U zapalovacích cívek je jedinou moľností zvýąení jejich účinnosti a to volbou konstrukčního řeąení a materiálů pouľitých k jejich výrobě. Na tom závisí ohmické a magnetizační ztráty, případně ztráty vířivými proudy. Tyto ztráty se přemění v teplo, které pak zahřívá zapalovací cívku. Protoľe velikost energie hromaděné v cívce je závislá na její teplotě a s rostoucí teplotou klesá, ovlivňuje výběr materiálu podstatně i celkovou energii v cívce nahromaděnou. Na ztráty energie pro záľeh má vliv konstrukční řeąení, od kterého závisí velikost parazitních kapacit omezujících jak velikost napětí vzniklého při přeruąení primárního proudu, tak rychlost dosaľení jeho hodnoty, při které můľe ve svíčce dojít k přeskoku. Dokud k němu nedojde, ztrácí se nahromaděná energie na různých místech rozvodu vn ke svíčkám, jejichľ izolační stav je horąí neľ mezielektrodový odpor svíčky. K poklesu izolačního odporu těchto částí dochází znečiątěním, zvlhnutím apod.

    Zapalovací cívky dříve, ale i dosud, pouľívané, mají otevřený magnetický obvod. Jejich konstrukce je uvedena v řezu na obr. o225. Magnetický obvod sestává ze dvou částí. Vnitřní jádro 1 je sloupek z transformátorových plechů tlouą»ky kolem 0.3 mm, které jsou vzájemně odizolovány. Na jádře je nasazena izolační trubka 2, na které je navinuto sekundární vinutí 3 cívky. Kaľdá vrstva vinutí je izolována kondenzátorovým papírem a poslední je navinuta s mezerou mezi závity 2 aľ 3 mm, aby se sníľilo nebezpečí průrazu izolace.

    Na sekundární vinutí je navinuto primární 4, čímľ je dosaľeno lepąího odvodu jeho teploty. Obě vinutí spolu s jádrem jsou uloľeny na keramickém izolátoru 6 a celek vloľen v nádobce 8 vylisované z oceli nebo hliníku. Vnějąí část magnetického obvodu 9 je rovněľ v nádobce vloľena a tvořena buď několika závity dynamoplechu, po jedné straně elektricky izolovaného nebo tvarovaného do podoby ozubeného kola; oba způsoby slouľí pro zvětąení objemu magnetického materiálu.

    Prostor mezi vinutími vnějąí části magnetického obvodu a stěnami nádobky je naplněn izolační látkou s bodem tání 140 aľ 160°C nebo transformátorovým olejem, coľ je u novějąích konstrukcí obvyklé.

    Tento typ má podstatné nedostatky. Otevřený magnetický obvod má sníľenou magnetickou vodivost, coľ se projevuje jak sníľením indukčnosti ve vztahu k počtu závitů, takľe rozměry vinutí rostou, tak zhorąením transformační účinnosti, takľe zapalování jako zdroj energie má vyąąí vnitřní odpor. Také způsob vinutí vyplývající z konstrukce není výhodný. Parazitní kapacity sekundárního vinutí jsou velké a to sníľí rychlost nárůstu napětí pro výboj.

    Z výąe uvedených důvodů se roząířily zapalovací cívky s uzavřeným magnetickým obvodem tvořeným jádrem z transformátorových plechů tvaru EI. Na prostředním sloupku jádra je umístěno vinutí zalité v izolační hmotě, která vinutí současně impregnuje.

    Sekundární vinutí bývá navinuto v sekcích, čímľ se dosahuje značně niľąích parazitních kapacit i vyąąí odolnosti proti průrazu. Menąí potřebný počet závitů dovoluje zmenąit rozměry zapalovací cívky, takľe tato bývá často umístěna přímo na víčku rozdělovače (obr. o226). Přednosti takového řeąení jsou zřejmé, zejména můľe-li být na rozdělovači umístěn i elektronický spínač.

Mechanické rozdělení vn k válcům

    Mechanické způsoby rozdělení vysokého napětí k zapalovacím svíčkám jednotlivých válců motoru pouľívají rotující a pevné části. Rotující částí je tzv. palec rozdělovače, pevnou tvoří víčko rozdělovače. Rozdělovač můľe mimo tyto části obsahovat i mechanický regulátor předstihu a/nebo různé snímače. Bývá poháněn od vačkové hřídele motoru, se kterou můľe být spojen přímo nebo prostřednictvím ozubeného či ąnekového převodu.

    Řez jednou z četných moľností (rozdělovač automobilu VAZ 2108), určenou pro přímé spojení s vačkovou hřídelí, je na obr. o227.

    Na tělese rozdělovače 1 je pruľinami uchyceno víčko 6 z izolačního materiálu. V izolantu jsou zalisovány kovové (nejčastěji mosazné) vn vývody, do kterých se nasazují koncovky přívodních kabelů ke svíčkám a k zapalovací cívce. Počet vývodů ke svíčkám je roven počtu válců (mimo zvláątní případy). Vývod k zapalovací cívce, u konstrukce na obrázku je uprostřed víčka, je opatřen uhlíkem s pruľinou. Ten je tlačen proti kovové elektrodě na palci 5 a tak je na rotační část přenáąeno vysoké napětí z cívky. Palec je nasazen na hřídeli rozdělovače, která je spojkou 7 spojena s vačkovou hřídelí motoru. Při otáčení hřídele se elektroda palce pohybuje v blízkosti výstupků vn vývodů pro svíčky v souhlase s pořadím záľehů válců motoru. Mezera mezi elektrodou palce a elektrodami ve víčku je 0.25 aľ 0.8 mm a vzniká na ní úbytek napětí asi 400 V, coľ je ve srovnání se zapalovacím napětím zanedbatelné.

    V tělese rozdělovače je dále umístěn odstředivý regulátor předstihu 2 a snímač otáček, tvořený clonou 3 a Hallovým prvkem 4.

    Zjednoduąený pohled na jedno z četných provedení víčka rozdělovače, s částečným řezem, je na obr. o228. Z obrázku je zřejmá i vnitřní ochrana lakováním proti vzniku vodivých cest vlivem kondenzace vlhkosti.

    Na obrázcích o229 a o230 jsou ukázky nejrůznějąích typů víček a palců. Provedení víček je závislé v převáľné míře na počtu válců
Počet válců můľe být od 2 do 12.
a na uloľení rozdělovače.
Vertikální nebo horizontální orientace.

    Velmi různorodá jsou i provedení palců. Mimo nejstarąí typy obsahují odruąovací odpor zapojený do okruhu přívodu vn. Některé mají omezovač otáček pracující na odstředivém principu.
Spojuje vn kontakt palce s kostrou vozidla (hřídelí rozdělovače).
V řadě případů obsahují různé izolační přepáľky aby se zvýąila odolnost proti povrchovým svodům po izolaci.

    I při poměrné jednoduchosti mechanického způsobu rozdělení vn vznikají určité problémy. Jestliľe je předstih tvarován elektronicky, můľe nastat následující nepříznivý stav.

    Je-li nastavená hodnota předstihu přílią velká, vytvoří se zápalné napětí v okamľiku, kdy je palec dosti vzdálen od elektrody vývodu k přísluąnému válci. Pokud bude přílią blízko k elektrodě předchozího válce, můľe dojít k přeskoku na ni; zvl. proto, ľe přeskokové napětí jeho svíčky bude v tu dobu zpravidla niľąí neľ u pracovního válce. Odpomocí je buď zvětąení průměru víčka rozdělovače nebo se pouľívá odstředivého regulátoru, který palec vhodně natočí v souladu s otáčkami motoru.

    Jiné problémy vznikají u motorů, které pouľívají dvou svíček v jednom válci. Účel tohoto opatření a způsob rozdělení vn ke svíčkám je v podstatě dvojí.

    První skupinu tvoří motory s vyąąím kompresním poměrem, které jsou náchylnějąí k samozápalům v části stlačené směsi nezapálené svíčkou. Pouľitím dvou svíček zapalujících směs současně na dvou místech se zmíněný jev značně omezí. Navíc je tak moľno dodat větąí energii záľehu a tím dosáhnout účinnějąího spalování.

    Příklad tohoto řeąení je na obr. o231. Jde o systém Twin Spark pro motory vozů Alfa Romeo, které mají kompresní poměr 1:10.

    Systém pouľívá dvou samostatných úplných zapalování, které vytvářejí záľeh současně. Vysoké napětí se přivádí ke svíčkám přes dva zcela totoľné rozdělovače.

    Druhou skupinou jsou motory, ve kterých je rozloľení směsi značně nehomogenní. Takovým případem jsou motory s krouľivým pohybem pístu (Wankelovy motory), které jsou pouľívané např. u vozů Mazda RX--7. Jsou to dvouválcové motory s dvojicí svíček ve válci. Záľehy obou svíček jsou časově rozdílné. Tím se dosahuje dokonalejąího shoření směsi, které je takto dodáváno i větąí mnoľství energie. Předpokladem je přesné dodrľení rozdílu v okamľicích záľehu.

    Mechanického rozdělení vn bylo pouľito u motorů dřívějąí výroby, takľe regulace předstihu byla prováděna rovněľ mechanickými regulátory. Celá konstrukce rozdělovače, který je mechanicky sloučen do jediného celku, společného pro obě zapalování, je zřejmá z rozloľeného stavu na obr. o232.

    Víčko 1 a palec 2 rozdělují vn pro obě svíčky obou válců motoru. Vn část rozdělovače je oddělena těsněním 3 od induktivních snímačů umístěných na nosné destičce 6. Snímače jsou spojeny dvěma elektronickými spínači, které ovládají primární proud zapalovacích cívek k nim připojených. Řízení těchto procesů probíhá podle otáčení rotoru 4 z magnetického materiálu, který je spojen s natáčivou částí odstředivého regulátoru předstihu se závaľíčky 7. Podtlaková regulace (zatíľení motoru) je ale ovládána dvěma komorami, primární 9, která ovlivňuje okamľik záľehu první svíčky, a sekundární 10 ovlivňující časové zpoľdění záľehu druhé svíčky téhoľ válce. Celý systém je uloľen v tělese 8. Rozdělovač je umístěn na motorovém bloku a přes pastorek 12 poháněn od vačkové hřídele.

    Vzhledem k této konstrukci a nutnosti přesného seřízení časového rozdílu mezi záľehy obou svíček téhoľ válce, je nastavení předstihu poněkud sloľitějąí. Jak vyplývá z obr. o223a, jsou na řemenici klikové hřídele dvě značky pro nastavení předstihu.

    První z nich, L, slouľí pro nastavení záľehu primární svíčky. Kontrolní stroboskopická pistole se synchronizuje z vn kabelu mezi zapalovací svíčkou primárního zapalování a koncovkou L na víčku rozdělovače (obr. o233b poloľka 4). Není-li značka L řemenice přesně proti kolíku na klikové skříni, natočí se vhodným směrem rozdělovač.

    Poté přepojíme synchronizaci stroboskopu k vn kabelu mezi cívkou sekundárního zapalování a koncovkou T na víčku rozdělovače. Nyní se má proti kolíku na klikové skříni nacházet značka T řemenice. V případě nesouhlasu se provede korekce přestavením sekundární podtlakové komory rozdělovače. Ta je na obr. o234 označena 1, zatímco primární podtlaková komora 2.

    Zvyąování předstihu je ve směru ąipky 4, sniľování ve směru 5. Z obrázku je zřejmé i provedení snímačů otáček a polohy vačkové hřídele 3 pro synchronizaci obou zapalování.

    Mimo uvedené příklady se vyskytují i daląí řeąení včetně kombinací obou druhů. Např. vozidla fy Nissan pouľívají pro čtyřválcové motory se dvěma svíčkami v kaľdém válci jediného rozdělovače i kdyľ zapalovací cívky a výkonové stupně spínačů jsou pro kaľdou svíčku samostatné. Předstih a doba průtoku primárního proudu cívkou jsou tvarovány v elektronické řídící jednotce, která navíc ovládá i daląí systémy.

Bezrozdělovačové rozdělování vn

    Rozvoj elektronických technologií umoľnil realizaci způsobů rozdělení vn ke svíčkám přísluąných válců staticky, bez rotujícího mechanického rozdělovače. Při vhodném konstrukčním řeąení rozdělení odpadají i ztráty v odruąovacích odporech.

    V současné době se pouľívá dvou způsobů rozdělení vn a to s dvoujiskrovými cívkami a s jednojiskrovými.

    Dvoujiskrová cívka (obr. o235) má sekundární vinutí oddělené od primárního a jak začátek tak konec vinutí jsou vyvedeny na samostatnou koncovku. Při přeruąení primárního proudu bude na koncovkách vn napětí opačné polarity. Ke kaľdé koncovce sekundárního vinutí je připojena zapalovací svíčka z rozdílných válců. Čili obě svíčky zapalují současně, coľ se můľe pouľít jen u motorů se sudým počtem válců. Okamľik záľehu je řízen tak, aby v jednom válci doąlo k zaľehnutí stlačené směsi a ve druhém přeskočila jiskra během výfukového cyklu. Potřebné přeskokové napětí tam bude podstatně niľąí, takľe v pracovním válci postačí energie k dokonalému zapálení směsi.

    Pro dvouválcové motory stačí jediná cívka, spolu s jedním výkonovým spínacím stupněm. U čtyřválcových motorů je třeba dvou cívek a dvou spínacích stupňů.
Podobně u ąesti a osmiválcových motorů je třeba polovičního počtu cívek a spínacích stupňů.
Cívky se mnohdy spojují konstrukčně do bloku, příklad pro čtyřválcový motor je na obr. o236.

    Výhodou tohoto rozdělení vn, mimo odpadnutí ztrát v rozdělovači, je i deląí doba pro plnění cívky, coľ je příznivé v oblasti vyąąích otáček motoru. Naproti tomu je nepříznivá skutečnost, ľe vľdy jedna ze svíček dostává opačnou polaritu vn. To se projevuje podobně jako chybné pólování zapalovací cívky, při kterém mohou vzniknout problémy se startováním nebo výpadky zapalování. Aby se tomu předeąlo, je ľádoucí dodrľovat periodu výměny zapalovacích svíček.

    Jistou nevýhodou je také nutnost pouľití obvyklých vn kabelů mezi koncovkami cívky a svíčkami válců se vąemi s tím souvisejícími problémy.
Moľnost vzniku vedlejąích vodivých cest, elektromagnetické ruąení.

    Uvedené nedostatky odpadají u jednojiskrových cívek (obr. o237). Takové cívky se umís»ují přímo na zapalovací svíčku kaľdého válce a jsou napájeny a vypínány kaľdá svým výkonovým spínacím stupněm. U tohoto řeąení odpadají vn kabely mezi cívkou a svíčkou. Můľe být pouľito u motorů jak se sudým, tak s lichým počtem válců.

    Jednojiskrové cívky bývají větąinou mechanicky slučovány do bloku, který se nasazuje přímo na svíčky vąech válců motoru současně, obr. o238.

    Takové konstrukční provedení umoľňuje dosáhnout vyąąího přeskokového napětí a tedy zvětąit mezielektrodovou mezeru v zapalovacích svíčkách. Tím se zvýąí objem zaľehnuté směsi a zlepąí její zápalnost. To je obzvláą» vhodné u kapacitních zapalování, kde mohou být rozměry cívky tak malé, ľe ji lze umístit bezprostředně ke svíčce.

    Příkladem je zapalování fy SAAB (obr. o239). Cívka je vloľena mezi svíčku a spínací tyristor, uloľený na desce ploąného spoje výkonové části elektroniky. Z obrázku je zřejmé i provedení sekundárního vinutí cívky v sekcích, čímľ se zvyąuje napě»ová pevnost. Přeskokové napětí můľe dosáhnout aľ 50 kV. Pozoruhodné je řeąení zapálení. Zapalovací svíčka má pouze vnitřní elektrodu kolíkového tvaru, proti které je na pístu válce vytvořen hrot (obr. o240), takľe výboj proběhne mezi izolovanou střední elektrodou svíčky a pístem ve válci. Vzhledem k vysoké hodnotě vn můľe dojít k výboji při mezerách od 1.5 mm při velkém zatíľení motoru, do 8 mm při zatíľení malém. Dojde tak z zapálení dostatečně velkého objemu potřebného ke shoření i dosti ochuzené směsi. To je velmi výhodné zejména při studeném motoru, kdy se jinak musí směs při startu a ve volnoběhu obohacovat, aby ji ąlo zaľehnout. To se ovąem projeví nepříznivě na úrovni emisí.

    Jak ale upozorňují výrobci zapalovacích svíček, vzniká při vysokém zapalovacím napětí a velké energii záľehu problém se ľivotností svíček. Proti velké mezeře mezi elektrodami svíček je i vąeobecný poľadavek na menąí průměr svíčky, obvyklý u větąiny nových motorů. Menąí průměr vede k tenąí části izolátoru s průvodním sníľením dielektrické pevnosti, takľe je větąí riziko proraľení izolátoru svíčky.

    Proto se hledají jiné cesty jak zlepąit zápalnost chudých směsí. Jednou ze slibných je vícejiskrové zapalování, které vyvíjí fa Champion, známý výrobce svíček.

    Systém pouľívá speciální zapalovací cívky, nazývané "cigaretová", jejichľ průměry se pohybují podle aplikace od 14 do 29 mm. Parametry cívky umoľňují vícejiskrový provoz s velmi rychlým nárůstem proudu. Energie kaľdé jiskry je určována změnou doby "plnění" primárního vinutí cívky. Systém obsahuje obvod zpětné informace, zda jiskra směs zaľehla či nikoliv. K tomu slouľí průběh primárního proudu během plnění cívky pro daląí záľeh. Jestliľe k zapálení směsi nedoąlo, jiskry se opakují, aľ k němu dojde.

    U vícejiskrového systému jsou energetické nároky podstatně niľąí, takľe dochází k menąímu opotřebení elektrod svíček, neľ s jedinou dlouhou jiskrou. Protoľe je zapalovací napětí v obvyklém rozmezí 20 aľ 35 kV, jsou i nároky na izolátor zapalovací svíčky obdobné, jako u větąiny soudobých zapalovacích soustav. Tento systém je obzvláątě vhodný pro motory s přímým vstřikováním, protoľe překonává potíľe se selháním záľehu při dopadu vstříknutého paliva přímo na zapalovací svíčku.

    Bezrozdělovačových systémů je pouľíváno i u motorů se dvěma svíčkami v kaľdém válci. Např. nový ąesti a osmiválcový motor V řady M112 fy Mercedes - Benz pouľívá dvojice sacích ventilů o průměru 36 mm a jediného výfukového s průměrem 41 mm, viz řez o241.

    Toto uspořádání umoľňuje pouľít dvou svíček, které jsou uloľeny co nejblíľe ke stěně válce, coľ přispívá k lepąímu spalování uhlovodíků, jejichľ zbytky vytvoří okrajovou vrstvu na stěně válce. Tím se má dosáhnout sníľení emisí HC aľ o 25 %.

    Dvojice svíček zajią»uje mnohem spolehlivějąí spalování. Při studeném startu tedy můľe být směs méně obohacována a při častých jízdách na krátkou vzdálenost se dosahuje niľąí spotřeby. Výhodou je i to, ľe při studeném startu lze nastavit předstih zpoľděný o 5 aľ 10° neľ s jednosvíčkovým zapalováním a to bez trhavého chodu motoru. Tím se dosáhne vyąąí teploty výfukových plynů, coľ pomůľe rychleji prohřát katalyzátor na provozní teplotu a tedy výsledně zlepąit emise.

    Svíčky nezaľehují současně. Rozdíl mezi primárním a sekundárním záľehem je aľ 16° klikové hřídele. Pomalejąí rychlost hoření dává sníľení hlučnosti chodu motoru o 3.3 dB za cenu výkonové ztráty pouze 0.5 %. Kaľdá svíčka má svoji cívku, obě jsou mechanicky spojeny a umístěny na bloku motoru tak, aby vn kabely ke svíčkám byly co nejkratąí.

    I u novějąích motorů vozů Mazda RX-7 (Wankel) je pouľito bezrozdělovačového způsobu rozvodu vn. Jak je zřejmé z obr. o242, jsou v zapalovacím systému pouľity jedna dvoujiskrová a dvě jednojiskrové cívky. Cívky jsou řízeny samostatnými výkonovými tranzistory, které jsou součástí budícího stupně zapalování. Ten dostává synchronizační impulsy z řídící jednotky, která vypočítává předstih pro záľeh svíček podle signálů NE a G snímačů u klikové hřídele.

Jiná zlepąení

    Elektronické řízení přípravy směsi a jejího záľehu přispělo značně ke zlepąení termodynamické účinnosti záľehových motorů a zejména ke sníľení úrovně emisí ąkodlivých látek v jejich výfukových plynech. V současné době prakticky dosáhlo maxima svých moľností. Daląího zlepąení výąe uvedených charakteristik motorů lze dosáhnout jen pouľitím daląích systémů, které se na tvorbě směsi a jejím záľehu přímo nepodílí, ale tyto pochody doplňují, a» během přípravy směsi nebo úpravou spalin po jejím shoření. Některé z nich se podílí na zlepąení charakteristik motoru během celého jeho pracovního cyklu.

    Tyto systémy jsou na obvodech řízení tvorby a záľehu směsi zpravidla funkčně nezávislé. Větąinou vąak vyuľívají stejné vstupní informace o parametrech motoru a mnohdy i o výstupech ze zmíněných obvodů, tj. o sloľení směsi a předstihu záľehu.

    Těchto systémů existuje celá řada. V daląím popisu jsou seřazeny v pořadí podle četnosti jejich pouľívání na současných záľehových motorech. Tato četnost se můľe přirozeně časem změnit a to i dosti značně.

Regulace volnoběhu

    Konstantní volnoběľné otáčky jsou důsledkem rovnováhy mezi kroutícím momentem a zatíľením motoru. Celkové zatíľení motoru při volnoběhu sestává z vnitřních a vnějąích vlivů.

    Mezi vnitřní patří hlavně třecí síly a momenty klikové hřídele, ovládání ventilů a přídavných čerpadel.
Čerpadla chladicí kapaliny, motorového oleje, sekundárního vzduchu apod.
Tyto vnitřní vlivy jsou silně závislé na teplotě motoru a také podléhají pomalým změnám během jeho ľivotnosti.

    K nim přistupují vnějąí vlivy projevující se větąinou při zapnutí některého spotřebiče v palubní síti vozidla.
Klimatizace, automatická převodovka, světlomety apod.
Vlivem zapínání a vypínání spotřebičů vnějąí vlivy značně a nepravidelně kolísají.

    Volnoběľné otáčky záľehového motoru jsou závislé na mnoľství přiváděného vzduchu, sloľení směsi (vzduchovém čísle lambda) a předstihu záľehu. Pro regulaci volnoběľných otáček představuje mnoľství vzduchu, neboli plnění, nejvhodnějąí akční veličinu. Takový způsob regulace dovoluje pouľít nízkých volnoběľných otáček, coľ je výhodné z hlediska spotřeby. Nastavovaná hodnota se během ľivotnosti vozidla nemění.

    Ze snímačů otáček motoru, teploty chladicí kapaliny a polohy ąkrticí klapky se přivádí signály do řídící jednotky. V ní se provádí srovnání okamľitých otáček motoru s poľadovanými volnoběľnými. Výsledný výstupní signál řídící jednotky ovládá stavěcí člen mnoľství přiváděného vzduchu tak, aby se mnoľství zvětąilo při poklesu otáček pod poľadovanou hodnotu a při překročení zmenąilo.

    ©krticí klapka, která ovládá mnoľství vzduchu přiváděného do motoru, je při volnoběľném chodu nastavena automaticky do polohy, při níľ je sací potrubí buď zcela uzavřeno nebo otevřeno jen minimálně. Regulace volnoběľných otáček se provádí přivedením přídavného vzduchu, jehoľ mnoľství je ovládáno zmíněným stavěcím členem.

    Jestliľe ąkrticí klapka uzavře sací potrubí zcela, přivádí se přídavný vzduch jejím obtokovým kanálem (obr. o31). Stavěcí člen pak ovládá mnoľství přiváděného přídavného vzduchu zvětąením nebo zmenąením průřezu obtokového kanálu.

    Jestliľe systém není vybaven obtokovým kanálem ąkrticí klapky, tato zcela neuzavře přívod vzduchu sacím potrubím a ten prochází mezerou mezi klapkou a stěnou sacího potrubí jako volnoběľný vzduch. Stavěcí člen pak mění jeho mnoľství změnou minimální koncové polohy ąkrticí klapky, tj. jejím natočením (obr. o32).

    Kromě přídavného vzduchu je ve volnoběhu přiváděn základní volnoběľný vzduch, kterým se nastavují volnoběľné otáčky s vypojenou regulací. Nastavení se obvykle provádí stavěcím ąroubem, který buď mění průřez daląího (neregulovaného) obtokového kanálu nebo koncová poloha stavěcího členu pracujícího proti síle předepínací pruľiny. Ta vrací stavěcí člen do této koncové polohy v případě poruchy regulačního systému. Tak je zabezpečeno nastavení volnoběľných otáček i bez regulace.

    U dosud pouľívaných systémů se vyskytují následující stavěcí členy.

©oupátko přídavného vzduchu

    Pouľívá se u starąích systémů s nepřetrľitým vstřikováním, případně u prvních systémů se simultánním časováním. Jeho princip vyplývá z obr. o33 a je pouľit na systému L-Jetronic fy Bosch.

    Při uzavření ąkrticí klapky 12 prochází přídavný vzduch obtokovým kanálem. Jeho mnoľství je regulováno ąoupátkem přídavného vzduchu 13. Při studeném motoru je obtokový kanál zcela otevřen a otáčky motoru se zvyąují.

    Součástí ąoupátka je elektricky vyhřívaný bimetal, který po zahřátí motoru na provozní teplotu obtokový kanál uzavře.

    Během zahřívání motoru je také obohacována směs vstřikováním paliva do sběrného sacího potrubí 10 tryskou studeného startu 11. Tato je ovládána z řídící jednotky 7, stejně jako ohřívání bimetalu stavěcího členu podle signálu ze spínače v koncové poloze ąkrticí klapky 12a a z časového termospínače 14, měřícího teplotu chladicí kapaliny motoru. Termospínač zajią»uje, aby doba otevření trysky studeného startu nebyla přílią dlouhá, coľ by mohlo vést k "přelití" motoru a zanesení zapalovacích svíček. Jestliľe teplota motoru překročí mez stanovenou pro provoz trysky studeného startu, elektrické vyhřívání bimetalu časového termospínače se odpojí a tryska přestane obohacovat směs.

    Z obr. o33 jsou patrny i dva stavěcí ąrouby v sacím kanálu. První z nich je nad ąkrticí klapkou a slouľí k nastavení volnoběľných otáček změnou průřezu druhého obtokového kanálu ąkrticí klapky.

    Druhý stavěcí ąroub v měřiči mnoľství nasávaného vzduchu 6 mění průřez obtokového kanálu náporové klapky 6a měřiče. ©roubem se nastavuje sloľení směsi.
Vzduchové číslo lambda.
Střídavým dostavováním obou ąroubů po zahřátí motoru se seřizují volnoběľné otáčky i základní sloľení směsi.

Elektromagnetický ventil regulace volnoběhu

    Ventil otevírá nebo přivírá obtokový kanál ąkrticí klapky nejen během zahřívání motoru ale provádí i regulaci volnoběľných otáček ve vąech provozních podmínkách motoru.

    Elektromagnet ventilu je ovládán signálem z řídící jednotky, která zpracovává informace ze snímačů a podle nich se nastavují volnoběľné otáčky.

    Ventil pracuje s kruhovým nebo lineárním pohybem proti síle předepínací pruľiny.

Otočný ovládač volnoběhu

    Tento rovněľ otevírá nebo přivírá obtokový kanál klapky ve vąech provozních podmínkách motoru. Jedno z mnoha pouľívaných konstrukcí je na obr.o34. Ovladač sestává z otočného ąoupátka 8, které řídí mnoľství procházejícího vzduchu kanálem 6. ©oupátko je umístěno na otočné kotvě 5 elektromotoru, který má dvě vinutí 4. Řídící jednotka napájí obě vinutí střídavým napětím závislým na signálech ze snímačů otáček, teploty a daląích. Střídavé napětí vytváří na otáčivé kotvě protiběľné síly a otočné ąoupátko zaujme podle napě»ových poměrů polohu odpovídající potřebnému úhlu otevření.

    Při případné poruąe regulace je ąoupátko tlačeno zpětnou pruľinou 3 na doraz daný ąroubem 7 pro nastavení průřezu dostačujícího pro nouzový reľim.

Regulátor volnoběhu s krokovým motorem

    Jak je z obr. o35 patrno, sestává se ze ąoupátka přídavného vzduchu 2, které otevírá nebo přivírá obtokový kanál svým ventilem 6. ©oupátko se posouvá prostřednictvím ąnekového závitu v rotoru 5 krokového motorku. Krokový motor má obvykle čtyři vinutí statoru 3 a jejich působením se můľe v obou směrech volně pohybovat. Regulaci provádí opět řídící jednotka. V obr. o35 je sedlo ventilu 1 a 4 loľisko rotoru krokového motorku.

    Krokových motorků se obvykle pouľívá i pro natáčení koncového dorazu minimální polohy ąkrticí klapky u systémů bez obtokového kanálu.

Zrychlování volnoběhu elmag. ventilem

    Motor můľe být vybaven více ventily. Kaľdý z nich je přiřazen k určité zátěľi nebo provozním podmínkám; při jejich aktivaci se sepne a vyrovná tak pokles otáček. Jde o případy:

  1. Motor je vystaven přídavnému zatíľení elektrickými spotřebiči v palubní síti, která vyľadují vyąąí výkon alternátoru. Ventil otevře svůj obtokový kanál u ąkrticí klapky a do motoru proudí přídavný vzduch. Tím se zvýąí výkon motoru pro potřeby alternátoru.
  2. Po studeném startu jsou u mnohých motorů nastavovány vyąąí volnoběľné otáčky aby se motor, případně katalyzátor a/nebo lambda snímač, dříve zahřály na potřebnou provozní teplotu. Zde je ventil pro zvýąení volnoběhu ovládán podle teploty chladicí kapaliny.
  3. Při deceleraci se ąkrticí klapka uzavře a tím otáčky motoru klesají aľ na volnoběľné. Při opětném zařazení rychlosti a rozjezdu vozidla můľe dojít ke "zhasnutí" motoru. Aby se tomu předeąlo, jsou některé motory vybavovány snímačem rychlosti vozidla. Podle jeho signálu rozliąí řídící jednotka, zda jde o volnoběh při stojícím nebo jedoucím vozidle a upravuje podle toho hodnotu regulovaných volnoběľných otáček. V případě volnoběhu jedoucího vozidla jsou otáčky vyąąí.
  4. Aby nedocházelo k samozápalům po vypnutí zapalování (a jeątě se otáčejícím motoru), jsou některé systémy vybaveny uzavíráním ąkrticí klapky a tím přeruąení přívodu nasávaného vzduchu po vypnutí zapalování.

    Větąina systémů regulace volnoběľných otáček plněním motoru pracuje v součinnosti s řízením předstihu záľehu, jak bylo uvedeno v popisu k obrázkům o218 a o219. Proto je nutné dodrľet vľdy nastavení volnoběľných otáček seřízením mnoľství "volnoběľného" vzduchu na hodnotu podle údajů výrobce motoru. Jinak by mohly obě regulace spolu kolidovat a chod motoru by se stal nestabilní.

Katalyzátory

    Z obrázků o11 a o210 vyplývá, ľe obsah ąkodlivých sloľek ve výfukových plynech je závislý na sloľení směsi a předstihu jejího záľehu ve válcích motoru.

    Provozní podmínky motoru často nedovolují pouľít optimálních hodnot těchto parametrů. Často se také přílią rychle mění reľim chodu motoru a regulace sloľení směsi, a někdy i předstihu, nestačí na změny bez zpoľdění reagovat. Tím dochází k neľádoucímu nárůstu emisí ąkodlivin. Ty pak dosahují hodnot převyąujících zákonem povolené meze, zejména u nových stále zpřísňovaných předpisů.

    Proto se jiľ deląí dobu pouľívá různých způsobů úpravy výfukových plynů, kterými se sníľí obsah emisí ąkodlivin na přijatelnou hodnotu. Mezi nejpouľívanějąí patří katalyzátory, přesněji katalytické konvertory.

    Jsou to zařízení, která se vkládají do výfukového potrubí, obdobně jako výfukové tlumiče. Při průchodu výfukových plynů skrze katalyzátor se ąkodlivé sloľky přemění na jiné neąkodné nebo méně ąkodlivé (CO2, NH3 apod.). Ty jsou pak vypouątěny výfukovým potrubím do ovzduąí.

    Katalyzátory sestávají ze tří důleľitých částí:

  1. Monolitu neboli nosiče, coľ je těleso voątinovité konstrukce s velkým mnoľstvím průchozích kanálků, kterými proudí výfukové plyny.
  2. Reaktivní vrstvy, kterou je monolit potaľen. Tato nosná vrstva z oxidu hlinitého zvětąuje výrazně účinnou plochu katalyzátoru.
  3. Katalyticky účinného materiálu naneseného na reaktivní vrstvě. Skládá se z vzácných kovů - platiny, paladia nebo rhodia. Tyto kovy z platinové skupiny mohou být pouľity samotné nebo v kombinaci. Někdy bývají doplněny "promotory", které zvyąují jejich účinnost.

    Přeměna ąkodlivých látek vyľaduje prostředí s poměrně vysokou teplotou. Začíná být účinná přibliľně od 250°C. Nejvhodnějąí podmínky pro vysoký stupeň přeměny a dlouhou ľivotnost leľí v rozmezí teplot 400 aľ 800°C. V oblasti 800 aľ 1 000°C dochází k sinitrování vzácných kovů a nosné vrstvy Al2O3, coľ přispívá ke zmenąení aktivní povrchové vrstvy. Katalyzátor rychle stárne.

    Velký význam má přitom doba provozu v této oblasti. Proto není vhodné motor dlouhodobě provozovat ve vysokých otáčkách a s velkým zatíľením. Nad 1 000 stupňů C se stárnutí katalyzátoru značně zrychlí a dochází aľ ke ztrátě jeho funkce. Zmíněné vlastnosti ovlivňují jeho umístění ve výfukovém potrubí.

    Monolit katalyzátoru je vyroben buď z keramiky nebo z kovu. Konstrukce katalyzátoru s keramickým monolitem je uvedena v řezu o36. Voątinové těleso 4 keramiky je velmi citlivé na mechanické namáhání a proto je v plechovém krytu 3 z uąlechtilé oceli pruľně uloľeno. Pruľné uloľení je tvořeno kovovým pletivem 5 z vysoce legovaných ocelových drátů o průměru 0.25$ mm vloľeným mezi keramické těleso a plechový kryt.

    Pletivo musí být dostatečně pruľné, aby zachytilo mechanické namáhání od provozu vozidla a vlivem rozdílné tepelné roztaľnosti monolitu a krytu.

    Blok katalyzátoru je vloľen ve výfukovém potrubí 2 těsně za lambda snímačem 1, který měří obsah kyslíku ve výfukových plynech.

    Kovový monolit je zhotoven z fólie ze speciální slitiny. Fólie o tlouą»ce 0.04 mm je vyráběna jako matrice, tvarovaná do poľadovaného tvaru a natvrdo spájená. Svinutím fólie (viz obr. o37a) vzniká monolit obdobného tvaru jako má keramický.

    Velmi tenké stěny takového monolitu kladou výfukovým plynům menąí odpor neľ otvůrky v keramické voątině (viz. obr. o37b). Rovněľ tepelná stabilita je výtečná aľ do teplot přes 1 300 stupňů C. Takovéto katalyzátory mohou být montovány v blízkosti motoru. Jsou pouľívány zejména přídavně k hlavnímu katalyzátoru, jako předřadné nebo určené pro start. Tím se dosahuje vyąąí účinnosti přeměny krátce po nastartování motoru.

    Kovový monolit je také pouľíván u nejnověji zaváděných katalyzátorů s elektrickým vyhříváním. Komůrkový monolit slouľí jako topné těleso. Je zhotoven ze slitiny oceli, chromu a hliníku, která má vynikající odolnost proti oxidaci. Monolit je vyroben průtlačným lisováním z práąkových kovů, po kterém následuje slinování na velmi nízkou poréznost. ®ádaný elektrický odpor je dosahován podélným rozříznutím monolitu. Obvod topného tělesa je izolován keramickým vláknem snáąejícím vysoké teploty a vloľen do kovového pouzdra z nerez oceli.

    Jedna z moľných konstrukcí je na obr. o38.

Typy katalyzátorů

    Přeměna ąkodlivých látek na neąkodné se v katalyzátorech provádí buď oxidací nebo redukcí. Podle určení se volí vzácný kov pouľitý na katalyticky aktivní vrstvu. U oxidačních katalyzátorů je to platina a paladium.

    Dosud pouľívané oxidační katalyzátory potlačují CO a HC. Účinnost potlačení těchto ąkodlivých látek se pohybuje kolem 90 aľ 95 % za podmínky, ľe do motoru je přiváděna směs se vzduchovým číslem lambda přibliľně rovno 1.0. Směs tedy můľe být ochuzena aľ k hranici přijatelné z hlediska výkonu motoru.

    Ke sníľení obsahu NOX u těchto katalyzátorů prakticky nedochází, takľe musí být pouľito recirkulace výfukových plynů.

    Uspořádání na motoru je zjednoduąeně uvedeno na obr. o39. V sacím potrubí je systém tvorby směsi 1, ve výfukovém oxidační katalyzátor 3. Protoľe v některých provozních podmínkách, např. při akceleraci nebo zahřívání motoru po studeném startu, dochází k obohacení směsi, přidává se do výfukového potrubí sekundární vzduch 2 krátkodobě zapínanou pumpou. Tím se dosáhne zvýąení obsahu kyslíku ve výfukových plynech potřebného ke správné činnosti katalyzátoru.

    U redukčních katalyzátorů se pouľívá jako aktivní vrstvy platiny a rhodia. Účinnost takového katalyzátoru je přijatelná pouze pro bohaté směsi s maximem při lambda = 1.0. Potlačuje pouze emise NOX, takľe pro potlačení vąech tří sloľek ąkodlivin musí být pouľito uspořádání zakresleného zjednoduąeně na obr. o310.

    Systém tvorby směsi 1 v sacím potrubí dodává přiměřeně obohacenou směs. Výfukové plyny prochází nejprve redukčním katalyzátorem 4, který potlačí emise NOX. Za ním je do výfukového potrubí vháněn sekundární vzduch 2, čímľ se vytvoří podmínky pro potlačení emisí CO a HC v následně zařazeném oxidačním katalyzátoru 3.

    Tento způsob, nazývaný dvoulůľkovým nebo také dvoukomorovým katalyzátorem, je nevýhodný zejména proto, ľe motor musí pracovat s bohatou směsí, coľ zvyąuje spotřebu i emise CO2.
Který přispívá ke "skleníkovému jevu".
Daląí nevýhodou je vznik čpavku (NH3) při redukci NOX za nedostatku vzduchu a následná produkce NOX při přidávání sekundárního vzduchu a oxidaci v oxidačním katalyzátoru.

    Oba výąe uvedené způsoby nevyľadují přesného nastavení sloľení směsi, takľe mohou být pouľity i jako tzv. neřízený katalyzátor. Systém přípravy (tvorby) směsi je vhodně nastavován podle provozních podmínek motoru s přihlédnutím ke způsobu potlačení ąkodlivin. Tedy tak, aby směs byla vľdy buď lambda = 1.0 (oxidační katalyzátor) nebo s lambda < 1.0 (dvoulůľkový katalyzátor).

    Tyto systémy se pouľívaly hlavně u motorů s karburátory, zejména bez elektronické regulace sloľení směsi. V poslední době se opět začínají prosazovat; ovąem vylepąené a vybavené regulací sloľení směsi podle existujících provozních podmínek motoru.

    V obrázku o311 jsou uvedeny průběhy účinnosti přeměny jednotlivých ąkodlivin redukčním a oxidačním katalyzátorem v závislosti na součiniteli přebytku vzduchu lambda. Z obrázku vyplývá, ľe při sloľení směsi v úzkém rozmezí kolem lambda = 1.0 je dosahováno maximální účinnosti potlačení vąech tří sloľek, i kdyľ půjde o dva různé typy katalyzátorů. Ty vąak mohou být konstrukčně spojeny v jeden celek, nazývaný třísloľkovým katalyzátorem. Sekundární vzduch není obvykle potřebný, ale sloľení směsi musí být udrľováno poměrně s vysokou přesností v těsné blízkosti stechiometrické hodnoty, tj. lambda = 1.0.

    Toho se dosahuje pouľitím tzv. lambda regulace. Zjednoduąené schéma uspořádání takového systému je na obr. o312. Systém tvorby směsi 1 v sacím potrubí je ovládán z elektronické řídící jednotky 5 podle signálu ze snímače obsahu kyslíku lambda sondy 6, umístěné ve výfukovém potrubí před třísloľkovým katalyzátorem 7. Tento způsob bývá také nazýván řízeným katalyzátorem. Konstrukční provedení třísloľkového katalyzátoru je v řezu uvedeno na obr. o313, ze kterého je zřejmé, ľe obsahuje dvě samostatná tělesa monolitu, jeden je částí redukční, druhý oxidační.

    Jak jiľ bylo uvedeno, hraje teplota důleľitou roli jak u snímače, tak u katalyzátoru. Aby nastala přeměna ąkodlivých látek a mohla začít regulace sloľení směsi podle obsahu kyslíku ve výfukových plynech, musí provozní teplota obou dílů překročit určitou minimální hodnotu. Naopak přílią vysoká provozní teplota urychluje jejich tepelné stárnutí aľ téměř k úplné ztrátě funkce.

    To omezuje moľnosti zástavby těchto dílů ve vozidle. Aby se udrľely nízké emise ąkodlivin, musí být provozní teplota dosaľena co moľno nejdříve po nastartování motoru. K tomu by byla potřebná zástavba blízko motoru.

    Na druhé straně nesmí vést provoz motoru při vyąąích otáčkách a zatíľeních, kdy mají výfukové plyny velkou teplotu, ke stárnutí katalytické vrstvy. Umístění katalyzátoru je větąinou kompromisem, s cílem dosáhnout jeho ľivotnosti nejméně 100 tisíc km proběhu.

    Při vadné funkci motoru, např. vysazování zapalování, můľe teplota katalyzátoru stoupnout přes 1 400 stupňů C. Takové teploty vedou k úplnému zničení katalyzátoru roztavením materiálu nosiče. Proto musí být funkce zapalování naprosto spolehlivá. Někteří výrobci opatřují katalyzátor snímačem jeho provozní teploty (viz obr. o314). Dle jeho signálu pak můľe dojít k omezení otáček nebo výkonu motoru a tím i teploty výfukových plynů, pokud přehřátí trvá.

    U lambda snímače ovlivňuje teplota značně průběh hodnoty výstupního napětí. Průběh uváděný výrobcem vyľaduje, aby bylo dosaľeno určité teploty, obvykle kolem 600°C. Také dynamické vlastnosti snímače, tj. jeho doba odezvy pro změnu napětí při změně sloľení směsi z chudé na bohatou nebo naopak, jsou silně teplotně závislé.

    Po nastartování motoru bývá proto regulace větąinou odpojována po dobu, neľ teplota snímače dosáhne asi 300°C.

    Motor přitom pracuje s obohacením směsi. Aby se tato doba co nejvíce zkrátila, přeąlo se na pouľívání vyhřívaných lambda snímačů. Tyto jsou při niľąích teplotách výfukových plynů elektricky vyhřívány. Jakmile teplota dostatečně vzroste, vyhřívání se automaticky vypne. Vyhřívaný snímač můľe být umístěn dále od motoru, coľ omezí jeho tepelné namáhání při zvýąené teplotě výfukových plynů.

Daląí zlepąení

    V této části byly popsány různé druhy lambda snímačů, podle kterých je zvolen způsob regulace sloľení směsi. Pro třísloľkové katalyzátory, které vyľadují pro svou funkci stechiometrické sloľení, se nejčastěji pouľívá snímače se skokovým průběhem výstupního napětí v oblasti kolem lambda = 1.0. V řídící jednotce je nastavena určitá referenční hodnota napětí, obvykle kolem 0.5 V. Jestliľe bude signál z lambda sondy pod touto hodnotou, je směs přílią chudá a regulační systém zvětąí dávku paliva. Je-li referenční napětí překročeno, směs je bohatá a regulace sníľí mnoľství paliva.

    Změna sloľení směsi vąak nemůľe být skoková, nebo» motor by měl sklon k nepravidelnému chodu. Proto je částí řídící jednotky integrátor, který mění sloľení směsi pomaleji, v závislosti na určité funkci. Snímač reaguje totiľ se zpoľděním daným součtem doby pro dopravu směsi od trysky do válce, doby pracovního cyklu válce, doby cesty spálené směsi z válce k lambda sondě a doby její odezvy. Následkem je, ľe není moľno trvale udrľet konstantní stechiometrické sloľení směsi. To bude kolísat v rozmezí několika procent.

    Avąak při správném nastavení integrátoru zůstává střední hodnota vzduchového čísla přesně v tzv. katalyzátorovém oknu, kde je dosahováno nejvyąąí účinnosti přeměny.

    Časová konstanta integrátoru je závislá na okamľitých provozních otáčkách a zatíľení motoru. Mění se od jedné sekundy při volnoběhu (podle vzdálenosti sondy od motoru) po milisekundy při vysokých otáčkách a zatíľení. Charakteristika integrátoru se tedy nastavuje tak, abychom dosáhli minimálního rozkmitu regulace. To je důleľité pro dosaľení nízkých emisí a dobrých jízdních vlastností.

    Časové zpoľdění během lambda regulace není moľné ľádným způsobem obejít. Aby se udrľela nízká úroveň emisí, provádí se u výrobce při přizpůsobování systému na motor určité přednastavení regulace, které se uloľí do datového pole v ROM paměti řídící jednotky. Při provozu se mohou vyskytnout vlivy vyľadující určitou korekci tohoto přednastavení. Např. změna kvality paliva nebo stárnutí sondy. Proto jsou současné systémy vybaveny adaptivní regulací. Jestliľe její obvody zjistí, ľe v určité oblasti otáček a zatíľení musí být prováděna stále se opakující korekce přednastavení, zapíąe ji do trvalé paměti RAM, která je napájena i při stojícím motoru. Při příątím nastartování začíná regulace pracovat jiľ s tímto upraveným přednastavením.

    Při přeruąení napájení řídící jednotky se ale pamě» vymaľe a adaptace začíná znovu od hodnoty přednastavené výrobcem.

    Aby se dosáhlo co největąího potlačení vlivů stárnutí lambda snímače, pouľívá se v poslední době regulace se dvěma snímači. Jak vyplývá z obr. o315, je jeden snímač umístěn ve výfukovém potrubí před katalyzátorem a druhý za ním.

    Druhý snímač je v menąí míře vystaven ąkodlivým účinkům vysoké teploty a proto se pouľívá jako řídící člen.

    Regulace se dvěma sondami větąinou kompenzuje posunutí přednastavení u stárnoucí první lambda sondy, která jiľ pomaleji reaguje na změny sloľení výfukových plynů. Řízení přednastavení se postupně pomalu mění pomocí součtu s korekční regulační smyčkou.

    Dlouhodobá časová konstanta vznikající z druhé smyčky významně přispívá k dlouhodobé stálosti sloľení směsi. To je důleľité pro splnění stále přísnějąích emisních předpisů.

    Dvousnímačové systémy mohou být přizpůsobeny pro vnitřní diagnostiku katalyzátoru. Vzájemným srovnáním signálů, které měří obsah kyslíku ve výfukových plynech, se stanoví jeho mnoľství spotřebované na oxidaci ąkodlivých sloľek. Dle toho se dá posoudit účinnost katalyzátoru.

    I kdyľ jde jen o jeho oxidační část, je velmi pravděpodobné, ľe i redukční se chová obdobně. Rozdíly v její konstrukci jsou zanedbatelné a jiné je jen sloľení aktivní katalytické vrstvy.

    Významného zlepąení parametrů lambda regulace se dosáhne pouľitím ąirokopásmové sondy. Ta umoľňuje měřit skutečné odchylky sloľení směsi od stechiometrické hodnoty. S její pomocí lze dosáhnout plynulé regulace s malou stacionární odchylkou a s vysokou dynamikou.

    Nevyhnutelné zbytkové chyby stacionárního i nestacionárního přednastavení tak mohou být podstatně rychleji kompenzovány a přesnost regulace se zvýąí.

Přifukování vzduchu

    V některých provozních podmínkách motoru, zejména při prvním startování za nízkých okolních teplot, musí být směs dosti obohacena. Rovněľ během následujícího zahřívání motoru je ľádoucí obohacení, i kdyľ mírnějąí. Za takových podmínek se vytváří největąí část celkového obsahu ąkodlivin. Proto byly jiľ před zavedením katalyzátorů prováděny pokusy sníľit obsah ąkodlivin termickým dohoříváním výfukových plynů.

    Při něm se za vysoké teploty nechávají dohořet zbytky nespáleného paliva. Jestliľe je směs bohatá, musí být přiváděn daląí vzduch, u chudé postačí kyslík obsaľený ve výfukových plynech.

    Zavedením katalyzátorů ztratil tento způsob svůj původní význam, avąak můľe sníľit hodnoty CO a HC během zahřívání motoru, zejména pokud nebude katalyzátor zahřátý na provozní teplotu.

    Důleľité je i to, ľe přifukování přídavného vzduchu do výfukového potrubí přímo za válce vede ke spálení horkých výfukových plynů, coľ přispívá k zahřívání katalyzátoru.

    Zjednoduąené schéma takového uspořádání je na obr. o316. Elektrické dmychadlo sekundárního vzduchu je zapnuto během první fáze volnoběhu po startu na dobu asi 2 min. Jakmile je lambda snímač a tedy i katalyzátor dostatečně zahřát, dodává signál do řídící jednotky a ta dmychadlo vypne. Včasné vypnutí je potřebné, aby se předeąlo zvýąení emisí NOX.

    Některé systémy řídí zapínání dmychadla i podle signálu ze snímače teploty chladicí kapaliny motoru.

    Elektrické dmychadlo sekundárního vzduchu můľe být zapínáno i při silné akceleraci nebo velkém zatíľení motoru, kdy je směs obohacována. Sekundární vzduch můľe být cyklován zapínáním a vypínáním, aby se dosáhlo sníľení emisí.

    Zatím nejdokonalejąí systémy pouľívají dvou za sebou zařazených katalyzátorů s přifukováním sekundárního vzduchu, viz obr. o317. První katalyzátor je s kovovým nosičem a je umístěn těsně u válců. Rychle se zahřeje a potlačuje ąkodliviny brzy po startu a ve volnoběhu. Také chrání za ním zařazený hlavní katalyzátor před poąkozením, protoľe filtruje fosfor a olovo.

    Sekundární vzduch je po startu a při volnoběhu foukán před oba katalyzátory, takľe pracují jen jako oxidační, potlačují pouze CO a HC.

    Po zahřátí prvního (kovového) katalyzátoru se sekundární vzduch přivádí pouze do druhého (hlavního) a to mezi jeho redukční a oxidační část.

    První katalyzátor pak pracuje jako třísloľkový, druhý pouze jako oxidační. Toto je normální jízdní reľim. Při jízdě vyąąí rychlostí se přívod přídavného vzduchu k oběma katalyzátorům přeruąí a oba stupně pracují jako třísloľkové katalyzátory.

Recirkulace

    Recirkulace výfukových plynů je dlouho známým a často pouľívaným způsobem sníľení emisí kysličníků dusíku (NOX). Výfukové plyny spalovacího motoru jsou ve své podstatné části inertním, tedy nehořlavým plynem. Přimísením tohoto inertního plynu do směsi paliva a vzduchu vytvořené systémem vstřikování se dosáhne zmenąení ąpičkové teploty hoření se současným sníľením emisí NOX. K tomu dochází buď vnitřní nebo vnějąí recirkulací.

    Vnitřní recirkulace vzniká překrytím ventilu. K němu dochází tím, ľe sací ventil se otevře v době, kdy výfukový jeątě není uzavřen. Na velikosti překrytí závisí podíl zbytku plynů, který můľe být opět do válce nasát spolu s čerstvou směsí.

    Zejména motory s vyąąím měrným výkonem mívají lepąí plnicí účinek a tedy mohou mít větąí překrytí. Tím mají relativně niľąí emise kysličníků.

    Překrytí ventilů vąak nelze libovolně zvětąovat, protoľe by nebyl zajiątěn stabilní chod motoru bez vynechávání. Rovněľ by vzrostly emise HC. Nepostačí-li vnitřní recirkulace sníľit v potřebné míře emise NOX, pouľívá se recirkulace vnějąí. Její princip je zřejmý z obr. o318.

    Z výfukových plynů motoru se odebírá definovaný dílčí proud a je přiváděn do čerstvé směsi. Podle mnoľství recirkulovaných výfukových plynů je moľno sníľit emise kysličníků aľ o 60 %. To je ale spojeno se zvyąováním emisí HC (viz obr. o319). Pokud bude mnoľství recirkulovaných plynů omezeno na 10 % aľ 15 %, není třeba uvaľovat o zvýąení spotřeby. Předpokladem je ale současná optimalizace předstihu, coľ platí v podstatě pro vąechna opatření zasahující do průběhu spalovacího procesu.

    Mez přípustného mnoľství je určována přírůstkem emisí HC, dále zvýąením spotřeby a zhorąením rovnoměrnosti chodu motoru. Proto se recirkulace při volnoběhu odpojuje, jelikoľ zde prakticky ľádné emise NOX nevznikají. Je odpojována i při studeném motoru, aby neprodluľovala doby zahřátí motoru a systémů potlačení emisí na potřebnou provozní teplotu. Také při plném zatíľení, kdy se směs obohacuje a koncentrace kysličníků jsou nízké, je recirkulace odpojována. Nedochází tak ke sníľení výkonu motoru.

    K řízení recirkulace výfukových plynů se pouľívalo větąinou pneumatických nebo mechanických systémů. Jedno z moľných provedení je na obr. o320. V závislosti na poloze ąkrticí klapky v sacím potrubí se mění podtlak, který je přiváděn do komory pneumatického ventilu. Zde působí proti síle pruľiny tlačící na membránu. S membránou je spojen řídící ventil, který otvírá přívod výfukových plynů do sacího potrubí.

    Jestliľe se ąkrticí klapka otevře z volnoběľné polohy, podtlak v sacím potrubí vzroste a membrána ventil pootevře. Podle zatíľení motoru se mění podtlak v sacím potrubí a tím i mnoľství recirkulovaných plynů.

    V přívodu podtlaku ze sacího potrubí do komory řídícího ventilu recirkulace bývá zařazen i daląí ventil (na obr. o318 označen čárkovaným obdélníkem), který otevírá přívod podtlaku aľ při určité minimální teplotě motoru.

    Jiné systémy pouľívají ventily, na které působí i zpětný tlak výfukových plynů. Ten nabývá velikosti potřebné k otevření přívodu recirkulovaných plynů aľ při vyąąích otáčkách motoru. Zjednoduąené schéma takového uspořádání je na obr. o321.

    Čep spojující membránu s ventilem je dutý a prochází jím výfukové plyny, jejichľ tlak pak působí rovněľ proti předepnutí pruľiny, spolu s podtlakem v sacím potrubí.

    Takové systémy mají nedostatek v tom, ľe dávkování mnoľství recirkulovaných plynů není dostatečně přesné, coľ způsobuje při větąích dávkovaných mnoľstvích zhorąení jízdních vlastností a zvyąuje emise HC.

    Proto se i zde začaly prosazovat elektronické systémy, jejichľ řídící jednotka ovládá elektropneumatický ventil zařazený v přívodu podtlaku (viz obr. o321) podle signálů z různých snímačů. U nejnovějąích motorů s regulovaným časováním ventilů je pak moľno dosahovat 30 % i více recirkulace bez patrného zhorąení parametrů motoru. Přitom je mnoľství optimalizováno pro kaľdý provozní bod motoru.

    Vąechny systémy vąak mají společný nedostatek v tom, ľe se ve ventilech a vedeních usazují pevné částice z výfukových plynů. Cesty se tedy zanáąejí a průtok recirkulovaných plynů se sniľuje.

Časování ventilů

    Do válců záľehového motoru je nasáto určité mnoľství směsi paliva a vzduchu. Shořením tohoto mnoľství se vykoná práce a zbytky hoření se z válců vytlačí. Takovéto plnění a vyprazdňování válce se nazývá výměnou náplně.

    Mnoľství čerstvé směsi, které se do válců dostane, určuje výkon a kroutící moment motoru. Obsah zbytkových plynů z hoření, včetně zůstatku nespálené směsi, které ve válci zůstanou, ovlivňují zápalnost a spalování nové směsi. To se projeví na úrovni emisí HC a NOX. Výměna náplně by proto měla probíhat tak, aby se výfukové plyny odstranily z válců beze zbytku a válce se úplně naplnily čerstvou směsí.

    Výměna spálené směsi ve válci za čerstvou probíhá u čtyřtaktních záľehových motorů vhodným otevíráním a zavíráním sacích a výfukových ventilů. Průběh výměny je dán tvarem vačkové hřídele, která určuje časování ventilů. Tedy jednotlivými okamľiky otevření a uzavření jak sacích, tak výfukových ventilů spolu s průběhem jejich zdvihu.

    Časování ventilů bývalo optimalizováno jen pro určitou oblast otáček. Ovąem potřeby motoru jsou při různých otáčkách větąinou dosti rozdílné.

    Při vyąąích otáčkách a déle otevřeném výfukovém ventilu dochází k tzv. překrytí neboli střihu ventilů. Konec výfuku a začátek sání se překrývá dle obr. o322. Překrytím ventilů je moľno lépe odstranit zbytkové plyny ze spalovacího prostoru. Velké překrytí sice umoľní dobré vypláchnutí, ale mimo motory s přímým vstřikováním způsobuje vyąąí spotřebu paliva. Proto je třeba volit kompromis mezi spotřebou a úrovní emisí.

    Překrytí se můľe dosáhnout naopak i deląím otevřením sacího ventilu. Ve vyąąích otáčkách přitom dochází zároveň ke zvýąení jeho výkonu. Ovąem při volnoběhu se můľe překrytí projevit nepříznivě; vzhledem k větąímu podílu spálené směsi dochází ke zvýąení emisí nespálených HC a k nerovnoměrnému chodu motoru.

    Proměnným časováním ventilů, zejména sacích, je moľno dosáhnout daląího zlepąení funkce řízení chodu motorů. To lze vąak pouľít jen u motorů se dvěma vačkovými hřídeli (samostatnými pro sací a výfukové ventily).

    K tomuto účelu se pouľívá řada systémů řízení časování ventilů. Tyto systémy lze podle sloľitosti rozdělit do tří základních skupin:

Změna polohy vačkové hřídele vůči klikové

    Systém mění nastavení vačkové hřídele sání vůči poloze klikové hřídele. Tím se mění překrytí sacího a výfukového ventilu ale nikoliv perioda vačky. Změna je obvykle dvoustupňová - ve volnoběhu obvykle překrytí není a ve vyąąích, předem zvolených, otáčkách se nastaví jeho nejvhodnějąí velikost.

    Příklad takového řeąení pouľitého v systému C.E.M. řízení chodu motoru fy Alfa Romeo je na obr. o323, ve kterém je zobrazena mechanická část měnící natočení vačkové hřídele 7. Mechanismus je tvořen pístem 5 s přímými zuby, který se posouvá v dráľkové objímce 6. Objímka je umístěna ve středu hnacího řetězového kola 4 vačkové hřídele sání. Jak se píst posouvá podél dráľkované objímky, zabíhá do ąroubovicovitého pastorku 9, coľ způsobuje natočení vačkové hřídele vzhledem k řetězovému hnacímu kolu o pevný úhel. Tím se dosáhne potřebného překrytí.

    K posouvání pístu se pouľívá tlaku oleje mazání motoru. Ten můľe na píst působit, je-li otevřen jeho přívodní otvor A i otvor 2 pro průtok oleje do prostoru B.

    Otevírání přívodu oleje se provádí stavěcím členem 8 ovládaným elektromagnetem 1. Nepůsobí-li elektromagnet na stavěcí člen, dojde k uzavření otvorů přívodu oleje a působením pruľiny 10 se píst vrátí do původní polohy. Současně je kanálem C olej vytlačen z mechanismu.

    Pro ovládání systému pouľívá řídící jednotka obdobných signálů jako pro vstřikování a zapalování.

Změna profilu vačky

    Dokonalejąí jsou systémy, které umoľňují volbu dvou různých profilů vaček hřídele sání, se dvěma úrovněmi zdvihu ventilů a dvěma různými periodami vačky. Provádění změn je ale krokové, nikoliv plynulé.

    Příkladem takového řeąení je systém V-tec fy Honda, jehoľ princip je zřejmý z obr. o324.

    Při otáčkách motoru mezi 1 200 aľ 2 500 ot/min (levý obrázek), nepůsobí ľádný hydraulický tlak a oba závěrné kolíky jsou vysunuty, takľe vahadla ventilů pracují nezávisle. Levý sací ventil tedy zůstane téměř uzavřený, zatímco pravý je otevírán vačkou pro časování v nízkých otáčkách. Tím se dosahuje optimálního kroutícího momentu motoru.

    V rozsahu 2 500 aľ 6 000 ot/min se dosáhne optimálního vyváľení kroutícího momentu a výkonu přivedením hydraulického tlaku jen do horní poloviny přívodního kanálu. Tím se do záběru zasune jen horní závěrný kolík a obě vahadla pracují současně. Oba ventily jsou tedy otvírány současně, přičemľ je zdvih určován vačkou časování pro nízké otáčky - obrázek uprostřed.

    Pro rychlosti > 6 000 ot/min je hydraulický tlak přiváděn do obou polovin přívodu. Oba závěrné kolíky jsou v záběru, takľe nejenľe oba ventily pracují současně, ale i jejich činnost je řízena oběma vačkami. Vačka pro časování ve vysokých otáčkách (na pravém obrázku levá) je natočena vzhledem k vačce pro časování v otáčkách nízkých. Jejich společným působením se dosáhne větąího zdvihu ventilů a navíc je moľnost rozdílné rychlosti při otevírání a uzavírání ventilů, podle tvaru obou vaček.

    Je třeba zdůraznit, ľe uvedený princip můľeme aplikovat pouze na motory se dvěma sacími ventily u kaľdého válce.

Spojitá změna

    V poslední době se roząířily systémy měnící časování ventilů spojitě mezi minimálním překrytím v nízkých otáčkách a maximálním při nejvyąąích. Větąinou vycházejí z měnitelného nastavení polohy vačkové hřídele sání vzhledem k poloze hřídele klikové.

    Mechanická část podobného systému fy Toyota (označovaného VVT) je na obr. o325. Sestává ze dvou souosých kladek, z nichľ jedna je spojena s hnacím koncem vačkové hřídele sání a druhá s ozuby pro řemen časování. Kaľdá z nich se zasouvá do vnějąích a vnitřních ąroubovicových dráľek souosého pístu uloľeného mezi kladkami.

    Píst se pohybuje axiálně, působením hydraulického tlaku oleje mazání motoru. Jeho posuvem se mění fáze mezi oběma díly a tedy i časování sacích ventilů. Tlak oleje je ovládán elektromagnetickým ventilem podle signálů z řídící jednotky, společně i pro daląí systémy řízení chodu motoru.

    Systém můľe měnit časování sacích ventilů v rozmezí aľ do 60 stupňů klikové hřídele naprosto spojitě, podle potřeb motoru, s přihlédnutím k jeho provozním podmínkám a optimalizaci spotřeby a emisí NOX a HC.

    Poněkud odliąný je systém VVC fy Rover, jehoľ mechanická část regulace je zjednoduąeně uvedena na obr. o326. Mezi hřídelí s vačkami a pohonem této hřídele je hnací disk. Hřídele jsou souosé ale nezávislé. Disk má radiální výřezy do nichľ zabírají klikové čepy jak vačkové hřídele, tak jejího pohonu.

    Střed otáčení hnacího disku se můľe posouvat vzhledem ke středu otáčení vačkové hřídele. Jsou-li středy shodné, pohon i vačková hřídel se otáčí jako jeden celek. Při posuvu středu hnacího disku od středu vačkové hřídele vytvoří excentricita změnu úhlové rychlosti vačky v průběhu otáčky. Kaľdá úplná otáčka vačky tedy odpovídá pohonu, ale vačka je během ní zrychlována a zpomalována.

    Geometrie hnacího disku je uspořádána pro takové posunutí, aby prodlouľilo periodu vačky: jejím zpomalením při otevírání ventilu a zrychlením při jeho uzavírání. Nebo naopak: zkrácení periody jejím zrychlením při otevírání ventilu a zpomalením při uzavírání.

    Při časnějąím uzavírání sacího ventilu je maximum dodávky v oblasti nízkých otáček motoru, při opoľděném pak v oblasti otáček vyąąích.

    Ovládání mechanické části se provádí prostřednictvím dvou elektromagnetů. Jeden je pro prodlouľení periody vačky a druhý pro zkrácení. Elektromagnety jsou připojeny k elektronické řídící jednotce a ovládají bubnový ventil v hydraulické řídící jednotce. Ta je napájena olejem z mazání vačkové hřídele.

    Součástí hydraulické jednotky je píst a ozubená tyč, která natáčí ovládací objímku otočného hnacího disku a tím řídí časování sacích ventilů.

    Tento poměrně sloľitý způsob byl zvolen proto, ľe umoľňuje ovládat časování sacích ventilů rozděleně, např. dvojice předních a dvojice zadních válců u čtyřválce. Přitom je pro kaľdou dvojici pouľito jen samostatného mechanismu, jaký je na obr. o324.

    Uvedený systém umoľňuje měnit překrytí ventilů mezi 21 aľ 58 stupňů, přičemľ je jejich zdvih konstantní.

    Sloľitějąí elektronicko-hydraulické systémy vyľadují pro své řízení nejen informace o provozních podmínkách motoru, ale i o stavu svých důleľitých součástí. Proto bývají vybaveny snímači teploty a tlaku hydraulického oleje. Systém časování je pak uváděn do funkce pouze tehdy, jestliľe hydraulický tlak a teplota dosáhnou určité minimální hodnoty.

    Měření teploty oleje u systémů se spojitou regulací časování je důleľité i pro kompenzaci změn v hydraulické řídící jednotce vlivem teplotní závislosti viskozity hydraulického oleje.

    Spojité systémy bývají také vybaveny snímači polohy vačkové hřídele, které umoľňují zjistit její skutečné natočení.

    Výąe popsané elektronicko-hydraulické systémy řízení časování ukázaly, ľe největąí přínos by měla zcela nezávislá funkce jednotlivých ventilů. Tento způsob časování vąak nelze řeąit mechanickými systémy, ani kdyľ jsou doplněny elektronikou a hydraulikou.

    Při plně měnitelném časování ventilů se sníľí ztráty vznikající během výměny náplně. Proto se vyvíjí řada různých technologií tohoto řeąení. Nejdokonalejąí způsob je pravděpodobně systém vyuľívající elektromagnetů a pruľin (obr. o327).

    Pro kaľdý ventil je pouľito samostatného elektromagnetu. Konec dříku ventilu je upevněn v disku armatury, který je "zavěąen" ve středu válcového tělesa akčního členu dvěma pruľinami. Jednou nahoře a jednou dole. Na kaľdé straně disku je také elektromagnet, který po přítahu ventil otevře nebo uzavře. Jsou-li elektromagnety bez proudu, zůstává ventil v mezipoloze. Energie "nahromaděná" v pruľinách podporuje pohyb ventilu.

    Časování ventilů je moľno měnit podle nejrůznějąích parametrů motoru, podobně jako u vícebodového sekvenčního vstřikování nebo řízení předstihu jednotlivých válců na mezi jejich klepání. Od pouľití se předpokládá sníľení spotřeby o 10 % aľ 30 % a zlepąení emisí HC o 10 % a NOX aľ o 40 %. Také zlepąení kroutícího momentu motoru má dosáhnout nejméně 10 %.

    Významným přínosem je zjednoduąení konstrukce motoru tím, ľe odpadne vačková hřídel, rozvod časování, řetěz či pás pohonu časování, dráľky vaček apod.

Výměna náplně

    Průběh výměny náplně, také nazývané vyplachování válců, není ovlivňován jen časováním ventilů, ale také uspořádáním sacího a výfukového traktu.

    Výkon motoru je úměrný protékající hmotě vzduchu vytvářejícího s palivem pracovní směs. Můľe být tedy zvýąen (při konstantním zdvihovém objemu a otáčkách) předběľným stlačením vzduchu před vstupem do válce, tj. přeplňováním.

    Stupeň přeplňování udává zvýąení hustoty vzduchu ve srovnání s přirozeným sáním, při kterém je vzduch či směs dopravována do válce působením podtlaku v sacím potrubí během cyklu sání. Stupeň je závislý na pouľitém způsobu. Maximální je, pokud se teplota stlačeného vzduchu nezvýąí, coľ můľeme zaručit např. jeho ochlazením na výchozí teplotu. Jeho velikost je u záľehových motorů omezena vznikem detonačního hoření, tj. hranicí klepání.

    Přeplňované spalovací motory (záľehové i vznětové) mívají zpravidla niľąí kompresní poměr neľ nepřeplňované.

    U automobilových záľehových motorů se obvykle pouľívá následujících způsobů přeplňování:

  1. Dynamické
  2. Turbodmychadlem
  3. Mechanicky poháněným dmychadlem

Dynamické přeplňování

    Jde o nejjednoduąąí způsob spočívající ve vyuľití dynamiky nasávaného vzduchu. Sacími zdvihy pístu je v sacím potrubí vytvářeno periodické kolísání tlaku. Tlakové vlny probíhají sacím potrubím a jsou na jeho konci odráľeny. Přizpůsobením délky sacího potrubí (l v obr. o328) k časování ventilů lze dosáhnout toho, ľe tlaková vlna dorazí k ventilu krátce před jeho uzavřením. Její přetlak pak dodá do válce vyąąí mnoľství směsi (u nepřímého vstřikování) nebo vzduchu (u přímého).

    Podobné platí i pro výfukové potrubí. Bude-li sací i výfukové potrubí naladěno tak, ľe během překrytí ventilů vznikne pozitivní tlakový spád, dosáhne se dobré výměny náplně s příznivým účinkem na výkon, spotřebu i emise.

    Tlakové rázy v sacím potrubí působí obdobně jako turbulence ve spalovacím prostoru. Urychlují promísení paliva a vzduchu i pohyb zapálené vrstvené směsi u motorů spalujících chudé směsi. Zlepąují se tedy spalovací poměry a zvyąuje termodynamická účinnost motoru.

    Protoľe vlastní frekvence sloupců plynu jsou závislé na délce vedení, je optimální naladění moľné jen pro úzký rozsah otáček. S vyuľitím elektronických řídících systémů vąak lze měnit elektromechanicky, po stupních, délku vedení a tak dosáhnout přizpůsobení prakticky v celém rozmezí provozních otáček.

    Tyto systémy větąinou vyuľívají principu, který vyplývá z obr. o329, na kterém je vyobrazena přísluąná část systému Fenix 4B, pouľitého na motoru ZPJ--4 vozů Citroen XM.

    Mnoľství nasávaného vzduchu je na vstupu sacího potrubí regulováno ąkrticími klapkami 1 ovládanými plynovým pedálem. Protoľe jde o ąestiválcový V motor, jsou sací potrubí dvě, kaľdé pro tři válce. Vzduch se k válcům přivádí samostatnými kanály 2.

    Systém se skládá ze dvou objemů, z nichľ kaľdý přísluąí jedné hlavě válců. Dále z krátkého potrubí mezi těmito objemy, které je účinné, je-li otevřena klapka 3, a dlouhého potrubí, účinného při otevření klapek 4 (natáčených současně).

    Mechanismy ovládající natáčení klapek 3 a 4 jsou řízeny podtlakem v sacím potrubí, tj. zatíľením motoru. Podtlak je k nim přiváděn přes elektromagnetické ventily řízené dle otáček signály z řídící jednotky.

    V pomalém chodu, < 4 000 ot/min, jsou klapky 3 i 4 zcela uzavřeny. Systém tedy tvoří dva separátní objemy, kaľdý pro jednu hlavu válců. Kroutící moment motoru je zlepąen rychlejąím prouděním vzduchu.

    Pro vysoké otáčky, > 5 000 ot/min, jsou naopak klapky 3 a 4 otevřeny. Výkon motoru je zvýąen značným mnoľstvím vzduchu vstupujícím do válců. Ke zvýąení přispívá i ąíření rázových vln vytvářených krátkým i dlouhým potrubím.

    V rozmezí 4 000 aľ 5 000 ot/min jsou otevřeny jen klapky 4, klapka 3 je uzavřena. Buzení v dlouhém potrubí je postačující pro dosaľení hladkého přechodu k vyąąím nebo niľąím otáčkám.

    Pokud je v uvedených reľimech předpokládáno plné otevření klapek, jde o stav plného zatíľení motoru.

    Při částečném zatíľení, nebo ve volnoběhu, zůstává klapka 3 uzavřena a otevírají se pouze klapky 4.

Přeplňování turbodmychadlem

    Nejvhodnějąí způsob přeplňování je pouľití odstředivého dmychadla poháněného turbínou na výfukové plyny motoru. K pohonu se tedy pouľije energie odcházejících výfukových plynů, která by jinak přicházela nazmar. Turbína s dobrou termodynamickou účinností pokryje potřebný příkon plnicího dmychadla.

    Pracovní spojení turbodmychadla se spalovacím motorem je výhodné také proto, ľe s rostoucím zatíľením motoru se zvětąí i mnoľství, tlak a teplota výfukových plynů. Tím se automaticky zvýąí otáčky turbodmychadla a stoupne plnicí tlak, tedy mnoľství dodávaného vzduchu.

    Na obrázku o330 je schématicky znázorněno spřaľení turbodmychadla 2 s přeplňovaným motorem 1. U automobilových motorů je poľadován potřebný plnicí tlak v celém poměrně ąirokém rozmezí provozních otáček a zatíľení motoru. Proto jiľ zmíněná "automatická" regulace otáček turbíny nevyhovuje. Turbodmychadlo se tedy navrhuje pro potřeby motoru zejména v jeho nízkých otáčkách. Aby při vysokých otáčkách a velkém zatíľení nedoąlo k nadměrnému zvýąení plnicího tlaku a tím k vyąąím spalovacím tlakům ve válcích s následným detonačním hořením, je nutno pouľít ventilu 3 regulujícího tlak. Ventil omezí otáčky turbíny tím, ľe odvádí část výfukových plynů přímo do výfuku.

    U novějąích systémů se provádí regulace plnicího tlaku elektronicky. Princip takové regulace je schématicky zakreslen na obr. o331. Velikost plnicího tlaku, při níľ dochází k otevření regulačního ventilu (3 v obr. o330) není určována mechanicky, předepnutím pruľiny ventilů. Vyuľije se střídavého zapínání a vypínání elektromagnetického ventilu, který je rovněľ připojen k sacímu potrubí.

    Jeho otvíráním a zavíráním se "odvětrává" část přetlaku přicházejícího ze sacího potrubí, kterým se řídí velikost tlaku otvírajícího regulační ventil plnicího tlaku.

    Elektromagnetický ventil je ovládán z řídící jednotky podle signálů ze snímače tlaku v sacím potrubí, případně otáček motoru a daląích snímačů. Tak je moľno měnit plnicí tlak motoru podle více parametrů.

    Některé systémy jsou vybaveny i moľností krátkodobého větąího zvýąení plnicího tlaku při zrychlování s plným otevřením ąkrticí klapky (plynu). Tím se zvýąí výkon motoru, coľ je výhodné např. během předjíľdění. Po určité krátké době (např. 10 s) vrátí řídící jednotka plnicí tlak k jeho normální maximální mezi i beze změny jízdního reľimu.

    Tento způsob ale není nejlepąí, a to nejen z hlediska vyuľití energie výfukových plynů. Proto se hledaly moľnosti energeticky výhodnějąí regulace. Jednou z nich je proměnná geometrie turbíny. Tou se plynule mění aerodynamické charakteristiky turbíny a tak můľe být vyuľito celkové energie výfukových plynů.

    Tento způsob má proti předchozím i přednost v moľnosti řízení zpětného tlaku výfukových plynů, zvl. ve vyąąích otáčkách. Přílią vysoký zpětný tlak způsobuje zhorąení výměny náplně. Ve válcích zůstávají horké zbytky spálené směsi a zvyąují sklon k detonačnímu hoření při spalování čerstvé směsi.

    Srovnáním průběhů plnicího tlaku v závislosti na otáčkách u turbodmychadla s proměnnou geometrií turbíny, turbodmychadla s výpustným ventilem a bez vnějąí regulace je na obr. o332.

    Z obrázku vyplývá, ľe nejvýhodnějąí průběh plnicího tlaku v celém rozmezí otáček motoru je právě u turbodmychadla s proměnnou geometrií turbíny.

    Změna geometrie se provádí natáčením stavitelných vodicích lopatek 2 (viz obr. o333) otočně uloľených na prstenci pevně spojeném s tělesem turbodmychadla 1. Natáčení vodicích lopatek je řízeno stavěcím prstencem 3, opatřených profilem pilových zubů. Natočením tohoto prstence se mění úhel sklonu vodicích lopatek a tím i mnoľství vzduchu proudícího na lopatky hnacího kola turbíny. Natočení vodicích lopatek s minimálním a maximálním úhlem je zobrazeno na obrázku o334. Ovládání stavěcího prstence se provádí obdobným způsobem jako u přepouątěcího ventilu výfukových plynů.

    Jinou moľností je dvoudmychadlové sekvenční přeplňování. Bylo vyvinuto fou Mazda, zejména pro motory s krouľivým pohybem pístu (Wankel). V systému je pouľito dvou turbodmychadel. Jedno z nich, označované jako primární, je v činnosti jiľ při nízkých otáčkách a malých zatíľeních motoru. Ve vyąąích otáčkách a při velkém zatíľení motoru je přeplňování prováděno jak primárním, tak sekundárním turbodmychadlem (viz. obr. o335).

    Výfukové plyny jsou k turbíně primárního turbodmychadla přiváděny bez omezení, zatímco k sekundárnímu turbodmychadlu je jejich přívod omezován ventilem ovládání turba. Ten je tvořen kotoučem, který je táhlem ovládán od pneumaticky řízeného stavěcího členu, obr. o336a. Pro zlepąení těsnicího účinku je kotouč přitlačován k ventilovému sedlu tlakem výfukových plynů, působícím jako zpětný tlak. Protoľe síla potřebná k otevření kotouče musí tento zpětný tlak překonat, je stavěcí člen "posilován" přetlakem a podtlakem. Tyto jsou k němu přiváděny z různých míst sacího potrubí přes elektropneumatické ventily.

    Kotouč je proveden jako mezikruľí, jehoľ středový otvor je uzavírán zátkou (obr. o336b), a pracuje ve dvou krocích. V prvém se zátka zvedne menąí silou a tím poklesne rozdíl v tlacích před a za kotoučem. Ve druhém kroku pak můľe být kotouč plně otevřen menąí silou.

    Toto uspořádání je potřebné, aby nedoąlo k selhání otevření přívodu výfukových plynů ke druhé turbíně, čímľ by vzrostl průtokový odpor výfukového traktu a tím i zpětný tlak. Důsledky tohoto děje byly jiľ popsány.

    Aby se zabránilo průtoku vzduchu přetlakovaného primárním turbodmychadlem zpětně do sekundárního dmychadla, je v potrubí klapka ventilu ovládání náplně (viz obr. o335), která je v nízkých otáčkách motoru uzavřena. Otevírána a uzavírána je obdobným pneumaticky řízeným stavěcím členem. K němu se přivádí podtlak ze sacího potrubí přes elektropneumatický ventil.

    V přechodné oblasti otáček by po otevření ventilu turba trvalo určitou dobu, neľ by otáčky sekundárního turbodmychadla dosáhly hodnoty nezbytné pro potřebný plnicí tlak. Tím by doąlo k přechodnému poklesu kroutícího momentu motoru. Aby se tomu předeąlo, je systém opatřen obtokovým kanálem uzavřeného ventilu ovládání turba, obr. o337. Tento kanál je otvírán ventilem předkontroly turba, sestávajícím opět z mechanické klapky a pneumatického stavěcího členu s elektropneumatickým ventilem, který reguluje tlak pro stavěcí člen podle otáček motoru.

    Otevíráním obtokového kanálu se k turbíně sekundárního dmychadla přivádí určité mnoľství výfukových plynů a tato se předběľně roztočí. Přídavný plnicí tlak vąak bude toto turbodmychadlo dodávat aľ po otevření klapky ventilu ovládání dávky.

    Před tímto jsou výfukové plyny za turbínou odváděny k jejímu vstupu zpětným kanálem. Průtok plynů je ovládán ventilem stejné konstrukce jako dříve popsané, tj. klapkou natáčenou pneumatickým stavěcím členem. Tento ventil, nazývaný ventilem odlehčení náplně, se uzavře krátce před tím, neľ má být otevřen ventil ovládání turba, aby se k motoru přivedl i plnicí tlak sekundárního turbodmychadla. Protoľe je uzavřen i ventil ovládání náplně, bude turbína tohoto dmychadla odlehčena. Je to dáno tím, ľe vzduch, který dmychadlo nasává, nemá kam postupovat. Tím se otáčky turbíny prudce zvýąí a po otevření ventilu ovládání turba a současně s ním i ventilu ovládání náplně, bude pokles plnicího tlaku velmi malý.

    Výąe popsanou činnost ozřejmuje obr. o338. Zde je vyznačen průběh plnicího tlaku (horní část) a průběh rychlosti otáčení sekundárního turbodmychadla v závislosti na čase, počínaje okamľikem otevření ventilu předkontroly turba. V obou částech obrázku jsou čárkovaně zakresleny průběhy, které by nastaly při pouľití pouze ventilu ovládání turba. Pokles plnicího tlaku by byl poměrně velký a dosaľení jeho potřebné velikosti by nastalo za deląí dobu. Chod motoru by byl dosti nerovnoměrný.

    Čerchovanou čarou jsou zakresleny průběhy vznikající s ventilem předkontroly turba. Po jeho otevření se otáčky sekundárního turbodmychadla zvyąují jeątě před otevřením ventilu ovládání turba, takľe pokles plnicího tlaku po jeho otevření bude menąí a krátkodobějąí.

    Plnou čarou jsou vyznačeny průběhy dosahované činností vąech uvedených ventilů. Průběh zvyąování rychlosti po otevření ventilu předkontroly turba bude po uzavření ventilu odlehčení náplně mnohem strmějąí a rychlost potřebná pro plnicí tlak je dosaľena jiľ před otevřením ventilu ovládání turba.

    Proto bude pokles plnicího tlaku nepatrný a kroutící moment motoru zůstane v celém rozsahu otáček a zatíľení zachován.

    Řízení činnosti takového systému je moľné provádět pouze elektronicky. Navíc je třeba zabezpečit, aby se při výskytu detonačního hoření zmenąoval plnicí tlak obdobně jako u jiných způsobů přeplňování, tj. pomocí přepouątěcího ventilu. Tento vąak není v obrázcích vztahujících se k systému dvou turbodmychadel zakreslen. Jeho funkce je totiľ od nich zcela nezávislá. Do činnosti je uváděn pouze při překročení maximálně přípustného plnicího tlaku, a» je to v jakékoli pracovní oblasti motoru.

    I kdyľ bývá provedení turbodmychadel pro různá pouľití odliąné, větąinu konstrukčních řeąení mají obdobných. Proto je moľno uvést jejich obecné nevýhody společně.

    Předevąím je to skutečnost, ľe jsou "nástavbou" horkého výfukového potrubí. Čili musí být zhotoveny z materiálů odolných vůči vysokým teplotám.

    Jejich lopatková kola se otáčejí velmi vysokou rychlostí, dosahují otáček vyąąích neľ 100 000 ot/min. Loľiska musí být proto nepřetrľitě mazána olejem přiváděným z vnějąí nádrľe samostatným potrubím. Olej, přiváděný k loľiskům hřídele spojující lopatková kola turbíny a dmychadla, je nejen maľe, ale i chladí. U některých provedení je pouľito i přídavného kapalinového ochlazování skříně, ve které jsou loľiska uloľena. K ochlazování chladicí kapaliny se pak pouľívá vnějąího chladiče, podobně jako pro chlazení motoru. Přídavným ochlazováním skříně se předchází varu oleje při nadměrném zvýąení teploty, např. při zastavení velmi teplého motoru. Varem oleje by docházelo ke sníľení ľivotnosti loľisek.

    Příklad takovéto konstrukce je na obr. o339. Na výfukové potrubí se upevňuje kryt turbíny 1, který směruje výfukové plyny na její lopatkové kolo 2. Po průchodu turbínou jsou plyny krytem odváděny dále do výfuku.

    Přebytečné plyny procházejí mimo turbínu, přímo do výfuku, obtokovým kanálem, který je otevírán regulačním (přepouątěcím) ventilem s táhlem 3.

    Lopatková kola turbíny a dmychadla 7 jsou společně upevněna na hřídeli 4. Hřídel je oboustranně uloľena v loľiscích, ke kterým se přivádí mazací a chladicí olej kanálky z olejového přítoku 6. Skříň, ve které jsou loľiska uloľena, je ochlazována kapalinou
Voda s nemrznoucí směsí.
přiváděnou průtokem 5. Dmychadlo je mimo lopatkové kolo tvořeno i krytem 8, který sbírá vzduch přicházející ze vzduchového čističe a po stlačení jej směruje do sacího potrubí motoru.

Mechanicky poháněné dmychadlo

    Mimo nevýhody zmíněné v předchozí části, mají turbodmychadla jeątě dvě daląí, které jsou pro činnost motoru dosti podstatné.

    Je to rychlost reakce na změnu výkonu motoru. Při náhlé potřebě zvýąit výkon dochází zpravidla ke vstříknutí větąího mnoľství paliva. V prvním okamľiku je vąak k dispozici méně vzduchu, neľ je potřebné pro zachování ľádoucího sloľení směsi. Tím dochází ke zhorąení emisí a ke zvýąení teploty výfukových plynů nad normální hodnotu, dokud se otáčky turbodmychadla nezvýąí na nový provozní stav.

    Druhý problém spočívá v tom, dmychadlo stlačuje vzduch pro čerstvou náplň. Přitom stoupá nejen jeho tlak, ale i teplota. S rostoucí teplotou klesá hustota vzduchu, coľ se projeví nepříznivě na sloľení směsi, zejména při vysokých plnicích tlacích. Navíc, mimo změny sloľení směsi, se můľe zvýąení teploty vzduchu (a tím i směsi) projevit vznikem detonačního hoření, tj. klepáním motoru. Proto se při vysokých plnicích tlacích vzduch po stlačení v dmychadle ochladí před vstupem do válce v chladiči plnicího vzduchu. Tím dochází ke zvětąení hmotnosti čerstvé náplně a relativně chladná čerstvá náplň sníľí teplotu válce. To se projeví příznivě jak zlepąením emisí, tak zvýąením odolnosti proti vzniku klepání motoru.

    Mechanicky poháněná dmychadla jsou do značné míry prosta těchto nedostatků. Dmychadlo je poháněno přímo od motoru, se kterým je spojeno pevným mechanickým převodem. Tím, ľe je zařazeno jen na "studené" straně motoru, můľe být pouľito i pro velmi vysoké plnicí tlaky, nebo» teplota výfukových plynů na něj nemá vliv.

    V důsledku mechanického spojení reaguje přeplňování na změny otáček bez zjevného zpoľdění.

    Pro automobilové motory jsou vhodná jen dmychadla, jejichľ dopravované mnoľství se mění s otáčkami lineárně, tj. objemová dmychadla. Jejich tlakové poměry jsou na otáčkách nezávislé, takľe i při malých objemových proudech mohou vytvářet vysoké tlaky. Objemový proud je na tlakových poměrech nezávislý a přibliľně přímo úměrný otáčkám. Nemají ľádnou nestabilní provozní oblast.

    Nejvhodnějąím typem mechanicky poháněného dmychadla je ąroubové dmychadlo Lynsholmovo (obr. o340). Jeho rotory mají tvar ąroubových kol s velkým stoupáním. Hlavní výhodou je postupné stlačování vzduąniny. Proto má i při vyąąím stupni stlačení poměrně vysokou účinnost mezi 0.6 aľ 0.8. Otáčky se pohybují v rozmezí 2 000 aľ 15 000 ot/min.

    Příznivé parametry Lynsholmova dmychadla vedly fu Mazda k jeho pouľití u silně přeplňovaného (supercharging) motoru, pracujícího s tzv. Millerovým cyklem. U Millerova cyklu se sací ventily motoru uzavírají předčasně nebo opoľděně v porovnání s Ottovým cyklem. Tím se pracovní expanzní zdvih motoru s Millerovým cyklem proti kompresnímu zdvihu prodluľuje, zatímco při Ottově cyklu jsou oba zdvihy stejné.

    Proto u motorů s Ottovým cyklem se při zmenąení kompresního poměru sníľí také expanzní poměr, zatímco u Millerova cyklu můľe zůstat expanzní poměr vysoký i kdyľ se kompresní sníľí. Protoľe termodynamická účinnost motoru je značně ovlivňována expanzním poměrem (jmenovitý kompresní poměr) a málo pracovním kompresním, můľe být u motorů s Millerovým cyklem udrľena vysoká bez vzniku detonačního hoření (klepání motoru).

    Jak bylo výąe uvedeno, mění se pracovní kompresní zdvih, tj. jeho délka při kompresi náplně, časným nebo pozdním uzavíráním ventilů. Při časném uzavírání se dosáhne vyąąího kroutícího momentu, ale vzhledem ke kratąí době sání se sníľí objemová účinnost při vyąąích otáčkách a značně vzrostou poľadavky na plnicí tlak (viz obr. o341, čárkovaně vyznačené průběhy). Tím velmi vzroste tepelné i mechanické zatíľení Lynsholmova dmychadla.

    Pro automobilové motory, které pracují v ąirokém rozmezí provozních otáček, je tedy mnohem vhodnějąí pozdní uzavírání. Toto vyplývá z průběhů obou veličin vyznačených v obr. o339 plnou čarou.

    Při pozdním uzavírání ventilů sání je niľąí teplota směsi během kompresního zdvihu, coľ umoľňuje pouľít větąího předstihu záľehu. Tím stoupne výkon motoru a kompenzují se ztráty na pohon dmychadla.

    Provedení sací soustavy s Lynsholmovým dmychadlem je zjednoduąeně zakresleno na obr. o342. Nasávaný vzduch je za ąkrticí klapkou stlačován v Lynsholmově dmychadle, za kterým se ochlazuje v mezichladiči, aby se odstranilo zvýąení teploty vzduchu vlivem jeho stlačení. Po dostatečném ochlazení je vzduch vháněn do sacího kanálu s pozdním uzavíráním ventilu. Mnoľství proudícího vzduchu je řízeno ąkrticí klapkou u vstupní strany dmychadla a ventilem obtokového vzduchu zařazeným mezi vstup a výstup dmychadla. Touto cestou se vrací nadbytečný vzduch.

    Fa Mazda prováděla srovnávací měření motoru o obsahu 2 254 ccm s Millerovým cyklem s motorem 1 995 ccm s přirozeným sáním a se vznětovým motorem o obsahu 1 997 ccm přeplňovaným turbodmychadlem. Vąechny motory byly ąestiválcové, typu 60° V. Jmenovitý kompresní poměru u motoru s Millerovým cyklem byl nastaven stejně jako u motoru s přirozeným sáním. Jeho pracovní kompresní poměr pak byl nastaven časováním uzavírání sacího ventilu, aby byl srovnatelný s poměrem motoru přeplňovaného turbodmychadlem.

    Nastavení motorů je shrnuto v tab. Parametry motorů.

Parametry motorů
  Millerův cykl Přirozené sání Turbodmychadlo
Vrtání x zdvih [mm] 80.3 x 74.2 78 x 69.6 74 x 77.4
Objem [ccm] 2 254 1 995 1 997
Jmenovitá komprese 10.0 10.0 8.0
Počet ventilů, druh 24, DOHC 24, DOHC 18, OHC
Otevření sacích 2° před HÚ 5° před HÚ 5° před HÚ
Uzavření sacích DÚ po 70° DÚ po 35° DÚ po 38°
Uzavření výfukových HÚ po 5° HÚ po 5° HÚ po 10°
Pracovní komprese 7.6 9.4 7.4

    Z prováděných srovnávacích měření vyplynulo, ľe motor s Millerovým cyklem má o 10 aľ 15 % niľąí spotřebu neľ motor s přirozeným sáním. Větąí úspora je při niľąích zatíľeních motorů. Pro srovnávání způsobů přeplňování je vąak vhodnějąí nárůst plnicího tlaku po otevření ąkrticí klapky v sacím potrubí.

    V obr. o343 jsou zakresleny průběhy plnicího tlaku a to čerchovanou čarou pro jednoduché turbodmychadlo, čárkovanou pro dvouturbodmychadlový sekvenční systém a plnou pro Lynsholmovo dmychadlo s Millerovým cyklem. Z obrázku je zřejmé, ľe mechanické dmychadlo zajistí nejen nejvyąąí plnicí tlak, ale jeho téměř maximální hodnoty je dosaľeno jiľ po 1 sekundě. Tedy během doby, po kterou bude plnicí tlak sekvenčního dvoudmychadlového systému jeątě mírně klesat. Ten pak po sekundě začne poměrně rychle narůstat a po daląí sekundě dosáhne svého prvního maxima, blízkého plnicímu tlaku Lynsholmova dmychadla.

    Nejnepříznivějąí stav je u jednoduchého turbodmychadla, jehoľ plnicí tlak po počátečním poklesu zprvu pozvolna roste, pak rychleji, ale jeho maximum je téměř o 50 % niľąí, neľ u Lynsholmova dmychadla.

    Z průběhů lze odvodit, jak se bude při různých způsobech přeplňování motor během zrychlení po seąlápnutí plynového pedálu chovat.

    Mazda prováděla i vozidlové zkouąky. Při nich byl zmíněný motor s Millerovým cyklem porovnáván se ąestiválcovým V motorem o obsahu 3 000 ccm s přirozeným sáním.

    Z průběhu kroutícího momentu a výkonu v závislosti na otáčkách motoru, zakreslených v obr. o344 vyplývá, ľe přes niľąí objem má motor s Millerovým cyklem výkon v celém rozsahu otáček vyąąí. Jeątě příznivějąí stav je u kroutícího momentu motoru, který je nejen vyąąí, ale i mnohem rovnoměrnějąí.

Proměnný kompresní poměr

    Zachování průběhu kroutícího momentu motoru při zmenąení jeho objemu je způsob, jak podstatně sníľit spotřebu. Je to umoľněno tím, ľe pouľitím různých způsobů optimalizace funkce motoru (popsaných v předchozím) je dosahováno větąí termodynamické účinnosti. Závislost zlepąení úspory paliva na procentovém zmenąení objemu motoru je uvedena v obr. o345a.

    Jako výchozí bod je pouľit moderní čtyřventilový motor. Zmenąení jeho objemu o 10 aľ 20 %, při zachování kroutícího momentu, přináąí úsporu paliva 4 aľ 10 %. Lze jej realizovat řízením předstihu na mezi klepání, časováním ventilů a daląími opatřeními.
Automatické řazení převodového stupně, vypínání válců při částečném zatíľení atd.

    Přeplňováním motorů je moľno objem zmenąit o 30 aľ 40 %, takľe se dosáhne sníľení spotřeby o 10 aľ 22 %. Jestliľe se pouľije vysokotlakého přeplňování a spolu s ním motoru s proměnným kompresním poměrem, je moľno zmenąit objem o 45 aľ 55 %. Odpovídající sníľení spotřeby dosahuje aľ 30 %.

    Princip způsobu dovolujícího řídit kompresní poměr motoru je uveden v obr. o346. Poměr je měněn klikovým pohonem. Natáčením excentru se mění efektivní délka ojnice a tím i zdvih pístu. Změnou kompresního poměru se předchází vzniku detonačního hoření při velkém zatíľení, nebo naopak nevhodně nízké hodnotě poměru při malém zatíľení.

Chudé směsi

    Prostřednictvím katalyzátorů a přidáváním sekundárního vzduchu není ovlivňován proces spalování probíhající v motoru. Lze jej vąak ovlivnit tvarem spalovacího prostoru, časováním ventilů, recirkulací výfukových plynů, kompresním poměrem, okamľikem záľehu nebo sloľením směsi.

    Zejména sloľení směsi, tj. směąovací poměr udávaný vzduchovým číslem lambda, výrazně ovlivňuje jak úroveň ąkodlivých emisí vznikajících během spalování, tak spotřebu paliva.

    Pouľitím směsi s přebytkem vzduchu se sniľují hodnoty emisí HC a CO aľ k minimu pro daný motor. Rovněľ spotřeba paliva klesá. Aby ale nedocházelo ke zhorąení jízdních vlastností, musí být zlepąována konstrukční řeąení motoru a systémy přípravy směsi. Také okamľik záľehu musí být lépe přizpůsoben. Pouľívá se elektronického tvarování předstihových charakteristik a bezrozdělovačového rozdělení vn ke svíčkám válců motoru.

    Při ochuzení směsi ale dochází k nárůstu koncentrace oxidů dusíku (NOX), které nemohou být redukovány katalyzátorem současně pouľívaného řeąení.

    K dodrľení přísných emisních mezí je potřeba pouľít katalyzátor i pro CO a HC, avąak tento je oxidačního typu, takľe u chudých směsí potíľe nevznikají.

    Problematika zapalování chudých směsí byla popsána v částech Tyristorové zapalování a Bezrozdělovačové rozdělování vn. V daląím bude pozornost věnována pouze přípravě směsi od okamľiku vstřiku přísluąné dávky paliva k přiváděnému vzduchu, do okamľiku záľehu. Tento interval přípravy významně ovlivňuje jak zápalnost směsi, tak zejména úplnost shoření dávky paliva. V řadě případů je důleľitá i úprava proudu vzduchu předcházející vstříknutí paliva.

    Pokud by nedoąlo z jakýchkoliv důvodů k úplnému shoření paliva, roste jak měrná spotřeba,
Spotřeba vztaľená na jednotkový výkon.
tak úroveň emisí HC. Tyto důvody tvoří dvě skupiny problémů. Při nízkých provozních teplotách dochází k ochuzení směsi v důsledku kondenzace paliva na studených částech motoru. Toto palivo se během pracovního cyklu nespálí a jeho zbytky přispívají k nárůstu emisí HC.

    U motorů spalujících chudé směsi je důsledkem tohoto "zředění" sníľená rychlost hoření, takľe v některých provozních reľimech nemusí dojít k úplnému shoření směsi.

    Přístup k řeąení těchto problémů se liąí podle druhu vstřikování
Přímé - do spalovacího prostoru, nepřímé - do sacího kanálu.
a také podle způsobu omezení úrovně emisí ąkodlivin.
Třísloľkový katalyzátor - spalování chudých směsí.

Třísloľkový katalyzátor

    Motory jím vybavené pracují se stechiometrickou směsí. K ochuzení by mohlo dojít pouze kondenzací paliva při studeném startu a krátce po něm, během zahřívání motoru. Toto se kompenzovalo krátkodobým obohacením směsi podle skutečné provozní teploty motoru. Tím zůstala zápalnost směsi i rychlost jejího hoření zachována.

    Stálé zpřísňování emisních předpisů si vynutilo hledat cesty, jak potlačit nepříznivé důsledky zbytků nespáleného paliva následkem obohacení. Kromě toho je teplota hoření obohacené směsi niľąí neľli stechiometrické, čímľ se prodluľuje doba ohřátí katalyzátoru, případně i lambda snímače, na potřebnou teplotu. Jistým zlepąením je vyhřívaný snímač a elektricky ohřívaný katalyzátor. Přesto je ale vhodnějąí opatření, které by omezilo kondenzaci směsi.

    U motorů se vstřikováním do sacího kanálu se palivo nevstřikuje na sací ventil, ale na elektricky vyhřívanou destičku (obr. o347). Vyhřívání se mění v závislosti na teplotě motoru.

    Tento způsob pouľívá např. fa Saab u nových motorů vybavených katalyzátorem s kovovým nosičem katalytické vrstvy. Katalyzátor je umístěn velmi blízko motoru, takľe rychle dosáhne provozní teploty.

    Jinou cestu volí fa Mazda. Vychází z principu, ľe spalovací poměry u studeného motoru je moľno zlepąit turbulencí nasávaného vzduchu. Tohoto je vyuľito v řeąení, které vyjadřuje zjednoduąený nákres uspořádání motoru, uvedený v obr. o348.

    Při startu a volnoběľném zahřívání motoru je ąkrticí klapka v sacím potrubí uzavřena. Volnoběľný vzduch prochází do sacího kanálu přes zvláątní díl 1, ve kterém je rozviřován, takľe ke vstřikovací trysce 2 přichází daląím potrubím jiľ turbulentní proud. Tím je značně omezena moľnost kondenzace vstřikovaného paliva na studené stěně sacího kanálu.

    Ke zlepąení poměrů přispívá i regulované časování sacích ventilů urychlující průběh nasávání čerstvé směsi do válců.

    Ve výfukovém kanálu jsou zařazeny dva vyhřívané lambda snímače. První z nich 3 je umístěn před třísloľkovým katalyzátorem 5, druhý 4 je vloľen mezi oxidační a redukční část katalyzátoru. Úkolem snímače před katalyzátorem je nastavování sloľení směsi na zaprogramovanou hodnotu od okamľiku, kdy tento bude vyhřát na minimální provozní teplotu.

    Druhý snímač porovnává obsah kyslíku před a za oxidační částí katalyzátoru. Podle rozdílu vyhodnocuje, zda je katalyzátor vyhřát k teplotě potřebné ke katalytické činnosti. Po jejím dosaľení začíná regulace sloľení směsi na stechiometrickou hodnotu potřebnou pro potlačení vąech tří ąkodlivých sloľek emisí.

    Pro rychlejąí ohřátí soustavy katalyzátoru a lambda snímačů je výfukové potrubí 6 krátkodobě vyhříváno. Tím se zvýąí teplota výfukových plynů, která katalyzátor, případně i lambda snímače, udrľuje v provozním stavu.

    Na jiném principu je zaloľeno řízení spalování vířivým vrstvením, vyvinuté anglickou firmou Ricardo Consulting Engineers pro motory se čtyřmi ventily v kaľdém válci. Vzduch je do válce nasáván běľným sacím potrubím a palivo se vstřikuje do jednoho ze sacích kanálů. Teprve připravená směs se ąíří ve válci řízeným pohybem. K řízení pohybu směsi je vyuľíváno i recirkulace výfukových plynů. Tyto jsou ve válci vrstveny, coľ umoľňuje pouľít mnohem větąí dávky recirkulace, neľ bez vrstvení.

    Pohyb směsi ve válci je buď spirálovitý vír nebo překlápění,
Viz obr. o349, ve kterém je uvedeno i neřízené ąíření směsi.
případně kombinace obojího. Je to závislé na zatíľení motoru. Jednotlivé reľimy vyplývají z obrázků o350a aľ o350d.

    Ve volnoběhu (obr. o350a) se směs ąíří spirálovým vířením. To vzniká tím, ľe nasávaný vzduch je do válce přiváděn pouze sacím kanálem, do kterého se vstřikuje palivo. Druhý sací ventil je uzavřen. Vstříknutím paliva mimo osu válce dochází k víření vzniklé směsi. Excentricky je umístěna i zapalovací svíčka. Jak je obvyklé, ve volnoběhu se recirkulace výfukových plynů nepouľívá.

    Vyuľije se aľ při částečném zatíľení motoru a vytváří překlápění směsi. K řízení překlápění slouľí systém pouľívající proměnného maximálního zdvihu ventilu druhého sacího kanálu. Sedlo tohoto ventilu je upraveno vybráním dle obr. o351.

    Při menąím maximálním zdvihu ventilu proudí nasávané recirkulované plyny pouze kolem horní strany sacího potrubí, jak je označeno plnou ąipkou. Přitom dochází k překlápění směsi. Jestliľe je nastaven větąí maximální zdvih, můľe nasávaný plyn proudit kolem celého obvodu ventilu a překlápění směsi nevzniká.

    Stupeň překlápění je závislý na mnoľství recirkulovaných plynů přiváděných při částečném zatíľení motoru. Při menąím částečném zatíľení se přivádí malé mnoľství recirkulovaných plynů, takľe překlápění je malé a pohyb směsi ve válci je kombinací víření a překlápění (o350b). Tím jednak dochází k vytváření homogenní směsi a mimo to se do ní přimísí recirkulované plyny. Teplota hoření bude niľąí a tedy se sníľí i úroveň emisí NOX.

    Se zvyąováním částečného zatíľení je zvětąováno mnoľství recirkulovaných výfukových plynů. Jsou přiváděny sacím kanálem s ventilem upraveným na řízení překlápění směsi. Palivo je opět vstřikováno do sacího kanálu, kterým je nasáván čerstvý vzduch. Vzhledem k intenzivnímu proudu směsi i výfukových plynů dochází ve válci pouze k překlápění recirkulovaných plynů a dávka náplně se v něm přirozeně vrství. Vznikají dvě symetrické oblasti, jedna se směsí, druhá s recirkulovanými plyny (o350c).

    Je to dáno tím, ľe obě sloľky vstupují do válce rozdílnými sacími kanálu a nemísí se před vstupem do spalovacího prostoru, jak je tomu u normální recirkulace výfukových plynů. Tak je moľno podstatně zvýąit objem recirkulace a výrazně omezit emise NOX. Protoľe sloľení směsi v části válce je blízké stechiometrické hodnotě, směs dobře shoří a emise HC nevzrostou.

    Při daląím zvyąování zatíľení motoru se dosáhne bodu, kdy je pro spalování potřeba více vzduchu, neľ je moľno přivést jediným sacím kanálem. Proto se vzduch pro náplň přivádí i druhým sacím kanálem, který byl dosud pouľíván pro recirkulované plyny. Přitom je maximální zdvih jeho ventilu nastaven na větąí hodnotu, takľe překlápění směsi bude malé. Excentrická poloha svíčky poskytuje přijatelné poľadavky na oktanové číslo paliva (o350d).

    Vzhledem ke sníľení emisí NOX zvýąeným procentem recirkulace výfukových plynů je moľno mírně ochudit směs proti stechiometrické hodnotě, která je potřebná pro maximální účinnost redukce vąech tří sloľek, a tak dosáhnout sníľení spotřeby zhruba o 6 aľ 7 %.

Motory spalující chudou směs

Na úroveň emisí ąkodlivých sloľek ve výfukových plynech má velký vliv součinitel přebytku vzduchu lambda. Aby byl podíl CO ve výfukových plynech malý, musí se směs ochudit minimálně na lambda = 1.1. Aby se chudé směsi daly spalovat bez vynechávání pracovních cyklů motoru, musí být ve vąech válcích jejich sloľení stejné a v průběhu jednotlivých cyklů se můľe jen málo měnit. To se nejsnadněji dosáhne sekvenčním vícebodovým vstřikováním. Při akceleraci vozidla nebo studeném startu a během následného zahřívání nesmí být sloľení směsi "obohacováno" pod lambda = 1.0.

    Emise HC dosahují minima při lambda přibliľně rovno 1.1. Při daląím ochuzování úroveň emisí zase roste. Je to způsobeno vynecháváním spalování; obvykle pocházejícího od zhasnutí plamene u studených stěn válce. Zlepąení se dosáhne vrstvením směsi, zvýąením rychlosti jejího pohybu po zaľehnutí a také pouľitím dvou zapalovacích svíček umístěných co nejblíľe stěny válce.

    Maximum emisí oxidů dusíku (NOX) je při lambda = 1.1, protoľe tehdy jsou ve spalovacím prostoru vysoké teploty a dostatek kyslíku. Emise NOX se mohou omezit přidáním přesně dávkovaného mnoľství výfukových plynů do proudu čerstvého vzduchu, tedy elektronickým řízením jejich recirkulace. Tím se sníľí výhřevnost směsi a teplota spalování.

    V poslední době se stává problémem i obsah oxidu uhličitého (CO2) ve výfukových plynech. Jeho obsah je nejvyąąí při stechiometrickém sloľení směsi a s ochuzováním klesá. Předpokládá-li se správná funkce zapalování, je to dáno niľąí spotřebou paliva. Proto mají na sníľení úrovně emisí CO2 vliv vąechna opatření zmenąující spotřebu.

    Pro správné spalování záľehových motorů je důleľité, aby směs paliva se vzduchem byla homogenní. Toho nelze u současných způsobů vstřikování paliva dosáhnout. Proto je nutné pouľít řízení pohybu vzduchu ve válci kombinací spirálového víření a překlápění, s malými změnami cykl od cyklu. Nízký stupeň překlápění a střední víření je náročné na časování vstřikování. Se středním překlápěním a středním vířením jsou naopak poľadavky na časování vstřiku mírnějąí, protoľe směs bude v době záľehu dostatečně homogenní.

    Aby se chudá nehomogenní směs snáze zaľehla, pouľívá se jejího vrstvení. V blízkosti zapalovací svíčky se nachází bohatąí směs, kterou lze velmi dobře zapálit, zatímco hlavní průběh spalování poté probíhá ve směsi chudé.

    Dříve se pouľíval způsob vrstvení směsi pomocí odděleného spalovacího prostoru. Do komůrky byla vstřikována bohatá směs druhým systémem přípravy. Jelikoľ je tento systém nákladný, není vhodný pro velkosériové pouľití. Navíc mají motory s rozděleným spalovacím prostorem velkou povrchovou plochu pracovního prostoru a tím i výrazně vyąąí emise HC.

    Spojením řízení pohybu vzduchu ve válci s časováním vstřikování i okamľiku záľehu tak, aby vstřikování bylo prováděno do blízkosti zapalovací svíčky a okamľiky vstřiku a záľehu byly vhodně sladěny, lze dosáhnout optimálního řeąení. Směs pak bude v okamľiku záľehu v okolí svíčky snadno zápalná.

    Nejvhodnějąím řeąením je přímé vstřikování paliva do spalovacího prostoru ve válci. Vstřikovací tryska je umístěna pod sacími hrdly, mezi oběma ventily (obr. o352).

    Úhel vstřiku se volí tak, aby docházelo k překlápění nasávaného vzduchu. Ve spojení s vířením vzduchu, vytvářeným v sacím kanále, se dosáhne dostatečně homogenní směsi jiľ během sacího zdvihu. Není tedy třeba přesně vázat okamľiky vstřiku paliva a záľehu směsi. Tento přístup je vhodný hlavně pro odstranění potřeby obohacovat směs při studeném motoru a akceleraci. Odstraní se ztráta paliva na stěnách sacího kanálu a za předpokladu dobrého rozpráąení vstřikovaného paliva je spalování stabilní.

    Zesílení pohybu nasávaného vzduchu provádí fa Nissan instalováním ąkrticí klapky s excentrickým výřezem, která slouľí jako ventil řízení víření. Umís»uje ji u vstupu sacího kanálu. Změnou polohy výřezu klapky lze dosáhnout víření, překlápění nebo kombinaci obojího.

    Při plném zatíľení motoru je klapka zcela otevřena, nedochází ke ztrátě výkonu způsobené omezováním proudění vzduchu.

    Podobný způsob pouľívá fa Toyota u svých motorů pro chudé směsi; klapka regulace víření je na vstupu spirálovitého sacího kanálu. Dále je pouľito regulace časování ventilů (viz obr. o325). Změnou časování ventilů a pouľitím vysokotlaké vstřikovací trysky s vířením kuľele vystřikovaného paliva se dosahuje dobrého rozpráąení v celém objemu spalovacího prostoru.

    Zjednoduąený nákres celého motoru je uveden na obr. o353. Potřebný tlak paliva, s ohledem na velmi malý rozměr jeho kapiček v kuľelu vystřikované prąky, vytváří vysokotlaké palivové čerpadlo umístěné na motorovém bloku.

    Protoľe časování ventilů je plynulé a můľe být vyuľito i pro řízení zatíľení motoru, je moľno nastavovat větąí otevření ąkrticí klapky, čímľ se zlepąí průtok plnicího vzduchu. Proto je motor vybaven elektronickým řízením ąkrticí klapky, která optimalizuje její otevření nejen podle seąlápnutí plynového pedálu, ale také dle provozních podmínek motoru s přihlédnutím k programu v paměti řídící jednotky.

    Motor pracuje obvykle s částečným zatíľením, během kterého spaluje chudou směs. Nemůľe tedy být pouľito třísloľkového katalyzátoru. Proto je k potlačení emisí NOX pouľito recirkulace výfukových plynů a za oxidační katalyzátor je zařazen zásobníkový redukční katalyzátor, který emise NOX dále sniľuje.

Palivová ekonomie

    Jestliľe motor pracuje s malým zatíľením, je přívod směsi omezován obvykle přivíráním ąkrticí klapky. Tím dochází ke ztrátám paliva. U systémů se vstřikováním na tělese ąkrticí klapky přímo na klapce. U vícebodových, zejména se vstřikováním do sacího kanálu, vzrůstají ztráty při výměně náplně.

    Omezit tyto ztráty je moľné úpravou provozního reľim motoru tak, aby byl motor zatíľen natolik, ľe ąkrticí klapka bude co nejvíce otevřena. Ze způsobů současně pouľívaných u osobních automobilů jsou to automatické řazení převodových stupňů a vypínání jednotlivých válců motoru, případně jejich skupin.

Automatické řazení

Vychází z poznatku, ľe kdyľ je odebírán určitý výkon motoru při niľąích otáčkách, máme niľąí měrnou spotřebu neľ pro stejný výkon při otáčkách vyąąích. Nejniľąí měrná spotřeba je pak při plném zatíľení motoru. Proto je vyuľíváno tzv. "těľąích" převodů a zaváděn rychloběh.

    Elektronický řídící systém je podřízen mechanickému řeąení převodovky. Ta můľe být buď se stupňovitě měnitelným převodem nebo s plynule proměnným.

    Při stupňovitém provedení se pouľívá i více převodových stupňů, neľ je obvyklé u ručního řazení. To dovoluje dokonalejąí optimalizaci z hlediska palivové ekonomie.

    Vstupní informace pro řídící systém přicházejí z následujících snímačů:

Snímač zatíľení motoru

    Obvykle snímá polohu ąkrticí klapky, nebo spolu s ní i podtlak v sacím potrubí.

Snímač maximálního otevření ąkrticí klapky

    Tzv. funkce "Kick down". Jde o koncový spínač spínaný při maximálním otevření klapky. Při jeho sepnutí nedojde k přeřazení na vyąąí převodový stupeň, i kdyľ by tomu otáčky odpovídaly. Jde o funkci určenou pro nouzový případ předjíľdění, kdy by přeřazení sníľilo kroutící moment na kolech a tím prodlouľilo předjíľděcí manévr.

Snímač otáček motoru

    Je obvykle společný i pro ostatní elektronicky řízené systémy.

Snímač rychlosti vozidla

    Obvykle snímá rychlost otáčení výstupního hřídele převodové skříně.

Páka volby reľimů

    Je to vícepolohový přepínač, který umoľňuje řidiči volit různé moľnosti. Nejčastěji jde o tyto volby:
Označení je větąinou shodné u vąech výrobců.

P
Převodová skříň i kola vozidla jsou zcela zablokována parkovací brzdou.
R
Poloha zpáteční rychlosti.
N
Převodová skříň i kola vozidla jsou plně odpojena od motoru.
D
Systém provádí automaticky změnu převodu v celém rozsahu dopředných stupňů. Řazení je řízeno řídící jednotkou podle programu uloľeného v její paměti a signálů ze snímačů.
2
Vyąąí převodové stupně jsou zablokovány a řazení probíhá mezi niľąími převody s přihlédnutím k bezpečnosti jízdy vozidla.
1
Je pouľívána předevąím při brzdění vozidla motorem, např. při jízdě z kopce. Volí se nejniľąí převody, podle poměrů rychlosti vozidla, otáček motoru a změn průběhu obou veličin.

    Tato volicí páka bývá zpravidla doplněna daląími přepínači moľnosti řazení. Jde o zapínání a vypínání převodu do rychla (rychloběhu), dále přepínače reľimů jízdy ve třech druzích - normální, ekonomický a sportovní způsob.

    Poslední dobou bývají vozidla vyąąích tříd vybavena moľností zvolit mezi automatickým a poloautomatickým řazením. Automatické řazení probíhá, jak bylo výąe popsáno. Při poloautomatickém pouľívá řidič řadicí páky obvyklého provedení. Převodové stupně ale nejsou přeřazovány mechanicky, nýbrľ s vyuľitím elektronického řízení. Tím se zabraňuje neľádoucímu přeřazení, které by mohlo vést k poąkození motoru nebo hnacího ústrojí. Obvykle je součástí řadicí soustavy i automaticky ovládaná spojka, která pomáhá udrľovat optimální reľim řazení.

    Tyto systémy obvykle spolupracují se zapalovací a vstřikovací soustavou, aby při změnách zatíľení motoru během řazení nedocházelo k náhlým větąím změnám jeho otáček. Podle průběhu řazení se upravuje předstih záľehu a dávkování paliva.

Blokování válců

    V městském provozu a při nepřílią vysokých rychlostech jízdy pracují výkonné motory v dolní oblasti svého částečného zatíľení, kde je tepelná účinnost nejhorąí. Jestliľe se během částečného zatíľení přívod paliva k některým válcům přeruąí, pracují ostatní účinněji a spotřeba se sníľí. Jestliľe má být následně výkon motoru zvýąen a menąí počet válců k tomu nepostačuje, vrací se vyřazené válce do činnosti; buď jednotlivě nebo ve skupinách.

    Systém vypínání válců má výhodu v tom, ľe jsou směsí paliva se vzduchem plněny pouze činné válce a tyto pracují s minimálním ąkrcením. Nevyhnutelné ztráty paliva na ąkrticí klapce nebo při výměně náplně při částečném zatíľení motoru jsou značně sníľeny.

    Mimo to horké výfukové plyny cirkulují nepracujícími válci, aby je udrľely na provozní teplotě. To přispívá k zachování normální úrovně tření a tak se předchází zvýąenému opotřebení, které by jinak u "dojíľdějících válců" mohlo vzniknout (viz obr. o354).

    Příkladem můľe být systém C.E.M. fy Alfa, pouľitý na čtyřválcových motorech s obsahem 2 000 ccm. Při provozu motoru jsou podle podmínek zapínány 2 nebo 4 válce. Pracovní algoritmus je následující:

  • Při startu jsou vľdy zapnuty vąechny 4 válce.
  • Při zahřívání motoru pracují vąechny válce aľ do doby, neľ teplota chladicí kapaliny dosáhne 70°C.
  • Volnoběh při zahřátém motoru probíhá vľdy na 2 válce, pokud otáčky neklesnou pod 680 ot/min. Pak se zapnou vąechny 4 válce po dobu, neľ otáčky nevzrostou nad 1 600 ot/min.
  • V ostatních podmínkách se přepínání provádí podle otáček a zatíľení motoru následovně:
    • 2 válce v rozmezí 1 200 aľ 3 400 ot/min a při úhlech otevření ąkrticí klapky < 7°.
    • 4 válce při úhlu otevření ąkrticí klapky > 70° a otáčkách > 3 800 ot/min nebo < 1 200 ot/min.

    Zapnutí a vypnutí válců se mění podle toho, zda se otáčky motoru při přidávání plynu zvyąují, nebo zda je plynový pedál uvolněn a dochází k deceleraci motoru. Motor tak zůstává ve stálém tepelném stavu a nečinné válce jsou vľdy připraveny bez prodlení k činnosti.

    Jak vyplývá z popisu, v systému se vyuľívá snímače otáček motoru, polohy ąkrticí klapky a teploty chladicí kapaliny.

    U motorů s větąím počtem válců
6 válců a více.
mohou být tyto vypínány a zapínány jednotlivě. V takovém případě je třeba znát zatíľení motoru pro stanovení počtu zapnutých válců. Kromě předchozích čidel je nyní potřeba i snímače podtlaku v sacím potrubí.

    Na příkladu osmiválcového motoru typu V lze ukázat funkci podobných systémů.

    Jak vyplývá z tab. Zapínání válců, můľe motor pracovat se 4 aľ 8-mi válci.

Zapínání válců
zapnuté válce 1 3 7 2 6 5 4 8
8 + + + + + + + +
7 + + + + + - + +
6 + - + + + - + +
5 + - + + + - + -
4 + - + - + - + -

    Pro informaci o potřebě změnit počet zapnutých válců slouľí dva snímače podtlaku v sacím potrubí. Jeden udává minimální počet nově zapnutých válců, pokud výkon v daném reľimu nepostačuje. Druhý reaguje na podtlak asi 6× větąí, coľ signalizuje příliąné odlehčení motoru; počet válců je moľno sníľit.

Např. jestliľe motor pracuje se 4-mi válci a podtlak klesne pod dolní mez, zapne se válec 2 a motor bude pracovat na pět válců. Řídící jednotka provede asi po 300 ms otestování podtlaku. Pokud jeho hodnota zůstává pod dolní mezí, zapne se válec 8 a motor pracuje jako ąestiválec.

    Kdyľ podtlak dostatečně vzroste, počet pracujících válců se ustálí, jinak se přidá válec 3 a je-li třeba i válec 5. Nakonec tedy můľe pracovat vąech osm válců motoru.

    Naopak při překročení horní meze podtlaku je moľno sniľovat počty válců. Ze vąech osmi válců se nejprve vypne 5-tý, pokud je horní mez dále překročena, vypíná se válec 3, potom 8 a nakonec 2.

    Tento systém vyvinutý americkou firmou Eaton byl pouľit na automobilech Marguis fy Mercury. Přinesl úsporu paliva v průměru o 10 A® 15 % ve volnoběhu a při brzdění motorem poklesla spotřeba aľ o 40 %. Prokázalo se i zlepąení emisí HC a CO, avąak emise NOX byly vyąąí.

Vedlejąí emise

    Stále přísnějąí emisní předpisy vyľadují, aby vozidla nevydávala do okolí ľádné ąkodliviny, a to i v případě, ľe jsou mimo provoz. Takové emise pocházejí z klikové skříně nebo jde o palivové výpary vycházejících např. z nádrľe. Proto bývají vozidla vybavována systémy, které tyto ąkodliviny zachycují a vhodně je předávají do sacího potrubí. Pak jsou spáleny ve válcích.

Výpary z palivové nádrľe

    Tyto obsahují převáľně uhlovodíky (HC). Aby se zabránilo jejich ąíření do ovzduąí, jsou zachycovány v nádobce s aktivním uhlím, které má schopnost zachycovat palivo obsaľené v párách, obr. o355.

    Nádobka je objemově konstruována tak, aby zajią»ovala svoji funkci ve vąech provozních reľimech motoru. Palivo zachycené v nádobce během stání motoru, se pak za jeho chodu přivádí do sacího potrubí vlivem podtlaku, který v potrubí vzniká. Mnoľství regenerovaného proudu odpařeného paliva je závislé předevąím na rozdílu tlaku v sacím traktu a okolí. Přesné dávkování palivových výparů provádí řídící jednotka prostřednictvím regeneračního ventilu, obr. o356, v závislosti na provozním stavu motoru.

    Ventil je v činnosti pouze při zapnutém zapalování a je otvírán signálem řídící jednotky. Při jeho otevření začne palivo, uvolňované proudem vzduchu z aktivního uhlí, proudit do motoru. Není-li motor jeątě zahřát na provozní teplotu,
Obvykle nad 60°C.
zůstává ventil uzavřen.

Pozitivní odvětrávání klikové skříně

    Soustava pozitivního odvětrávání klikové skříně zabraňuje úniku nespálených zbytků paliva a výfukových plynů mimo katalyzátor do atmosféry.

    Nespálená směs proniká do klikové skříně při kompresním zdvihu "províváním" kolem pístních krouľků (viz obr. o357a). Jestliľe je píst v expanzním zdvihu, uniká malé mnoľství výfukových plynů podél pístu a krouľků do klikové skříně, jak je zřejmé z obr. o357b.

    Na krytu klikové skříně je z jedné strany umístěn ventil odvětrávání, který je spojen hadicí se sacím potrubím. Druhá hadice, přivádějící čerstvý vzduch ze vzduchového čističe, je připojena na druhou stranu krytu skříně, jak je zřejmé z obr. o358.

    Čistý vzduch 1 vstupující do čističe je nasáván do klikové skříně hadicí 2 přes ventil na jejím krytu. V klikové skříni se emise smísí s čistým vzduchem 3 a tato směs prochází odvětrávacím ventilem 4 a hadicí do sacího potrubí 5.

    Ve ventilu odvětrávání (obr. o359) je kuľelovitá klapka ovládání proudění. Podtlak v sacím potrubí a tlak v klikové skříni působí na klapku jako uzavírací síla. Předepnutí pruľiny tlačí klapku do polohy, při níľ je ventil otevřen.

    Ve volnoběhu nebo normálních jízdních rychlostech je klapka udrľována vysokým podtlakem v poloze, při níľ je ventil otevřen částečně. To je postačující, protoľe tlak ve válcích je nízký a tedy emise jsou malé.

    Vyąąí tlak ve válcích, který se vytvoří při chodu ve vysokých otáčkách nebo s velkým zatíľením, zvýąí emise v klikové skříni. Vzhledem k větąímu otevření ąkrticí klapky podtlak v sacím potrubí klesne a ventil se plně otevře.

    Jsou-li krouľky značně opotřebované, mohou emise přesáhnout mez danou nastavením ventilu. Ten se uzavře a tlak v klikové skříni vytlačí emise hadicí čistého vzduchu do čističe a odtud teprve postupují do sacího potrubí.

    Tento způsob, tj. pozitivní odvětrávání klikové skříně, je potřebný zejména u motorů s rotačním pohybem (Wankel), vzhledem k niľąí těsnosti kolem pístu.

    Závady této soustavy mohou ovlivnit celkovou úroveň emisí HC. Proto byl její stručný popis uveden, i kdyľ není obvykle řízena elektronicky.


Autodíly MJauto, náhradní díly Brno, Vančurova 5, Židenice tel: 548 533 193, 603 812 458

Alfa Romeo -Audi- Austin- BMW- Citroen- Daewoo- Daf- Daihatsu- Dodge- Ferrari- Fiat- Ford- Honda- Hyundai- Isuzu- Jaguar- Iveco- Jaguar- Jeep- Kia- Lancia- Land Rover- Lexus- Maserati- Mazda- Mercedes- Mini- Mitsubishi- Nissan- Opel- Peugeot- Porsche- Renault- Rover- Saab- Seat- Skoda- Smart- Skoda- Subaru- Suzuki- Toyota- Vauxhal- Volkswagen- Volvo.

Copyright© 1998 - 2012 Autodíly MJauto, všechna práva vyhrazena