Elektronika a zážehové motory

end-logo
Sdílejte:

Elektronika a zážehové motory

RNDr. Bohumil Ferenc, II. vyd., 1999

 

 



 

Úvod

 

Během let se osobní automobily staly nejrozšířenějším dopravním
prostředkem. Jejich pohonnou jednotkou jsou nejčastěji čtyřtaktní
zážehové motory. Ty používají jako pracovního media automobilového
benzinu. Je to uhlovodíkové palivo, jehož spalováním vzniká
teplo. To se v motoru přemění na mechanickou práci.

Ke spalování je nezbytný kyslík, který je do motoru přiváděn
spalovacím vzduchem. Ideální spalování by proběhlo při
hmotnostním poměru vzduchu a paliva 14.7 : 1. Při tomto
poměru dochází k úplnému spálení benzinu, tj.
reakci HC (palivo) + O2
(kyslík obsažený ve vzduchu) na CO2 (kysličník
uhličitý) a H2O. Toto jsou látky zdraví neškodné.

Tento ideální stav však ve skutečném provozu automobilového
motoru nenastává. Dochází k neúplnému nebo částečnému spalování
paliva. Při nespálení všeho paliva se ve výfukových plynech
objevují sloučeniny CNHM, tj. parafiny,
olefiny a aromáty.

Při částečném spalování se podle příměsí v různých druzích
automobilového benzinu vytvářejí následující zplodiny:

aldehydy
CNHMCHO;
ketony
CNHMCO;
kyseliny karboxylové
CNHMCOOH;
kysličník uhelnatý
CO.

Z těchto látek je nejnebezpečnější kysličník uhelnatý. Vzniká
při nedostatku kyslíku, jeho množství je závislé hlavně na
složení palivové směsi, tj. na poměru vzduchu a paliva. Je to
bezbarvý plyn, bez zápachu. Již při poměrně malých koncentracích
v nadechovaném vzduchu může být smrtelně jedovatý. Při volnoběhu
motoru je obsah CO ve výfukových
plynech vysoký. Proto nemohou motory pracovat v uzavřených
prostorách.

I uhlovodíkové látky se ve výfukových plynech objevují při
nedostatku kyslíku. Dalšími příčinami může být vynechání zážehu,
zhasnutí zapálené směsi v důsledku její nízké teploty nebo
nedostatečná energie elektrického výboje, případně i
nerovnoměrného rozdělení směsi ve válci.

Tyto uhlovodíkové látky se svými vlastnostmi odlišují. Nasycené
uhlovodíky – parafiny – jsou téměr bez zápachu a mají narkotické
účinky s lehkým drážděním sliznice. Nenasycené uhlovodíky – olefiny -
mají nasládlou vůni s částečným drážděním sliznice. Aromatické
uhlovodíky mají charakteristický zápach. Jsou známy jako nervové
jedy s narkotickými účinky, z části jsou rakovinotvorné, např.
benzopyren. Aldehydy, např. formaldehyd, štiplavě páchnou a již v
malých koncentracích velmi silně dráždí zrak a čich.

Vedlejším produktem spalování, který je silně závislý na teplotě
ve spalovacím prostoru, jsou kysličníky dusíku. Vznikají
okysličením atmosférického dusíku obsaženého ve spalovacím
vzduchu. Kysličník dusnatý
(NO) je
bezbarvý plyn, bez zápachu a příchuti. Rychle se
okysličuje na kysličník dusičitý
NO2, což je červenohnědý, štiplavě
páchnoucí jedovatý plyn. Poškozuje plicní tkáň. Tyto kysličníky
jsou společně označovány NOX. Ve
spojení s uhlovodíky tvoří působením
slunečního světla oxidanty, které dráždí sliznici a přispívají
ke vzniku smogu.

Emisní předpisy

Vzhledem ke škodlivosti těchto složek výfukových plynů byly
vypracovány zákonné předpisy, které stanovují jejich maximálně
přípustné úrovně. Ve velké většině evropských zemí byly tyto
požadavky určovány předpisem EHK č. 15 a obdobnou směrnicí EHS
(před vznikem EU). Předpisy stanovily limity odstupňované
zpočátku pro jednotlivé třídy referenční hmotnosti vozidel a
během doby byly zpřísňovány. V tabulce jsou
uvedeny průměrné hodnoty emisí u automobilů před začátkem
platnosti norem. Proškrtnuté hodnoty se nezjišťovaly.

Průměrné emise v letech 1965/70
Průměrná množství [g/zkouška] CO HC NO HC+NOX 200 12

Pro znázornění postupu zpřísňování jsou
v dále uvedeny emisní hodnoty pro
typickou třídu celoevropského
parku osobních automobilů, jejíž referenční hmotnost byla 1020
až 1250 kg. Jako počáteční stav 100 % se uvažují hodnoty z
předchozí tabulky.

Limity emisí
Předpis Platí od Limity v % proti počátečnímu stavu CO HC NOX CO HC NOX EHK 15/00 1971 134 9.4 67 78 EHK 15/01 1975 107 8.0 54 67 EHK 15/02 1976 107 8.0 12.0 54 67 100 EHK 15/03 1979 87 7.1 10.2 44 59 85 EHK 15/04 1984 67 Suma 20.5 34 Suma 100

V některých evropských zemích


švédsko, švýcarsko, Rakousko.

platily předpisy přísnější; blížící se stavu v USA. Jejich hodnoty,
přepočtené pro srovnání z [g/km] na [g/zkouška], jsou v
tabulce. Údaje z prvního řádku vstoupily v
platnost od r.
1975, z druhého v letech 1987/88.

Přísnější limity emisí
Předpis Limity [g/zkouška] Limity v % proti počátečnímu stavu USA CO HC NOX HC+NOX CO HC NOX HC+NOX FTP 72 98 8.5 7.7 (16.2) 49 70 64 81 FTP 75 8.6 1.0 2.5 3.9 4 8 21 19

V roce 1988 bylo zavedeno rozdělení tříd automobilů nikoliv podle
referenční hmotnosti, ale podle obsahu válců motoru. Pro
srovnání vývoje je vhodné použít třídy s obsahem motoru 1400 -
2000 ccm. Podle předpisu, označovaného někdy EHK 15/05, který měl
vejít v platnost rokem 1991 a být uplatněn u nově vyráběných
vozidel od října 1993, byly následující
limity.

Nepřijatý předpis
Předpis Doba platnosti Limity [g/zkouška] Limity v % proti počátečnímu stavu CO HC+NOX CO HC+NOX EHK 15/05 1991/93 30 8 15 39

Tento však nebyl zaveden a místo něj byl vypracován předpis s
pracovním označením „Předpis X“, který jej nahradil. Je rozdělen
na tři části označené A, B, C podle druhu paliva, pro které je
vozidlo konstruováno:

A – benzin s olovem
limity podle předpisu EHK 15/04.
B – benzin bez olova
limity ekvivalentní US předpisu
FTP 75 a termín zavedení 1992.
C – motorová nafta
limity zde nejsou uváděny.

V současné době je v zemích EU předpis platný pro vozidla nově
uváděná na trh označovaný např. Euro II. Jeho zpřísnění se
předpokládá od roku 2000 a další od r. 2005. Se zpřísněním bude
změněna i metodika zkoušky. Pro srovnání jsou dále uvedeny přepočtené limity
Použito údajů Automotive Industries č.
3/1998.

předpisů Euro II, Euro III a Euro IV.

Přepočtené limity plánovaných předpisů
Rok Limity [g/zkouška] Limity v % proti počátečnímu stavu CO HC NOX HC+NOX CO HC NOX HC+NOX 1996 10.6 1.3 1.1 2.1 5 11 9 10 2000 9.0 0.75 0.6 0.8 4.5 6 5 4 2005 3.4 0.3 0.3 1.7 2.5 2.5

Emise na STK

Hodnoty uvedené v tabulce mají sloužit pouze pro porovnání, jakým
způsobem rostly nároky na přesnost přiblížení k ideálnímu procesu
spalování automobilního benzinu v zážehových motorech vozidel.
Uvedené limity jsou kontrolovány při homologačních zkouškách
nového vozidla v autorizované zkušebně a opakují se na náhodně
vybraných vozidlech v průběhu jejich sériové výroby.

Metodika takových zkoušek i použité přístrojové vybavení jsou
zcela odlišné, než jaké jsou používány k měření emisních hodnot
na stanicích technické kontroly při pravidelných technických
prohlídkách. Proto i požadavky pro tento případ jsou formulovány
odlišně. V současné době platí v ČR vyhláška č. 103/1995 o
pravidelném měření emisí vozidla. Její příloha č. 9 uvádí
následující maximálně přípustné hodnoty koncentrace kysličníku
(oxidu) uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků
(HC) ve
výfukových plynech vozidel se zážehovými motory. Koncentrace
nesmí podle této přílohy vyhlášky překročit při volnoběžných i
zvýšených otáčkách u vozidel (motorů) vyrobených

Zvýšené otáčky jsou uvedeny v , bod c zmíněné vyhlášky a to v
rozmezí 2500 až 2800 /min, pokud výrobce nestanoví jinak.

Výrobce při stanovování limitů pro měření emisí podle uvedené
vyhlášky vychází z hodnot naměřených při homologačních zkouškách,
kterými byly ověřovány limity dané předpisy platnými v době
výroby příslušného vozidla. Ty byly shrnuty ve výše uvedených
tabulkách.

Zmíněná vyhláška nepředepisuje měření
NOX. Hlavním důvodem je zřejmě
to, že měření emisí jsou podle ní prováděna ve volnoběhu nebo na
nezatíženém motoru a při poměrně malých otáčkách. V takových
podmínkách je teplota spalování poměrně nízká a motor tedy
produkuje malé, nereprezentativní úrovně emisí
NOX.

Obdobně je tomu s dalšími emisemi, které se objevily v
předpisech během druhé poloviny osmdesátých let a další jsou
připravovány v posledním údobí.

Především jde o limity výparů odpařujících se z palivové nádrže.
Náročnost zkušební metody pro homologační zkoušky nedovoluje
provádění ekvivalentního ověření. Proto se ověřuje náhradními
způsoby funkce systému odvětrávání palivové nádrže, nejčastěji
zkouškou podtlaku.

V souvislosti s tzv. „skleníkovým jevem“, při kterém dochází ke
značným klimatickým změnám, sílí tlak zákonů ve vyspělých zemích
na snížení úrovně emisí kysličníku uhličitého
(CO2). Emise tohoto plynu,
jinak neškodného, jsou nejvyšší právě při dokonalém spalování, ke
kterému směřuje většina opatření k potlačení škodlivých zplodin
hoření. Jedinou možností, jak omezit úroveň emisí
CO2 je snížení spotřeby
uhlovodíkového paliva. Nejsnadnější cestou pro stanovení limitů
emisí CO2
je tedy limit maximální spotřeby benzinu, např. v [l/100 km].

V SRN byla v r. 1995 navržena hodnota 7.7 l/100 km a
plánováno snížení
této úrovně pro rok 2000 na 5.0 l/100 km a pro 2005
dokonce na 3.0 l/100 km.

V současné době již někteří výrobci vozidel uvádějí limity
CO2 v [g/km].

Opatření na motorech

K ovlivnění úrovně emisí různých složek byla u zážehových (ale i u
vznětových) motorů vytvořena řada opatření, která lze rozdělit na
„motorová“ a „pro následnou úpravu“.

K opatření na motoru patří především nastavení potřebného složení
palivové směsi, tj. poměru vzduchu a paliva. To je závislé na
potřebách motoru a mnohdy se liší od složení, které je optimální
z hlediska spalování. Do přípravy směsi patří, mimo nastavení
jejího potřebného složení, také kvalita, se kterou směs přichází
do spalovacího prostoru. Na zapálitelnost směsi a průběh
spalování má z hlediska emisí podstatný vliv rovnoměrnost
rozložení paliva, případně jeho vrstvení ve vztahu k okamžiku
zážehu. Vytvoření homogenní směsi, nebo vrstvené (bohatá směs u
zapalovací svíčky, chudá ve spalovacím prostoru poblíž stěn),
jsou z tohoto pohledu vhodná opatření.

Každý válec musí mít stejné složení směsi, aby byl provoz motoru
optimální. Čím přesněji bude dodržen tentýž poměr vzduchu k
palivu v jednotlivých válcích, tím nižší bude neklid chodu motoru
a také úroveň emisí CO.

Na zapálení směsi a tedy na průběh spalování a s ním i na úroveň
emisí mají vliv provedení zapalovací svíčky, její poloha ve
spalovacím prostoru a také energie výboje a doba jeho trvání.
Jejich význam roste s přebytkem vzduchu ve směsi.

Velký vliv jak na úroveň emisí, tak na spotřebu má okamžik
zážehu – předstih. Vychází-li se z jeho optimální hodnoty, pak
při pozdějším nastavení se spalování tak prodlouží, že probíhá i
při otevřeném výfukovém ventilu. Ve výfukovém kanálu tedy
proběhne dodatečná termická reakce, která sníží obsah kysličníků
dusíku a nespálených uhlovodíků, ale stoupne spotřeba. Naopak,
při nastavení předčasného předstihu vzroste úroveň emisí
NOX a HC,
může dojít k detonačnímu hoření – klepání
motoru a nárůstu teploty spalování.

Nejen podmínky při přípravě a spalování směsi mají vliv na
spotřebu motoru a úroveň emisí v jeho výfukových plynech.
Jestliže se ze spalovacího prostoru vrátí určité množství
zbytkových plynů zpět do sacího potrubí, je v následujícím cyklu
společně s čerstvou směsí nasávána i tato část. Do určitého
množství může zvyšování podílu zbytkových plynů působit příznivě
na přeměnu energie paliva a tedy na spotřebu motoru. Dalším
zvyšováním jejich podílu dochází ke snížení maximální teploty
spalování s důsledkem zmenšení tvorby kysličníků dusíku.
Recirkulace výfukových plynů může být dosaženo buď odpovídajícím
překrytím otevření sacích a výfukových ventilů nebo vnější cestou
přes řízený elektropneumatický ventil.

Prodloužením doby otevření ventilů, kterým se zvýší objem
recirkulovaných zplodin, se při stejné poloze škrticí klapky
snižuje množství nasáté čerstvé směsi. Má-li být zachován stejný
výkon motoru, musí se škrticí klapka více otevřít. Tím dochází ke
zlepšení výměny náplně a zlepšení účinnosti motoru.

Změnami časování a průběhů otvírání a zavírání ventilů se
dosáhne i příznivého průběhu kroutícího momentu motoru v rozmezí
jeho pracovních otáček a tedy i nižší spotřeby.

Výkonnost zážehových motorů lze zvyšovat dokonalým vypláchnutím
zbytků výfukových plynů z pracovního prostoru válce nebo
dodáváním náplně do válce při vyšším tlaku než je atmosférický,
tj. přeplňováním.

Mimo již zmíněné překrytí ventilů, které zlepší plnění válců při
vyšších otáčkách, lze využít přepínání sacího potrubí, kterým se
dosáhne rovnoměrného průběhu kroutícího momentu motoru v širokém
rozmezí jeho otáček. Variabilní geometrie sacího potrubí
ovlivňuje efektivní střední tlak, tedy míru plnění válců.

Přeplňované motory vykazují stejný jízdní výkon s menším objemem
válců ve srovnání s atmosféricky plněným motorem, jsou-li
doplněny regulací plnicího tlaku. Tato regulace musí umožnit
dosažení vysokého kroutícího momentu motoru již při jeho nízkých
otáčkách, ale současně zabránit přílišnému zvýšení plnicího tlaku
při otáčkách vyšších.

Úprava výfukových plynů

Opatření pro „následnou úpravu“ se vztahují na výfukové plyny a
jejich obsah. Dělí se na termické dohořívání výfukových plynů a na
jejich katalytickou úpravu.

Při termickém dohořívání se nechávají zbytky nespáleného paliva
dohořet během určité časové prodlevy a za vysoké teploty. U
chudých směsí dochází k dohořívání výfukových plynů účinkem
zbylého kyslíku. Aby se dosáhlo vyhovující prodlevy, jsou
potřebné velké objemy a pro vyhovující účinnost i dobrá tepelná
izolace z materiálů odolávajícího vysokým teplotám. Naopak při
přebytku paliva musí být přiváděn další vzduch, aby bylo dosaženo
dohoření CO a HC.

Vzhledem k poměrně nízké účinnosti a nepříliš širokému rozmezí
složení směsi, při kterém jsou přijatelné hodnoty emisí i jízdní
vlastnosti motoru, se tyto způsoby příliš nerozšířily. Používají
se zpravidla jen během zahřívání motoru.

Katalytická úprava výfukových plynů se provádí při jejich průchodu
katalyzátorem umístěným na začátku výfukového potrubí.
Katalyzátor je složen z válce z nerezavějící oceli, ve kterém se
nachází nosič katalytické struktury. Nosičem je buď keramická
voština z kysličníků hořčíku, hliníku nebo křemíku, případně z
pásu vlnité kovové fólie navinuté do svitku. Tím se dosáhne
potřebná plocha katalytické struktury působící na výfukové plyny,
aby byl jejich vzájemný styk dostatečně dlouhý.

Výfukové plyny vstupují do katalyzátoru na jednom konci jako
směs tří škodlivin
(CO, HC a NOX),
reagují na katalytickém povrchu nosiče a
přemění se na netoxické produkty (kysličník uhličitý, vodní páry a
dusík). Katalytická vrstva je ze vzácných kovů. Např. platina
urychluje oxidaci CO
a nespálených uhlovodíků, rhodium podporuje redukci
NOX
nebo paladium, které je levnější náhražkou platiny. Paladium je
však méně trvanlivější než platina a je i citlivější na otravu
olovem, pokud je v benzinu obsaženo. V každém případě musí být
při katalyzátorech použito bezolovnatého benzinu.

Katalyzátory pracují nejúčinněji při teplotách výfukových plynů
mezi 450 až
800°C. Začínají fungovat od teplot asi 300°C, kterých se
obvykle dosáhne přibližně za 30 s po nastartování.

V souvislosti se zpřísněním emisních předpisů vznikla řada
opatření, jak co nejvíce zkrátit dobu mezi tzv. studeným startem
a ohřátím katalytického systému na teplotu potřebnou pro jeho
funkci. Je to např. malý přídavný katalyzátor vřazený co nejblíže
k motoru předřazený katalyzátoru hlavnímu. Jiní výrobci
katalyzátor elektricky vyhřívají. Nosič jeho katalytické vrstvy
je zhotoven sintrováním směsi hliníku, oceli a niklu, takže
vykazuje vhodný elektrický odpor. Během velmi krátkého připojení
k baterii se jejím proudem zahřeje na dostatečně vysokou teplotu.
Další možností je použít lapač uhlovodíků vyrobený z keramického
substrátu impregnovaného aktivním uhlíkem. V jeho voštinové
struktuře jsou během počátečních asi 2 min po startu motoru
absorbovány molekuly
HC. Během normálního provozu se uvolňují a jsou
zachycovány katalyzátorem.

Velké úsilí je věnováno i vývoji oxidačních katalyzátorů pro
NOX.
Ke slibným cestám patří např. použití zeolitových katalyzátorů
schopných úpravy výfukových plynů s přebytkem kyslíku. Dalšími
způsoby jsou akumulační katalyzátory používající alkinů, jako
např. kysličník barnatý, které přeměňují NO
na dusičnan, nebo systémy u nichž je do
katalyzátoru vstřikován čpavek nebo močovina.

Společným problémem uvedených systémů je potřeba benzinu, který
je nejen bezolovnatý, ale i s velmi nízkým obsahem síry.

Využití elektroniky

Zkušenosti výrobců automobilů a motorů ukázaly, že limity
předpisů platných v Evropě zhruba do druhé poloviny osmdesátých
let (až po EHK 15/04) bylo možno splnit bez použití elektroniky.
Další zpřísňování těchto předpisů však vedlo k nutnosti využít
předností elektronických řešení před mechanickými, hydraulickými,
pneumatickými či elektrickými.

Pozor na rozdíl mezi elektronickým a elektrickým
obvodem.

Zpočátku to byla převážně náhrada mechanických kontaktů v
elektrických obvodech polovodičovými součástkami, které umožnily
spínat podstatně větší výkony bez nepříznivých průvodních jevů
spojených s mechanickými díly.

Opalování a opotřebení jiskřením, vf rušení,
omezená rychlost odezvy aj.

Později přistoupila potřeba nahradit mechanické způsoby regulace
parametrů motoru elektronickými. Elektronika umožňuje dosáhnou
větší přesnosti regulace, protože je prosta setrvačnosti a
většinou i hystereze průběhu. Dovoluje tvarování složitějších
průběhů závislosti řízeného parametru včetně víceparametrových
závislostí.

Při dalších zpřísněních limitů emisí se ukázalo nezbytným
regulovat chod motoru nejen podle více vstupních parametrů, tj.
otáček, zatížení, teploty motoru atd., ale také dle těchto
parametrů ovládat více soustav spojených s jeho činností, např.
přípravu směsi, zapálení, časování ventilů a výměnu náplně. Toto
ovládání by mělo být vzájemně sladěno aby se docílilo optimálního
výsledku. Řešení tohoto problému je závislé zejména na úrovni
technologie a obvodové techniky elektronické části. Např. u
starších systémů s tzv. analogovým zpracováním signálů se
používalo způsobu vstřikování (nepřetržité) pracujícího s
informacemi, které se pro zapalování neuplatnily. Pro takováto
řešení jsou v dosti velké míře použity i mechanické způsoby
regulace, které elektronické doplňují, avšak obvykle pracují na
ní nezávisle.

Zdokonalením v regulaci je použití číslicových
způsobů zpracování signálů. Je přesnější a rychleji reaguje na
změny provozních podmínek. Ovšem veličiny charakterizující tyto
podmínky jsou obvykle neelektrické. Proto musí být součástí
systému snímače, které požadované veličiny přemění na elektrické
signály. Vstupní signály jsou v řídicí jednotce elektronicky
zpracovány a výsledkem je výstupní elektrický signál. Ten musí
být převeden na mechanickou, tepelnou, hydraulickou, pneumatickou
nebo i elektrickou změnu ovlivňující potřebným způsobem řízený
parametr. Jako převodníky slouží různá relé, elektromagneticky
ovládané hydraulické a pneumatické ventily, elektromotory, topná
tělíska apod. Tyto díly, obvykle nazývané akčními členy nebo
aktuátory (ale i jinak), jsou tedy ovládány elektrickým signálem
z řídicí jednotky.

Výstupní signál řídicí jednotky slouží
obvykle k ovládání jediného úplného děje.


Dávkování paliva, nahromadění energie pro zážeh
a následné zapálení směsi atd.

K optimalizaci jeho průběhu se ale
využívá informací o stavu více vstupních parametrů, tj. signálů
z různých snímačů. Z celé řady důvodů jsou snímače společné pro
řízení více procesů (dějů). Je třeba zajistit aby byly tyto
informace k dispozici v požadovaném čase.

Podle úrovně součástkové základny a obvodových řešení
elektronické části vzniklo několik variant možných přístupů. V
nejstarších systémech se přiváděly signály k řídícím obvodům
(jednotkám), které je k řízení bezprostředně využívaly. Řídící
obvody dalších dějů buď dostávaly informace z „nadřazené“
jednotky nebo provedly výpočet pomocí jiných parametrů, které k
nim byly přivedeny.

Později vznikly výkonné řídicí jednotky, které jsou schopny
současně zpracovávat více informací a tedy ovládat souběžně více
dějů.

V nejnovější době vzrostla značně složitost řízení a proto se ve
stále větší míře využívá metod známých z počítačových systémů.
Každý řízený proces má vlastní řídicí počítač a mezi těmito
počítači se provádí výměna dat po společném vedení (tzv.
sběrnici). Informace je podle svého obsahu adresována, tvoří se
„identifikační kód“ a jeden počítač pak vyhodnocuje výhradně ta
data, jejichž identifikační kód je uložen v seznamu přijímaných
zpráv. Jestliže je sběrnice volná, může kterýkoli z počítačů
začít s přenosem své nejdůležitější „zprávy“. Při vysílání zpráv
z více stanic v jednom okamžiku je dána přednost té, která má
nejvyšší prioritu. Ostatní „vysílače“ se přepnou na „přijímače“ a
opakují svůj pokus jakmile se sběrnice uvolní.

Vzhledem k nízké úrovni signálů a přítomnosti různých
magnetických a elektrických rušivých polí je nezbytné provést
opatření, která potlačují nebo zcela vylučují nežádoucí vliv
rušení na přesnost a spolehlivost regulace chodu motoru. Proto
byla vypracována řada předpisů o tzv. elektromagnetické
slučitelnosti, které stanoví jaké úrovni rušení musí systémy
odolávat a zároveň jaké úrovně rušení mohou samy produkovat.
Elektromagnetická slučitelnost se ověřuje při homologačních
zkouškách vozidel. Jestliže jí vozidlo vyhoví, je zajištěna i
správnost funkce elektronicky řízených procesů. Je třeba ale
upozornit, že jakákoliv změna kabeláže, zemnicích bodů nebo
rozmístění jak uvedených částí tak samotných přístrojů může
elektromagnetickou slučitelnost narušit. To může být příčinou
poruch obtížně zjistitelných běžným proměřováním jednotlivých
dílů.

 

Systémy vstřikování paliva

 

 

Složení a tvorba směsi

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

Při dokonalém spálení se uhlovodíky paliva spolu se vzdušným
kyslíkem přemění na kysličník uhličitý a vodní páry. Množství
vzduchu potřebné k úplnému spálení paliva bylo stanoveno výpočtem
a je rovno 14.7 kg vzduchu na 1 kg paliva (benzinu).
Při tomto složení pro součinitel přebytku vzduchu, označovaný
řeckým písmenem lambda,


Někdy se také tento
součinitel označuje vzduchové nebo též vzdušné 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 každá směs paliva a vzduchu může vzplanout a hořet v motoru.
Aby se mohla vznítit od elektrické jiskry, je nutno zachovat její
určitý poměr. Ten leží 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 složení směsi,
tj. na velikosti
lambda,
jsou uvedeny na obr. o11. Jde o
následující parametry.

bE:
Měrná (specifická) spotřeba, což je spotřeba paliva
vztažená k výkonu motoru.
P:
Specifický výkon na jednotkové množství plochy pístu.
CO, CO2, HC, NOX, O2:
Emise složek ve výfukových plynech.

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

V diagramu o11 nejsou zachyceny další důležité charakteristiky
motoru. Je to teplota spalování, která je nejvyšší při
lambda =
1.0 a při velmi bohatých i velmi chudých směsích je nízká. Dále
jízdní vlastnosti motoru, jež jsou při bohatých i mírně chudých
směsích velmi dobré. S přílišným ochuzením se ale zhoršují až do
zastavení motoru.

Nejrychleji a nejjednodušeji se spolu mísí dva plyny. Pro
dokonalé spalování tedy musíme převést kapalné palivo do plynného
skupenství. U zážehových motorů se vstřikováním rozstřikují
vstřikovací trysky tekuté palivo do proudu nasávaného vzduchu ve
formě kužele kapiček velmi malých rozměrů. Ty se během dalšího sání
a komprese přemění na plyn a smísí se vzduchem. Tvorba směsi tedy
začíná v místě vstřiku a končí ve válci během kompresního zdvihu.

Podle místa vstřiku se systémy dělí na centrální a vícebodové
(obr. 012).

U centrálního vstřikování je tryska umístěna na tělese škrticí
klapky (obr. o13), která reguluje množství směsi
přicházející do motoru a tím i jeho kroutící moment. Složení
směsi je ovlivňováno délkou otevření trysky. Sací potrubí mezi
vstřikovací jednotkou a sacími ventily musí být navrženo tak, aby
všechny válce dostávaly stejné množství směsi a aby palivo
nekondenzovalo na jeho stěnách.

U vícebodového vstřikování se palivo vstřikuje buď do sacího
kanálu, těsně před sací ventil (obr. o14), nebo přímo do válce
(obr. o15). Sací potrubí pouze rozvádí nasávaný vzduch, takže
jeho konstrukce může být jednodušší. Množství směsi je opět dáno
natočením škrticí klapky.

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 znemožnilo přesné dávkování
rozhodující o složení směsi.

Centrální vstřikování

Tryska centrálního vstřikování je uložena na tělese škrticí
klapky, kde není teplota příliš vysoká. Postačuje tlak paliva
kolem 0.1 MPa i méně. Konstrukce vstřikovací trysky
(obr. o16) je pak jednodušší.

Aby se dosáhlo homogenního složení směsi a jejího rovnoměrného
přísunu k jednotlivým válcům, musí tryska vstřikovat do proudu
nasávaného vzduchu, tedy do mezery mezi stěnu sacího potrubí a
škrticí klapku. Tryska má malé rozměry a značnou rychlost
spínání. Kuželový svazek vstřikované dávky paliva je vytvářen
šesti radiálně uspořádanými otvory, které jsou vedeny šikmo. Úhel
je zvolen tak, aby palivo z výstupu trysky směřovalo do zmíněné
mezery. K rozprášení paliva se používá kombinace rázové a
šroubové přípravy. Množství vstřikovaného paliva je dáno délkou
doby otevření trysky.

Některé motory s větším obsahem používají dvojité vstřikovací
trysky nebo dvojice jednoduchých trysek. Jedna z možností jejich
umístění je excentricky
vůči ose speciálního sacího potrubí (obr. o17).

Trysky jsou otevírány řídicí jednotkou ve dvou různých režimech,
synchronizovaném a nesynchronizovaném. V prvém případě se tryska
otevírá při každé otáčce motoru. U systémů se dvěma tryskami se
trysky zapínají střídavě. V nesynchronizovaném provozním režimu
jsou trysky otvírány v periodických časových intervalech,
nezávisle na referenčních impulsech o poloze klikové nebo vačkové
hřídele. Doba otevření se pak řídí podle podmínek daného použití.
Nesynchronizovaný režim je používán za těchto podmínek:

U některých systémů se tohoto režimu využívá i k „vyčištění“
motoru zalitého nadměrným množstvím paliva.

Při nízkých otáčkách (např. při startování) se po plném otevření
škrticí klapky sníží doba otevření trysky tak, aby se vytvořila
směs s
lambda
přibližně 1.36. Tento poměr se udržuje tak dlouho,
dokud bude škrticí klapka plně otevřena a otáčky motoru se
nezvýší nad určenou hodnotu.

Na jiném principu je založeno tzv. dvoubodové
vstřikování


Dual Point Injection System

fy Honda. Jeho
provedení je zjednodušeně zakresleno na obr. o18a.

Používá dvou vstřikovacích trysek, hlavní a doplňující. Hlavní
tryska 1 je umístěna nad škrticí klapkou 3,
doplňující 2 za ní. Trysky jsou rozdílné co do množství
dopravovaného paliva. Hlavní tryska dopraví asi 2.5krát více
paliva než doplňující.

U doplňující trysky je použito proplachování vzduchem z prostoru
mezi škrticí klapkou 3 a tandemovou škrticí klapkou
4, dokud je vzduch veden obtokovým vzduchovým kanálem k
výstupu doplňující trysky. Při malém zatížení motoru, tedy při
slabém otevření škrticí klapky, proudí obtokovým kanálem silný
proud vzduchu v důsledku podtlaku v sacím potrubí. Tento proud
pomáhá rozprášit v nasávaném vzduchu vstřikované palivo a tak
homogenizovat směs (obr. o18b).

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

Funkci tandemové škrticí klapky osvětluje obr. o18c. Tato
klapka (1 na obr. o18c) je otevírána přes membránovou
komůrku 2 podtlakem snímaným z prostoru mezi oběma
klapkami. Tento podtlak působí na komůrku jen tehdy, když se
otevírá elektromagnetický ventil 3.

Tento je při volnoběhu uzavřený, zatímco tandemová klapka je
otevřená a nasávaný vzduch proudí v dostatečném množství výše
popsaným obtokovým otvorem kolem doplňující trysky. Při částečném
zatížení se elektromagnetický ventil otevře a podtlak působící na
membránovou komůrku otevírá táhlem tandemovou škrticí klapku.
Míru jejího otevření určuje podtlak, čímž se v sacím kanále
vytváří přibližně stálá rychlost vzduchu.

Vícebodové vstřikování

Vstřikovací trysky vícebodového vstřikování jsou umísťovány
bezprostředněji k motoru, nebo přímo na jeho bloku. Proto je tlak
paliva k nim větší. U vstřikování do sacího kanálu se pohybuje od
0.25 do 0.6 MPa, při přímém vstřikování do válce bývá o řád
vyšší, 5 až 10 MPa.

Vícebodové vstřikování se dělí na spojité a časované. Otevření
vstřikovací trysky spojitého vstřikování je ovládáno mechanicky,
tlakem paliva. Provedení trysky je zřejmé z obr. o19.
Tryska se otevře jakmile tlak přiváděného paliva převýší odpor
pružiny, která je spojena s kolíkem uzavírajícím vystřikovací
otvor.

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

Trysky bývají většinou doplněny obtokem, kterým při uzavřené
škrticí klapce proudí přídavný vzduch vlivem poklesu tlaku na
klapce. Vzduch je směrován k ústí trysky, takže obklopuje palivo
bezprostředně v místě jeho výstupu (obr. o110). Tím je palivo
účinně rozprašováno, což přispívá ke zlepšení jeho spalování.

U časovaného vstřikování je otevření trysek ovládáno
elektromagneticky, napěťovým impulsem z řídicí jednotky. Náběžná
hrana impulsu určuje okamžik, kdy se tryska otevře, délka impulsu
pak dobu, po kterou zůstane otevřena, tedy vstříknuté množství
paliva. Podle začátků otevření vstřikovacích trysek jednotlivých
válců se rozlišuje vstřikování simultánní, skupinové a sekvenční
(obr. o111).

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

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

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

Jedna z možných konstrukcí elektromagneticky ovládané vstřikovací
trysky (výrobek fy Bosch) je na obr. o112. Palivo se do
trysky přivádí přívodem
2. Elektrický impuls otevírající trysku se vede k vinutí
elektromagnetu 3 vodičem 1. Přivedením proudu
se vtáhne kotva 5 elektromagnetu do vinutí, zvedne se
ventilová jehla 6
a tím se otevře vstřikování paliva. Po skončení impulsu se
tryska uzavře silou vratné pružiny 4. Pružina tlačí
ventilovou jehlu shora do sedla provedeného v tělese
trysky 6; průchod paliva do sacího potrubí motoru se uzavře.

Novější konstrukce vstřikovací trysky s přívodem paliva ze strany
(rovněž výrobek fy Bosch) je na obr. o113. Tryska je neustále
proplachována palivem, které ji ochlazuje. To přispívá k dobrému
chování motoru při teplém startu a k jeho klidnému chodu za tepla.
Vzhledem ke své nižší konstrukci je tryska vhodná k zástavbě
i do omezených prostorů nových typů vozidel.

Vzhledem k potřebě co nejlepšího rozprášení vstřikovaného paliva
a homogennosti vytvářené směsi roste náročnost na konstrukční
řešení tím více, čím je místo vstřiku blíže k válci, kde je
okamžikem zážehu dokončena tvorba směsi. Podstatné jsou především
požadavky 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.

Motory s přímým vstřikováním pracují převážně s chudými směsmi.
Obsah paliva ve směsi se mění dle zatížení motoru; čím méně je
motor zatížen, tím chudší může být směs.


Platí hlavně u zahřátého motoru.

Tato tzv. kvalitativní regulace výkonu, používaná ponejvíce u
vznětových motorů, je upravena pro vstřikování benzinu. Množství
paliva, které určuje složení směsi není dávkováno délkou otevření
trysky při konstantním palivovém tlaku, ale odměřuje se změnou
tohoto tlaku při konstantní době otevření trysky.

Typickým představitelem takovéhoto systému je vstřikování
Servojet kalifornské fy BKM Inc. Jeho princip osvětluje
zjednodušené schéma na obr. Palivo je čerpáno z nádrže
nízkotlakým čerpadlem, ze kterého postupuje přes palivový filtr k
vysokotlakému pístovému čerpadlu. To dodává palivo ke každé
trysce přes společné potrubí (common rail) s tlakem od 2 do
10 MPa. Tlak je nastavován řídicí jednotkou podle
signálu o poloze plynového pedálu. Řízení tlaku obstarává
elektronický regulátor s proporcionálním elektromagnetickým
ventilem. Velikost tlaku je pak určena vypouštěním určitého
množství paliva zpět přes vysokotlaké čerpadlo.

Společné palivové potrubí rozvádí palivo k ovládacím a
zesilovacím modulům jednotlivých trysek. Moduly mohou být buď
konstrukčně odděleny od trysek a spojeny s nimi vysokotlakým
potrubím, nebo integrovány s tryskami do jednoho bloku.

Průběh vstřikování je zřejmý z obr.  až obr.. Řízení
průběhu vstřikování provádí třícestný elektromagnetický ventil
ovládaný z řídicí jednotky. Je-li jeho vinutí bez řídícího
signálu, palivo protéká přes zpětný ventil do dutiny pod plunžer
zesilovače tlaku a do prostoru nad dřík jehly trysky. Tlakem
paliva je tryska uzavřena (obr.).

Přivedením signálu se ventil otevře a palivo se dostane nad píst
zesilovače tlaku (obr.). Vlivem rozdílných ploch pístu a plunžeru
zesilovače vzniká vyšší tlak, kterým je palivo pod plunžerem
vytlačováno do zásobníku. Současně působí zvýšený tlak na horní
část dříku jehly a tak udržuje trysku uzavřenou. Přenos paliva je
ukončen, jakmile nastane rovnováha sil mezi plunžerem zesilovače
a jeho působícím pístem, přičemž se jeho pohyb zastaví. Nyní se
uzavře zpětný ventil zásobníku, který obsahuje pod vysokým tlakem
odměřenou dávku paliva k vystříknutí. Minimální i maximální objem
paliva je odměřen stejným způsobem – je dán zdvihem zesilovače a
velikostí zásobníku. Minimální množství závisí rovněž na
uzavíracím tlaku trysky.

Samotné vstřikování začíná okamžikem odeznění signálu
přiváděného k vinutí ventilu. Ventil se uzavře, palivo tlačící na
píst je vypuštěno do zpětného potrubí a tlak působící na dřík
jehly zanikne. Nerovnováha sil vysune jehlu trysky vzhůru a tak
se otevře vstřikovací otvor. Palivo ze zásobníku stříká tak
dlouho, dokud jeho tlak působící na dolní část dříku jehly
nepoklesne natolik, že jej pružina v zásobníku překoná a trysku
opět uzavře.

Důležitý je i tvar kužele vystříknutého paliva. Má být dosaženo
minimálního styku paliva se stěnou sacího potrubí a současně
dobré homogenizace jeho směsi se vzduchem. Těmto potřebám jsou
přizpůsobovány kalibrované vypouštěcí otvory. Jejich provedení
se liší zejména podle počtu a uspořádání sacích kanálů i podle
počtu a polohy zapalovacích svíček ve válci.

Několik variant je uvedeno na obr. o114. Jako položka
1 je tryska
s kruhovou štěrbinou. Její jehla je prodloužena vstřikovacím čepem,
který zasahuje do otvoru v tělese trysky. Vzniklá kruhová
štěrbina tvoří kalibrovaný vstřikovací otvor. Na dolním konci
čepu je vybroušena odstřikovací hrana. Zde se palivo rozpráší a
rozstříkne ve tvaru kuželu.

Položkou 2 je jednootvorová tryska s tenkou deskou s
kalibrovaným otvorem namísto vstřikovacího čepu. Tak se vytvoří
velmi tenký paprsek paliva, který téměř nesmáčí sací potrubí,
palivo se však málo rozpráší. Tento způsob je vhodný pro motory
se dvěma svíčkami ve válci.

Položkami 3 a 4 jsou trysky s víceotvorovým
vstřikováním paliva. Otvory jsou uspořádány na konci trysky tak,
že vytvářejí podobný tvar paprsku a rozprášení paliva jako u
trysky s kruhovou štěrbinou. Průměr kapiček je ale menší. Otvory
mohou být uspořádány tak, aby tvořily dva nebo více vstřikovacích
paprsků. Tak je možno rozdělit palivo u motorů s více sacími
ventily optimálně do sacích kanálů.

Snaha o omezení obohacování směsi při studených startech vedla k
použití vstřikovacích trysek s přisáváním vzduchu
(obr. o115). Vzduch ke spalování je odebírán před škrticí
klapkou a je přisáván rychlostí blízkou rychlosti vzduchu přes
kalibrovanou štěrbinu přímo ke vstřikovacím otvorům trysky. Tímto
způsobem se palivo rozpráší velmi jemně. Vzduch je přes štěrbinu
nasáván jen při dostatečně velkém podtlaku v sacím potrubí.
Přisávání je tedy účinné pouze při dílčím zatížení motoru.

Okruhy přívodu paliva

Aby bylo zajištěno správné dávkování paliva, musí být v okruhu
jeho přívodu zajištěn potřebný tlak. Množství paliva pak může
záviset na délce otevření vstřikovací
trysky (časované
vstřikování) nebo na průřezu regulační štěrbiny (spojité).

Tlak paliva má být stálý. U systému s přímým vstřikováním
je tlakem paliva určováno množství, které má být
vstřikováno. Proto je mezi tlakovým čerpadlem a tryskami zařazen
regulátor tlaku a čerpadlo zajišťuje tlak odpovídající maximální
dávce při zcela průchozím regulátoru.

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

Čerpadlo je poháněno elektromotorem. Na hřídeli jeho rotoru
6 je upevněno oběžné kolo 2 s čerpadly obou stupňů.
Základní stupeň 3 je tzv. boční kanálové čerpadlo, hlavní
stupeň 4 obvodové lopatkové. Celý systém je uložen v
tělese 5, s víky 1 na straně sání a 8 na
výtlačné. Sací nátrubek v nádrži je opatřen palivovým filtrem
zachycujícím nečistoty. Z tlakového nátrubku odchází palivo přes
další filtr k tryskám. Zpětný ventil 7 udržuje ještě
určitou dobu po odstavení čerpadla systémový tlak, aby
nedocházelo k odpařování paliva při jeho vysoké teplotě.

Systémy s vyšším tlakem bývají vybaveny dvěma čerpadly.
Nízkotlaké předčerpadlo je v nádrži a vysokotlaké hlavní
čerpadlo, které dodává nasátému
palivu potřebný tlak, je umístěno již mimo nádrž (např. některé
systémy Ford – obr. o114). Některá vozidla mají obě
čerpadla umístěna mimo nádrž.


Čerpadla umístěná v palivové nádrži bývají
označována „Intank“, na palivovém vedení pak „Inline“.

Jsou používány i další kombinace, např. zásobník v nádrži,
ve kterém je jedno či obě čerpadla umístěna.

Starší systémy mívají jednostupňová čerpadla umístěná také mimo
palivovou nádrž. Čerpadlo nasává palivo z nádrže a přitom vytváří
jeho potřebný tlak. Řez jednou z četných možností konstrukčního
řešení je na obr. o115. Jde o čerpadlo válečkového typu, jehož
elektromotor je smáčen nasávaným palivem. Elektromotor otáčí
čerpadlovým kolem 3, přičemž palivo je nasáváno z nádrže
sacím otvorem 1. Válečky 3 pak vytlačují palivo
přicházející štěrbinou do sacího objemu přes výtlačnou štěrbinu
ke zpětnému ventilu 5. Válečky při otáčení čerpadlového
kola oddělují sací objem od výtlačného tím, že jsou přitlačeny k
vnějšímu prstenci. Zpětný ventil udržuje systémový tlak ještě 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.

Podle požadavků palivové soustavy se používá různých typů
čerpadel. Dělí se do dvou skupin, na objemová a proudová
čerpadla.

Princip čerpání objemových čerpadel je založen na změně
velikosti oběžných komor. Do zvětšujících se komor je nasáváno
palivo přes plnicí otvor. Když je dosaženo maximálního naplnění
komory, plnicí otvor se uzavře a otevře se výtlačný otvor.

Do této skupiny patří válečková lamelová čerpadla
(obr. o11a) a vnitřní
zubová čerpadla (obr. o11b). Válečková lamelová čerpadla
mohou být použita do přetlaku 650 kPa. Komory jsou u
nich tvořeny válečky vedenými
v rotujících drážkách obvodového kola. Válečky jsou přitlačovány
odstředivou silou a tlakem paliva vně na excentricky uloženou
válečkovou dráhu. Excentricita mezi obvodovým kolem a válečkovou
drahou způsobuje neustálé zvětšování a zmenšování objemu komor.

Vnitřní zubová čerpadla postačují do přetlaků
400 kPa. Čerpadlo sestává
z vnitřního poháněcího kola, které svými zuby zapadá do
excentricky uloženého vnějšího obvodového kola, které má o jeden
zub více. Při otáčení se mezi vzájemně utěsněnými boku zubů
vytvářejí v jejich meziprostorech komory s proměnnými velikostmi.

U proudových čerpadel jsou částice paliva urychlovány oběžným
kolem a vháněny do kanálu, kde vzniká tlak výměnou impulsů. Do
této skupiny se zařazují obvodová lopatková (obr. o11a) a
boční kanálová čerpadla (obr. o11b). Obvodová lopatková
čerpadla se liší od bočních kanálových vyšším počtem lopatek,
tvarem oběžného kola a po obvodě umístěnými kanály. Lze s nimi
vytvořit maximální tlak jen kolem 400 kPa. Pro prakticky
plynulý nepulsující proud jsou ale vhodné pro vozidla s velmi
nízkou hlučností. Boční kanálová čerpadla jsou schopna vytvářet
jen nízké tlaky, asi do 30 kPa. Používají se proto především
jako předčerpadla u soustav s čerpadly mimo nádrž nebo jako první
stupeň čerpadel v nádrži u vozidel, která mají potíže se studeným
startem. Také se používají u soustav centrálního vstřikování
paliva.

V níže uvedených obrázcích je A plnicí otvor a
B výtlačný.

Zubové čerpadlo je určeno pro vyšší tlaky. Čerpadlové kolo
sestává z excentricky uspořádaného vnějšího běžce 3, jehož
otáčením se komůrky na sací straně 1 zvětšují a palivo je
nasáváno z nádrže. Na výtlačné straně 2 se naopak zmenšují
a palivo je pod tlakem dopravováno do systému.

K čerpadlovému kolu patří ještě vnitřní běžec 4 a oběžný
prstenec 5. Celý systém je uložen v pouzdře 6.

U přímého vstřikování do spalovacího prostoru je palivo k tryskám
dopravováno pod tlakem 2 až 10 MPa. Výše popsaná
čerpadla takových tlaků
nedosahují, takže se používá např. šroubových čerpadel. Jejich
rotory mají tvar šroubových kol s velkým stoupáním, která
postupně palivo stlačují. Jiným druhem jsou radiální pístová
čerpadla s více písty přesazenými o příslušný obvodový úhel. Tato
čerpadla dopravují palivo pod vysokým tlakem, nezávisle na
potřebě motoru. Podle ní je tlak regulován regulátorem na
rozdělovacím potrubí.

Čerpadlo i poháněcí elektromotor jsou uloženy ve společném
tělese a při funkci jsou trvale omývány palivem. Tím je zajištěno
dostatečné chlazení elektromotoru.


Protože v palivu není kyslík, nevytváří se
zápalná směs a nehrozí nebezpečí výbuchu i při eventuálním
jiskření elektromotoru.

Elektromotory palivových čerpadel jsou napájeny z baterie
vozidla přes ovládací okruh, který brání vzniku vážných
poškození. Zjednodušené schéma podobného okruhu je na
obr. o117. K výkonovému relé systému vstřikování se přivádí
napětí až po zapnutí spínací skříňky při startování motoru.
Sepnutím kontaktů tohoto relé se přivede napětí k vinutí relé
čerpadla a k řídicí jednotce, čerpadlo se rozběhne. Jestliže do
několika sekund motor nenastartuje, rozpojí řídicí 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, přeruší 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 umožňuje nastartování motoru a
jeho provoz i při závadě relé čerpadla, což je ovšem
signalizováno samokontrolou systému.

Čerpadla dopravují palivo z nádrže přes palivový filtr ke
vstřikovacím tryskám. Palivový filtr (obr. o118) je tvořen
vložkou, která zadržuje drobné částice, jež by mohly ucpat
trysky. Papírová vložka filtru je v kovovém pouzdru fixována
opěrnou deskou. Na pouzdře filtru bývá šipkou označen směr
průtoku paliva.

Následující částí je regulátor tlaku, který udržuje konstantní
tlak paliva.
Kolísání tlaku by se okamžitě projevilo na složení směsi. U
jednobodového vstřikování, jehož palivový kohout je na
obr. o12, je regulátor tlaku umístěn na tělese
škrticí klapky. Natlakované palivo po celou dobu
činnosti čerpadla obklopuje vstřikovací trysku. Jakmile jeho tlak
překročí hodnotu závislou na předepnutí pružiny regulátoru
4, pružina se stlačí, tím se otevře ventil regulátoru a
přebytečné palivo odtéká zpět do nádrže.

U vícebodového vstřikování do sacího kanálu je regulátor tlaku
poněkud jiný. Hlavní rozdíl je v tom, že udržuje vstřikovací tlak
paliva na konstantním rozdílu proti tlaku v sacím potrubí (tento
je závislý na výkonu motoru). Příklad
konstrukce takového regulátoru je na obr. o120. Palivo
přichází otvorem 6 do palivové komůrky regulátoru.
Vzroste-li tlak paliva příliš, otevře se
ventil 5 spojený s membránou mezi komůrkami a nadbytečné
palivo se vrací do nádrže přepadem 7. Kromě předepnutí
pružiny 2 v komůrce nad membránou působí na ventil i tlak
v sacím potrubí přiváděný hadičkou připojenou k přípojce
1.

Regulátor bývá v palivovém okruhu (obr. o12) umístěn na
konci rozdělovacího potrubí, kterým se palivo rozvádí ke všem
vstřikovacím tryskám současně, protože toto potrubí musí být
palivem neustále promýváno. Může být také umístěn na palivovém
potrubí, před rozdělovacím. V takovém případě bude jeho
konstrukce poněkud odlišná; regulátor je průchozí.

U některých systémů vícebodového vstřikování je používáno
zásobníku paliva (obr. o122). Bývá umístěn mezi čerpadlem a
palivovým filtrem. Udržuje tlak paliva ještě určitou dobu po
zastavení motoru. Tím je usnadněno opětné nastartování motoru,
zvláště je-li zahřátý. Vnitřní prostor zásobníku je rozdělen
membránou na dvě komory. Jedna z nich slouží jako vlastní
zásobník paliva. Druhá vytváří vyrovnávací prostor a je spojena
přes odvzdušňovací přípojku s atmosférou nebo s palivovou nádrží.

Během provozu je komora zásobníku naplněna palivem. Membrána je
pak vychýlena tlakem paliva proti síle šroubové pružiny až na
její doraz. V této poloze (zásobník má největší objem) zůstává
membrána po dobu chodu motoru.

Zásobník také vyrovnává pulsaci paliva
způsobenou čerpadlem a tím zabezpečuje přesné dávkování, zejména
u systémů spojitého vstřikování. Tyto pulsace se mohou za jistých
okolností přenášet přes upevnění palivového čerpadla, palivové
vedení a rozdělovací potrubí na palivovou nádrž.

U systémů, které nemají zásobník paliva, se může vznikající hluk
potlačovat tlumičem tlaku paliva. Konstrukce tlumiče je obdobná
jako u regulátoru tlaku paliva (viz obr. o12). I zde je
membrána podepíraná pružinou a rozdělující palivový a vzduchový
prostor. Pružina je dimenzována tak, aby se při dosažení
pracovního tlaku paliva membrána nadzvedla. Proměnný objem
palivového prostoru tak může při tlakových špičkách palivo
odpustit zpět do nádrže a během tlakového poklesu tlak zvýšit.
Pružinová komora bývá někdy propojena se sacím potrubím, aby mohl
být absolutní tlak paliva řízen i podle tlakových změn v tomto
potrubí. Tlumič může být umístěn na rozdělovacím nebo palivovém
potrubí obdobně jako regulátor tlaku paliva.

Obvody měření nasávaného vzduchu

Pro složení směsi je podstatné také množství nasávaného vzduchu.
To je zpravidla závislé na potřebách motoru, takže systémy
přípravy směsi toto množství pouze měří a podle něj nastavují
příslušné množství paliva. S vývojem systémů vstřikování vznikla
řada způsobů měření množství nasávaného vzduchu, které umožnily
získat informaci potřebnou pro řízení dodávky paliva, nebo přímo
odměřit jeho množství, aby odpovídalo nasátému množství vzduchu.

Spojité vstřikování

Nejstarším způsobem, používaným u spojitého vstřikování paliva,
je sloučení měřiče množství vzduchu s rozdělovačem množství
paliva a s elektrohydraulickým nastavovačem tlaku (obr. o123).
Spojení těchto dílů vytváří regulátor směsi.

Protože vstřikování paliva probíhá za chodu motoru nepřetržitě,
je jeho množství závislé především na množství nasávaného
vzduchu. Toto množství se mění podle zatížení motoru. Veškerý
vzduch nasávaný motorem proudí přes měřič množství nasávaného
vzduchu zabudovaný před škrticí klapkou.

Měřič množství vzduchu je tvořen vzduchovým trychtýřem, ve
kterém je uložena měřicí klapka 1.
Klapka je zvedána proudem nasávaného vzduchu a
zvedá s ní spojenou páku kolem její osy otáčení. Pákový systém
přenáší pohyby měřicí klapky na řídicí píst 2, který
určuje základní množství paliva.

Vzduchový trychtýř je vhodně tvarován, aby podle polohy měřicí
klapky byla směs různě bohatá. Při konstantním sklonu stěn
trychtýře by bylo složení směsi v celém rozsahu zdvihu měřicí
klapky stejné. Motor však potřebuje v různých provozních režimech


Volnoběh, částečné a plné zatížení.

jim odpovídající optimální složení směsi. Ve volnoběhu a
při plném zatížení má být směs bohatší, při částečném zatížení
naopak chudší. Tohoto přizpůsobení se dosahuje různými úhly
sklonu stěn kuželů vzduchového trychtýře měřiče (obr. o120.

Pokud je vzduchový trychtýř tvořen plošším kuželem, je při stejném
nasávaném množství vzduchu zdvih měřicí klapky menší, než u
kužele se strmým sklonem. Větší zdvih měřicí klapky vede k
většímu množství paliva, tedy k bohatší směsi.

Na dolním konci (začátku) vzduchového trychtýře je provedeno
rozšíření – odlehčovací průřez, aby se mohla měřicí klapka
vychýlit i do protisměru při chybném zpětném zápalu motoru, kdy
mohou nastat v sacím potrubí značné tlakové rázy. Opačný pohyb je
omezen gumovým dorazem. Správná nulová poloha měřicí klapku při
odstaveném motoru je zajišťována nastavitelným listovým perem.

Poloha měřicí klapky je přenášena pákou na řídicí píst rozdělovače
množství paliva a mění jeho polohu.
Polohou řídícího pístu je určen
průřez řídicí drážky, 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 spodních
komorách, které jsou vzájemně propojeny s hydraulickým
nastavovačem tlaku 10 se mění působením tohoto nastavovače
v závislosti na provozním stavu motoru. Elektronická řídicí
jednotka podle snímačů, které charakterizují podmínky vyžadující
korekci základního nastavení složení směsi, ovládá magnetické
pole elektromagnetu nastavovače. Ten působí společně s
permanentním magnetem na planžetu 11 a tak se zvětšuje
nebo zmenšuje 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, což
umožňuje rychle reagovat na provozní podmínky a podle nich měnit
odměřované množství paliva.

Elektrohydraulický nastavovač tlaku umožňuje i přerušení dodávky
paliva při deceleraci, pokud otáčky motoru leží v příslušném
rozmezí. Řídící jednotka otočí směr toku proudu ve vinutí
elektromagnetu a tlakový spád na nastavovači téměř zmizí. Pružiny
v dolních komorách ventilů diferenčního tlaku přitisknou membránu
9 na vývod přívodu paliva ke vstřikovacím tryskám. Jeho
uzavřením se přívod paliva přeruší.

Obdobně probíhá omezení maximálních otáček motoru, kdy řídicí
jednotka vypne přívod paliva k tryskám, překročí-li otáčky motoru
naprogramovanou hodnotu.

U systému není použito rozdělovacího potrubí, protože palivo k
jednotlivým tryskám se přivádí přímo z rozdělovače jeho
množství. Ale i zde je použito regulátoru tlaku paliva, protože v
palivové soustavě musí být udržován stálý tlak. Odchylka tohoto
tlaku by přímo ovlivňovala složení směsi. Vzhledem k potřebě
zachovat po určitou dobu po zastavení motoru (a tím i čerpadla) v
palivové soustavě tlak, který by usnadnil nový start, je
konstrukce tlakového regulátoru odlišná od dříve popsaných. Je
znázorněna na obr. o12.

Přívod paliva je proveden paralelně k jeho vstupu 3 do
rozdělovače množství paliva za palivovým filtrem. Po zapnutí
palivového čerpadla se palivem naplní (přes přívod 6
prostřední komora regulátoru tlaku paliva. Membrána 8
regulátoru se prohne dolů a následuje ji těleso ventilu 10
působením tlaku protipružiny 4, až narazí na pevný doraz.
Tím začíná funkce regulace tlaku. Přebytečné palivo přicházející
z rozdělovače množství (vývodem 5 v obr. o12) může
odtékat vývodem 2 regulátoru tlaku zpět do palivové
nádrže.

Po zastavení motoru se vždy vypne palivové čerpadlo a tlak v
palivové soustavě klesne. Ventilový talířek 7 se posune
zpět do sedla regulátoru. Následně se posune těleso ventilu
nahoru (silou pružiny regulátoru 9 působící proti síle
protipružiny 40 a uzavře těsnění 5 zpětného vedení
do palivové nádrže.

Poklesem tlaku palivové soustavy se těsně uzavřou vstřikovací
trysky. Tlak klesá až na hodnotu uzavíracího tlaku regulátoru,
danou nastavením seřizovacího šroubu 2. Potom tlak v
soustavě opět roste až na hodnotu určenou zásobníkem paliva.
Ta musí vždy ležet pod hodnotou otevíracího tlaku
vstřikovacích trysek.

Složení směsi se nastavuje při ohřátém motoru ve volnoběžných
otáčkách. Nastavení se provádí šroubkem na páce působící na
řídicí píst. S pákou je spojen potenciometrický snímač její
polohy. Signál snímače se přivádí do řídicí jednotky k dalšímu
využití.

Rozdělení paliva do jednotlivých válců se seřizuje stavěcími
šrouby působícími na pružiny ve spodních komorách diferenčních
ventilů. Tímto způsobem je sloučeno měření množství nasávaného
vzduchu s dávkováním množství paliva potřebného k vytvoření
požadovaného složení směsi.

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

Časované vstřikování

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

U nepřímých způsobů se vlastní množství neměří, ale snímá se jiná
veličina, která rovněž charakterizuje zatížení motoru. Podle ní
se dávkuje množství paliva. Aby regulace
byla přesnější, používá se zpravidla snímání více než jedné
veličiny, nejméně dvou nebo tří. Jedna z nich je považována za
hlavní a podle ní se stanoví množství paliva na zdvih pístu,
které je rozhodující pro požadované složení směsi. Ostatní
veličiny se využívají pro korekci zmíněného množství paliva v
závislosti na stavu vnějšího prostředí, které ovlivňuje skutečné
množství nasátého vzduchu.

Hlavními řídícími veličinami jsou zpravidla poloha škrticí klapky a tlak
v sacím potrubí.

Poloha škrticí klapky

Natočení škrticí klapky je snímáno snímačem, který je připevněn
na tělese škrticí klapky a je spojen s jejím hřídelem.
Nejběžnějším typem je potenciometr, který vyhodnocuje úhel
natočení a přenáší poměr napětí přes odporový obvod do řídicí
jednotky. Příklad konstrukce je na obr. o12 spolu se
zapojením vyhodnocovacího obvodu.

Vzhledem k použití snímače polohy škrticí klapky jako hlavního
pro stanovení množství paliva, jsou kladeny vyšší požadavky na
jeho přesnost měření. Té je dosahováno použitím zdvojeného
potenciometru (dva úhlové rozsahy) a vylepšením konstrukce,
zejména uložení dílů potenciometrů.

Hmotnost nasávaného vzduchu je v řídicí jednotce vypočtena z
natočení škrticí klapky a příslušných otáček motoru. Protože
hustota nasávaného vzduchu se mění s jeho teplotou, tato se měří
a signál je přiváděn rovněž do řídicí jednotky pro korekci
množství paliva.

Poloha škrticí klapky jako hlavní
řídicí veličina je zpravidla používána u systémů centrálního
vstřikování. Odměřování směsi
pro jednotlivé válce se provádí přes sací potrubí. Palivo
přiváděné k válcům má tři různé formy:

Při volnoběhu a částečném zatížení je v okruhu sání nízký tlak a
palivo je téměř zcela v plynné formě a vytváří se jen velmi málo
palivového filmu. Při pootevření škrticí klapky tlak stoupne a
podíl palivového filmu se zvýší. Aby se zvýšení tvorby palivového
filmu při otvírání škrticí klapky neprojevilo ochuzením směsi,
musí se zvýšit dodávka paliva prodloužením doby otevření
vstřikovací trysky.

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

Protože signál snímače polohy škrticí klapky je obvykle spojitý
a mimo jeho absolutní hodnoty,
která určuje úhel otevření škrticí klapky, můžeme využít jeho
změny pro stanovení případné úhlové rychlosti a smyslu otáčení
klapky.

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

Snímače polohy škrticí klapky jsou však používány i u
vícebodového vstřikování. Např. fa Alfa Romeo použila u svých
výkonných motorů pro sportovní vozy individuální sací potrubí s
vlastní škrticí klapkou pro každý válec (obr. o12). Pro
měření zatížení motoru se ukázalo nejvhodnější měřit polohu
těchto škrticích klapek. Ke snímání polohy bylo použito
optoelektronického snímače sestávajícího z osmi světloemitujících
diod (LED), uložených proti osmi fototranzistorům. Mezi nimi se
natáčela výseč z plastické hmoty s otvory odpovídajícími tzv.
Grayovu kódu


Grayův kód má tu vlastnost, že
se mění při každém kroku pouze o 1 bit. Nevznikají tedy
nedefinované hodnoty během vícebitových změn.

s 256 hodnotami. Výstupní signál ze
snímače je ve formě 8-mi bitové digitální informace. Pro lepší
rozlišení při malých úhlech škrticí klapky byl obrazec výseče
tvarován nelineárně – obr. o12. Bylo zde dosaženo citlivosti
vyšší než 0.01 .

Starší systémy, jejichž elektronika nedisponovala potřebnou
rychlostí a kapacitou paměti, případně zpracovávala signál
analogově, potřebují snímat další veličinu, která by dávala
informaci o změnách v sacím potrubí ovlivňujících složení směsi,
jak je výše popsáno. Takovou veličinou je tlak v sacím potrubí,
který se mění podle otevírání a uzavírání škrticí klapky.

Oba dva snímače pracují nezávisle na sobě, takže je možná jejich
současná činnost a nároky na elektroniku zpracovávající jejich
signály jsou nižší.

Protože kromě tlakových poměrů v sacím potrubí má na tvorbu
palivového filmu dosti značný vliv i teplota, musí být brána v
úvahu i teplota nasávaného vzduchu. Při nízké teplotě se podíl
palivového filmu přídavně zvyšuje, takže doba otevření
vstřikovací trysky se musí prodloužit.

Tlak v sacím potrubí

U vícebodového vstřikování do sacího kanálu se problémy výše
uvedeného druhu téměř nevyskytují. Proto lze použít jako hlavní
řídicí veličiny pro dávkování paliva měřiče absolutního tlaku v
sacím potrubí. Jelikož 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) umožňuje hmotnost nasávaného vzduchu vypočítat.

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

Nejčastěji používané snímače tlaku v sacím potrubí
lze rozdělit do dvou skupin. První
z nich jsou polovodičové snímače, využívající piezorezistivního
jevu. Na obr. o125 je jedna z možných konstrukcí. V pouzdře
snímače je uložen křemíkový krystal, na jehož povrchu je vytvořen
odporový můstek. Vlivem deformací způsobených tlakem přiváděným
ke krystalu potrubím se mění proud protékající můstkem. Proud se
zesílí a zavede se teplotní kompenzace.

Druhou skupinu tvoří snímače, jejichž princip vyplývá z
obr. o126. V podstatě jde o membránu, která je uložena v
uzavřené komoře do níž se přivádí tlak obdobně jako u předchozího
typu snímačů. Působením tlaku se membrána deformuje a zasouvá
nebo vysouvá jádro indukčnosti, které je s ní mechanicky spojeno.
Indukčnost je součástí oscilačního obvodu a její změny vlivem
různé hloubky zasunutí jádra se projeví změnou kmitočtu
generovaného obvodem.

Výstupní signál snímače bude tedy střídavé napětí jehož kmitočet
se mění podle velikosti tlaku působícího na membránu.

Snímače tlaku jsou buď zabudované do řídicí jednotky
motoru,


Tento snímač je pak propojen hadičkou se sacím potrubím.

nebo upevněné v blízkosti sacího potrubí či přímo na něm.

Spínač škrticí klapky předává řídicí jednotce signál o
volnoběžné poloze klapky a o její poloze při plném zatížení.
Spínač bývá upevněn na sacím potrubí v místě škrticí klapky.
Hřídelka, na které je škrticí klapka uložena, ovládá spínač.
Kolem kontaktů spínače se pohybuje spínací kulisa, která spíná v
koncových polohách volnoběhu a plného zatížení příslušný kontakt.

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

Přímé měření vzduchu

Zpřísňování emisních předpisů si vynutilo přesnější regulaci
složení směsi. Přesnost je omezena přesností měření nasávaného
vzduchu. Proto se přešlo na snímače, které umožňují dosáhnout
vyšší přesnosti než způsoby nepřímého měření. Větší přesnost
poskytují měřiče objemu a měřiče hmotnosti vzduchu. K prvním
patří buď průtokoměr s náporovou klapkou nebo Karmanův vířivý
průtokoměr. Do druhé skupiny jsou zařazovány měřiče hmotnosti
vzduchu se žhaveným drátem nebo s vyhřívaným filmem.

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

Měřiče množství vzduchu

Měření množství vzduchu nasátého motorem zohledňuje různé změny
a vlivy na chod motoru, které se mohou vyskytnout během
životnosti motoru.


Např. opotřebení, usazeniny ve spalovacím prostoru nebo
změny časování a vůlí ventilů.

Měřič průtočného objemu vzduchu
nasávaného motorem
([m3/h]) se umísťuje mezi vzduchový filtr a škrticí klapku.

Průtokoměr s náporovou klapkou

Na principu měření síly vyvolané prouděním nasávaného vzduchu
proti síle vratné pružiny, které působí na měřicí klapku, je
založen tento průtokoměr (obr. o128). Proud vzduchu nasávaný
motorem otvírá náporovou klapku 2 natolik, až nastane
rovnováha mezi tlakem vzduchu a vratnou silou na náporové klapce.
Pohyb klapky se přenáší na potenciometr, takže každé její poloze
odpovídá určité výstupní napětí, které se přivádí do řídicí
jednotky.

Při vychylování klapky se zvětšuje volný průřez kanálu. Jeho
změny v závislosti na úhlu vychýlení měřicí klapky jsou zvoleny
tak, aby při malých množstvích vzduchu, kdy je požadována velká
citlivost, byly největší.

Pro zabránění vlivu pulsů v sacím potrubí pocházejícím od zdvihů
jednotlivých válců, které by působily na polohu měřicí klapky,
je s ní pevně spojena vyrovnávací klapka. Tlakové pulsy tak
působí stejnoměrně na obě klapky. Silové momenty se tak vyruší a
měření není nijak ovlivňováno.

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

K základnímu nastavení složení směsi ve volnoběžných otáčkách
slouží stavěcí šroub 1.

Karmanův vířivý průtokoměr

Tento měřič měří objem vzduchu podstatně přesněji a mimo to
reaguje i na změny vlivem činnosti sacích ventilů (pulsování
proudu nasávaného vzduchu) prakticky bez prodlení. To umožňuje
dosáhnout přesnějšího složení směsi.

Princip Karmanova vířivého průtokoměru vyplývá z obr. o13.
Nasávaný proud vzduchu se nejprve upraví laminátorem na
laminární. Poté se v něm vytvoří pomocí kolíků vířivé,
nesymetricky uspořádané vzdušné víry (nazývané Karmanovou řadou).
Jejich četnost je úměrná průtoku nasávaného vzduchu. Četnost se
měří ultrazvukovými signály, vysílanými napříč proudu nasávaného
vzduchu. Rychlost šíření ultrazvukových impulsů je ovlivňována
vzdušnými víry, což měří přijímač na protilehlé straně sacího
potrubí.

Signál se zpracuje v dalších stupních přijímače do formy
napěťových impulsů s četností úměrnou objemu proudu vzduchu a
přivádí k řídicí jednotce.

Dalším typem snímačů množství nasávaného vzduchu jsou měřiče jeho
hmoty používající vyhřívaného drátu nebo filmu. Tyto snímače jsou
umísťovány mezi vzduchový filtr a škrticí 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
udržel teplotu tělíska konstantní a vyšší, než 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 předešlých způsobů měření.

Měřič s vyhřívaným drátem

Princip měřiče 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 již nasávaný
vzduch nepůsobí.
Všechny díly jsou součástmi můstku, jehož 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 řídicí jednotce jako signál snímače.
Odpory R1 a
R2 jsou kalibrační a slouží k vyvážení
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 očištěn.

Měřič s vyhřívaným filmem

U měřiče s vyhřívaným filmem se používá tělíska s tenkou vrstvou
platiny nebo niklové mřížky potažené kaptonem.


Materiál odolávající vysokým teplotám.

Jak je zřejmé z obr. o130a, není
vyhřívaný odpor součástí můstku. Ten je tvořen odpory
R1
a R2 v jednom rameni spolu s
kompenzačním snímačem teploty
RK. V druhém rameni můstku je odpor
R3 spolu s
teplotně závislým odporem
RS, který vyhodnocuje teplotu
tělíska.

Výstupním napětím můstku je řízen proud protékající vyhřívaným
odporem. Tím se mění teplota tělíska tak, aby byl můstek opět
vyvážen. chladicím účinkem nasávaného vzduchu se mění hodnota
odporu snímače RS a tedy vyvážení můstku.
Napětí z můstku UM je tedy úměrné
hmotnosti vzduchu.

Konstrukční řešení je zřejmé v obr. o130b. Všechny prvky
důležité pro přechod teploty jsou uspořádány na keramické
destičce. Snímač průtoku vzduchu
RS je spolu s vyhřívaným odporem
RH oddělen
od ostatních součástí vzduchovou mezerou. Keramická destička nese
všechny tyto odpory, které jsou zhotoveny technologií tenkých
vrstev, nazývaných také film. Odtud je název měřiče. Jak je
zřejmé z obr. o13c, je tělísko orientováno tak, aby se
součásti nacházely po směru proudu vzduchu.
Nečistoty se tedy usazují převážně na přední
hraně tělíska snímače
RK. Uspořádání je takové, aby nevedly k
odklonění proudu vzduchu. Touto konstrukcí je zabezpečena
dlouhodobá přesnost měření i bez spalování nečistot.

Korekce podle atmosférického tlaku

Protože motor potřebuje ve vyšších nadmořských výškách méně
paliva, jsou některé systémy regulace složení směsi vybaveny
snímačem atmosférického tlaku. Snímač vysílá signál do řídicí
jednotky, která zkrátí dobu otevření vstřikovacích trysek. Směs
vzduchu s palivem je tak stále korigována podle nadmořské výšky.

Korekce podle výšky 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 výškou.

Vliv motoru na dávkování paliva

Dávkování paliva není ovlivňováno pouze zatížením paliva či
hmotností nasávaného
vzduchu. Z poměru paliva a vzduchu pouze vyplývá složení směsi.
To však musí vycházet z provozních podmínek motoru. Ty jsou dány
také jeho otáčkami a provozní teplotou. Podle
těchto vlivů se mění požadavky na složení směsi, které musí
regulační systém nastavit. Proto jsou nedílnou součástí systémů
regulace složení směsi snímače jednotlivých veličin, které je
třeba brát v úvahu, aby se při všech předpokládaných provozních
podmínkách zajistil optimální chod motoru. Tím se rozumí nejen
spotřeba zaručovaná výrobcem vozidla, dále emise škodlivých
látek, jejichž přípustnou úroveň stanoví zákon, ale i jízdní
vlastnosti, jako je zrychlení, hlučnost chodu a další 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 především podle množství
nasávaného vzduchu. Je tedy na otáčkách motoru a polohách jeho
hřídelí zcela nezávislé.

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

Problematiku jednotlivých skupin lze shrnout následovně.

Jeden snímač v rozdělovači vn spojeném s
vačkovou hřídelí

Snímač takto umístěný může poskytovat obvykle pouze informaci o
otáčkách motoru. To je postačující pouze u systémů vstřikování, u
kterých není okamžik 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 každé otáčky motoru
všem válcům současně. Signál snímače slouží pro určení okamžiku,
kdy mají být trysky otevřeny.

Mnohdy je používán 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 okamžik
zážehu. Zapalování je pak omezeno na pouhý zesilovač výkonu,
který tyto signály zesiluje.

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

Indukční snímače

Indukční snímače, které využívají 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 zjednodušeně
zakresleno na obr. o132. Indukčnost 1 snímače je
navinuta na jádře z měkkého železa s výstupkem, kolem kterého se
pohybuje rotor 2 z magnetického materiálu. Rotor je
opatřen výstupky (zuby), které se při otáčení hřídele rozdělovače
přibližují statorovému výstupku. Tím se uzavře magnetický obvod a
v indukčnosti se indukuje napětí.

Druhým typem je tzv. „rotačně symetrický“.
Jeho indukčnost je
navinuta na jádře buzeném permanentním magnetem. Na
hřídeli rozdělovače je umístěno zubové kolo. To má stejný
počet zubů, kolik je pólových nástavců permanentního magnetu a
také válců motoru. Při otáčení hřídele rozdělovače se
v indukčnosti indukuje
napětí. Nedostatkem tohoto způsobu je, že šířka nástavců je
mnohem větší než u prvního typu, takže změny velikosti
výstupního napětí snímače s otáčkami rozdělovače jsou poměrně
větší než u prvního typu, což ztěžuje synchronizaci začátku
vstřikování. Proto není tento typ pro řízení vstřikování
používán a je v rozdělovači nahrazen snímačem založeným na
Hallově jevu.

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

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

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

Jeden snímač u setrvačníku klikové hřídele

Takové snímače jsou používány tam, kde jsou zvláštní požadavky na
přesnost snímání polohy klikové hřídele. Jsou
to převážně 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, nebo v poslední době častěji nástavce ve tvaru
kotouče s ozubením, případně jinou formou mezer. Při otáčení
klikové hřídele se proti magnetu
střídají zuby s mezerami a tím se mění magnetický tok. Následkem
jeho změn se ve vinutí indukčnosti indukuje střídavé napětí.

Aby se mohla tímto snímačem snímat současně jak poloha klikové
hřídele odpovídající např. horní úvrati 1. válce, tak otáčky
motoru, musí být na
věnci odpovídající referenční značka. Může jít o mezeru mezi zuby
věnce (obr. o135). Písty všech válců jsou přes ojnice
spojeny s klikovou
hřídelí, takže jeden snímač na této hřídeli udává informaci o
poloze pístů ve všech válcích. Otáčky motoru jsou dány otáčkami
klikové hřídele. Tato informace je v řídicí jednotce odvozena z
údaje o poloze klikové hřídele.

Amplituda střídavého napětí indukovaného ve snímači při otáčení
klikové hřídele se zmenšuje s rostoucí vzdáleností mezi snímačem
a ozubeným kolem, naopak rychle roste se stoupajícími otáčkami.
Proto je signál s velmi rozdílnou amplitudou v řídicí jednotce
převáděn na pravoúhlé napětí s konstantní amplitudou. Když je
odstup hran pravoúhlého signálu více než dvakrát větší než
předchozí a následující, je rozpoznána zubová mezera. Tato zubová
mezera je definována jako přesná poloha prvního válce. S tímto
okamžikem synchronizuje řídicí jednotka polohu klikové hřídele. S
každou následující kladnou nebo zápornou (náběžnou nebo
sestupnou) hranou pravoúhlého signálu počítá řídicí elektronika
jako s natočením hřídele o úhel daný počtem zubů ozubeného
kotouče. Např. u systému Motronic fy Bosch, který má 60 zubů jde
o úhel 3°.

Válce u čtyřdobého motoru jsou vzájemně přesazeny
tak, že se pracovní cyklus 1. válce obnoví vždy po dvou otáčkách
klikové hřídele, tj. 720°. Přesazení u víceválcových motorů
je závislé na počtu jeho válců. Vyjádřeno úhlem natočení
klikového hřídele je to pro dvouválec 360°, pro tříválec
240°, pro čtyřválec
180°, u pětiválce
144°, u šestiválce
120°, u osmiválce
90° a u dvanáctiválce
60°.

Těmto úhlům odpovídá určitý počet zubů z celkového obvodu
kotouče, tj. z 360°. Podle počtu těchto zubů a tedy hran
signálu snímače vypočítá řídicí jednotka polohy pístů ostatních
válců a tím i okamžiky vstřikování trysek u sekvenčního systému.

Dva snímače u klikové hřídele

Jsou rovněž převážně 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 může
být i více, podle řešení regulačního systému, příp. provedení
motoru.

Existují i jiné varianty, jako přídavný kotouč, značky na řemenici
klikové hřídele apod.

Jejich funkce je v podstatě stejná jako u předchozího. Snímač
referenčních značek poskytuje informaci o poloze klikové hřídele
v horní úvrati jednoho nebo i více válců a snímač proti ozubení
informuje o natočení hřídele vůči referenčnímu bodu.

Snímače na klikové i vačkové hřídeli

Vačková hřídel ovládá sací a výfukové ventily motoru. Oproti
klikové hřídeli se otáčí poloviční rychlostí.

Pohybuje-li se píst k horní úvrati, poloha sacích a výfukových
ventilů určuje, zda je válec ve fázi komprese nebo výfuku. Z
klikové hřídele nelze tuto informaci získat. Informace je
potřebná pro sekvenční vstřikování paliva a u systémů řízení
chodu motorů s bezrozdělovačovým zapalováním také pro určení,
která svíčka má zažehnout.

Nejčastějšími případy této kombinace snímačů jsou dva typy. Oba
používají u klikové hřídele snímačů obdobného typu, jaký byl
popsán v předchozím.

První typ, používaný u německých, francouzkých a britských vozů
(systémy Bosch Motronic, Fénix fy Allied Electronics a systémy fy
Lucas) má proti snímači disk s větším počtem zubů a referenční
značkou ve formě mezizubové mezery. Jako snímače polohy vačkové
hřídele je použito Hallova prvku s clonkou a jediným výřezem (viz
popis u snímačů v rozdělovači). Během otáčení clonky se
přerušováním magnetického pole vytváří značka, která má časově
souhlasit s mezizubovou mezerou na disku u klikové hřídele.
Přitom má být píst 1. válce u horní úvrati při kompresním zdvihu.
Ostatní výpočet probíhá jak bylo popsáno na str.

Druhý typ tohoto provedení je používán u vozidel italských
výrobců a některých vozů fy Ford. Značky proti snímači u klikové
hřídele jsou provedeny na řemenici této hřídele a to čtyři s
rozmístěním po 90° (viz obr. o13). Signál, který vzniká
ve snímači během průchodu zubu jeho
blízkostí, poskytuje svým kmitočtem informaci o otáčkách klikové
hřídele motoru.

Snímač u vačkové hřídele, nazývaný také snímačem fáze, je tvořen
dvěma stejnými induktivními prvky. Proti nim se na hřídeli
snímače, která je spojena s vačkovou hřídelí, natáčejí dva zuby,
které jsou nesouměrně rozloženy. Jejich úhlová vzdálenost je
270° a
90° (viz obr. o13).
Rovněž induktivní prvky jsou posunuty a to o
180°.
Při otáčení vačkové hřídele se v nich indukují impulsy,
které jsou posunuty o
90° a 270°
obvodu vačkové hřídele. To odpovídá signálům od snímače u
klikové hřídele, které jsou posunuty o
180°, tedy 1. a 3. válce z
jednoho prvku snímače vačkové hřídele a 2. a 4. válce z prvku
druhého. Současný příchod signálů z obou snímačů (vačkové i
klikové hřídele) definuje horní úvrať příslušného válce.

Dva snímače na vačkové hřídeli

Tohoto způsobu používají obvykle japonští výrobci automobilů.
Např. Honda používá dvou induktivních snímačů (obr. 014),
každý z nich s vlastním rotorem. Tyto rotory jsou z magneticky
vodivého materiálu a nacházejí se na společné hřídeli. Každý z
rotorů má jiný počet výstupků. Rotor G má dva protilehlé a
druhý N pak 24 výstupků s rozestupem 15°.
Proti každému je indukčnost s magnetickým jádrem. Při
otáčení hřídele s nasazenými rotory se ve vinutí indukují dva,
resp. 24 impulsů během jedné otáčky vačkového hřídele.

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

U systémů ECCS fy Nissan je použito optoelektronických snímačů
(obr. o14). Sestávají z fototranzistorů a světloemitujících
diod. Mezi nimi se při otáčení hřídele pohybuje disk s ním
spojený a opatřený výřezy. Při okraji disku jsou výřezy pro
snímání úhlu natočení klikové hřídele a blíže ke středu výřezy
pro referenční značku horní úvrati válců.

Snímače u vačkové hřídele bývají u systémů s rotačním rozdělením
vn zapalování spojeny v jeden konstrukční celek, tj. rozdělovač
vn a snímače jsou na společné hřídeli. U bezrozdělovačových
zapalování je vn část vynechána.

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

Elektromagnetické snímače umístěné u klikové hřídele mívají
nejčastěji pevně určenu polohu. V případě potřeby se nastavuje
pouze mezera mezi jejich jádrem a zuby setrvačníku nebo disku.

Snímače teploty

Mimo snímání teploty nasávaného vzduchu, která ovlivňuje jeho
hmotnost, provádí se snímání teploty dalších medií, které
vyjadřují provozní stav motoru, nebo jejichž teplotní stav může
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 prodloužením doby otevření
vstřikovacích trysek.

U systémů se spojitým vstřikováním a starších typů časovaného se
k tomu používá trysky studeného startu. Ta vstřikuje dodatečné
množství paliva do společného sacího potrubí. Doba zapnutí je
omezena buď teplotně – časovým spínačem, nebo teplotním spínačem
a řídicí elektronikou.

Obohacení přidáváním paliva je u studeného
motoru potřebné ze dvou důvodů. Jednak proto, že 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 složení směsi. Druhým důvodem je, že mírně
bohatá směs hoří s vyšší spalovací teplotou a motor se dříve
zahřeje.

Druhý snímač teploty bývá používán k měření teploty paliva. Pokud
je v systému použit, bývá umístěn v rozdělovacím potrubí paliva k
tryskám. Signál o teplotě paliva u motoru je používán k
případnému zvětšení vstřikovaného množství 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 zmenšuje nebo zvětšuje se změnou teploty media ve kterém se
nacházejí.

Napětí vozidlové sítě

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

Korekční obvod je součástí řídicí jednotky, zvláštní snímač
napětí se nepoužívá.

Měření složení směsi

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

Zjednodušené 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 propouštějící plyn.

Takto provedené tělísko je chráněno na vnější 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 slouží jako
referenční plyn.

Použitý keramický materiál se od
350°C stává vodivým pro ionty
kyslíku. Liší-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 až 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 až 500 mV.

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

I rychlost změny napětí v důsledku měnícího se složení směsi je
závislá na teplotě. Při teplotě pod
350°C je změna v rozmezí
sekund, při
600°C reaguje sonda v čase kratším než 50 ms.
Proto je při startu motoru regulace složení směsi vypnuta až do
zahřátí sondy na teplotu asi
300°C. V současnosti se již vyrábějí
lambda
sondy s mnohem nižšími pracovními teplotami.

Umístění
lambda
sondy musí být zvoleno tak, že při delším
provozu s plně zatíženým motorem teplot nepřekročí
850°C. Krátkodobě je přípustné zvýšení až na
900°C.

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

Aby nebyla katalyticky aktivní vnější platinová elektroda
poškozena, musí být motor provozován s bezolovnatým benzinem.

Napěťový signál ze sondy se přivádí do řídicí jednotky, která
podle jeho velikosti ovládá složení 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. třísložkovým
katalyzátorem, který má největší účinnost potlačení všech tří
škodlivých složek ve výfukových plynech právě v této oblasti.

V oblasti chudých směsí má pouze omezené použití. Měření
libovolných hodnot
lambda
> 1.0 umožňuje tzv. chudá
lambda
sonda, používaná převážně u motorů se spalováním chudé směsi. U
tohoto typu sondu se používá výkonového vyhřívání (až 18 W) a
tzv. hraničního proudu. Ten vzniká přivedením vnějšího
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 množství dané
velikostí přečerpávacího napětí, vzniká hraniční proud, který je
úměrný tomuto obsahu. Sonda umožňuje měřit složení směsi v
rozsahu
lambda
v rozsahu <1.0;1.5>.

Pokud však motory pracují nejen s chudými směsi, ale i se
smíšenými, kdy je regulovaná hodnota častěji pro
lambda
= 1.0, používá se spíše širokopásmové sondy. Tak poskytuje
validní, vcelku lineárně rostoucí signál pro složení
lambda
v rozsahu <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 potažené dvěma platinovými
porézními elektrodami. Jsou uspořádány tak, že 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 složení
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 vždy úměrný koncentraci nebo potřebě
kyslíku. Při stechiometrickém složení směsi je nulový. Vyhřívání,
které je součástí snímače, zabezpečuje potřebnou provozní
teplotu, která je minimálně
600°C.

Použitý typ
lambda
sondy je závislý na způsobu omezení
škodlivých složek emisí ve výfukových plynech. Jednotlivé způsoby
a jejich zvláštnosti budou popsány v dalším.

 

Soupravy zapalování

 

 

Podmínky zážehu a spálení směsi

Připravenou směs, přivedenou do spalovacího prostoru ve válcích
motoru, je třeba zažehnout. Při jejím shoření se energie obsažená
v palivu přemění na mechanickou práci. Termodynamická účinnost
přeměny je závislá na složení směsi. Při bohaté směsi
(lambda
< 1.0) je výkon motoru vyšší, avšak měrná spotřeba roste.

U chudých směsí
(lambda
> 1.0) je výkon nižší, 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 zážehový motor spalující tekutá
uhlovodíková paliva. Chování reálného motoru je však odlišné,
což vyplývá z čárkovaně vyznačeného průběhu závislosti
termodynamické účinnosti typického zážehového motoru s kompresním
poměrem 6.3:1. Maximum jeho účinnosti je při
lambda
přibližně 1.2,
zatímco průběhy ideálních motorů maxima nemají. Je to způsobeno
tím, že u ideálního motoru se směs během pracovního cyklu zapálí
a shoří, zatímco u reálného dochází k selhání zážehu, opožděnému
zapálení, prodlouženému hoření a obvykle ke kombinaci těchto
jevů.

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

Čím dokonalejší je zapalování, s tím chudší směsí lze dosáhnout
maxima termodynamické účinnosti a tím nižší bude spotřeba, emise
i lepší 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 zhoršení 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:

Aby nedošlo 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 delší, protože tyto hoří pomaleji. Z
toho vyplývají některé požadavky na zapalovací svíčku.
Mimo potřeby zažehnout co největší objem je třeba udržovat
udržovat optimální teplotu izolátoru a to v rozmezí 350 až
750°C, aby nedocházelo k nežádoucím jevům.

Zapálení většího objemu významně napomáhá zvětšení vzdálenosti
mezi elektrodami svíčky. Vliv mezery mezi elektrodami na měrnou
spotřebu, emise HC a neklid volnoběžného chodu motoru pro různé
složení směsi na na obr. o23a. Vzrůst emisí HC je
způsoben poklesem teploty spalování, což se projevuje zejména při
menších mezerách, kdy je zažehnut jen objem směsi nedostačující k
jejímu dokonalému shoření. Výkon motoru klesá, takže 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 složení směsi. Hodnota
přeskokového napětí roste se zvětšováním mezery, kompresního
poměru a ochuzováním směsi.

Pro přibližně stechiometrickou směs
(lambda
kolem 1.0) může být
velikost průrazného napětí vypočtena z upraveného Paschenova
vzorce, který je obvykle uváděn ve tvaru


Paschen.

d
mezielektrodová vzdálenost,
epsilon
kompresní poměr motoru.

S ochuzováním směsi se průrazné napětí zvyšuje.

Mimo velikost zažehnutého objemu směsi má na průběh shoření směsi
vliv i teplota jiskry, která směs zažehne. 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, že doba hoření má být nejméně mezi 1.0 až
2.0 ms, aby nemusel být proud výboje příliš velký.

U hořícího výboje se napětí mezi elektrodami zapalovací svíčky
pohybuje podle složení směsi kolem 1 až 2 kV, takže energie
výboje může dosáhnout až 200 mJ.

U automobilů je zdrojem elektrické energie akumulátorová
baterie. Jde o zdroj nízkého stejnosměrného napětí. Jeho velikost
nepostačuje k přeskoku jiskry a ani nemůže být jednoduše
transformováno na vyšší hodnotu. Zvýšení napětí provádí
zapalovací soustava, přičemž pro hromadění energie se využívá buď
indukčnost nebo kapacita. 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 používaného
bateriového. Je dodávána z vozidlové baterie 11, nebo z
alternátoru 10. Proud I, který hromadí tuto
energii


E=1/2 LI2,

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


Imax.

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

tau1.

Primární proud dosáhne v okamžiku přerušení rozepnutím spínacího
prvku, tj. výkonového tranzistoru 4, okamžité hodnoty


I1.

V tomto vztahu je
tZ doba mezi zapnutím a
přerušením primárního proudu. Její délka je však omezena otáčkami
n motoru a počtem z jeho
válců. Při zanedbání doby potřebné pro sepnutí a rozepnutí
spínacího prvku platí pro maximální délku doby
tz vztah


tz,

ve kterém jsou otáčky n v 1/min.

Při přerušení primárního proudu
i1 rozepnutím přerušovače 8 se
v primárním vinutí cívky naindukuje napětí


U1.

Ve vztahu je mimo již uvedené veličiny
i1 a L1 i kapacita
C1 kondenzátoru 9
připojeného paralelně k výkonovému spínacímu tranzistoru, dále
také parazitní kapacita sekundárního vinutí
C2. K ní se přičítají kapacity dalších
dílů zapalovací soupravy zapojených k tomuto vinutí, např. palec
rozdělovače, izolátor cívky a vn kabely. Výsledný součet kapacit
se transformuje na primární stranu cívky se čtvercem poměru počtu
závitů sekundárního a primárního vinutí, tj.


C1.

V poměru počtu závitů se na sekundární straně zvyšuje primární
napětí:


U2,

jehož velikost je pak postačující pro vznik průrazu mezi
elektrodami zapalovací svíčky.

Použitím vztahů pro energii a čas je možno ukázat na
omezující vlivy jednotlivých parametrů a uvést způsoby, jakými se
tato omezení odstraňují.

U dříve používaného bateriového zapalování byl omezujícím prvkem
mechanický přerušovač. Jestliže spínal proudy větší než 3 až
4 A, klesala rychle jeho životnost. Tím byla omezena energie,
která se hromadila v cívce, protože přínos zvýšení indukčnosti
není tak výrazný, jako zvětšení proudu. Kromě toho vyšší
indukčnost zvětšuje časovou konstantu plnění cívky, což ovlivní
nepříznivě dosažitelný maximální proud při vyšších otáčkách
motoru. Tuto skutečnost osvětluje obrázek o25.

Bude-li doba sepnutí primárního proudu dostatečně dlouhá,

T0,

dosáhne proud téměř své maximální hodnoty. Pokud však
bude kratší, např.

T1,

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

Proto byl mechanický přerušovač nahrazen spínacím tranzistorem,
který spíná bez problémů proudy 10 A i více. To umožňuje
snížit indukčnost primáru cívky a zkrátit dobu potřebnou k
dosažení maximálního proudu. Tím ale vznikly další problémy. Při
nízkých otáčkách se maximálního proudu dosáhne příliš brzy a
další přívod energie z baterie se mění v tepelné ztráty, protože
magnetický obvod je nasycen. Dále
to, že při vysokých otáčkách dochází opět k poklesu energie
vlivem velké časové konstanty. Zmenšit časovou konstantu snížením
indukčnosti není vhodné, protože vede k poklesu energie. Proto se
sáhlo ke zvětšení odporu primárního vinutí se současným zlepšením
odvodu tepla naplněním cívky olejem s dostatečnou elektrickou
pevností a tepelnou vodivostí. Současně se použilo elektronického
řízení doby sepnutí primárního proudu tak, aby v celé oblasti
otáček motoru bylo dosahováno pokud možno stejné hodnoty
maximálního primárního proudu. Řízení se provádí posouváním
okamžiku zapnutí proudu v závislosti na otáčkách tak, že se doba
jeho průtoku s rostoucími otáčkami prodlužuje. Protože proud je
závislý i na napětí baterie, přihlíží obvod řízení i k němu,
takže úhel sepnutí je řízen podle těchto dvou parametrů
(obr. o26).

Moderní systémy jsou řešeny nejen s řízením úhlu sepnutí, ale i s
omezováním primárního proudu. Omezování se reguluje tak, že
výkonový spínací tranzistor působí jako elektronicky řízený
předřadný odpor. Tím se mění jeho saturační napětí a tedy
i hodnota maximálního
proudu. Proud se zvýší,
je-li pro dosažení 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 nemůže být
hodnota napětí na
primárním vinutí zapalovací cívky, vzniklého přerušením proudu
cívkou, vyšší než ono maximálně přípustné
napětí. Ze vztahu vyplývá, že napětí lze
omezit výběrem kapacity paralelní ke spínacímu tranzistoru, což
bylo používáno u starších zapalování.

Protože to prodlužuje rychlost náběhu zapalovacího napětí,
používá se nyní omezení polovodičovými prvky, které odříznou
hodnoty vyšší než přípustné napětí tranzistoru (5 v
obr. o24). V něm jsou uvedeny průběhy primárního proudu
i1 pro případ
stojícího motoru a pro nízké i vysoké otáčky.

Zjednodušená schémata jednotlivých průběhů jsou na
obr. o2 spolu s grafy
průběhů napětí na nabíjecím kondenzátoru
Cn (horní grafy), proudu
tyristorem (střední grafy) a proudu primárním vinutím zapalovací
cívky (dolní grafy).


Časová měřítka u grafů prvního způsobu jsou pro
lepší názornost upravena.

Mimo uvedené úpravy bylo vyvinuto několik dalších způsobů
prodloužení délky hoření výboje při zachování rychlého náběhu
napětí. Patří k nim např. použití dvou nabíjecích kondenzátorů,
jeden z 10-krát nižší kapacitou. Ten je nabíjen napětím větším o
20 až 50 %. Mezi kondenzátory je zapojena dioda polarizovaná
tak, aby se kondenzátor s vyšší kapacitou začal vybíjet až po
poklesu zvýšeného napětí na menším kondenzátoru. Výboj se tímto
prodlouží až na 0.5 ms. Přidáním dalších součástí je možno
výboj prodloužit až k 1 ms. Rychlost náběhu vn přitom
zůstává zachována.

Je žádoucí, aby přípustné napětí tranzistoru bylo co nejvyšší,
protože primární napětí se zvyšuje na zapalovací (obvykle nad
20 kV) poměrem počtu sekundárních a primárních závitů.
Ovšem v obráceném poměru
se transformuje sekundární proud, který
určuje energii zapalovací jiskry, takže má být co největší.

Je-li jako přerušovače použito buď mechanického, nebo
bezkontaktního s Hallovým prvkem, nebo optického, které mohou být
„sepnuty“ i při stojícím motoru (induktivní nikoliv), musí být
řídicí 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,

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 – 2 mikrofaradů. Pro dosažení potřebné energie musí
být nabíjecí napětí nejméně 300 V, proto se nemůže dodávat
přímo z palubní sítě vozidla, tedy z alternátoru 8 nebo
baterie 9. Jejich napětí musí být na potřebnou hodnotu
zvýšeno v měniči 3.

V měniči se stejnosměrné napětí baterie přemění na impulsní,
které se transformuje na vyšší hodnotu potřebnou k nabití
kondenzátoru a poté se usměrní. Kondenzátor se nabíjí napěťovými
impulsy, buď jedním nebo vícenásobným.

Nabíjení s více impulsy používá střídačů s vlastním buzením, které
pracují s kmitočtem impulsů v jednotkách kHz. Ten je zřetelně
slyšet a indikuje tak správnou funkci obvodu. Průběh nabíjení je
znázorněn na obrázku.

tZ
okamžik zážehu
a
průběh nabíjení kondenzátoru na napětí
UC
Tn
doba nabíjení
b
řídicí impuls o délce
T1 pro sepnutí tyristoru

Nevýhodou tohoto systému je, že pro dobré nabíjení kondenzátoru
při nejvyšších otáčkách musí nabíječ dodávat výkon 25 -
30 W. Při nízkých otáčkách je ale spotřeba mnohem menší,
výkon střídače však zůstává stejný, takže je zbytečně odebírána
energie z vozidlové sítě.

Z tohoto
důvodu mají příznivější poměry střídače s cizím řízením a
přídavným oscilátorem. Nabíjení kondenzátoru probíhá jednotlivými
impulsy, které jsou dimenzovány v desetinách ms. Jejich délka je
limitována podmínkou, aby ani při nejvyšších otáčkách neklesala
nahromaděná energie. Nabíjení kondenzátoru na provozní napětí
proběhne mnohem rychleji, viz jeho průběh na obr. Legenda k
obrázku je shodná s předchozím.

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 přerušovače v
rozdělovači. Napětí na kondenzátoru je v cívce transformováno na
hodnotu potřebnou k přeskoku ve svíčce. Protože se energie
nehromadí v indukčnosti, je cívka pouze transformátorem a její
indukčnost může být podstatně nižší (až 10-krát) než 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 přerušovači, oblast b pak
vzájemnými nárazy kontaktů přerušovače a jejich odskakováním.

U kondenzátorového zapalování (VKZ) jsou uvedeny průběhy dva.
Průběh označený a platí pro jednoimpulsové nabíjení,
b pro víceimpulsové.

Ve třetím obr. jsou uvedeny průběhy příkonů, a platí pro
kondenzátorové jednoimpulsové a b pro víceimpulsové. Pro
srovnání je pod označením c uveden průběh příkonu
elektromagnetického induktivního zapalování s řízením doby
sepnutí tZ primárního proudu
podle otáček motoru.

Pomineme-li bateriové zapalování s mechanickým přerušovačem,
vyplývá z obrázků, že tranzistorové zapalování má podstatně
pomalejší náběh zapalovacího napětí než tyristorové, zato je
schopno toto napětí udržet po podstatně delší dobu, tj. jiskra je
výrazně delší.

Důležitost rychlého náběhu zapalovacího napětí plyne z toho, že
dnes nejpoužívanější motory s vysokým měrným výkonem potřebují
zapalovací svíčky s vyšší tepelnou hodnotou. To má za následek,
že při častých jízdách na kratší vzdálenosti se svíčky snadno
znečistí sazemi. Tím na nich vznikají vedlejší elektrické cesty
(svody napětí). Tyto snižují vytvářené napětí, takže energie
jiskry klesá a v krajních případech nemusí dojít k přeskoku.
Dalšími příčinami těchto svodů bývají usazeniny olova na keramice
svíčky a vodní kondenzát na jejich elektrodách.

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

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

Znečištění a zvlhnutí těchto dílů, dále případné stínění pro
odrušení, zvyšuje parazitní kapacity 3 až 6-krát. To se může
projevit potížemi při startování i chodu motoru.

Délka jiskry ovlivňuje vzplanutí směsi ve válci a tím má nepřímý
vliv na průběh spalování. Homogenní stechiometrické nebo mírně
bohaté směsi může zapálit jiskra s poměrně krátkým trváním. Chudé
a nehomogenní směsi, jaké vznikají zejména při studeném startu
nebo při zrychlování z nízkých otáček a při popojíždění, vyžadují
delší trvání jiskry. Tím se zvyšuje pravděpodobnost, že se
zapálení schopná část směsi dostane do prostoru jiskry. Dále, že
bude jádru plamene stále přiváděna energie, takže toto přetrvá,
dokud se teplota směsi vlivem rostoucí komprese nezvýší natolik,
že se vytvoří stabilní fronta plamene. U induktivních zapalování
obnáší délka jiskry 0.5 až 2.5$ ms, u kondenzátorových je
však obvykle do 0.1 ms.

Výše uvedené rozdíly souvisí s růzností principů vytváření
vysokého napětí u obou druhů zapalování. Jak je zřejmé z obr. a
textu k
tranzistorovému zapalování, tvoří primární vinutí
L1
zapalovací cívky s paralelně připojenou kapacitou (tj.
C1 + p2C2)
rezonanční obvod. Na něm vznikají při přerušení proudu
protékajícího tranzistorem tlumené kmity o kmitočtu

f0.

Dosáhne-li amplituda prvního maxima těchto kmitů (na sekundáru
zapalovací cívky) hodnoty vyšší než je průrazné napětí, vznikne
oblouk. Trvá tak dlouho, pokud stačí energie nahromaděná v jádře
zapalovací cívky prostřednictvím magnetického pole k jeho
udržení. Napětí na oblouku je podstatně nižší než průrazné.

U tyristorového zapalování (viz obr. a text)
dochází při sepnutí tyristoru k vybití kondenzátoru
Cn přes
primární vinutí zapalovací cívky
L1.
Pro kmitočet tlumených kmitů
obvodu ale platí jiný vztah než u tranzistorového způsobu:

f0.

Ve vztahu je sigma L1
rozptylová indukčnost primárního vinutí
L1. Hodnota sigma
L1 <=
L1 a závisí na konstrukci
zapalovací cívky. Vhodným provedením lze rozptylovou indukčnost
snížit a tak dosáhnout až o řád vyššího kmitočtu
f0, než při induktivním hromadění energie.

Za dobu t = 1 / 2 f0 dosáhne
amplituda prvního kmitu maximální hodnoty


U1max.

Ze vztahu vyplývá, že se zvyšujícím se
f0 roste sekundární
napětí strměji, čímž se snižují ztráty energie před vznikem
průrazu. Ze vztahu vyplývá i menší vliv kapacity C2 na
rychlost nárůstu sekundárního napětí a na jeho maximální hodnotu
U2MAX =
p U1MAX,
tedy i menší vliv vlhkosti a nečistot ovlivňujících tuto kapacitu.

Výše uvedené patří k přednostem kapacitního způsobu vůči
induktivnímu. U něj je
C1 vždy menší než
p2C2.

Průběh vysokého napětí v závislosti na počtu jisker je proto zcela
jednoznačně nejlepší u kondenzátorových souprav. Ty bývají
nejčastěji používány u vysoce výkonných motorů sportovních
automobilů nebo u motorů s krouživým pohybem pístu (Wankel).
Takové motory mají v oblasti nízkých otáček sklon snadno zanášet
svíčky sazemi. Vedlejší svody, vytvořené na svíčkách sazemi a
usazeninami, ovlivňují funkce kondenzátorového zapalování mnohem
méně než induktivního.

Čím vyšší je ale kmitočet f0,
tím kratší bude doba trvání výboje na
zapalovací svíčce. Je to dáno tím, že spínací prvek (obvykle
tyristor) vede proud pouze jedním směrem, takže tlumené kmity
rychle zanikají. Abychom výboj prodloužili nebo jej několikrát
opakovali, musíme obvod zdokonalit.

Opakovaného výboje se dosáhne připojením polovodičové diody
paralelně ke spínacímu prvku. Dioda pak vede záporné půlvlny
tlumených kmitů, jejich amplituda pak klesá mnohem pomaleji. Na
sekundární straně tedy přesáhne průrazné napětí a dochází k
dalším výbojům.

Prodloužení délky trvání oblouku nastane připojením diody
paralelně k primárnímu vinutí zapalovací cívky. Při vybíjení
kondenzátoru Cn
proud nevede. V okamžiku, kdy tento proud dosáhne maxima,
dochází ke změně směru jeho toku a v primárním vinutí se indukuje
napětí s opačnou polaritou. Dioda může vést a všechna energie
nahromaděná v magnetickém poli cívky se může přenést do
sekundárního obvodu.

V poslední době se začínají znovu uplatňovat zážehové 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 kratších než 1.0 ms.

se opakujících jiskrách. Tím nabyde čelo plamene výhodnějších
jak elektrických, tak fluidických a tepelných vlastností.

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

Příliš krátká perioda mezi jiskrami zase způsobí, že 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, že časové poměry tohoto procesu vyžadují i
speciální zapalovací cívku. U ní je optimalizován výkon snížením
poměru mezi počty závitů primárního a sekundárního vinutí. Také
provedení sekundáru a přívody vysokého napětí ke svíčkám musí být
řešeny tak, aby se co nejvíce omezilo rušivé vf pole, vznikající
v zapalovací soustavě.

Vzhledem k vysokým energiím dodávaným takovou
soupravou,


Až 10-krát více než u konvenčních soustav.

jsou mnohem vyšší
nároky na výkon měniče napětí baterie na nabíjecí napětí
kondenzátoru. Protože opakování jisker probíhá velmi rychle, je
jedinou možností použít vysokofrekvenčních spínacích zdrojů.

Předstih a jeho vliv na spalování

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

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

Průběh a,
odpovídá zážehu v okamžiku
ZA, kdy je předstih optimální.
Průběh b,
odpovídá příliš časnému zážehu v okamžiku
ZB;
dochází k detonačnímu hoření a klepání motoru.
Průběh c,
odpovídá pozdnímu zážehu v okamžiku
ZC; tlak
ve spalovacím prostoru je menší, protože se zvětšuje objem, do
kterého se zažehnutá směs rozpíná.

Nastavení předstihu tedy ovlivňuje měrnou spotřebu. Na velikosti
předstihu zážehu jsou také závislé emise škodlivin ve výfukových
plynech. Jak vyplývá z obrázku o210, je vliv předstihu na
emise přesně obrácený, než je tomu u spotřeby. Aby se dosáhlo
vhodného kompromisu mezi spotřebou paliva a hodnotou škodlivých
emisí, je řízení okamžiku zážehu mnohdy složité, má-li být
předstih ve všech provozních podmínkách optimalizován.

Optimální předstih je dán požadavky maximálního výkonu motoru,
minimální spotřeby paliva, minimálních emisí a dobrých jízdních
vlastností. Současně je nutné dbát na vedlejší požadavek zajistit
bezpečný odstup od hranice klepání (detonačního hoření). Ke
klepání dochází vlivem samozápalů čerstvé směsi, která ještě
nebyla zapálena čelem plamene vzniklého jiskrou svíčky. Příčinou
bývá především velký předstih, nízké oktanové číslo benzinu a
také vysoký kompresní poměr válců. Detonační hoření vede k
tlakovým oscilacím v kmitočtovém pásmu 5 až 10 kHz a ke
zvýšení teploty ve spalovacím prostoru. Zvýšené tepelné a
mechanické namáhání částí motoru (písty, pístní kroužky, těsnění
hlavy, ojnicových ložisek atd.) může vést při delším působení k
poškození motoru.

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

Optimální předstih je také závislý na zatížení motoru, které je
obvykle úměrné otevření škrticí klapky. Při plném zatížení je
škrticí klapka široce otevřena a směs je obohacena. Přitom je
rychlost šíření čela plamene poměrně vysoká a zážeh má proběhnout
později, než při částečném zatížení, kdy je škrticí klapka
otevřena jen málo.

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

Mechanická regulace předstihu

Jak bylo popsáno v kapitolách o
tranzistorovém a
tyristorovém zapalování,
dojde k přeskoku jiskry
v zapalovací svíčce v okamžiku rozepnutí nebo sepnutí přerušovače
v rozdělovači zapalovacího vysokého napětí. Tento okamžik se musí
posouvat vzhledem k natočení klikové hřídele proti horní úvrati
válců a to podle otáček motoru. Rozdělovače používané u
bateriového zapalování byly vybaveny mechanickými přerušovači,
které rozepínaly během jedné otáčky motoru tolikrát, kolik byl
poloviční počet válců motoru. Protože rozdělovač vn je spřažen s
vačkovou hřídelí, jejíž otáčky jsou poloviční než klikové, je to
tolik rozepnutí (sepnutí) za jednu její otáčku, kolik je válců.

Posouvání okamžiku 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 závažíčky 1, která se více
nebo méně rozevírají a tím natáčejí přes pružinky část otočné
hřídele, která rozpíná přerušovač. Předepnutí pružinek určuje
rychlost zvyšování předstihu podle otáček. Maximální hodnota
předstihu je obvykle omezena koncovými dorazy 2 závažíček.

Podtlakový regulátor sestává z podtlakové komory 3, která
předstih zmenšuje a z komory 4, která jej zvětšuje. Podtlak
pro zvětšování předstihu F je odebírán ze sacího potrubí
motoru, před škrticí klapkou. S klesajícím zatížením roste
podtlak působící na membránu komory 4 a táhlo 6 se
posouvá vpravo. Nosná destička přerušovače 5 se natočí
proti směru otáčení hřídele rozdělovače a předstih se zvětší.

Podtlak S pro zpožďovací komoru 3 se v sacím
potrubí odebírá za škrticí klapkou a prstencová membrána této
komory přispívá především ke zlepšení emisí v určitých stavech
motoru (volnoběh, popojíždění apod.). Táhlo natáčí destičku s
přerušovačem ve směru otáčení hřídele rozdělovače a předstih se
zmenší. Zpožďovací systém pracuje nezávisle na urychlovacím, ale
je mu podřízen.

Současný podtlak v obou komorách realizuje potřebné nastavení
dílčího zatížení ve směru většího předstihu.

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

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

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

Řešení 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 spřažen 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
vždy, když některý z výstupků míjí zub statorové části.

Snímač s Hallovým prvkem je pro použití v rozdělovačích vyráběn
již ve formě vhodné pro montáž na statorovou destičku regulátoru
výměnou za mechanické kontakty přerušovače. Na obr. o214 je
označen šipkou. Clona, která otvírá nebo přerušuje magnetický tok
v mezeře snímače, je spojena s palcem rozdělovače, takže je spolu
s ním natáčena odstředivým regulátorem ovládajícím natáčivou část
hřídele.

Uvedené příklady zahrnují nejčastěji používané typy. Mimo ně se
vyskytují i jiné druhy snímačů. Mohou být založeny na jiných
principech, optoelektronický, s vířivými proudy apod. Všechny
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 zatížení motoru. Avšak předstih pro nejlepší
termodynamickou účinnost, tj. největší kroutící moment, je
závislý až na 10-ti proměnných, které ovlivňují jeho optimální
hodnotu v celém pracovním rozsahu motoru dosti výrazně. Aby se co
nejvíce omezil nepříznivý vliv přehlížení vlivu některých veličin
na optimalizaci předstihu, bývají mechanické regulátory
doplňovány o součásti vhodně reagující na tyto veličiny. Bývají
většinou zařazovány mezi podtlakovou komoru zvyšující předstih a
otvor v sacím potrubí, ze kterého se podtlak odebírá. Součást pak
ovlivňuje jeho velikost a tím se mění výše popsaným způsobem
předstih.
Je zřejmé, že předstih může být pouze zmenšen proti hodnotě
odpovídající podtlaku v sacím potrubí.

Jako příklad takovéhoto doplňku můžeme 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 považován za teplý. Podtlak ze sacího potrubí je
pak přiveden do urychlující komory regulátoru a předstih se
zvýší. Je-li motor „studený“, ventil zůstává uzavřen a předstih
je regulován pouze podle otáček.

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

Přes všechny doplňky zůstává mechanickým regulátorům předstihu
mnoho nedostatků, které brání jejich používání u novějších
vozidel. Nemohou zabezpečit splnění emisních předpisů, neumožňují
dosáhnout nižší spotřeby a lepších jízdních vlastností, které by
motor mohl mít při výhodnějším průběhu předstihových
charakteristik.

Např. otáčková regulace s odstředivým regulátorem je nepříznivě
ovlivňována jeho setrvačností. Při zvyšování otáček motoru,
zejména v oblasti těsně za volnoběhem, je nastavený předstih
nižší, než je potřebné pro dosažení 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 zvýšením emisí škodlivin.

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 škodlivin, vedou v podstatě k nehomogennímu
tvaru pole zážehových charakteristik.

Další vstupní veličiny, které ovlivňují předstih, jsou již zmíněná
teplota motoru (chladicí kapaliny) a poloha škrticí klapky.
Zpožděním předstihu u „studeného“ motoru se dosáhne zvýšení
teploty výfukových plynů a tím rychlejšího ohřátí motoru s
katalyzátorem (je-li
použit). Po zahřátí motoru se předstih postupně zvyšuje, aby se
dosáhlo optimálního kroutícího momentu motoru.

Pro informaci o škrticí 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 liší od skutečných potřeb motoru. Pro jejich
srovnání může sloužit příklad o216. Vpravo je pole nastavované
mechanickou regulací a vlevo pole optimálních hodnot. V obou
případech jde o závislosti na otáčkách a zatížení motoru. Vliv
teploty by se projevil posouváním polí ve směru osy z, tedy
zvětšováním nebo zmenšováním předstihu podle teploty. Ovládání je
možné buď spojité nebo skokové (studený – teplý motor).

Elektronické tvarování charakteristik

Z potřeby realizovat složité průběhy předstihových charakteristik
vyplývá nutnost co nejpřesnějšího určení hodnot vstupních
veličin, zejména polohy klikové hřídele, otáček a zatížení
motoru. Ke snímání hodnot těchto veličin je používáno stejných
druhů snímačů, jaké
byly popsány.

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

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

Na základě signálů ze snímačů se nastavuje hodnota předstihu
podle průběhu předstihové charakteristiky, která je pro příslušný
motor naprogramována v řídicí jednotce. Její odezva závisí na
zapojení tvarovacích obvodů a hodnotách součástek. Jejich volbou
dosáhneme požadovaného 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, z nichž každá je
závislá na jednom parametru


alfa.

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


alfa.

Dle rovnice můžeme použít tvarovací obvody s
analogovým a lineárním zpracováním signálů ze snímačů. Zde měníme
hodnoty obvodových součástí, abychom dosáhli požadovaného
průběhu.

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

Blokové schéma podobného systému se dvěma snímači je na
obr. o2. Na klikové hřídeli motoru je upevněn kotouč s
ozubením (nebo je využito zubů věnce setrvačníku). Zuby vybudí
při otáčení hřídele ve snímači 1 řadu impulsů. O určitý
úhel před horní úvratí (např. 90 ) je umístěna doplňující
značka snímaná snímačem 2. Při jejím průchodu kolem tohoto
snímače v něm vznikne impuls, nuluje a znovu spouští obvody
čítačů. Ty jsou nastaveny na určitý počet zubů, po jejichž
průchodu je vydán spouštěcí impuls zážehu. Čím jsou vyšší otáčky
klikové hřídele motoru, tím větší bude předstih před horní
úvratí, protože bude kratší doba od průchodu synchronizační
značky k dosažení nastaveného počtu impulsů ze snímače zubů.

Zatížení motoru, funkce f(p), se může realizovat např.
ovládáním počátečního nebo „zážehového“ stavu
čítače otáčkových impulsů. Tím se
posouvá průběh otáčkové charakteristiky a výsledný předstih se
zvětšuje nebo zmenšuje.

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

Nemají hysterezi, což znamená, že průběh je stejný pro zvyšování
i snižování otáček. Neuplatňuje se stárnutí materiálů, průběh
zadaný v řídicí jednotce se tedy nemění v čase a předstih tedy
nemusí být pravidelně kontrolován a seřizován. A v neposlední
řadě je významné i to, že zadání průběhů lze jednoduše měnit
změnami hodnot součástí nebo zapojení tvarovacích obvodů.

Příkladem systému využívajícího tohoto způsobu je zapalování
Bendix používané u starších vozů Renault, Volvo a některých
dalších značek.

Druhý způsob, kdy je předstihová charakteristika dána
vztahem, umožňuje
dosáhnout podstatně složitějších průběhů,
podobných jako v levé části obr. o216. K jejich uskutečnění
musí být použito výhradně číslicového zpracování dat, tj. signálů
ze snímačů příslušných parametrů. Toto lze provést dvěmi cestami.

Jedna z nich je tzv. hardvérový způsob, kterým lze snadno
dosáhnout i složitějších nespojitých průběhů předstihových
charakteristik, závisejících nejčastěji na dvou parametrech,
otáčkách a zatížení motoru. Vliv dalších parametrů se pak může
vyjádřit korekcí zadaných hodnot předstihu, prováděnou buď skokem
nebo spojitě. Jsou to tzv. paměťové systémy, protože jejich
ústřední částí je polovodičová paměť typu PROM, ve které jsou na
jednotlivých paměťových místech uloženy příslušné hodnoty
předstihu
alfa.
Adresy jsou pak vybírány podle signálů
snímačů jednotlivých parametrů.

Jako příklad je možno uvést zapalování Digiplex fy Magneti
Marelli, používané u vozů Fiat Uno a dalších, obr. o211. V
řídicí jednotce je umístěna polovodičová paměť s 512
naprogramovanými hodnotami předstihu. Otáčky jsou snímány
snímačem proti ozubenému věnci setrvačníku na klikové
hřídeli. Celý rozsah otáček je rozdělen do 64 kanálů. šířka 1. až
63. kanálu je 70 ot/min; 64. kanál má rozsah
5040 ot/min až po maximální.

Zatížení motoru je snímáno podtlakovým snímačem umístěným v
řídicí jednotce a připojeným k sacímu potrubí hadičkou.
Podtlak je rozdělen do 8-mi hladin po 10 kPa, takže celkem
máme 64 x 8 = 512 naprogramovaných okamžiků zážehu. Každou
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 řídicí jednotce je možno připojit ještě další dvoustavové
snímače, např. teplý – studený motor a spínač polohy škrticí
klapky. Řídící jednotka pak může ovládat stabilizaci volnoběžných
otáček. Součástí řídicí 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), používá regulace
předstihu mikropočítačem. Umožňuje realizovat nejen složitou
závislost předstihu na otáčkách a zatížení motoru ale ani
regulace podle dalších veličin není obtížná. Mikropočítač dostává
informace o parametrech motoru z příslušných snímačů. Ze
vstupních údajů provádí výpočet
funkce a po jeho
ukončení přijme rozhodnutí, jaký předstih
alfa je
optimální a vydá signál pro zážeh.

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

Program je určován provedením a zamýšlenou funkcí
systému.


Počtem snímačů a druhem jejich signálů, pořadím
jejich závažnosti, druhem funkce výstupních prvků systému atd.

Může tedy sloužit 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 škrticí klapky a jiné.

Parametry konkrétního motoru, které jsou nezbytné k provedení
výpočtu, jsou uloženy v druhé vnější paměti, obvykle typu PROM,
kterou si může 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 další. Patří k nim paměť
typu RAM, do které mikroprocesor ukládá dílčí výpočty a pak je
používá dle instrukcí programu. Dále jsou to obvody vstup/výstup,
ve kterých se převádí vstupní a výstupní signály na vhodnou
formu pro zpracování a provedení příslušných operací. Protože
celá činnost musí být synchronizována, aby regulační proces
správně proběhl, je obvyklou částí mikropočítač i časovač.

Výše naznačený proces je možno popsat následujícími obrázky. Na
obr. o218 je uvedeno pole předstihových
charakteristik uložených v paměti
PROM mikropočítače, závislých na otáčkách a zatížení motoru. Na
dalším je zjednodušený funkční postupový
diagram programu uloženého v ROM paměti. Ten naznačuje postup
výpočtu hodnoty předstihu s využitím pole charakteristik z PROM
paměti.


.

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

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

Druhým krokem programu je zjištění, zda je motor ve volnoběhu.
Jako informace slouží spínač polohy minimálního otevření škrticí
klapky. Je-li sepnut (klapka ve volnoběžné poloze) použije se pro
výpočet předstihu nejspodnější křivka 1 pole
charakteristik (f1(t)), která
slouží současně i pro výpočet předstihu při
deceleracích motoru (klapka se vrátí do volnoběžné polohy).

Při jmenovitých volnoběžných otáčkách je předstih nejnižší. Pro
otáčky, které jsou nižší než jmenovité volnoběžné, je předstih
zvyšován, aby se dosáhlo stabilizace volnoběžného chodu zvýšením
kroutícího momentu motoru.

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

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

Není-li škrticí klapka v žádné z obou krajních poloh, pracuje
motor v částečném zatížení a předstih se vypočítá z pole
charakteristik v závislosti na otáčkách a zatížení motoru
- fX(t). U vypočtené hodnoty se
opět provádí korekce podle teploty. Průběh
korekce může být poněkud jiný, než u předchozích provozních
režimů.

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

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

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

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

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

Korekce při detonačním hoření

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

O vlivu klepání na motor bylo již řečeno v úvodu této kapitoly.
Předstih zážehu patří k hlavním činitelům ovlivňujícím
jeho vznik. Vznik je totiž tím pravděpodobnější, čím je předstih
vyšší. 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
liší 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, čímž je zabezpečováno, aby k němu nedošlo v důsledku
zvětšení různých vůlí mechanické regulace s přibývající dobou
provozu motoru.

Elektronická regulace předstihu, která je v čase neměnná a
umožňuje realizovat složité 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 snížení životnosti motoru nebo bez
nebezpečí jeho poškození.

Mez klepání není žádná pevná hranice, ale je závislá na různých
provozních podmínkách. Zatím není známa možnost, jak mez zjistit
bez vzniku klepání. Při regulaci podél meze tedy k ojedinělému
klepání dochází. Při správné funkci regulace není klepání
slyšitelné a k poškození motoru nedojde. Jako snímače se používá
piezoelektrického širokopásmového měřiče zrychlení, který
přeměňuje mechanické kmity na elektrický signál. Je umísťován na
vhodném místě motorového bloku tak, aby bylo bezpečně zjištěno
klepání v každém válci ve všech provozních stavech motoru,
zejména při vysokých otáčkách a výkonech. Je to většinou na širší
straně bloku.

Zpravidla bývají 4-válcové řadové motory osazeny jedním snímačem
umístěným mezi druhým a třetím válcem. U 5- a 6-válcových motorů
se používá dvou, které se umísťují mezi dvě skupiny válců. Pro 8-
a 12-válcové se může použít i více než dvou snímačů.
Snímače se přepínají
podle sledu zážehů ve válcích. Signály ze snímačů se v řídicí
jednotce filtrují aby se odstranilo zvukové spektrum parazitních
signálů (např. klepání ventilů) a poté se porovnává výstupní
úroveň během otáček klikové hřídele. Překročí-li referenční
hodnotu, je to vyhodnoceno jako klepání. U jednodušších systémů
se vyhodnocují signály ze všech válců společně, dokonalejší
provádějí vyhodnocení signálů každého válce zvlášť.

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

Jeden z užívaných způsobů je zřejmý z obr. o221. Jestliže je
zjištěno klepání u některého z válců, zpozdí se předstih tohoto
válce při následujícím zážehu o malou hodnotu (zpravidla <

klikové hřídele). Jestliže klepání i při dalším zážehu potrvá, je
předstih znovu snížen o stejnou hodnotu. To se může opakovat
vícekrát až do doby, kdy klepání zmizí. Po zmizení klepání
regulace chvíli vyčká a poté začne předstih po malých hodnotách
(asi 1°
na každých 20 až 100 otáček) zvyšovat až k hodnotě
u meze klepání. Vyskytne-li se klepání dříve, proces se znovu
opakuje.

Další z užívaných způsobů (vozy Renault a jiné) je zřejmý z
obr. o222. Je založen na existenci dvou typů korekce.
Rychlá spočívá v okamžitém snížení předstihu o určitý počet
stupňů (typicky mezi 37deg; až 10°) návrat k
„naprogramované“ hodnotě pak probíhá v jednostupňových
přírůstcích za každých 5 až 20 otáček motoru. Rychlá korekce
zajistí, že doba klepání motoru je minimální. Má jistou hysterezi
spočívající v tom, že dojde-li při „jednostupňovém“ zvyšování
předstihu ke vzniku klepání, je ihned provedena korekce větší než
1°,
která klepání odstraní.

Druhá, pomalá korekce je spíše adaptivní než ochranná. Jejím
účelem je kompenzovat buď dlouhodobé změny motoru, rozdíly mezi
jednotlivými motory vyplývající z výrobních tolerancí nebo vliv
měnících se provozních podmínek.


Nižší oktanové číslo benzinu, horký a suchý vzduch apod.

Tato korekce spočívá v
použití jednostupňového (nebo i většího) zpoždění navíc vždy,
kdykoli je provedena rychlá korekce. Návrat k naprogramované mezi
klepání je však prováděn v jednostupňových přírůstcích na velmi
pomalém základě. Po krátké době se však adaptivní korekce ustaví
na hodnotě, která odpovídá skutečné mezi klepání.

Oba typy korekcí bývají různě kombinovány a modifikovány podle
použití na různých motorech a podle cílů, které jsou použitím
sledovány. Rychlá korekce může být prováděna jak pro jednotlivé
válce, tak pro všechny válce téhož motoru společně. Korekce podle
jednotlivých válců je výhodnější, protože často jeden válec začne
klepat dříve než ostatní a pokles kroutícího momentu motoru v
důsledku zpoždění předstihu jednoho válce o
5° až 10° je sotva postřehnutelný.

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

Jinou možností adaptivní regulace je způsob, při kterém jsou v
paměti počítače uloženy předstihové charakteristiky pro
bezolovnaté benziny super a speciál, každá 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
zhorší. Tak je na libovůli řidiče aby se rozhodl mezi
kvalitnějším palivem s větším dosahovaným výkonem a levnějším
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 spřažen s turbínou 3
poháněnou výfukovými plyny 4. plnicí tlak je závislý na
hnacím výkonu turbíny, jejíž záběr je určován průtokovým průřezem
obtokového ventilu 5. Ten je ovládán elektromagnetickým
taktovacím ventilem 7 řízeným z řídicí jednotky 8
podle signálu c ze snímače klepání 6 a signálů
dalších snímačů. Jsou to snímače polohy škrticí klapky a,
tlaku v sacím potrubí b, otáček motoru d a teploty
chladicí kapaliny e.

V poli charakteristik v paměti řídicí jednotky jsou uloženy
řídicí 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 příslušnou hmotností směsi zaplněn
pracovní prostor


Vp.

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

Protože kompresní poměr motoru je definován vztahem


epsilon,

vyplývá z předchozích vzorců,
že změna plnicího tlaku vyvolává stejný efekt jako změna
kompresního poměru
epsilon
motoru.

Z obr. o21 vyplývá, že čím je kompresní poměr vyšší, tím je
vyšší termodynamická účinnost motoru a tedy jeho spotřeba. Ovšem
obr. o220 ukazuje, jak se projevuje kompresní poměr na
závislostech meze klepání a maximálního kroutícího momentu motoru
na jeho otáčkách. Regulací plnicího tlaku je možno dosáhnout
optimálního kompromisu a tím i spotřeby a výkonu. Kromě toho jsou
s ní další výhody proti běžným přeplňovaným motorům. Při dílčím
zatížení motoru je turbokompresor méně namáhán, je nižší
protitlak výfukových plynů, zůstává méně zbytků spálené směsi ve
válcích, teplota plnicího vzduchu je nižší, což snižuje
pravděpodobnost klepání a úroveň emisí NOX.
Při plném zatížení
lze také lépe přizpůsobit průběh plnicího tlaku otáčkám motoru.

Řízení plnicího tlaku se provádí podle pole charakteristik v
paměti řídicí 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, že není ovlivněna tolerancemi jednotlivých dílů a jejich
opotřebením, zejména obtokového ventilu a turbokompresoru. Při
použití snímače absolutního tlaku se dosáhne plnicího tlaku
nezávislého v širokém rozsahu na velikosti vnějšího tlaku
(výšková 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
snížení plnicího tlaku, jestliže zpoždění provedenou korekcí
překročilo alespoň u jednoho válce předem stanovenou hodnotu.
Tato hodnota je uložena v paměti řídicí 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 zvyšováním ke jmenovité hodnotě je podobný
korekci předstihu, avšak s výrazně větší 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
zlepšení účinnosti motoru, snížení teplotního namáhání motoru a
turbokompresoru a omezení teploty plnicího vzduchu.

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

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 zvýšeno transformátorem. Ten tvoří zapalovací
cívka, která má kromě primárního vinutí i sekundární s velkým
počtem závitů.

Na sekundárním vinutí se vytvoří napětí tolikrát větší, kolikrát
je vyšší počet závitů
n2 sekundárního vinutí než počet závitů
n1 vinutí primárního. Poměr jejich počtů
p určuje transformační převod cívky a bývá u většiny
zapalovacích souprav mezi 50 až 120.

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

Dosažení větší energie jiskry je
možné i zmenšením ztrát v jednotlivých dílech zapalovací cesty.
Možnosti jsou dvě, buď dosáhnout větší účinnosti přenosu nebo
vyloučit díl, na němž ztráty vznikají.

Zapalovací cívky a jejich konstrukce

U zapalovacích cívek je jedinou možností zvýšení jejich účinnosti
a to volbou konstrukčního řešení a materiálů použitých 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. Protože 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 zážeh má vliv konstrukční
řešení, od kterého závisí velikost parazitních kapacit
omezujících jak velikost napětí vzniklého při přerušení
primárního proudu, tak rychlost dosažení jeho hodnoty, při které
může ve svíčce dojít k přeskoku. Dokud k němu nedojde, ztrácí se
nahromaděná energie na různých místech rozvodu vn ke svíčkám,
jejichž izolační stav je horší než mezielektrodový odpor
svíčky. K poklesu izolačního odporu těchto částí dochází
znečištěním, zvlhnutím apod.

Zapalovací cívky dříve, ale i dosud, používané, 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 tloušťky
kolem 0.3 mm, které jsou vzájemně odizolovány. Na jádře je
nasazena izolační trubka 2, na které je navinuto
sekundární vinutí 3 cívky. Každá vrstva vinutí je
izolována kondenzátorovým papírem a poslední je navinuta s
mezerou mezi závity 2 – 3 mm, aby se snížilo nebezpečí
průrazu izolace.

Na sekundární vinutí je navinuto primární 4, čímž je
dosaženo lepšího odvodu jeho teploty. Obě vinutí spolu s jádrem
jsou uloženy na keramickém izolátoru 6 a celek vložen v
nádobce 8 vylisované z oceli nebo hliníku. Vnější část
magnetického obvodu 9 je rovněž v nádobce vložena a tvořena
buď několika závity dynamoplechu, po jedné straně elektricky
izolovaného nebo tvarovaného do podoby ozubeného kola; oba
způsoby slouží pro zvětšení objemu magnetického materiálu.

Prostor mezi vinutími vnější části magnetického obvodu a stěnami
nádobky je naplněn izolační látkou s bodem tání 140 až
160°C nebo transformátorovým olejem, což je u novějších
konstrukcí obvyklé.

Tento typ má podstatné nedostatky. Otevřený magnetický obvod má
sníženou magnetickou vodivost, což se projevuje jak snížením
indukčnosti ve vztahu k počtu závitů, takže rozměry vinutí
rostou, tak zhoršením transformační účinnosti, takže zapalování
jako zdroj energie má vyšší vnitřní odpor. Také způsob vinutí
vyplývající z konstrukce není výhodný. Parazitní kapacity
sekundárního vinutí jsou velké a to sníží rychlost nárůstu napětí
pro výboj i maximální hodnotu tohoto napětí.

Z výše uvedených důvodů se rozšířily 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, čímž se dosahuje
značně nižších parazitních kapacit i vyšší odolnosti proti
průrazu. Menší potřebný počet závitů dovoluje zmenšit rozměry
zapalovací cívky, takže tato bývá často umístěna přímo na víčku
rozdělovače (obr. o226). Přednosti takového řešení jsou
zřejmé, zejména může-li být na rozdělovači umístěn i elektronický
spínač.

Mechanické rozdělení vn k válcům

Až do nedávna bylo nejrozšířenější mechanické rozdělení vysokého
napětí k zapalovacím svíčkám jednotlivých válců motoru
prostřednictvím rozdělovače. Ten sestává z rotující části, tzv.
palce a pevné, kterou tvoří víčko rozdělovače. Rozdělovač může
mimo tyto části obsahovat i mechanický
regulátor předstihu a/nebo různé
snímače.
Bývá poháněn od vačkové
hřídele motoru, se
kterou může být spojen přímo nebo prostřednictvím ozubeného či
šnekového převodu.

Řez jednou z četných možností (rozdělovač automobilu VAZ 2108),
určenou pro přímé spojení s vačkovou hřídelí a pro vodorovnou
montáž rozdělovače, je na obr. o227.

Na tělese rozdělovače 1 je pružinami 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 zvláštní
případy). Vývod k zapalovací
cívce, u konstrukce na obrázku je
uprostřed víčka, je opatřen uhlíkem s pružinou. Ten je tlačen
proti kovové elektrodě na palci 5 a tak je na rotační část
přenášeno 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
zážehů válců motoru. Mezera mezi elektrodou palce a elektrodami
ve víčku je 0.25 až 0.8 mm a vzniká na ní úbytek napětí asi
400 V, což je ve srovnání se zapalovacím napětím zanedbatelné.

Přenos energie ke svíčce se uskutečňuje přeskokem jiskry, čímž
vzniká silně vf rušení. Pro jeho omezení je součástí palce
odrušovací odpor. Ten je zařazen mezi střední část elektrody
palce (která je ve styku s uhlíkem ve víčku) a mezi tu část
palce, která se pohybuje v blízkosti pevných elektrod víčka.
Otočné třecí spojení palce s objímkou ve víčku, ke které se
připojuje vn kabel ze zapalovací cívky, je zprostředkováno
odpruženým uhlíkem vsazeným v této objímce.

K omezení vf rušení jsou vn kabely spojující rozdělovač se
svíčkami zakončeny koncovkami s odrušovacími odpory nebo jsou
tyto kabely vyrobeny s nekovovým vnitřním vodičem (žílou). Tento
je zhotoven např. z jádra tvořeného bavlněnou přízí napuštěnou
roztokem sazí. Vodič je opleten bavlněnou nebo kapronovou vložkou
a vše je izolováno polyvinylchloridovým plastikátem, případně
jedno či dvouvrstvou pryží. Jinou možností může být vodič, jehož
vnitřní jádro tvoří lněná nit, na které je nanesena vrstva
feroplastu.


80 % práškový ferit a
20 % polyvinylchloridový plast.

Povrch feroplastu je ovinut drátkem o
průměru asi 0.1 mm z vodivé kovové slitiny. Vše je opět
izolováno polyvinylchloridem. Rušení potlačuje jak feroplast, tak
drátová šroubovice. Se všemi úpravami na potlačení vf rušení je
spojena ztráta energie vytvořené v zapalovací soupravě. Podle
měření fy Bosch činí ztráty v odrušovacích obvodech kolem
30 % a asi 15 % připadá na ztráty
jiskřením v rozdělovači.

V tělese rozdělovače je dále umístěn odstředivý regulátor
předstihu 2 a snímač otáček, tvořený clonou 3 a
Hallovým prvkem 4. U mnohých rozdělovačů, zejména pro
svislou montáž, je prostor snímačů a mechanických regulátorů
předstihu oddělen od prostoru rozdělování vn izolačním víčkem z
plastické hmoty nebo z plechu. Tím je bráněno usazování prachu a
zbytků uhlíku v prostoru snímačů a navlhání vn části.

Na obrázcích o229 a o230 jsou ukázky nejrůznějších typů víček a
palců. Provedení víček je závislé v převážné míře na počtu
válců


Počet válců může být od 2 do 12.

a na uložení rozdělovače.


Vertikální nebo horizontální
orientace.

Velmi různorodá jsou i provedení palců. Mimo nejstarší typy
obsahují odrušovací 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
přepážky aby se zvýšila odolnost proti povrchovým svodům po
izolaci.

Použitím rozdělovače se zapalovací soustava značně zjednoduší,
protože ve většině případů postačí jedna zapalovací cívka s
příslušným přerušovačem. Je-li ale ve válcích použito dvou
svíček, má každá vlastní zapalovací cívky se svým spínačem.
Rozdělovač může být konstrukčně spojen v jeden celek.

Spolehlivé rozdělování vysokého napětí je zajištěno jen v určitém
rozsahu okamžiků zážehu a s rostoucím počtem válců se zhoršuje. U
šestiválcových motorů s mechanickou regulací předstihu je možno
rozsah dostatečně rozšířit, avšak u osmiválců se mnohdy používá
dvou rozdělovačů, každý pro čtyři válce.

Jestliže je předstih tvarován
elektronicky a je-li nastavená hodnota předstihu příliš velká,
vytvoří se zápalné
napětí v okamžiku, kdy je palec dosti vzdálen od elektrody vývodu
k příslušnému válci. Pokud bude příliš blízko k elektrodě
předchozího válce, může dojít k přeskoku na ni; zvl. proto, že
přeskokové napětí jeho svíčky bude v tu dobu zpravidla nižší než
u pracovního válce. Odpomocí je buď zvětšení průměru víčka
rozdělovače nebo se používá odstředivého regulátoru, který palec
vhodně natočí v souladu s otáčkami motoru.

Problémy jiného druhu vznikají u motorů, které používají dvou
svíček v jednom válci. Účel tohoto opatření a způsob rozdělení vn
ke svíčkám je v podstatě dvojí.


První skupinu tvoří motory s vyšším kompresním poměrem, které
jsou náchylnější k
samozápalům v části stlačené směsi
nezapálené svíčkou.
Použitím dvou svíček zapalujících směs současně na dvou
místech se zmíněný jev značně omezí. Navíc je tak možno dodat
větší energii zážehu a tím dosáhnout účinnějšího spalování.

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

Systém používá dvou samostatných úplných zapalování, které
vytvářejí zážeh současně. Vysoké napětí se přivádí ke svíčkám
přes dva zcela totožné rozdělovače.

Druhou skupinou jsou motory, ve kterých je rozložení směsi značně
nehomogenní. Takovým případem jsou motory s
krouživým pohybem pístu (Wankelovy motory), které jsou používané
např. u vozů Mazda RX-7. Jsou to dvouválcové motory s dvojicí
svíček ve válci. Zážehy obou svíček jsou časově rozdílné. Tím se
dosahuje dokonalejšího shoření směsi, které je takto dodáváno i
větší množství energie. Předpokladem je přesné dodržení rozdílu v
okamžicích zážehu.

U motorů dřívější výroby bylo použito mechanického rozdělení
vn a tedy i
regulace předstihu byla prováděna mechanickými
regulátory. Celá konstrukce rozdělovače, který je mechanicky
sloučen do jediného celku, společného pro obě zapalování, je
zřejmá z rozloženého 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 závažíčky 7.
Podtlaková regulace (zatížení motoru) je ale ovládána dvěma
komorami, primární 9, která ovlivňuje okamžik zážehu první
svíčky, a sekundární 10 ovlivňující časové zpoždění zážehu
druhé svíčky téhož válce. Celý systém je uložen 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 zážehy obou svíček téhož válce, je nastavení
předstihu poněkud složitější. Jak vyplývá z obr. o223a,
jsou na řemenici klikové hřídele dvě značky pro nastavení
předstihu.

První z nich, L, slouží pro nastavení zážehu primární
svíčky. Kontrolní stroboskopická pistole se synchronizuje z vn
kabelu mezi zapalovací svíčkou primárního zapalování a koncovkou
L na víčku rozdělovače (obr. o233b položka 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.

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


Motory s krouživým pohybem pístu nemají vačkové
hřídele, takže rozdělovač je spojen s hřídelí klikovou.

Mimo uvedené příklady se vyskytují i další řešení včetně
kombinací obou druhů. Např. vozidla fy Nissan používají pro
čtyřválcové motory se dvěma svíčkami v každém válci jediného
rozdělovače i když zapalovací cívky a výkonové stupně spínačů
jsou pro každou svíčku samostatné. Předstih a doba průtoku
primárního proudu cívkou jsou tvarovány v elektronické řídicí
jednotce, která navíc ovládá i další systémy.

Bezrozdělovačové rozdělování vn

Vysoké napětí ke svíčkám příslušných válců je možno přivádět i
bez rotujícího mechanického rozdělovače. Tím odpadají ztráty
jiskřením v mezeře mezi palcem a elektrodami ve víčku
rozdělovače. Tyto ztráty jsou nevyhnutelným důsledkem tohoto
způsobu přenosu zapalovací energie ke svíčkám jednotlivých válců.
Přeměňují se ve vf rušení, které je potlačováno odrušovacími
odpory. Na nich vznikají další ztráty energie. Vynecháním
rozdělovače a vhodným konstrukčním řešením rozdělení odpadají
tyto ztráty, které tvoří až 40 % nahromaděné energie, jak
již bylo dříve uvedeno.

Při bezrozdělovačovém zapalování se používá dvou způsobů
rozdělení vn a to s dvoujiskrovými cívkami a s jednojiskrovými.

Dvoujiskrová cívka má sekundární vinutí oddělené od
primárního a jak začátek tak konec vinutí jsou vyvedeny na
samostatnou koncovku. Při přerušení primárního proudu bude na vn
koncovkách vn napětí opačné polarity. Ke každé koncovce
sekundárního vinutí je připojena zapalovací svíčka jiného válce
motoru. Válce jsou zvoleny tak, aby v horní úvrati byl vždy jeden
z páru při kompresním zdvihu a druhý ve výfukovém.

Vlivem ionizovaného plynu s tlakem blízkým atmosférickému je při
výfukovém zdvihu podstatně nižší přeskokové napětí než v
kompresním. K tomu přispívá i to, že svíčka výfukového cyklu
zapaluje o 5 – 10 mikrosekund dříve, takže pro ni postačí
napětí 500 – 1000 V. Zbylé
je k dispozici pro přeskok ve svíčce kompresního cyklu.

Na vn koncovkách cívky je napětí opačné polarity, což se
projevuje obdobně jako chybné pólování zapalovací cívky. Při něm
mohou vzniknout problémy se startováním nebo výpadky zapalování.
Aby se tomu předešlo, je žádoucí dodržovat předepsanou periodu
výměny svíček.

Jistou nevýhodou je i nutnost použít vn kabelů mezi koncovkami
cívek a svíčkami válců, což je spojeno se vznikem svodů a s
elektromagnetickým rušením.

Musí být také zajištěno, aby vlivem přeskoku jiskry ve výfukovém
cyklu nedošlo k zapálení zbytků paliva nebo nasáté směsi. Z toho
důvodu musí být poněkud omezen rozsah regulace předstihu.

Pro dvouválcové motory stačí jediná cívka spolu s jedním
výkonovým spínacím stupněm. U čtyřválcových motorů je třeba dvou
cívek a dvou spínacích stupňů.

Cívky jsou mnohdy spojovány do konstrukčních bloků, příklad pro
čtyřválcový motor je na obr. Dvoujiskrové zapalovací cívky se
používají pouze u induktivního hromadění energie. Příklady
konstrukcí uvedené na obou obrázcích jsou s uzavřeným magnetickým
obvodem. U vozů dřívější výroby bylo však používáno i cívek s
otevřeným magnetickým obvodem, lišících se od provedení na obr.
pouze vyvedením sekundárního vinutí ke dvěma vn koncovkám. Byly
nejčastěji používány v maloobsahových dvouválcích motorů, méně
často dvojice takových cívek u motorů čtyřválcových.

Jednojiskrové zapalovací cívky bývají obvykle umísťovány přímo na
svíčkách každého válce. Protože odpadají ztráty v
rozdělovači, často i v odrušovacích odporech, mohou být rozměry
zapalovací cívky velmi malé. Každá cívka má vlastní spínač
ovládaný v pořadí zapalování válců motoru.

U tohoto způsobu musí být provedeno opatření pro zabránění
přeskoku napětí vznikající při zapnutí primárního proudu cívky.
Toto nežádoucí zapínací napětí indukované do sekundárního vinutí
v něm vytvoří napětí asi 1 až 2 kV. Má přitom opačnou
polarity než zapalovací vysoké napětí. Aby nedošlo k přeskoku ve
svíčkách, jsou do sekundárního vn vinutí vřazeny diody
zabraňující zpětnému proudu.

U dvoujiskrových cívek není podobné opatření nutné vzhledem k
vysokému přeskokovému napětí na dvou zapalovacích svíčkách.
Obdobně je tomu u soustav s rozdělovačem, kde je zapínací napětí
účinně potlačeno předřadným jiskřištěm rotorové mezery mezi
palcem a elektrodami víčka.

Jednojiskrové cívky bývají konstrukčně spojeny do většího celku,
který se nasazuje současně na všechny válce motoru nebo u
víceválcových motorů typu V na každou skupinu. Příklad takového
uspořádání je na obr.

Protože bezrozdělovačové způsoby rozdělení vn obsahují převážně
více než jednu zapalovací cívku s vlastním spínačem umožňující
dosáhnout dokonalejšího plnění indukčnosti, tedy nahromadění
většího množství energie a také zvýšení hodnoty primárního proudu
v okamžiku jeho přerušení.

Mimo již uvedené ztráty energie jiskry v mezeře rozdělovače a v
odrušovacích odporech vznikají při mechanickém rozdělování vn další
ztráty. Jsou dvojího druhu; jedny nejsou závislé na otáčkách motoru a
lze je částečně omezit vhodnou konstrukce rozdělovače a rozmístěním vn
kabelů. Jsou způsobovány parazitními kapacitami zmíněných dílů,
které se transformují zapalovací cívkou do jejího primárního
obvodu a tak omezují velikost vytvářeného napětí v zapalovací
soupravě. (Viz vztah a příslušný text k
němu.)

Ztráty druhého druhu jsou závislé nejen na otáčkách motoru n, ale
navíc i na počtu válců z. Pro dobu mezi jednotlivými zážehy platí
vztah.

Doba tZ ale zahrnuje jak čas
potřebný k nahromadění energie, tak k
její přeměně do elektrického výboje. Jak vyplývá z popisu
hromadění energie v částech o
tranzistorovém a
tyristorovém způsobu, je z
hlediska doby potřebné k
nahromadění žádané energie výhodnější kapacitní zapalování.
Kondenzátor se nabíjí na velikost napětí, která určuje energie,
podstatně rychleji, než je to možné v případě induktivního
způsobu. U něj je určující velikost primárního proudu zapalovací
cívky. Rychlost nárůstu proudu je dána časovou konstantou tohoto
vinutí. Tu však nelze volit libovolně, protože je dána stejnými
parametry, jaké určují i energii a jsou jí přímo úměrné, zatímco
rychlost nárůstu proudu nepřímo.

Rozdílnost způsobů hromadění energie se projeví i při její
přeměně v elektrický výboj ve svíčce, tj. v jiskru zažehující
palivovou směs. U induktivního zapalování se při přerušení
primárního proudu vytváří samoindukované napětí, které nabíjí
kondenzátor C1 připojený paralelně k vinutí. Toto napětí
se zvyšuje transformačním účinkem cívky na vysoké sekundární,
kterým se nabíjí parazitní kapacity C2 ve vn části
zapalování a to až do okamžiku, kdy dojde k přeskoku mezi
elektrodami svíčky, tj. na
UPR. Přeskokem
se vytvoří oblouk a napětí klesne na podstatně nižší hodnotu,
tzv. napětí oblouku
UOB. Během
tohoto děje se spotřebuje část
energie nahromaděné v primárním vinutí
cívky. Její velikost je dána vztahem


W2pr.

Bude tedy závislá na velikosti parazitních kapacit vn části.
Tato fáze výboje se nazývá kapacitní a je zdrojem tepla a
ionizace. Probíhá během velmi krátké doby (řádově mikrosekundy).

Oblouk spotřebovává energie magnetického pole jádra zapalovací
cívky. Proto se tato fáze výboje nazývá induktivní. Oblouk
probíhá již silně ionizovaným kanálem vytvořeným předchozí
kapacitní fází. Doba trvání může dosáhnout až několika ms. Trvá
prakticky až do úplného vyčerpání magnetické energie. Rychlost
úbytku energie je určována podobnými parametry vinutí zapalovací
cívky, jako růst primárního proudu. Po zániku oblouku v důsledku
poklesu napětí se zbytek energie spotřebuje v dokmitech tlumených
kmitů rezonančního obvodu

rezon.

U kapacitního zapalování je energie nahromaděna v nabíjecím
kondenzátoru. Při jeho vybití přes sepnutý polovodičový prvek a
primární vinutí L1 zapalovací cívky se na jejím
sekundárním vinutí vytváří vysoké napětí. To dosáhne velmi rychle
hodnoty, při níž dojde k přeskoku jiskry v zapalovací svíčce, tj.
UPR. Během výboje se do něj
předá značná část energie nahromaděné v nabíjecím kondenzátoru.
Jak bylo uvedeno, probíhá děj tak, že induktivní fáze nevznikne,
oblouk tedy nevznikne.

Během kapacitní fáze tedy musí být do směsi předáno tolik
energie, aby se dostatečně rozhořela. Poněkud jiný průběh děje
probíhá při dříve popsaných úpravách kapacitního zapalování, tj.
při opakovaných zážezích nebo prodloužení délky výboje.

Samotná energie však k charakterizování podmínek spalování
nepostačuje. K tomu je třeba přihlížet i k době trvání výboje a
velikosti jeho proudu. Zapalovací energie je dána součinem
napětí, proudu a doby trvání výboje. Musí být vždy dostatečně
velká, aby zabezpečila zapálení směsi i při jejím různém složení
a turbulenci. V příznivých podmínkách, kdy se mezi elektrodami
svíčky nachází homogenní směs se stechiometrickým složením
(lambda = 1.0),
postačí k iniciaci spalování energie 0.1 až
1 mJ trvající asi 10 mikrosekund. Ta je
obsažena v kapacitní části výboje.

U běžného zážehového motoru je často ve válcích směs
nehomogenní, někdy i špatně rozprášená a zředěná zbylými
spalinami. Pak je pro zapálení směsi potřebná značně větší
energie – nejméně 30 mJ.

U kapacitního zapalování je délka oblouku v desítkách
mikrosekund, což znamená, že potřebné energie se musí dosáhnout
zvýšením přeskokového napětí, tj. zvětšením mezery mezi
elektrodami svíčky. Druhou možností je zvýšení proudu výboje, což
je podmíněno vhodným převodem zapalovací cívky a použitím
spínacího tyristoru s potřebným výkonem. Jak však vyplývá z
grafů, je výhodnější zvýšení mezielektrodové vzdálenosti, které
zajistí spalování i chudých směsí. Je to důsledkem zažehnutí
většího objemu směsi mezi vzdálenějšími elektrodami. Přitom ale
rostou nároky na elektrickou pevnost vn částí rozdělovače,
zapalovací cívky a izolátoru svíčky. Tím se zvětší rozměry dílů a
složitost jejich konstrukce.

Jak již bylo uvedeno, sestává výboj u induktivního zapalování z
kapacitní a induktivní fáze. Doba výboje dosahuje až několika ms.
Prodloužení induktivní fáze výboje se příznivě projeví na činnosti
motoru. Dochází ke zvýšení množství tepla vydávaného po delší dobu, což
urychluje chemické reakce při iniciaci spalování. Tím se sníží
nerovnoměrnost pracovních cyklů motoru a prakticky nedochází k
vynechání zážehu. Delší induktivní část výboje umožňuje odpaření
směsi, což vede k podstatnému zlepšení startu studeného motoru a
zkrácení doby jeho zahřátí při nízkých teplotách okolí. Klesá
rovněž úroveň emisí HC. Při prodloužení doby se totiž ovlivní
intenzifikace zažehnutí a shoření tím, že se omezí zhášecí účinek
na stěnách válců a při stejné dráze plamene se zvýší hmota
aktivované směsi.

Z pohledu výše uvedených dějů je zřejmé, že zlepšení spalování,
ať z hlediska emisí HC,
nebo spotřeby či rovnoměrnosti chodu motoru, je
nejvhodnější cestou odstranit mechanický rozdělovač, který je
jejich hlavní překážkou.

 

Jiná zlepšení

 

Elektronické řízení přípravy směsi a jejího zážehu přispělo
značně ke zlepšení termodynamické účinnosti zážehových motorů a
zejména ke snížení úrovně emisí škodlivých látek v jejich
výfukových plynech. V současné době prakticky dosáhlo maxima
svých možností. Dalšího zlepšení výše uvedených charakteristik
motorů lze dosáhnout jen použitím dalších systémů, které se na
tvorbě směsi a jejím zážehu přímo nepodílí, ale tyto pochody
doplňují, ať během přípravy směsi nebo úpravou spalin po jejím
shoření. Některé z nich se podílí na zlepšení charakteristik
motoru během celého jeho pracovního cyklu.

Tyto systémy jsou na obvodech řízení tvorby a zážehu směsi
zpravidla funkčně nezávislé. Většinou však využívají stejné
vstupní informace o parametrech motoru a mnohdy i o výstupech ze
zmíněných obvodů, tj. o složení směsi a předstihu zážehu.

Těchto systémů existuje celá řada. V dalším popisu jsou seřazeny
v pořadí podle četnosti jejich používání na současných zážehových
motorech. Tato četnost se může přirozeně časem změnit a to i
dosti značně.

Regulace volnoběhu

Konstantní volnoběžné otáčky jsou důsledkem rovnováhy mezi
kroutícím momentem a zatížením motoru. Celkové zatížení motoru
při volnoběhu sestává z vnitřních a vnějších 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 životnosti.

K nim přistupují vnější vlivy projevující se většinou při zapnutí
některého spotřebiče v palubní síti vozidla.


Klimatizace, automatická převodovka, světlomety apod.

Vlivem zapínání a
vypínání spotřebičů vnější vlivy značně a nepravidelně kolísají.

Volnoběžné otáčky zážehového motoru jsou závislé na množství
přiváděného vzduchu, složení směsi (vzduchovém čísle
lambda)
a předstihu zážehu. Pro regulaci volnoběžných otáček představuje
množství vzduchu, neboli plnění, nejvhodnější akční veličinu.
Takový způsob regulace dovoluje použít nízkých volnoběžných
otáček, což je výhodné z hlediska spotřeby. Nastavovaná hodnota
se během životnosti vozidla nemění.

Ze snímačů otáček motoru, teploty chladicí kapaliny a polohy
škrticí klapky se přivádí signály do řídicí jednotky. V ní se
provádí srovnání okamžitých otáček motoru s požadovanými
volnoběžnými. Výsledný výstupní signál řídicí jednotky ovládá
stavěcí člen množství přiváděného vzduchu tak, aby se množství
zvětšilo při poklesu otáček pod požadovanou hodnotu a při
překročení zmenšilo.

škrtící klapka, která ovládá množství vzduchu přiváděného do
motoru, je při volnoběžném chodu nastavena automaticky do polohy,
při níž je sací potrubí buď zcela uzavřeno nebo otevřeno jen
minimálně. Regulace volnoběžných otáček se provádí přivedením
přídavného vzduchu, jehož množství je ovládáno zmíněným stavěcím
členem.

Jestliže škrticí klapka uzavře sací potrubí zcela, přivádí se
přídavný vzduch jejím obtokovým kanálem (obr. o31). Stavěcí
člen pak ovládá množství přiváděného přídavného vzduchu zvětšením
nebo zmenšením průřezu obtokového kanálu.

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

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

U dosud používaných systémů se vyskytují následující stavěcí
členy.

šoupátko přídavného vzduchu

Používá se u starších systémů s nepřetržitým vstřikováním,
případně u prvních systémů se simultánním časováním. Jeho princip
vyplývá z obr. o33 a je použit na systému L-Jetronic fy Bosch.

Při uzavření škrticí klapky 12 prochází přídavný vzduch
obtokovým kanálem. Jeho množství je regulováno šoupátkem
přídavného vzduchu 13. Při studeném motoru je obtokový
kanál zcela otevřen a otáčky motoru se zvyšují.

Součástí šoupátka 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 řídicí jednotky 7,
stejně jako ohřívání bimetalu stavěcího členu podle signálu ze
spínače v koncové poloze škrticí klapky 12a a z časového
termospínače 14, měřícího teplotu chladicí kapaliny
motoru. Termospínač zajišťuje, aby doba otevření trysky studeného
startu nebyla příliš dlouhá, což by mohlo vést k „přelití“ motoru
a zanesení zapalovacích svíček. Jestliže 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 šrouby v sacím kanálu.
První z nich je nad škrticí klapkou a slouží k nastavení
volnoběžných otáček změnou průřezu druhého obtokového kanálu
škrticí klapky.

Druhý stavěcí šroub v měřiči množství nasávaného vzduchu 6
mění průřez obtokového kanálu náporové klapky 6a měřiče.
šroubem se nastavuje složení směsi (vzduchové číslo
lambda).
Střídavým dostavováním obou šroubů po zahřátí
motoru se seřizují volnoběžné otáčky i základní složení směsi.

Elektromagnetický ventil regulace volnoběhu

Ventil otevírá nebo přivírá obtokový kanál škrticí klapky nejen
během zahřívání motoru ale provádí i regulaci volnoběžných otáček
ve všech provozních podmínkách motoru.

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

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

Otočný ovládač volnoběhu

Tento rovněž otevírá nebo přivírá obtokový kanál klapky ve všech
provozních podmínkách motoru. Jedno z mnoha používaných
konstrukcí je na obr.o34. Ovladač sestává z otočného šoupátka
8, které řídí množství procházejícího vzduchu kanálem
6. šoupátko 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 dalších. Střídavé napětí vytváří na
otáčivé kotvě protiběžné síly a otočné šoupátko zaujme podle
napěťových poměrů polohu odpovídající potřebnému úhlu otevření.

Při případné poruše regulace je šoupátko tlačeno zpětnou pružinou
3 na doraz daný šroubem 7 pro nastavení průřezu
dostačujícího pro nouzový režim.

Regulátor volnoběhu s krokovým motorem

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

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

Zrychlování volnoběhu elmag. ventilem

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

Většina systémů regulace volnoběžných otáček plněním motoru
pracuje v součinnosti s řízením předstihu zážehu, jak bylo
popsáno v popisu k obrázkům o218 a o219.
Proto je nutné dodržet vždy nastavení volnoběžných otáček
seřízením množství „volnoběžného“ 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, že obsah škodlivých složek ve
výfukových plynech je závislý na složení směsi a předstihu jejího
zážehu ve válcích motoru.

Provozní podmínky motoru často nedovolují použít optimálních
hodnot těchto parametrů. Často se také příliš rychle mění režim
chodu motoru a regulace složení směsi, a někdy i předstihu,
nestačí na změny bez zpoždění reagovat. Tím dochází k nežádoucímu
nárůstu emisí škodlivin. Ty pak dosahují hodnot převyšujících
zákonem povolené meze, zejména u nových stále zpřísňovaných
předpisů.

Proto se již delší dobu používá různých způsobů úpravy výfukových
plynů, kterými se sníží obsah emisí škodlivin na přijatelnou
hodnotu. Mezi nejpoužívanější 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 škodlivé složky přemění na jiné neškodné
nebo méně škodlivé
(CO2, NH3 apod.). Ty jsou pak vypouštěny
výfukovým potrubím do ovzduší.

Katalyzátory sestávají ze tří důležitých částí:

  1. Monolitu neboli nosiče, což je těleso voštinovité
    konstrukce s velkým množstvím průchozích kanálků, kterými proudí
    výfukové plyny.
  2. Reaktivní vrstvy, kterou je monolit potažen. Tato nosná
    vrstva z oxidu hlinitého zvětšuje 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 použity samotné nebo v
    kombinaci. Někdy bývají doplněny „promotory“, které zvyšují
    jejich účinnost.

Přeměna škodlivých látek vyžaduje prostředí s poměrně vysokou
teplotou. Začíná být účinná přibližně od
250°C. Nejvhodnější
podmínky pro vysoký stupeň přeměny a dlouhou životnost leží v
rozmezí teplot 400 až
800°C. V oblasti 800 až
1 000°C
dochází k sinitrování vzácných kovů a nosné vrstvy
Al2O3,
což přispívá ke zmenšení 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 zatížením. Nad
1 000°C se stárnutí katalyzátoru značně
zrychlí a dochází až 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. Voštinové těleso 4 keramiky je velmi citlivé na
mechanické namáhání a proto je v plechovém krytu 3 z
ušlechtilé oceli pružně uloženo. Pružné uložení je tvořeno
kovovým pletivem 5 z vysoce legovaných ocelových drátů o
průměru 0.25 mm vloženým mezi keramické těleso a plechový
kryt.

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

Blok katalyzátoru je vložen 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
tloušťce 0.04 mm je vyráběna jako matrice, tvarovaná do
požadovaného tvaru a natvrdo spájená. Svinutím fólie (viz
obr. o37a) vzniká monolit obdobného tvaru jako má keramický.

Velmi tenké stěny takového monolitu kladou výfukovým plynům menší
odpor než otvůrky v keramické voštině (viz. obr. o37b).
Rovněž tepelná stabilita
je výtečná až do teplot přes
1 300°C. Takovéto katalyzátory
mohou být montovány v blízkosti motoru. Jsou používány zejména
přídavně k hlavnímu katalyzátoru, jako předřadné nebo určené pro
start. Tím se dosahuje vyšší účinnosti přeměny krátce po
nastartování motoru.

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

Jedna z možných konstrukcí je na obr. o38.

Typy katalyzátorů

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

Dosud používané oxidační katalyzátory potlačují
CO a HC. Účinnost
potlačení těchto škodlivých látek se pohybuje kolem 90 -
95 % za podmínky, že do motoru je přiváděna směs se
vzduchovým číslem
lambda
větší nebo rovno 1.0. Směs tedy může být ochuzena až k
hranici přijatelné z hlediska výkonu motoru.

Ke snížení obsahu NOX
u těchto katalyzátorů prakticky nedochází, takže musí být použito
recirkulace výfukových plynů.

Uspořádání na motoru je zjednodušeně uvedeno na obr. o39. V
sacím potrubí je systém tvorby směsi 1, ve výfukovém
oxidační katalyzátor 3. Protože 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 zvýšení obsahu kyslíku ve
výfukových plynech potřebného ke správné činnosti katalyzátoru.

U redukčních katalyzátorů se používá 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,
takže pro potlačení všech tří složek škodlivin musí být
použito uspořádání zakresleného zjednodušeně 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, čímž se
vytvoří podmínky pro potlačení emisí
CO a HC v následně zařazeném oxidačním katalyzátoru 3.

Tento způsob, nazývaný dvoulůžkovým nebo také dvoukomorovým
katalyzátorem, je nevýhodný zejména proto, že motor musí pracovat
s bohatou směsí, což zvyšuje spotřebu i emise
CO2.


Který přispívá ke „skleníkovému jevu“.

Další 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 výše uvedené způsoby nevyžadují přesného nastavení složení
směsi, takže mohou být použity i jako tzv. neřízený katalyzátor.
Systém přípravy (tvorby) směsi je vhodně nastavován podle
provozních podmínek motoru s přihlédnutím ke způsobu potlačení
škodlivin. Tedy tak, aby směs byla vždy buď
lambda
větší nebo rovno 1.0
(oxidační katalyzátor) nebo s
lambda
menší nebo rovno 1.0 (dvoulůžkový
katalyzátor).

Tyto systémy se používaly hlavně u motorů s karburátory, zejména
bez elektronické regulace složení směsi. V poslední době se opět
začínají prosazovat; ovšem vylepšené a vybavené
regulací složení
směsi podle existujících provozních podmínek motoru.

V obrázku o311 jsou uvedeny průběhy účinnosti přeměny
jednotlivých škodlivin redukčním a oxidačním katalyzátorem v
závislosti na součiniteli přebytku vzduchu
lambda.
Z obrázku
vyplývá, že při složení směsi v úzkém rozmezí kolem
lambda =
1.0 je dosahováno maximální účinnosti potlačení všech tří
složek, i když půjde o dva různé typy katalyzátorů. Ty však mohou
být konstrukčně spojeny v jeden celek, nazývaný třísložkovým
katalyzátorem. Sekundární vzduch není obvykle potřebný, ale
složení směsi musí být udržováno poměrně s vysokou přesností v
těsné blízkosti stechiometrické hodnoty, tj.
lambda
= 1.0.

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

Jak již bylo uvedeno, hraje teplota důležitou roli jak u snímače,
tak u katalyzátoru. Aby nastala přeměna škodlivých látek a mohla
začít regulace složení směsi podle obsahu kyslíku ve výfukových
plynech, musí provozní teplota obou dílů překročit určitou
minimální hodnotu. Naopak příliš vysoká provozní teplota
urychluje jejich tepelné stárnutí až téměř k úplné ztrátě funkce.

To omezuje možnosti zástavby těchto dílů ve vozidle. Aby se
udržely nízké emise škodlivin, musí být provozní teplota dosažena
co možno nejdříve po nastartování motoru. K tomu by byla potřebná
zástavba blízko motoru.

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

Při vadné funkci motoru, např. vysazování zapalování, může
teplota katalyzátoru stoupnout přes
1 400°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 může 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 vyžaduje, aby bylo
dosaženo určité teploty, obvykle kolem
600°C. Také dynamické
vlastnosti snímače, tj. jeho doba odezvy pro změnu napětí při
změně složení směsi z chudé na bohatou nebo naopak, jsou silně
teplotně závislé.

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

Motor přitom pracuje s obohacením směsi. Aby se tato doba co
nejvíce zkrátila, přešlo se na používání vyhřívaných
lambda
snímačů. Tyto jsou při nižších teplotách výfukových plynů
elektricky vyhřívány. Jakmile teplota dostatečně vzroste,
vyhřívání se automaticky vypne. Vyhřívaný snímač může být umístěn
dále od motoru, což omezí jeho tepelné namáhání při zvýšené
teplotě výfukových plynů.

Další zlepšení

V části byly popsány různé druhy
lambda snímačů, podle
kterých je zvolen způsob regulace složení směsi. Pro třísložkové
katalyzátory, které vyžadují pro svou funkci stechiometrické
složení, se nejčastěji používá snímače se skokovým průběhem
výstupního napětí v oblasti kolem
lambda
= 1.0. V řídicí
jednotce je nastavena určitá referenční hodnota napětí, obvykle
kolem 0.5 V. Jestliže bude signál z
lambda
sondy pod touto
hodnotou, je směs příliš chudá a regulační systém zvětší dávku
paliva. Je-li referenční napětí překročeno, směs je bohatá a
regulace sníží množství paliva.

Změna složení směsi však nemůže být skoková, neboť motor by měl
sklon k nepravidelnému chodu. Proto je částí řídicí jednotky
integrátor, který mění složení směsi pomaleji, v závislosti na
určité funkci. Snímač reaguje totiž se zpožděním 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, že není možno trvale udržet konstantní
stechiometrické složení směsi. To bude kolísat v rozmezí několika
procent.

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

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

Časové zpoždění během
lambda
regulace není možné žádným
způsobem obejít. Aby se udržela nízká úroveň emisí, provádí se
u výrobce při přizpůsobování systému na motor určité
přednastavení regulace, které se uloží do datového pole v ROM
paměti řídicí jednotky. Při provozu se mohou vyskytnout vlivy
vyžadující určitou korekci tohoto přednastavení. Např. změna
kvality paliva nebo stárnutí sondy. Proto jsou současné systémy
vybaveny adaptivní regulací. Jestliže její obvody zjistí, že v
určité oblasti otáček a zatížení musí být prováděna stále se
opakující korekce přednastavení, zapíše ji do trvalé paměti RAM,
která je napájena i při stojícím motoru. Při příštím nastartování
začíná regulace pracovat již s tímto upraveným přednastavením.

Při přerušení napájení řídicí jednotky se ale paměť vymaže a
adaptace začíná znovu od hodnoty přednastavené výrobcem.

Aby se dosáhlo co největšího potlačení vlivů stárnutí
lambda
snímače, používá 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 menší míře vystaven škodlivým účinkům vysoké
teploty a proto se používá jako řídicí člen.

Regulace se dvěma sondami většinou kompenzuje posunutí
přednastavení u stárnoucí první
lambda
sondy, která již
pomaleji reaguje na změny složení 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 složení směsi. To je důležité pro
splnění stále přísnějších emisních předpisů.

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

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

Významného zlepšení parametrů
lambda
regulace se dosáhne
použitím širokopásmové sondy. Ta umožňuje měřit skutečné odchylky
složení 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 zvýší.

Přifukování vzduchu

V některých provozních podmínkách motoru, zejména při prvním
startování za nízkých okolních teplot, musí být směs dosti
obohacena. Rovněž během následujícího zahřívání motoru je žádoucí
obohacení, i když mírnější. Za takových podmínek se vytváří
největší část celkového obsahu škodlivin. Proto byly již před
zavedením katalyzátorů prováděny pokusy snížit obsah škodlivin
termickým dohoříváním výfukových plynů.

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

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

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

Zjednodušené 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
řídicí jednotky a ta dmychadlo vypne. Včasné vypnutí je potřebné,
aby se předešlo zvýšení emisí NOx.

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

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

Zatím nejdokonalejší systémy používají 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 škodliviny brzy po startu
a ve volnoběhu. Také chrání za ním zařazený hlavní katalyzátor
před poškozením, protože filtruje fosfor a olovo.

Sekundární vzduch je po startu a při volnoběhu foukán před oba
katalyzátory, takže 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 třísložkový, druhý pouze jako
oxidační. Toto je normální jízdní režim. Při jízdě vyšší
rychlostí se přívod přídavného vzduchu k oběma katalyzátorům
přeruší a oba stupně pracují jako třísložkové katalyzátory.

Recirkulace

Recirkulace výfukových plynů je dlouho známým a často používaným
způsobem snížení 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
zmenšení špičkové teploty hoření se současným snížením emisí
NOX.
K tomu dochází buď vnitřní nebo vnější recirkulací.

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

Zejména motory s vyšším měrným výkonem mívají lepší plnicí účinek
a tedy mohou mít větší překrytí. Tím mají relativně nižší emise
kysličníků.

Překrytí ventilů však nelze libovolně zvětšovat, protože by nebyl
zajištěn stabilní chod motoru bez vynechávání. Rovněž by vzrostly
emise HC.
Nepostačí-li vnitřní recirkulace snížit v potřebné míře
emise
NOX,
používá se recirkulace vnější. Její princip je
zřejmý z obr. o318.

Z výfukových plynů motoru se odebírá definovaný dílčí proud a je
přiváděn do čerstvé směsi. Podle množství recirkulovaných
výfukových plynů je možno snížit emise kysličníků až o
60 %. To je ale spojeno se zvyšováním emisí
HC (viz obr. o319). Pokud bude
množství recirkulovaných plynů omezeno na 10 % až
15 %, není třeba uvažovat o zvýšení spotřeby. Předpokladem
je ale současná optimalizace předstihu, což platí v podstatě pro
všechna opatření zasahující do průběhu spalovacího procesu.

Mez přípustného množství je určována přírůstkem emisí
HC, dále
zvýšením spotřeby a zhoršením rovnoměrnosti chodu motoru. Proto
se recirkulace při volnoběhu odpojuje, jelikož zde prakticky
žádné emise NOX
nevznikají. Je odpojována i při studeném
motoru, aby neprodlužovala doby zahřátí motoru a systémů
potlačení emisí na potřebnou provozní teplotu. Také při plném
zatížení, kdy se směs obohacuje a koncentrace kysličníků jsou
nízké, je recirkulace odpojována. Nedochází tak ke snížení výkonu
motoru.

K řízení recirkulace výfukových plynů se používalo většinou
pneumatických nebo mechanických systémů. Jedno z možných
provedení je na obr. o320. V závislosti na poloze škrticí
klapky v sacím potrubí se mění podtlak, který je přiváděn do
komory pneumatického ventilu. Zde působí proti síle pružiny
tlačící na membránu. S membránou je spojen řídicí ventil, který
otvírá přívod výfukových plynů do sacího potrubí.

Jestliže se škrticí klapka otevře z volnoběžné polohy, podtlak v
sacím potrubí vzroste a membrána ventil pootevře. Podle zatížení
motoru se mění podtlak v sacím potrubí a tím i množství
recirkulovaných plynů.

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

Jiné systémy používají ventily, na které působí i zpětný tlak
výfukových plynů. Ten nabývá velikosti potřebné k otevření
přívodu recirkulovaných plynů až při vyšších otáčkách motoru.
Zjednodušené schéma takového uspořádání je na obr. o321.

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

Takové systémy mají nedostatek v tom, že dávkování množství
recirkulovaných plynů není dostatečně přesné, což způsobuje při
větších dávkovaných množstvích zhoršení jízdních vlastností a
zvyšuje emise HC.

Proto se i zde začaly prosazovat elektronické systémy, jejichž
řídicí jednotka ovládá elektropneumatický ventil zařazený v
přívodu podtlaku (viz obr. o321) podle signálů z různých
snímačů. U nejnovějších motorů s regulovaným
časováním ventilů
je pak možno dosahovat 30 % i více recirkulace bez
patrného zhoršení parametrů motoru. Přitom je množství
optimalizováno pro každý provozní bod motoru.

Všechny systémy však mají společný nedostatek v tom, že se ve
ventilech a vedeních usazují pevné částice z výfukových plynů.
Cesty se tedy zanášejí a průtok recirkulovaných plynů se snižuje.

Časování ventilů

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

Množství 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 bezezbytku a válce se úplně
naplnily čerstvou směsí.

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

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

Při vyšších 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 možno lépe
odstranit zbytkové plyny ze spalovacího prostoru. Velké překrytí
sice umožní dobré vypláchnutí, ale mimo motory s přímým
vstřikováním způsobuje vyšší spotřebu paliva. Proto je třeba
volit kompromis mezi spotřebou a úrovní emisí.

Překrytí se může dosáhnout naopak i delším otevřením sacího
ventilu. Ve vyšších otáčkách přitom dochází zároveň ke zvýšení
jeho výkonu. Ovšem při volnoběhu se může překrytí projevit
nepříznivě; vzhledem k většímu podílu spálené směsi dochází ke
zvýšení emisí nespálených
HC a k nerovnoměrnému chodu motoru.

Proměnným časováním ventilů, zejména sacích, je možno dosáhnout
dalšího zlepšení funkce řízení chodu motorů. To lze však použít
jen u motorů se dvěma vačkovými hřídeli (samostatnými pro sací a
výfukové ventily).

K tomuto účelu se používá řada systémů řízení časování ventilů.
Tyto systémy lze podle složitosti 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 vyšších, předem zvolených,
otáčkách se nastaví jeho nejvhodnější velikost.

Příklad takového řešení použitého 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 drážkové objímce 6. Objímka je umístěna ve středu
hnacího řetězového kola 4 vačkové hřídele sání. Jak se píst
posouvá podél drážkované objímky, zabíhá do šroubovicovitého
pastorku 9, což způsobuje natočení vačkové hřídele vzhledem
k řetězovému hnacímu kolu o pevný úhel. Tím se dosáhne potřebného
překrytí.

K posouvání pístu se používá tlaku oleje mazání motoru. Ten může
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
pružiny 10 se píst vrátí do původní polohy. Současně je
kanálem C olej vytlačen z mechanismu.

Pro ovládání systému používá řídicí jednotka obdobných signálů
jako pro vstřikování a zapalování.

Změna profilu vačky

Dokonalejší jsou systémy, které umožňují 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 řešení je systém V-tec fy Honda, jehož
princip je zřejmý z obr. o324.

Při otáčkách motoru mezi
1 200 - 2 500 ot/min (levý obrázek),
nepůsobí žádný hydraulický tlak a oba závěrné kolíky jsou
vysunuty, takže 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 - 6 000 ot/min se
dosáhne optimálního
vyvážení 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, přičemž 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, takže nejenže
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 většího
zdvihu ventilů a navíc je možnost rozdílné rychlosti při
otevírání a uzavírání ventilů, podle tvaru obou vaček.

Je třeba zdůraznit, že uvedený princip můžeme aplikovat pouze na
motory se dvěma sacími ventily u každého válce.

Spojitá změna

V poslední době se rozšířily systémy měnící časování ventilů
spojitě mezi minimálním překrytím v nízkých otáčkách a maximálním
při nejvyšších. Většinou 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 nichž
jedna je spojena s hnacím koncem vačkové hřídele sání a druhá s
ozuby pro řemen časování. Každá z nich se zasouvá do vnějších a
vnitřních šroubovicových drážek souosého pístu uloženého 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 řídicí jednotky, společně i pro další
systémy řízení chodu motoru.

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

Poněkud odlišný je systém VVC fy Rover, jehož mechanická část
regulace je zjednodušeně 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 nichž zabírají klikové
čepy jak vačkové hřídele, tak jejího pohonu.

Střed otáčení hnacího disku se může 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. Každá úplná otáčka vačky tedy
odpovídá pohonu, ale vačka je během ní zrychlována a zpomalována.

Geometrie hnacího disku je uspořádána pro takové posunutí, aby
prodloužilo 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 časnějším uzavírání sacího ventilu je maximum dodávky v
oblasti nízkých otáček motoru, při opožděném pak v oblasti otáček
vyšších.

Ovládání mechanické části se provádí prostřednictvím dvou
elektromagnetů. Jeden je pro prodloužení periody vačky a druhý
pro zkrácení. Elektromagnety jsou připojeny k elektronické řídicí
jednotce a ovládají bubnový ventil v hydraulické řídicí 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 složitý způsob byl zvolen proto, že umožňuje
ovládat časování sacích ventilů rozděleně, např. dvojice předních
a dvojice zadních válců u čtyřválce. Přitom je pro každou dvojici
použito jen samostatného mechanismu, jaký je na obr. o324.

Uvedený systém umožňuje měnit překrytí ventilů mezi
21° až 58°, přičemž je jejich zdvih konstantní.

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

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

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

Výše popsané elektronicko-hydraulické systémy řízení časování
ukázaly, že největší přínos by měla zcela nezávislá
funkce jednotlivých ventilů. Tento způsob časování však nelze
řešit mechanickými systémy, ani když jsou doplněny elektronikou a
hydraulikou.

Při plně měnitelném časování ventilů se sníží ztráty vznikající
během výměny náplně. Proto se vyvíjí řada různých technologií
tohoto řešení. Nejdokonalejší způsob je pravděpodobně systém
využívající elektromagnetů a pružin (obr. o327).

Pro každý ventil je použito samostatného elektromagnetu. Konec
dříku ventilu je upevněn v disku armatury, který je „zavěšen“
ve středu válcového tělesa akčního členu dvěma pružinami. Jednou
nahoře a jednou dole. Na každé straně disku je také
elektromagnet, který po přítahu ventil otevře nebo uzavře.
Jsou-li elektromagnety bez proudu, zůstává ventil v mezipoloze.
Energie „nahromaděná“ v pružinách podporuje pohyb ventilu.

Časování ventilů je možno měnit podle nejrůznějších parametrů
motoru, podobně jako u vícebodového sekvenčního vstřikování nebo
řízení předstihu jednotlivých válců na mezi jejich klepání. Od
použití se předpokládá snížení spotřeby o 10 % až 30 % a
zlepšení emisí HC
o 10 % a
NOX až o 40 %. Také zlepšení
kroutícího momentu motoru má dosáhnout nejméně 10 %.

Významným přínosem je zjednodušení konstrukce motoru tím, že
odpadne vačková hřídel, rozvod časování, řetěz či pás pohonu
časování, drážky 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. Může být tedy zvýšen (při
konstantním zdvihovém objemu a otáčkách) předběžným stlačením
vzduchu před vstupem do válce, tj. přeplňováním.

Stupeň přeplňování udává zvýšení 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 použitém způsobu. Maximální je, pokud se teplota
stlačeného vzduchu nezvýší, což můžeme zaručit např. jeho
ochlazením na výchozí teplotu. Jeho velikost je u zážehových
motorů omezena vznikem detonačního
hoření, tj. hranicí klepání.

Přeplňované spalovací motory (zážehové i vznětové) mívají
zpravidla nižší kompresní poměr než nepřeplňované.

U automobilových zážehových motorů se obvykle používá
následujících způsobů přeplňování:

  1. Dynamické
  2. Turbodmychadlem
  3. Mechanicky poháněným dmychadlem

Dynamické přeplňování

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

Podobné platí i pro výfukové potrubí. Bude-li sací i výfukové
potrubí naladěno tak, že 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.
Zlepšují se tedy spalovací poměry a zvyšuje termodynamická
účinnost motoru.

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

Tyto systémy většinou využívají principu, který vyplývá z
obr. o329, na kterém je vyobrazena příslušná část systému
Fenix 4B, použitého na motoru ZPJ-4 vozů Citroen XM.

Množství nasávaného vzduchu je na vstupu sacího potrubí
regulováno škrticími klapkami 1 ovládanými plynovým
pedálem. Protože jde o šestiválcový V motor, jsou sací potrubí
dvě, každé pro tři válce. Vzduch se k válcům přivádí samostatnými
kanály 2.

Systém se skládá ze dvou objemů, z nichž každý přísluší 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. zatížením motoru. Podtlak
je k nim přiváděn přes elektromagnetické ventily řízené dle
otáček signály z řídicí jednotky.

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

Pro vysoké otáčky, < 5 000 ot/min, jsou
naopak klapky 3 a
4 otevřeny. Výkon motoru je zvýšen značným množstvím
vzduchu vstupujícím do válců. Ke zvýšení přispívá i šíření
rázových vln vytvářených krátkým i dlouhým potrubím.

V rozmezí 4 000 -5 000 ot/min jsou otevřeny
jen klapky 4, klapka 3 je uzavřena. Buzení v
dlouhém potrubí je postačující pro dosažení hladkého přechodu k
vyšším nebo nižším otáčkám.

Pokud je v uvedených režimech předpokládáno plné otevření klapek,
jde o stav plného zatížení motoru.

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

Přeplňování turbodmychadlem

Nejvhodnější způsob přeplňování je použití odstředivého dmychadla
poháněného turbínou na výfukové plyny motoru. K pohonu se tedy
použije 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, že s rostoucím zatížením motoru se zvětší i množství,
tlak a teplota výfukových plynů. Tím se automaticky zvýší otáčky
turbodmychadla a stoupne plnicí tlak, tedy množství dodávaného
vzduchu.

Na obrázku o330 je schématicky znázorněno spřažení turbodmychadla
2 s přeplňovaným motorem 1. U automobilových motorů
je požadován potřebný plnicí tlak v celém poměrně širokém rozmezí
provozních otáček a zatížení motoru. Proto již zmíněná
„automatická“ regulace otáček turbíny nevyhovuje.
Turbodmychadlo se tedy navrhuje pro potřeby motoru zejména v jeho
nízkých otáčkách. Aby při vysokých otáčkách a velkém zatížení
nedošlo k nadměrnému zvýšení plnicího tlaku a tím k vyšším
spalovacím tlakům ve válcích s následným detonačním hořením, je
nutno použít ventilu 3 regulujícího tlak. Ventil omezí
otáčky turbíny tím, že odvádí část výfukových plynů přímo do
výfuku.

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

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

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

Některé systémy jsou vybaveny i možností krátkodobého většího
zvýšení plnicího tlaku při zrychlování s plným otevřením škrticí
klapky (plynu). Tím se zvýší výkon motoru, což je výhodné např.
během předjíždění. Po určité krátké době (např. 10 s) vrátí
řídicí jednotka plnicí tlak k jeho normální maximální mezi i beze
změny jízdního režimu.

Tento způsob ale není nejlepší, a to nejen z hlediska využití
energie výfukových plynů. Proto se hledaly možnosti energeticky
výhodnější regulace. Jednou z nich je proměnná geometrie turbíny.
Tou se plynule mění aerodynamické charakteristiky turbíny a
tak může být využito
celkové energie výfukových plynů.

Tento způsob má proti předchozím i přednost v možnosti řízení
zpětného tlaku výfukových plynů,
zvl. ve vyšších otáčkách. Příliš
vysoký zpětný tlak způsobuje zhoršení výměny náplně. Ve válcích
zůstávají horké zbytky spálené směsi a zvyšují 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
vnější regulace je na obr. o332.

Z obrázku vyplývá, že nejvýhodnější 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 uložených 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 množství 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 přepouštěcího ventilu výfukových plynů.

Jinou možností je dvoudmychadlové sekvenční přeplňování. Bylo
vyvinuto fou Mazda, zejména pro motory s krouživým pohybem pístu
(Wankel). V systému je použito dvou turbodmychadel. Jedno z nich,
označované jako primární, je v činnosti již při nízkých otáčkách
a malých zatíženích motoru. Ve vyšších otáčkách a při velkém
zatížení 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 zlepšení těsnicího účinku je kotouč
přitlačován k ventilovému sedlu tlakem výfukových plynů,
působícím jako zpětný tlak. Protože 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 mezikruží, jehož středový otvor je
uzavírán zátkou (obr. o336b), a pracuje ve dvou krocích. V
prvém se zátka zvedne menší silou a tím poklesne rozdíl v tlacích
před a za kotoučem. Ve druhém kroku pak může být kotouč plně
otevřen menší silou.

Toto uspořádání je potřebné, aby nedošlo k selhání otevření
přívodu výfukových plynů ke druhé turbíně, čímž by vzrostl
průtokový
odpor výfukového traktu a tím i zpětný tlak.

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, než by otáčky sekundárního turbodmychadla dosáhly
hodnoty nezbytné pro potřebný plnicí tlak. Tím by došlo k
přechodnému poklesu kroutícího momentu motoru. Aby se tomu
předešlo, 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 množství výfukových plynů a tato se předběžně
roztočí. Přídavný plnicí tlak však bude toto turbodmychadlo
dodávat až 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, než má být otevřen ventil
ovládání turba, aby se k motoru přivedl i plnicí tlak
sekundárního turbodmychadla. Protože je uzavřen i ventil ovládání
náplně, bude turbína tohoto dmychadla odlehčena. Je to dáno tím,
že vzduch, který dmychadlo nasává, nemá kam postupovat. Tím se
otáčky turbíny prudce zvýší a po otevření ventilu ovládání turba
a současně s ním i ventilu ovládání náplně, bude pokles plnicího
tlaku velmi malý.

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

Čerchovanou čarou jsou zakresleny průběhy vznikající s ventilem
předkontroly turba. Po jeho otevření se otáčky sekundárního
turbodmychadla zvyšují ještě před otevřením ventilu ovládání
turba, takže pokles plnicího tlaku po jeho otevření bude menší a
krátkodobější.

Plnou čarou jsou vyznačeny průběhy dosahované činností všech
uvedených ventilů. Průběh zvyšování rychlosti po otevření ventilu
předkontroly turba bude po uzavření ventilu odlehčení náplně
mnohem strmější a rychlost potřebná pro plnicí tlak je dosažena
již před otevřením ventilu ovládání turba.

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

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

I když bývá provedení turbodmychadel pro různá použití odlišné,
většinu konstrukčních řešení mají obdobných. Proto je možno uvést
jejich obecné nevýhody společně.

Především je to skutečnost, že 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 vyšších než
100 000 ot/min. Ložiska musí být proto nepřetržitě
mazána olejem přiváděným z vnější nádrže samostatným potrubím.
Olej, přiváděný k ložiskům hřídele spojující lopatková kola
turbíny a dmychadla, je nejen maže, ale i chladí. U některých
provedení je použito i přídavného kapalinového ochlazování
skříně, ve které jsou ložiska uložena. K ochlazování chladicí
kapaliny se pak používá vnějšího chladiče, podobně jako pro
chlazení motoru. Přídavným ochlazováním skříně se předchází varu
oleje při nadměrném zvýšení teploty, např. při zastavení velmi
teplého motoru. Varem oleje by docházelo ke snížení životnosti
ložisek.

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 (přepouštěcím)
ventilem s táhlem 3.

Lopatková kola turbíny a dmychadla 7 jsou společně
upevněna na hřídeli 4. Hřídel je oboustranně uložena v
ložiscích, ke kterým se přivádí mazací a chladicí olej kanálky z
olejového přítoku 6. Skříň, ve které jsou ložiska uložena,
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
ještě dvě další, které jsou pro činnost motoru dosti podstatné.

Je to rychlost reakce na změnu výkonu motoru. Při náhlé potřebě
zvýšit výkon dochází zpravidla ke vstříknutí většího množství
paliva. V prvním okamžiku je však k dispozici méně vzduchu, než
je potřebné pro zachování žádoucího složení směsi. Tím dochází ke
zhoršení emisí a ke zvýšení teploty výfukových plynů nad normální
hodnotu, dokud se otáčky turbodmychadla nezvýší 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, což se projeví
nepříznivě na složení směsi, zejména při vysokých plnicích
tlacích.
Navíc, mimo změny složení směsi, se může zvýšení 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 zvětšení hmotnosti čerstvé
náplně a relativně chladná čerstvá náplň sníží teplotu válce. To
se projeví příznivě jak zlepšením emisí, tak zvýšením 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, že je zařazeno jen na
„studené“ straně motoru, může být použito i pro velmi vysoké
plnicí tlaky, neboť teplota výfukových plynů na něj nemá vliv.

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

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

Nejvhodnějším typem mechanicky poháněného dmychadla je šroubové
dmychadlo Lynsholmovo (obr. o340). Jeho rotory mají tvar
šroubových kol s velkým stoupáním. Hlavní výhodou je postupné
stlačování vzdušniny. Proto má i při vyšším stupni stlačení
poměrně vysokou účinnost mezi 0.6 – 0.8$. Otáčky se pohybují
v rozmezí 2 000 – 15 000 ot/min.

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

Proto u motorů s Ottovým cyklem se při zmenšení kompresního
poměru sníží také expanzní poměr, zatímco u Millerova cyklu může
zůstat expanzní poměr vysoký i když se kompresní sníží. Protože
termodynamická účinnost motoru je značně ovlivňována expanzním
poměrem (jmenovitý kompresní poměr) a málo pracovním kompresním,
může být u motorů s Millerovým cyklem udržena vysoká bez vzniku
detonačního hoření (klepání motoru).

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

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

Při pozdním uzavírání ventilů sání je nižší teplota směsi během
kompresního zdvihu, což umožňuje použít většího předstihu zážehu.
Tím stoupne výkon motoru a kompenzují se ztráty na pohon
dmychadla.

Provedení sací soustavy s Lynsholmovým dmychadlem je zjednodušeně
zakresleno na obr. o342. Nasávaný vzduch je za škrticí klapkou
stlačován v Lynsholmově dmychadle, za kterým se ochlazuje v
mezichladiči, aby se odstranilo zvýšení teploty vzduchu vlivem
jeho stlačení. Po dostatečném ochlazení je vzduch vháněn do
sacího kanálu s pozdním uzavíráním ventilu. Množství proudícího
vzduchu je řízeno škrticí 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. Všechny motory byly šestiválcové,
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
tabulce.

Parametry motorů
Millerův cykl Přirozené sání Turbodmychadlo

Vrtání x zdvih [mm]80.3 x 74.278 x 69.674 x 77.4

Objem [ccm]2 2541 9951 997Jmenovitá komprese10.010.08.0Počet ventilů, druh24, DOHC24, DOHC18, OHCOtevření sacích2°
před HÚ 5°
před HÚ 5°
před HÚUzavření sacíchDÚ po
70° DÚ po
35°DÚ po
38°Uzavření výfukovýchHÚ po
5° HÚ po
5° HÚ po
10°Pracovní komprese7.69.47.4

Z prováděných srovnávacích měření vyplynulo, že motor s
Millerovým cyklem má o 10 – 15 % nižší spotřebu než motor s
přirozeným sáním. Větší úspora je při nižších zatíženích motorů.
Pro srovnávání způsobů přeplňování je však vhodnější nárůst
plnicího tlaku po otevření škrticí 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, že mechanické
dmychadlo zajistí nejen nejvyšší plnicí tlak, ale jeho téměř
maximální hodnoty je dosaženo již po 1 sekundě. Tedy během doby,
po kterou bude plnicí tlak sekvenčního dvoudmychadlového systému
ještě mírně klesat. Ten pak po sekundě začne poměrně rychle
narůstat a po další sekundě dosáhne svého prvního maxima,
blízkého plnicímu tlaku Lynsholmova dmychadla.

Nejnepříznivější stav je u jednoduchého turbodmychadla, jehož
plnicí tlak po počátečním poklesu zprvu pozvolna roste, pak
rychleji, ale jeho maximum je téměř o 50 % nižší, než u
Lynsholmova dmychadla.

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

Mazda prováděla i vozidlové zkoušky. Při nich byl zmíněný motor s
Millerovým cyklem porovnáván se šestiválcovým 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, že přes nižší
objem má motor s Millerovým cyklem výkon v celém rozsahu otáček
vyšší. Ještě příznivější stav je u kroutícího momentu motoru,
který je nejen vyšší, ale i mnohem rovnoměrnější.

Proměnný kompresní poměr

Zachování průběhu kroutícího momentu motoru při zmenšení jeho
objemu je způsob, jak podstatně snížit spotřebu. Je to umožněno
tím, že použitím různých způsobů optimalizace funkce motoru
(popsaných v předchozím) je dosahováno větší termodynamické
účinnosti. Závislost zlepšení úspory paliva na procentovém
zmenšení objemu motoru je uvedena v obr. o345a.

Jako výchozí bod je použit moderní čtyřventilový motor. Zmenšení
jeho objemu o 10 – 20 %, při zachování kroutícího momentu,
přináší úsporu paliva 4 – 10 %. Lze jej realizovat řízením
předstihu na mezi klepání, časováním ventilů a dalšími
opatřeními.


Automatické řazení převodového stupně,
vypínání válců při částečném zatížení atd.

Přeplňováním motorů je možno objem zmenšit o 30 – 40 %,
takže se dosáhne snížení spotřeby o 10 – 22 %. Jestliže se
použije vysokotlakého
přeplňování a
spolu s ním motoru s proměnným kompresním poměrem, je možno
zmenšit objem o 45 – 55 %. Odpovídající snížení spotřeby
dosahuje až 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 zatížení, nebo naopak nevhodně nízké hodnotě poměru
při malém zatížení.

Chudé směsi

Prostřednictvím katalyzátorů a přidáváním sekundárního vzduchu
není ovlivňován proces spalování probíhající v motoru. Lze jej
však ovlivnit tvarem spalovacího prostoru, časováním ventilů,
recirkulací výfukových plynů, kompresním poměrem, okamžikem
zážehu nebo složením směsi.

Zejména složení směsi, tj. směšovací poměr udávaný vzduchovým
číslem
lambda,
výrazně ovlivňuje jak úroveň škodlivých emisí
vznikajících během spalování, tak spotřebu paliva.

Použitím směsi s přebytkem vzduchu se snižují hodnoty emisí
HC a CO
až k minimu pro daný motor. Rovněž spotřeba paliva klesá. Aby
ale nedocházelo ke zhoršení jízdních vlastností, musí být
zlepšována konstrukční řešení motoru a systémy přípravy směsi.
Také okamžik zážehu musí být lépe přizpůsoben. Používá 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
používaného
řešení.

K dodržení přísných emisních mezí je potřeba použít katalyzátor i
pro CO a HC,
avšak tento je oxidačního typu, takže u chudých
směsí potíže nevznikají.

Problematika zapalování chudých směsí byla popsána v částech o
tyristorovém a
bezrozdělovačovém zapalování. V
dalším bude pozornost
věnována pouze přípravě směsi od okamžiku vstřiku příslušné dávky
paliva k přiváděnému vzduchu, do okamžiku zážehu. Tento interval
přípravy významně ovlivňuje jak zápalnost směsi, tak zejména
úplnost shoření dávky paliva. V řadě případů je důležitá i úprava
proudu vzduchu předcházející vstříknutí paliva.

Pokud by nedošlo z jakýchkoliv důvodů k úplnému shoření paliva,
roste jak měrná spotřeba,


Spotřeba vztažená 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“
snížená rychlost hoření, takže v některých provozních režimech
nemusí dojít k úplnému shoření směsi.

Přístup k řešení těchto problémů se liší podle druhu
vstřikování


Přímé – do spalovacího prostoru, nepřímé
- do sacího kanálu.

a také podle způsobu omezení úrovně emisí
škodlivin.


Třísložkový katalyzátor – spalování chudých směsí.

Třísložkový 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 nižší
nežli stechiometrické, čímž se prodlužuje doba ohřátí
katalyzátoru, případně i
lambda
snímače, na potřebnou
teplotu. Jistým zlepšením je vyhřívaný snímač a elektricky
ohřívaný katalyzátor. Přesto je ale vhodnější 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 používá např. fa Saab u nových motorů vybavených
katalyzátorem s kovovým nosičem katalytické vrstvy. Katalyzátor
je umístěn velmi blízko motoru, takže rychle dosáhne provozní
teploty.

Jinou cestu volí fa Mazda. Vychází z principu, že spalovací
poměry u studeného motoru je možno zlepšit turbulencí nasávaného
vzduchu. Tohoto je využito v řešení, které vyjadřuje zjednodušený
nákres uspořádání motoru, uvedený v obr. o348.

Při startu a volnoběžném zahřívání motoru je škrticí klapka v
sacím potrubí uzavřena. Volnoběžný vzduch prochází do sacího
kanálu přes zvláštní díl 1, ve kterém je rozviřován, takže
ke vstřikovací trysce 2 přichází dalším potrubím již
turbulentní proud. Tím je značně omezena možnost kondenzace
vstřikovaného paliva na studené stěně sacího kanálu.

Ke zlepšení 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 třísložkovým
katalyzátorem 5, druhý 4 je vložen mezi oxidační a
redukční část katalyzátoru. Úkolem snímače před katalyzátorem je
nastavování složení směsi na zaprogramovanou hodnotu od okamžiku,
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 dosažení začíná regulace
složení směsi na
stechiometrickou hodnotu potřebnou pro potlačení všech tří
škodlivých složek emisí.

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

Na jiném principu je založeno řízení spalování vířivým vrstvením,
vyvinuté anglickou firmou Ricardo Consulting Engineers pro motory
se čtyřmi ventily v každém válci. Vzduch je do válce nasáván
běžným sacím potrubím a palivo se vstřikuje do jednoho ze sacích
kanálů. Teprve připravená směs se šíří ve válci řízeným pohybem.
K řízení pohybu směsi je využíváno i recirkulace výfukových
plynů. Tyto jsou ve válci vrstveny, což umožňuje použít mnohem
větší dávky recirkulace, než bez vrstvení.

Pohyb směsi ve válci je buď spirálovitý vír nebo
překlápění,


Viz obr. o349, ve kterém je uvedeno i
neřízené šíření směsi.

případně kombinace obojího. Je to
závislé na zatížení motoru. Jednotlivé režimy vyplývají z obrázků
o350a až o350d.

Ve volnoběhu (obr. o350a) se směs šíří spirálovým vířením. To
vzniká tím, že 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
nepoužívá.

Využije se až při částečném zatížení motoru a vytváří překlápění
směsi. K řízení překlápění slouží systém používající proměnného
maximálního zdvihu ventilu druhého sacího kanálu. Sedlo tohoto
ventilu je upraveno vybráním dle obr. o351.

Při menším maximálním zdvihu ventilu proudí nasávané
recirkulované plyny pouze kolem horní strany sacího potrubí, jak
je označeno plnou šipkou. Přitom dochází k překlápění směsi.
Jestliže je nastaven větší maximální zdvih, může nasávaný plyn
proudit kolem celého obvodu ventilu a překlápění směsi nevzniká.

Stupeň překlápění je závislý na množství recirkulovaných plynů
přiváděných při částečném zatížení motoru. Při menším částečném
zatížení se přivádí malé množství recirkulovaných plynů, takže
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 nižší a tedy se sníží i úroveň emisí
NOX.

Se zvyšováním částečného zatížení je zvětšováno množství
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, že obě složky vstupují do válce rozdílnými sacími
kanálu a nemísí se před vstupem do spalovacího prostoru, jak je
tomu u normální recirkulace výfukových plynů. Tak je možno
podstatně zvýšit objem recirkulace a výrazně omezit emise
NOX.
Protože složení směsi v části válce je blízké stechiometrické
hodnotě, směs dobře shoří a emise HC nevzrostou.

Při dalším zvyšování zatížení motoru se dosáhne bodu, kdy je pro
spalování potřeba více vzduchu, než je možno přivést jediným
sacím kanálem. Proto se vzduch pro náplň přivádí i druhým sacím
kanálem, který byl dosud používán pro recirkulované plyny. Přitom
je maximální zdvih jeho ventilu nastaven na větší hodnotu, takže
překlápění směsi bude malé. Excentrická poloha svíčky poskytuje
přijatelné požadavky na oktanové číslo paliva (o350d).

Vzhledem ke snížení emisí NOX
zvýšeným procentem recirkulace
výfukových plynů je možno mírně ochudit směs proti
stechiometrické hodnotě, která je potřebná pro maximální účinnost
redukce všech tří složek, a tak dosáhnout snížení spotřeby zhruba
o 6 – 7 %.

Motory spalující chudou směs

Na úroveň emisí škodlivých složek 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 všech válcích jejich
složení stejné a v průběhu jednotlivých cyklů se může jen málo
měnit. To se nejsnadněji dosáhne sekvenčním vícebodovým
vstřikováním.
Při akceleraci vozidla nebo studeném startu a během následného
zahřívání nesmí být složení směsi „obohacováno} pod
lambda
= 1.0.

Emise HC
dosahují minima při
lambda
přibližně 1.1. Při dalším
ochuzování úroveň emisí zase roste. Je to způsobeno vynecháváním
spalování; obvykle pocházejícího od zhasnutí plamene u studených
stěn válce. Zlepšení se dosáhne vrstvením směsi, zvýšením
rychlosti jejího pohybu po zažehnutí a také použitím dvou
zapalovacích svíček umístěných co nejblíže stěny válce.

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

V poslední době se stává problémem i obsah oxidu uhličitého
(CO2)
ve výfukových plynech. Jeho obsah je nejvyšší při
stechiometrickém složení směsi a s ochuzováním klesá.
Předpokládá-li se správná funkce zapalování, je to dáno nižší
spotřebou paliva. Proto mají na snížení úrovně emisí
CO2 vliv
všechna opatření zmenšující spotřebu.


Pro správné spalování zážehových motorů je důležité, aby směs
paliva se vzduchem byla homogenní. Toho nelze u současných
způsobů vstřikování paliva dosáhnout. Proto je nutné použít
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 požadavky
na časování vstřiku mírnější, protože směs bude v době zážehu
dostatečně homogenní.

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

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

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

Nejvhodnějším řešením 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 již během sacího zdvihu.
Není tedy třeba přesně vázat okamžiky vstřiku paliva a zážehu
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
rozprášení vstřikovaného paliva je spalování stabilní.

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

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

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

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

Protože časování ventilů je plynulé a může být využito i pro
řízení zatížení motoru, je možno nastavovat větší otevření
škrticí klapky, čímž se zlepší průtok plnicího vzduchu. Proto je
motor vybaven elektronickým řízením škrticí klapky, která
optimalizuje její otevření nejen podle sešlápnutí plynového
pedálu, ale také dle provozních podmínek motoru s přihlédnutím
k programu v paměti řídicí jednotky.

Motor pracuje obvykle s částečným zatížením, během kterého
spaluje chudou směs. Nemůže tedy být použito třísložkového
katalyzátoru. Proto je k potlačení emisí
NOX použito
recirkulace výfukových plynů a za oxidační katalyzátor je zařazen
zásobníkový redukční katalyzátor, který emise
NOX dále snižuje.

Palivová ekonomie

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

Omezit tyto ztráty je možné úpravou provozního režim motoru
tak, aby byl motor zatížen natolik, že škrticí klapka bude co
nejvíce otevřena. Ze způsobů současně používaných u osobních
automobilů jsou to automatické řazení převodových stupňů a
vypínání jednotlivých válců motoru, případně jejich skupin.

Automatické řazení

Vychází z poznatku, že když je odebírán určitý výkon motoru při
nižších otáčkách, máme nižší měrnou spotřebu než pro stejný výkon
při otáčkách vyšších. Nejnižší měrná spotřeba je pak při
plném zatížení motoru. Proto je využíváno tzv. „těžších“
převodů a zaváděn rychloběh.

Elektronický řídicí systém je podřízen mechanickému řešení
převodovky. Ta může být buď se stupňovitě měnitelným převodem
nebo s plynule proměnným.

Při stupňovitém provedení se používá i více převodových stupňů,
než je obvyklé u ručního řazení. To dovoluje dokonalejší
optimalizaci z hlediska palivové ekonomie.

Vstupní informace pro řídicí systém přicházejí z následujících
snímačů:

Snímač zatížení motoru

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

Snímač maximálního otevření škrticí klapky

Tzv. funkce
„Kick down“. Jde o koncový spínač spínaný při maximálním
otevření klapky. Při jeho sepnutí nedojde k přeřazení na vyšší
převodový stupeň, i když by tomu otáčky odpovídaly. Jde o funkci
určenou pro nouzový případ předjíždění, kdy by přeřazení snížilo
kroutící moment na kolech a tím prodloužilo předjížděcí 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 režimů

Je to vícepolohový přepínač, který umožňuje řidiči volit různé
možnosti. Nejčastěji jde o tyto volby:


Označení je většinou shodné u všech 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 řídicí jednotkou
podle programu uloženého v její paměti a signálů ze snímačů.
2
Vyšší převodové stupně jsou zablokovány a řazení
probíhá mezi nižšími převody s přihlédnutím k bezpečnosti jízdy
vozidla.
1
Je používána především při brzdění vozidla
motorem, např. při jízdě z kopce. Volí se nejnižší převody, podle
poměrů rychlosti vozidla, otáček motoru a změn průběhu obou
veličin.

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

Poslední dobou bývají vozidla vyšších tříd vybavena možností
zvolit mezi automatickým a poloautomatickým řazením. Automatické
řazení probíhá, jak bylo výše popsáno. Při poloautomatickém
používá řidič řadicí páky obvyklého provedení. Převodové stupně
ale nejsou přeřazovány mechanicky, nýbrž s využitím
elektronického řízení. Tím se zabraňuje nežádoucímu přeřazení,
které by mohlo vést k poškození motoru nebo hnacího ústrojí.
Obvykle je součástí řadicí soustavy i automaticky ovládaná
spojka, která pomáhá udržovat optimální režim řazení.

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

Blokování válců

V městském provozu a při nepříliš vysokých rychlostech jízdy
pracují výkonné motory v dolní oblasti svého částečného zatížení,
kde je tepelná účinnost nejhorší. Jestliže se během částečného
zatížení přívod paliva k některým válcům přeruší, pracují ostatní
účinněji a spotřeba se sníží. Jestliže má být následně výkon
motoru zvýšen a menší počet válců k tomu nepostačuje, vrací se
vyřazené válce do činnosti; buď jednotlivě nebo ve skupinách.

Systém vypínání válců má výhodu v tom, že jsou směsí paliva se
vzduchem plněny pouze činné válce a tyto pracují s minimálním
škrcením. Nevyhnutelné ztráty paliva na škrticí klapce nebo při
výměně náplně při částečném zatížení motoru jsou značně sníženy.

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

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

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

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

U motorů s větším počtem válců


6 válců a více.

mohou být tyto
vypínány a zapínány jednotlivě. V takovém
případě je třeba znát zatížení 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
tabulky, může motor pracovat se 4 -
8-mi válci.

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

Pro informaci o potřebě změnit počet zapnutých válců slouží dva
snímače podtlaku v sacím potrubí. Jeden udává minimální počet
nově zapnutých válců, pokud výkon v daném režimu
nepostačuje. Druhý reaguje na podtlak asi 6-krát větší, což
signalizuje přílišné odlehčení motoru; počet válců je možno
snížit.

Např. jestliže 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 šestiválec.

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

Naopak při překročení horní meze podtlaku je možno snižovat počty
válců. Ze všech 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 použit na
automobilech Marguis fy Mercury. Přinesl úsporu paliva v průměru
o 10 – 15 % ve volnoběhu a při brzdění motorem poklesla
spotřeba až o 40 %. Prokázalo se i zlepšení emisí
HC a CO, avšak emise NOX byly vyšší.

Vedlejší emise

Stále přísnější emisní předpisy vyžadují, aby vozidla nevydávala
do okolí žádné škodliviny, a to i v případě, že jsou mimo provoz.
Takové emise pocházejí z klikové skříně nebo jde o palivové
výpary
vycházejících např. z nádrže. Proto bývají vozidla vybavována
systémy, které tyto škodliviny zachycují a vhodně je předávají do
sacího potrubí. Pak jsou spáleny ve válcích.

Výpary z palivové nádrže

Tyto obsahují převážně uhlovodíky (HC). Aby se zabránilo jejich
šíření do ovzduší, jsou zachycovány v nádobce s aktivním uhlím,
které má schopnost zachycovat palivo obsažené v párách,
obr. o355.

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

Ventil je v činnosti pouze při zapnutém zapalování a je otvírán
signálem řídicí jednotky. Při jeho otevření začne palivo,
uvolňované proudem vzduchu z aktivního uhlí, proudit do motoru.
Není-li motor ještě 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 kroužků (viz obr. o357a). Jestliže
je píst v expanzním zdvihu, uniká malé množství výfukových plynů
podél pístu a kroužků 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 kuželovitá klapka
ovládání proudění. Podtlak v sacím potrubí a tlak v klikové
skříni působí na klapku jako uzavírací síla. Předepnutí pružiny
tlačí klapku do polohy, při níž je ventil otevřen.

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

Vyšší tlak ve válcích, který se vytvoří při chodu ve vysokých
otáčkách nebo s velkým zatížením, zvýší emise v klikové skříni.
Vzhledem k většímu otevření škrticí klapky podtlak v sacím
potrubí klesne a ventil se plně otevře.

Jsou-li kroužky 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 nižší těsnosti kolem pístu.

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

 

Zjišťování příčin závad

 

V případě nesprávné funkce nebo vysazení motoru se vyhledá
příčina, která tento stav způsobila a určí se místo, kde vznikla.
Z toho se pak zvolí způsob opravy.

Při zjišťování příčiny závady se vychází z jejího projevu na
vozidle. Jsou možné následující případy:

  1. Závada se projevila na chodu motoru, který je nepravidelný,
    nebo motor nelze vůbec nastartovat.
  2. Na existenci závady lze soudit podle signálů z palubních
    přístrojů indikujících provozní hodnoty motoru nebo podle
    kontrolky informující o nesprávné funkci systémů řízení jeho
    chodu.
  3. Přítomnost závady se projevila při kontrolních měřeních
    výkonu, spotřeby nebo emisí motoru.

Při vyhledávání místa závady je vhodné rozdělit měřený systém
nebo jeho díly vždy na dvě části s přibližně stejnou
pravděpodobností poruchy. Zvolené místo má umožnit
určit, zda je závada v části před
nebo za místem měření.

Způsob provádění měření je závislý na:

  1. měřicí technice a technické dokumentaci o vozidle,
    kterou má servisní pracovník k dispozici.
  2. Vybavení vozidla pro účely diagnostiky, tj. zda systém,
    který je pravděpodobně vadný, má obvody vlastní diagnostiky.
  3. Eventuální kombinaci obou případů.

Vlastní diagnostika ovšem někdy neposkytuje dostatečné údaje
k vyhledání místa nebo
příčiny závady, která přesto trvá, nebo nejsou
dostupné přístroje a pomůcky pro využití vlastní diagnostiky
systémů apod.

Dále přistupují dva faktory a to:

  1. Druh měřicího přístroje použitého při diagnostice
    (multimetr, osciloskop, tester dílů nebo systémů, stroboskop,
    měřič emisí) a zda umožňuje měření jedné či více veličin
    současně.
  2. Složitost vlastního regulačního systému a druh regulace
    (elektronická, mechanická nebo kombinace obou).

Každá diagnostika sestává ze dvou fází:

  1. Zjištění příčiny závady a její odstranění.
  2. Ověření parametrů systému, případně jeho seřízení.

U všech elektronických systémů regulace je nutnou podmínkou
jejich funkce přivedení předepsaného napájecího napětí. Při
měření je nutno dbát na polaritu – záporný pól je většinou
spojen s kostrou vozidla.

Výsledkem měření je buď že:

  1. Hodnota napětí je v předepsaném rozmezí. Je možno
    pokračovat v další diagnostice.
  2. Hodnota je mimo přípustné rozmezí. Je-li napětí nižší,
    zkontrolujeme napětí baterie na jejich svorkách. Je-li správné,
    změříme úbytek napětí na vedení a spojeních mezi baterií a
    místem prvního měření, viz obr. o11.
  3. Nulové napětí (ztráta napětí) v měřeném místě bývá
    způsobeno přerušením přívodu, např. přetavením pojistky. Před
    její výměnou je třeba zjistit příčinu jejího přetavení. Můžeme
    použít multimetru přepnutého na měření odporu.

Po odstranění případných poruch a naměření správného provozního
napětí na měřeném místě


V tomto případě na vstupní
svorce systému, která bývá označována různě dle zvyklostí
výrobce.

se pokračuje v diagnostice.

Postup bude záviset od konkrétního typu vozidla (výrobce,
zážehový nebo vznětový motor, provedení elektronického zapalování
a přípravy směsi, dalších obvodů atd.).

 

Diagnostika zapalování

 

Jde-li o zážehový motor, provádí se nejprve diagnostika
zapalování. Nelze-li motor nastartovat a nejsou-li ani známky
občasných zápalů, hledá se závada ve vn části (sekundární vinutí
zapalovací cívky, rozdělovač, vn kabely), v elektronické
části (spínač, tvarování signálů), či ve snímačích.

Primární obvod

V takových případech není zpravidla možno využít vnitřní
diagnostiky systému. Jako první krok je vhodné změřit napětí v
místě spojení primárního vinutí zapalovací cívky s vývodem
elektronického spínače proudu pro toto vinutí. Místo závisí na
konstrukčním řešení


Např. svorka 1 zapalovací cívky.

zapalovací soupravy. Podstatné je, zda
umožňuje přímé připojení měřiče, nebo je vyvedeno na diagnostické
zásuvce vozidla.


Obvykle svorka 6 nebo TACH.

Jinak je možno použít adaptérového vedení vloženého mezi konektor
a kabeláž vozidla, obr. o21, nebo místo napětí měřit
primární proud cívky proudovými kleštěmi, obr. o22, případně
použít speciální svěrky s
bodcem pronikajícím izolací vodiče.

Volba typu měřiče závisí na způsobu hromadění energie pro jiskru.
Je-li hromaděna v indukčnosti zapalovací cívky, naměříme v
rozepnutém stavu napětí baterie, v sepnutém stavu saturační
napětí koncového tranzistoru (asi 1 – 2 V). Pouze v okamžiku
rozepnutí, tj. přerušení primárního proudu cívky se napětí
krátkodobě zvýší na několik set voltů. Kromě multimetru můžeme
pro měření použít i nízkovýkonové žárovky na jmenovité napětí pro
daný vůz, obr. o23.

Po připojení měřiče zapneme spínací skříňku zapalování
(nestartujeme). Musíme naměřit jmenovité napětí. V jiném případě
zkontrolujeme odpor primáru cívky, který má být velmi nízký,
desetiny až jednotky ohmů.

Přerušovač a snímače

Zapneme startování. Měřič musí registrovat kolísání
napětí.


®árovka bliká, ručka analogového multimetru
kolísá, údaje číslicového multimetru přeskakují.

Nemění-li se
napětí je závada v elektronice nebo snímači otáček.

V takovém případě měříme výstupní napětí snímače. Ten bývá
umístěn u rozdělovače nebo setrvačníku klikového hřídele. Měříme
během protáčení motoru spouštěčem.

U snímačů magnetického typu měříme napětí střídavým voltmetrem
buď na zásuvce odpojené od dalších částí nebo na provizorně
provedeném připojení, viz obr. o24. Nenaměříme-li napětí,
zkontrolujeme ohmetrem odpor vinutí (na konektoru jako napětí
nebo přímo v rozdělovači, v místě spojení vinutí snímače s
kabeláží vývodů, dle obr. o25).

Ke snímači Hallova typu musí být přivedeno napětí, buď z baterie
a to nejlépe samostatnými vodiči, nebo z příslušné svorky bloku
elektronického spínače při zapnutém zapalování. Nezapomeneme
zkontrolovat jeho velikost. Výstupní napětí snímače se měří
stejnosměrným voltmetrem na
neukostřené svorce snímače proti kostře nebo svorce s
napětím baterie.

Při otáčení rozdělovače se bude napětí měnit podle toho, zda je
mezi Hallovým prvkem a magnetem mezera nebo kovová clonka
nástavce palce rozdělovače. Změnu lze imitovat vkládáním a
vyjímáním ostří nože či žiletky, obr. o26.

Mění-li se napětí, je
elektronika v pořádku a závada je ve vn části.

Celkově překontrolujeme funkci vn části zkušebním jiskřištěm.
Bývá příslušenstvím servisního přístroje, nebo jej zhotovíme ze
zapalovací svíčky. Odstraníme její zeměnou elektrodu a část
vnějšího mezikruží tak, aby vzdálenost ke střední elektrodě byla
10 – 11 mm dle obr. o27. Přeskokové napětí na
vzduchu pak bude kolem 25 kV.
Upravená svíčka musí být vodivě upevněna vhodným držákem k
motorovému bloku. Svíčku nejprve připojíme k vn vývodu zapalovací
cívky a startujeme. Při správné funkci vznikají na svíčce výboje.

Není-li tomu tak, zkontrolujeme při vypnutém zapalování odpor
sekundárního vinutí zapalovací cívky (kolem 10 kOhmů i
více), obr. o28. Při měření je vhodné odpojit její přívody.

Dále připojíme svíčku k vývodům rozdělovače a poté postupně ke
koncům vn kabelů. Zbylé kabely necháme buď na příslušných
svíčkách nebo je ukostříme. Přestanou-li se objevovat výboje, je
závada v předchozí části.

Při závadě vn kabelu kontrolujeme jeho ohmický odpor.
Jeho velikost závisí na typu a délce kabelu. Obvyklá hodnota
je 30 kOhmů na 1 m délky. Velmi vhodné je srovnání
odporu mezi jednotlivými kabely.

Kondenzátorové zapalování

U kondenzátorového zapalování bude poněkud odlišný přístup
vyplývající z rozdílu obou typů, viz obr. o29. Podmínkou jeho
činnosti je správná funkce měniče napětí, který nabíjí
kondenzátor energií, potřebnou pro zážeh.

Činnost měniče lze nejjednodušeji ověřit sluchem. Po zapnutí
zapalování slyšíme slabé pískání. Není-li slyšet, můžeme činnost
měniče ověřit tak, že se odpojí přívod od elektronického snímače
ke svorce 1 zapalovací cívky a připojí se k doutnavce na
210 – 230 V. Druhý pól doutnavky připojíme na kostru
vozidla. Jestliže měnič pracuje, doutnavka pro zapnutí zapalování
svítí. Intenzita jasu je závislá na napětí baterie a na použité
doutnavce. Když doutnavka nesvítí, je v měniči pravděpodobně
závada.

Je-li výsledek zkoušky kladný, vypneme zapalování a připojíme
znovu vývod ke svorce 15 zapalovací cívky a paralelně k jejímu
primárnímu vinutí připojíme žárovku 12 V/2 – 3 W. Po
zapnutí zapalování žárovka nesvítí. Pracuje-li elektronická část,
po nastartování motoru bude žárovka blikat v rytmu zážehů. Jas je
rovněž závislý na napětí baterie i na výkonu žárovky.

Jsou-li otáčky motoru vyšší než 300 ot/min, žárovka bude
svítit trvale.

V případě, že žárovka při startu nebliká, je závada v
elektronice, kterou kontrolujeme stejně jako u induktivního typu
zapalování.

Změříme rovněž odpor primárního a sekundárního vinutí zapalovací
cívky.

Celková funkce vn části se
kontroluje stejně jako u induktivního
zapalování.

Při všech činnostech dbát zvýšené opatrnosti aby
nedošlo k úrazu el. napětím!

Ostatní části kontrolujeme stejně jako u induktivního typu
zapalování.

Nastavení základního předstihu

Jestliže je ke svíčkám všech válců přiváděno dostatečně velké
napětí a motor přesto nestartuje nebo běží nepravidelně, nejprve
ověříme nastavení základního předstihu při startu. U zapalování s
přerušovačem nebo snímačem Hallova typu jej nastavujeme při
stojícím motoru. Měřič (žárovka nebo multimetr) připojíme k
výstupu elektroniky spojené s primárem zapalovací cívky. Motor
ručně natočíme tak, aby předstihová ryska na setrvačníku či
řemenici korespondovala s pevnou značkou nulového předstihu
na klikové skříni. Měřič musí signalizovat rozepnutí – napětí
baterie. Klikovou hřídelí otáčíme zpět až do zániku napětí,
do bodu sepnutí. Ryska setrvačníku nám na stupnici skříně
ukáže velikost předstihu.

Po poklesu napětí, které indikuje zapnutí primárního obvodu, by
mělo při stojícím motoru dojít po 3 – 5 s k jeho přerušení,
tedy vzrůstu napětí, působením odstavovacího obvodu. Po vypnutí a
opětném zapnutí zapalování se děj opakuje.

U zapalovacích soustav s induktivními snímači otáček nelze tohoto
způsobu kontroly nastavení základního předstihu použít. Vhodným
měřičem je stroboskopická pistole, obvykle vybavená i měřičem
předstihu. Jejím světlem osvětlíme setrvačník nebo řemenici s
pohyblivou značkou i klikovou skříň s pevnou stupnicí,
obr. o210. Svit lampy
je přerušovaný a synchronizovaný s otáčkami motoru
prostřednictvím:

Jelikož světelné záblesky jsou krátké, dosáhne se tzv.
stroboskopického jevu; obíhající předstihová značka se ve světle
lampy jeví nepohyblivou. Jestliže se její poloha nastaví točítkem
pistole proti pevné nulové značce na skříni, na stupnici pistole
odečteme velikost předstihu. Novější pistole indikují současně i
otáčky motoru, případně úhel sepnutí proudu cívkou.

Otáčky, při nichž se předstih kontroluje, jsou předepsány
výrobcem vozidla, bývají tedy různé. Může se nastavovat při
startovních otáčkách, kolem 50 ot/min, kdy mechanické
odstředivé regulátory, pokud na motoru jsou, nejsou v činnosti.
Přitom se odpojuje i přívod podtlaku k přerušovači a ukostří se
vn kabely všech svíček kromě 1. válce (ze kterého je pistole
synchronizována).

Jinou možností jsou volnoběžné otáčky, při kterých se ovšem již
může uplatnit regulace (závisí to na předpisu výrobce a provedení
regulace). Velikost předstihu může být o několik stupňů vyšší,
ale při elektronicky tvarovaných charakteristikách i nižší než
při startovních otáčkách.

V poslední době však výrobci předepisují kontrolu předstihu při
vyšších otáčkách, např. 1900 ot/min, 3000 ot/min apod.
Tato kontrola bývá někdy spojena s měřením ve volnoběžných
otáčkách (předepsaných výrobcem), tedy jde o dvoubodovou kontrolu
charakteristiky.

Na vyšších otáčkách jde však již o kontrolu seřízení, nikoli
základní nastavení. Protože předstih zážehu je funkcí více
proměnných, je třeba ověřit správnou funkci všech regulátorů. U
mechanické regulace jde o zatížení motoru zjišťované pomocí
podtlaku v sacím potrubí. Při malém zatížení, tedy velkém
podtlaku, musí být předstih zvětšen, protože nižší plnění válců
vede k pomalejšímu prohoření směsi. Připojením a odpojením
hadičky při pomalých otáčkách motoru dosáhneme dobře
pozorovatelných změn předstihu. U podtlakových regulátorů se
dvěma komorami bude připojení hlavní komory předstih zvětšovat,
pomocné (samotné) zmenšovat. U pomocné je třeba po nastavení
otáček a připojení hadičky odstavit plyn (motor má decelerovat).
Některé motory mají přídavná zařízení retardace předstihu, např.
podle teploty motoru. Ta ovládají předstih otevíráním a
uzavíráním přívodu podtlaku, takže musíme kontrolovat i jejich
vliv.

K přesnému určení průběhu předstihu při změnách zatížení motoru
potřebujeme znát nejen otáčky, ale i velikost podtlaku. Ten se
dodává buď z testeru, na který regulátor hadičkou připojíme, nebo
jej můžeme měřit přímo na motoru pomocí doplňku k multimetru,
přičemž originální přívod podtlaku zůstane připojen.

Celý postup objasňuje obr. 211. Jestliže bude základní
předstih (při volnoběhu nebo startu) nastaven podle a, pak
se při zvýšení otáček zvětší dle b, např. o
12°. Po připojení podtlaku se
dále zvýší, obr. c, v tomto příkladu o
(12 + 18)° = 30°.

Dalšími vstupními veličinami ovlivňujícími předstih jsou:

Teplota motoru
Pokud je snímač teploty dvoustavový
(studený – teplý motor) lze změnu snadno simulovat zkratováním a
rozpojováním jeho přívodů. U vícestavových nebo spojitých snímačů
jeho přívody odpojíme.
Signál škrticí klapky
Slouží k jednoznačnému rozeznání
jejího uzavření a plného otevření. Je používán u elektronicky
tvarovaných charakteristik. Tyto mívají odlišný průběh při
deceleraci motoru (vzhledem k exhalacím) a při maximálním plynu,
kdy se předpokládá největší výkon motoru. Ten může být omezen
hranicí klepání.
Snímač klepání
Zkouší se nejlépe při otáčkách kolem
2000 ot/min, kdy je předstihová charakteristika obvykle
nejblíže mezi klepání, neboť je snaha o dosažení maximálního
zrychlení vozidla. Kontrola se provede lehkým
poklepáním šroubovákem apod. na blok motoru v blízkosti
snímače. Je-li systém v pořádku, dojde
ke zmenšení předstihu a případně i poklesu otáček.
Barometrický tlak
U snímačů barometrického tlaku je
předstih nejvíce zpožďován při tlaku odpovídajícímu nadmořským
výškám 600 až 700 m a to zpravidla o určitou konstantní hodnotu.
Pro větší výšky je na ní předstih závislý až do maximální hodnoty
např. 1300 m n.m., za kterou již není předstih ovlivňován.

U dvoustavových snímačů (typ sepnuto – rozepnuto), lze ověřovat
změny v předstihu odpojením a připojením přívodu snímače bez
jakéhokoliv omezení. Snímače se spojitou změnou výstupního
signálu bývají také vybaveny obvody vnitřní diagnostiky s
indikací závady rozsvícením kontrolky na palubní desce. Tato se
po nastartování motoru rozsvítí, což signalizuje aktivaci vnitřní
diagnostiky, a pokud je vše v pořádku, po 5 s zhasne. Poté je
možno odpojit přívod ke snímači, čímž simulujeme jeho závadu, a
kontrolka by se měla rozsvítit. Poté přívodní kabeláž ke snímači
opět připojíme.

Po kontrole předstihu je nezbytné vymazat z paměti řídicí
elektroniky automobilu kód závady snímače, který jsme
kontrolovali. Dosáhneme toho odpojením neukostřeného přívodu
baterie, případně vyjmutím pojistky. Minimální doba přerušení pro
vymazání může být až 10 s (dle typu vozu). Pokud kód
nevymažeme, může tím být ovlivněna další funkce elektroniky.

U zapalování se dvěma svíčkami v jednom válci se provádí kontrola
průběhů předstihu u obou okruhů. Z naměřených závislostí se
zjišťuje, zda nedochází k nepřípustnému rozdílu charakteristik.

Mimo předstih může ovlivnit chod motoru z hlediska parametru
zapalování i doba sepnutí primárního proudu zapalovací cívky. Tu
kontrolujeme podle úhlu sepnutí odečítaného na stroboskopické
pistoli.

Kontrola zapalování osciloskopem

Mnohem rychlejší postup nalezení závady umožňují speciální
motorové testery nebo osciloskopy. Připojují se svými vývody k
různým dílům zapalovací soustavy, obvykle tam, kde se provádí i
měření dle výše popsaného postupu. Příklad připojení takového
univerzálního testeru je na obr. o212. Kabely označené
1 a 2 slouží k napájení testeru z baterie vozidla a
připojují se k jejím svorkám. Vývody 3 a 4 slouží
pro snímání napětí na primárním vinutí zapalovací cívky,
kapacitní klešťový snímač 6 snímá vysoké napětí ze
sekundárního vinutí cívky nebo na vn kabelech rozdělovače a
klešťový snímač 5, který se přisvorkuje na svíčku 1.
válce. Posledně uvedený snímač slouží pro synchronizaci
stroboskopické pistole a kontrolního osciloskopu spojených s
testerem.

Tester je buď vybaven jedním či více číslicovými displeji pro
odečet hodnot, nebo je tvořen osciloskopem umožňujícím nejen
měřit hodnoty ale i časový průběh měřených parametrů. Toto
umožňuje získat další informace urychlující průběh diagnostiky.
Jako příklad jsou na obr. o213. uvedeny oscilogramy průběhů
primárního proudy a napětí na zapalovací cívce a jejího
sekundárního napětí pro případ, že nedochází, viz průběh a,
a dochází, průběh b, k výboji mezi elektrodami zapalovací
svíčky.

Z obrázku je zřejmé, že pouhým změřením napětí bez znalosti jeho
průběhu, lze jen obtížně posoudit skutečný stav.

Měřítko vodorovné i svislé osy osciloskopu lze obvykle měnit,
takže se přizpůsobí nejen velikosti hodnoty pozorované veličiny
(měřítko svislé osy), ale umožňuje i roztáhnout pozorovaný
průběh této veličiny v čase (měřítko na vodorovné ose). Tak lze
dosáhnout např. pozorování jediného průběhu periodicky se
opakujícího děje na celém vodorovném rozměru obrazu a tak
vyhodnotit podrobněji více vlivů, které jej ovlivňují. Na
obr. o214. je uveden průběh napětí na primárním vinutí
zapalovací cívky (mezi svorkami 1 a 15). Lze z něj určit nejen
změny tohoto napětí v čase, ale i saturační napětí
UCESAT na kolektoru spínacího tranzistoru
při sepnutí primárního proudu, případně jeho změny
UCE, je-li velikost
proudu regulována v čase a také okamžiky zážehu
tZ a sepnutí
primárního proudu tS.

Nebo naopak je možno volit vodorovné měřítko tak, aby se
zobrazilo více periodických dějů (na obr. o215 jsou to vn
impulsy na všech svíčkách motoru) a zhodnocení funkce provést
porovnáním. V daném případě je napětí výboje na svíčce jednoho
válce příliš vysoké, což signalizuje
závadu.

Pokud se zobrazené průběhy liší nějakým způsobem od normálních,
lze podle toho soudit na příčinu závady v zapalovací soustavě.
Takto mohou být zjištěny následující závady.

  1. Mezizávitový zkrat v primárním nebo sekundárním vinutí
    zapalovací cívky, např. od spálené izolace.
  2. Přerušené sekundární vinutí nebo vn kabely ke svíčkám.
  3. Závady vn izolace a odrušovacích odporů.
  4. Rozdílné napětí na svíčkách nebo závady svíček.
  5. Vynechávání zážehu směsi nebo zapalování.

Každá z uvedených závad má za následek charakteristickou odchylku
od normálu, takže se dá rychle lokalizovat. Například
„korály“ zapalovacího napětí na svíčkách jednotlivých válců dle
obr. o216. nemají být větší než 2 až 3 kV. Jestliže
jsou větší, zkontrolujeme nejdříve, zda jsou stejné
mezielektrodové mezery svíček. K rozlišení, zda je příčina v
motoru (nerovnoměrné rozdělení směsi apod.) nebo ve vn části
zapalování, zaměňujeme postupně kabely a svíčky u „vadného“ a
„správného“ válce. Přesune-li se po záměně i zobrazení závady, je
porucha v elektrické části. Při takové zkoušce je vhodné zrychlit
chod motoru krátkodobě až na plný plyn. Přitom se zápalné napětí
mění, což se projeví změnou velikosti špiček jednotlivých
průběhů. Mají se měnit shodně, přípustné rozdíly jsou do
2 kV.

 

Přístroje pro diagnostiku

 

Motortestery a osciloskopy existují v nejrůznějším provedení co
do složitosti, způsobu obsluhy a možnosti použití


V servisní dílně nebo na vozidle během jízdy.

a samozřejmě z toho
vyplývajících rozměrů. To vše ovlivňuje jejich možnosti, jak z
hlediska prováděných měření, tak z hlediska univerzálnosti
použití. Výrobci vozidel mívají zpravidla své vlastní testery,
dodávané autorizovaným opravnám a sloužící pouze pro diagnostiku
vozidel této značky. Naproti tomu výrobci diagnostických
přístrojů mají snahu dosáhnout co nejširšího použití svých
systémů a to za cenu přídavných adaptérů, umožňujících připojit
měřicí přístroj k libovolnému vozidlu. Vzhledem k rozmanitosti
konstrukčního řešení zapalovacích soustav je to u nich obzvláště
náročné. Pro informaci jsou uvedeny některé z vyskytujících se
případů.

U kondenzátorových typů zapalování se obvykle testerem neměří
napětí na primárním vinutí transformační cívky, proto se
připojuje pouze jeho napájení, synchrosignál 5 a kapacitní
dělič 6 snímající sekundární napětí (obr. o31).

V případě zapalovací soupravy integrované do rozdělovače se pro
snímání signálů z vinutí zapalovací cívky může použít
adaptéru, řešeného jako stočené vedení,


Do tvaru šroubovice, někdy nesprávně označováno spirály.

ke kterému se připojují
přívody testeru, obr. o32. Jejich označení zůstává stejné
jako u univerzálního připojení. Některá vozidla, např. Mazda,
vyžadují snímač kapacitního typu, provedený jako adaptérový plech
upevněný na víčko rozdělovače, obr. o33. Signály z
primárního vinutí, tj. 3 a 4 se pak odebírají z
adaptérové kabeláže zdířkovými vývody.

Jiným případem jsou vozidla se dvěma zapalovacími soupravami,
např. Alfa Tvin Spark nebo Mazda RX 7 (Wankl). U nich musí být
použito pro snímání vn ze zapalovací cívky adaptéru 7,
obr. o34., umožňujícího sloučení více signálů. Nepoužité
snímače nesmí být volně v motorovém prostoru, musí se uchytit k
vývodu do testeru, jinak může dojít k jeho rušení, obr. o35.

Místo klešťového snímače je použito odlišného typu, který lze
jednoduše upevnit na vn kabel.

U zapalovacích soustav bez rozdělovače vn se rovněž používá
adaptéru a snímačů. Na obr. o36 je způsob připojení se
samostatnou cívkou pro každý válec, na obr. o37 s
dvouvývodovými cívkami, společnými vždy pro dva válce.

Jedno z možných provedení kapacitního vn snímače a způsob jeho
uchycení na vn kabelu jsou na obr. o38. Připojení k přívodům
primárního vinutí se provádí příchytkou, která je opatřena hrotem
špendlíkového typu, který po nasazení příchytky pronikne izolací
až k vnitřnímu vodiči, se kterým vytvoří vodivé spojení.

Mnohé zapalovací soupravy se samostatnými cívkami jsou provedeny
tak, že cívka je nasazena přímo na zapalovací svíčce. Proto lze
snímat ze sekundárního vinutí pouze kapacitním adaptérem
8, který se uchycuje vhodným způsobem na cívku dle
obr. o39. Dva z možných způsobů jsou uvedeny na
obr. o310. Adaptér 7 je tentokrát bez vn kapacitních
děličů a připojuje se přímo k vývodu kapacitního snímače 8
uchyceného na cívku. Na slučovacím adaptéru 7 je přepínač,
který umožňuje měnit dělicí poměr tak, aby citlivost testeru
odpovídala velikosti signálu ze snímačů na cívkách které jsou
někdy různých typů (obr.o311 a obr.o312). Synchronizační
signál 6 pro tester (od 1. válce) se odebírá na přívodu k
primárnímu vinutí zapalovací cívky 1. válce, místo z vn kabelu k
jeho svíčce.

Není-li přístup k přívodu primárního ani sekundárního vinutí, je
třeba použít přídavné kabeláže. Ta se vloží mezi zásuvku
výkonového modulu zapalování a zástrčku kabeláže vozidla. Její
součástí jsou i přívody testeru. Není-li přístup ke svorce
„15″ zapalovacích cívek, může se „krokodýlkem“ opatřený vodič
„B+“ připojit ke kladné svorce vozidlové baterie, obr. o313.

Uvedené příklady jsou převzaty z dokumentace motortesterů fy
Bosch. Jsou velmi univerzální, postihují téměř všechny problémy
připojování motortesterů k elektronickým zapalovacím systémům.
Samozřejmě nejde o jediná možná řešení. Jiní výrobci
diagnostických zařízení používají méně či více odlišných způsobů
připojení nebo řešení adaptérů. Čím je však řešení
univerzálnější, tím je jeho cena vyšší.

V některých případech se tester připojuje i k diagnostické
zásuvce vozidla. U zapalování je to potřebné jen tehdy, když je
vybaveno příslušnou vnitřní diagnostikou, která provádí
samokontrolu dílů zapalovací soupravy a případné závady pak
ukládá do vnitřní paměti ve formě kódu. Tester připojený
odpovídající zástrčkou k diagnostické zásuvce musí být vybaven k
iniciování čtení záznamu z paměti soustavy a indikaci případné
závady v ní uložené. To se provádí buď formou tzv. blikacího kódu
nebo nověji textovým zobrazením na displeji testeru. Kromě popisu
závady se zobrazí i podmínky, při nichž se objevuje, případně i
instrukce k dalšímu postupu.

U zapalovacích soustav je vnitřní diagnostika, tj. samokontrola,
prováděna jen na omezenou část systému. Především se týká funkce
řídícího počítače a jeho snímačů, důležitých pro bezpečnou funkci
motoru. Patří k nim hlavně snímač zatížení motoru, jehož
nesprávná funkce by mohla způsobit vznik klepání motoru v
důsledku nadměrného předstihu. Je-li soustava vybavena regulací
předstihu při vzniku klepání, je průběžně kontrolována i funkce
tohoto obvodu. Závada zjištěná v kontrolovaných obvodech je
signalizována kontrolkou na palubní desce, obr. o314.
Tato ovšem indikuje
pouze nesprávnou funkci příslušné soupravy. Jaký druh závady
vznikl lze zjistit až po iniciaci obvodu samokontroly testerem.

V nouzových případech lze zjistit kód i tak, že se vývod
diagnostické zásuvky pro iniciaci (obvykle označený L) spojí
s kostrou vozidla a k datovému vývodu (obvykle K) se
připojí vhodný měřič. Může jít např. o ručkový voltmetr, který
umožňuje registrovat počet pulsů ve skupině i mezeru mezi
skupinami,


Kódy závad jsou vícemístné, kolik míst kód
má, tolik skupin je třeba rozlišit.

obr. o315.

Testery bývají zpravidla vybaveny možností zjišťovat hodnotu
předstihu a udávat ji číselnou formou na svém displeji nebo
obrazovce, případně i tiskárně. K tomuto účelu je třeba
změřit
základní předstih. Jak snímač, tak
stroboskop, musí být připojeny k testeru dle obr. o316.

Je třeba podotknout, že se v poslední době upouští od
předstihových značek na motoru a používá se pouze snímače horní
úvratě. U takovýchto vozidel spojených s programovatelným
testerem se stroboskop nepoužívá.

Soudobé diagnostické přístroje zpravidla spojují více druhů
měřičů v jeden celek. Např. motortester s osciloskopem
(obr. o317). Mnohdy je
přidán i multimetr umožňující měřit napětí, odpor a proud (i s
použitím proudových kleští). Jako indikátor slouží displej
přístroje, na kterém jsou údaje zobrazovány v číselné, někdy
současně i analogové, formě doplněné jednotkou prováděného
měření. I zde platí; čím jsou možnosti přístroje širší, tím je
jeho cena vyšší.

Přístroje jsou ovládány pomocí vnitřního programového vybavení.
Jeho možnosti bývají udávány zobrazením tzv. hlavního menu,
které se zobrazí na displeji po zapnutí přístroje. Z tohoto menu
se volí způsob použití přístroje (motortester, osciloskop, atd.)
Volbu provedeme buď stiskem tlačítka na něž položka menu
odkazuje, např. MOTORTESTER F3, nebo kurzorovou značkou
posouvanou pomocí tlačítek se šipkami, obr. o318.

Po volbě způsobu se na displeji zobrazí menu příslušných měření,
která mohou být v tomto způsobu provedena. Výše uvedeným postupem
jej zvolíme a na displeji se následně zobrazí nastavení rozsahů
měřicího přístroje pro toto měření. Bývá to napěťový rozsah,
časový interval, způsob spouštění časové základny osciloskopu,
zapojený kanál nebo i jiné údaje potřebné pro zpracování
naměřených dat.

Osciloskop bývá obvykle dvoukanálový, tj. může zobrazit současně
dva průběhy. To umožňuje např. přivést na jeden kanál průběh z bodu
prováděného měření a na druhý vzorový průběh, případně průběh
předchozího měření. Vzor je uložen v paměti osciloskopu, buď
vnitřní nebo vnější, řešené jako výměnná zásuvná jednotka. Je
samozřejmě možná i kombinace obou způsobů. V takových případech
se automaticky nastaví měřicí rozsahy obou kanálů totožně, aby
bylo možno oba průběhy jednoduše porovnat.

Vnější výměnná paměť umožňuje připravit specifické programy
měření pro různá vozidla. Program do paměti může nahrát
výrobce přístroje a dodat ji jako zvláštní příslušenství. Jinou
možností je připojit paměť k osobnímu počítači a naprogramovat si
vlastní měřicí postupy.

Kvalitní program umožňuje v případě potřeby (porucha v místě
prováděného měření) měnit nastavení měřicích rozsahů a tím
usnadnit diagnostiku poruchy.

V praxi se lze samozřejmě stále setkat s diagnostickými přístroji
bez programového řízení, jejichž funkce a volba rozsahů se
provádí pouze točítky a tlačítky. Příkladem může být univerzální
zkušební adaptér fy Bosch, obr. o319, určený pro zkoušky
různých vstřikovacích a zapalovacích elektronických systémů.
Pomocí vyměnitelného adaptérového vedení lišícího se pro různé
typy systémů, se přístroj připojí buď mezi kabeláž k řídicí
jednotce a jednotku (obr. o320), nebo jen ke kabeláži
(obr. o321). Takto je možno
přezkoušet periferní části elektronického systému, jako jsou
snímače, stavěcí členy a napájecí obvody, rovněž tak měřit napětí
na řídicí jednotce a odpory kabelážních svazků.

Napětí a odpory se měří vnějším multimetrem připojeným k
příslušným zdířkám zkušebního adaptéru. Ten také umožňuje provést
s připojenou řídicí jednotkou funkční zkoušky při simulování
různých provozních stavů motoru. Stavy se volí tlačítky adaptéru
a reakce systému je vyhodnocena motortesterem.

Velké testery pro motorovou diagnostiku jsou již ovládány jako
personální počítače, tj. prostřednictvím klávesnice. Informace
pro obsluhu jsou zobrazovány na displeji, který je buď součástí
ovládacího terminálu (obr. o322), nebo tvoří samostatnou
zobrazovací jednotku, někdy spojenou v jeden celek s tiskárnou.

Vyměnitelné programové vybavení se volí podle typů vozidel a
rozsahu prováděných kontrol. Programové vybavení může obsahovat i
databanku s nejrůznějšími informacemi, např. o zapojení
elektronického systému vozidla, jeho snímačích, nastavovacích a
měřených hodnotách a další.

 

Diagnostika přípravy směsi

 

 

Motory se vstřikováním paliva

Prvním předpokladem diagnostiky soustavy přípravy směsi je
odpovídající funkce zapalování, tj. dostatečně vysoké zapalovací
napětí a správné nastavení předstihu.

Způsob diagnostiky je závislý na projevu závady.

Nejde-li motor nastartovat, je třeba se přesvědčit, zda je do
válců přiváděna směs.
K nejspolehlivějším způsobům patří změření
velikosti sekundárního napětí osciloskopem
nebo testerem. Není-li
ve válci směs, bude napětí na svíčce příliš vysoké, 18 -
20 kV i více. Rovněž příliš chudá směs způsobuje vzrůst
zapalovacího napětí. Je-li přívod směsi v pořádku, bude se
zapalovací napětí pohybovat kolem 6 – 12 kV a rozdíly mezi
jednotlivými válci nebudou větší než 2 – 3 kV, obr. o41.

Diagnostika soustavy přívodu paliva

Při podezření, že směs není přiváděna do žádného z válců motoru,
je nejprve třeba zjistit, zda je přiváděno palivo do části
přípravy směsi.

U motorů vybavených přípravou směsi centrálním vstřikováním se
palivo přivádí okruhem uvedeným na obr. o42.

V případě vícebodového vstřikování je přívod paliva ke
vstřikovacím tryskám proveden dle obr. o43.

Jak je z obrázků zřejmé, jsou v palivových okruzích mechanické
díly a to prachový filtr 2, dále elektrické čerpadlo. To je
někdy umístěno v palivové nádrži 10, jindy mimo ni 1.
V některých systémech je použito dvou čerpadel; nízkotlaké
umístěné v palivové nádrži a vysokotlaké v blízkosti
vstřikovacích trysek. Obě čerpadla pracují v sérii. Palivo musí
být dopraveno do části přípravy směsi s potřebným tlakem.
Přebytečné palivo, jehož tlak vytvořený čerpadlem přesáhne
hodnotu nastavenou regulátorem tlaku paliva 12, se vrací
zpět do palivové nádrže. Soustavu tedy můžeme snadno
diagnostikovat měřením tlaku paliva za čerpadly.

Měřič (mechanický nebo elektrický) můžeme připojit k:

Před připojením měřiče nesmí
být v potrubí tlak, neboť by po jeho rozpojení palivo vystříklo.
Snížíme jej tak, že při vypnutém zapalování připojíme krátkodobě
napětí ke vstřikovací trysce. Při rozpojeném potrubí také nikdy
nezapínáme skříňku zapalování.

Na obr. o46 je jedno z mnoha provedení vstřikovací
jednotky. Měřič tlaku připojíme buď mezi palivové potrubí a
přívodní otvor jednotky, nebo k otvoru pro odvod paliva k nádrži.

Na obr. o47 je provedení vícebodového vstřikování. Palivo se
přivádí do rozdělovacího potrubí, které jej rozvede k tryskám pod
tlakem udržovaným regulátorem. Měřič se připojuje ke zkušebnímu
ventilu.

Po připojení měřiče tlaku zapneme spínací skříňku a bez
startování zkontrolujeme, zda je slyšet zvuk chodu palivového
čerpadla. Není-li, může být vadné čerpadlo, jeho zapínací relé
5, nebo není přivedeno napájecí napětí pro čerpadlo z řídicí
jednotky 11. Pak na měřiči odečteme velikost tlaku paliva.
U jednobodového (centrálního) vstřikování má být v rozmezí 70
- 105 kPa, u vícebodového 240 – 415 kPa a u přímého
vstřikování 5 – 10 MPa.

Velikost tlaku musí odpovídat údajům výrobce motoru a nastavíme
ji regulátorem tlaku paliva. Nelze-li, může být regulátor vadný.
Po ustálení tlaku vypneme elektrické napájení čerpadla. Ihned po
vypnutí se musí tlak udržet na hodnotě asi o 20 % nižší než se
zapnutým čerpadlem. Bude-li tlak postupně klesat, zkontrolujeme
prosakování paliva vstřikovacími tryskami a regulátorem tlaku.
Nepropouští-li žádná z těchto součástí, bude vadné palivové
čerpadlo.

Nedosahuje-li tlak předepsaných hodnot, provedeme kontrolu
měřením množství dopravovaného paliva.

U centrálního zapalování ho změříme tak, že z vývodu vstřikovací
jednotky pro odvod do nádrže vedeme palivo do měrné nádoby.
Elektricky odpojíme vstřikovací trysky a zapneme na určitou dobu
palivové čerpadlo, nejjednodušeji překlenutím spínacích kontaktů
jeho relé.

U vícebodového vstřikování na sací ventily (nízkotlakého) je
způsob kontroly závislý na tom, zda jde o spojité (kontinuální),
či časované vstřikování. V obou případech se vstřikovací trysky
sejmou ze sacího potrubí a upevní se dohromady s rozdělovacím
potrubím na vhodný držák, obr. o48. Přívodní a zpětné palivové
trubky i tlakový regulátor musí zůstat připojeny. Vstřikovací
trysky upevníme na rozdělovacím potrubí podle potřeby drátem
(obr. o49) nebo vhodnou svorkou.

U časovaného vstřikování odpojíme elektrické přívody od všech
trysek, u spojitého přívod k měřiči množství nasávaného vzduchu
(jde-li o systém s elektronickou regulací). Ke všem tryskám
umístíme nádobky pro měření vystřikovaného paliva.

Měření dopravovaného množství paliva se u spojitého vstřikování
provádí tak, že po zapnutí palivového čerpadla zvedneme
vzduchovou klapku měřiče množství nasávaného vzduchu. Držíme ji
dokud do jedné z nádobek nenastříká 20 ml paliva. S tím
porovnáme množství nastříkané u zbývajících trysek. Maximálně
přípustný rozdíl je 3 ml.

U časovaného vstřikování musíme k tryskám přivést napětí baterie.
K tryskám s odporem vinutí 15 – 17 Ohmů přímo, mají-li
odpor 1 – 3 Ohmů musíme zařadit ještě srážecí odpory 5 -
8 Ohmů.

Po zapnutí palivového čerpadla se napětí baterie přivádí postupně
na jednotlivé trysky a u každé se měří průtok. Typické hodnoty
leží v rozmezí 200 – 250 ml/min, u výkonných motorů až
450 ml/min. Rozdíly mezi tryskami nemají být větší než
20 %.

Při těchto zkouškách můžeme ověřit i funkci regulátoru tlaku
paliva, máme-li k dispozici přístroj pro měření tlaku a podtlaku.
Připojíme jej k hrdlu regulátoru, tím jej napojíme na sací potrubí
a při změně podtlaku musí dojít i ke změně průtoku tryskami.

Je-li tlak paliva v předepsaných mezích, ale dopravované množství
je malé, máme zanesen palivový filtr.

Diagnostika vstřikovacích trysek

V případě dalších nesrovnalostí provedeme zkoušky vstřikovacích
trysek. Palivová soustava se nejprve natlakuje zapnutím čerpadla,
poté čerpadlo zastavíme, otevřeme jednu trysku přivedením
bateriového napětí k jejímu
elektromagnetu a změříme pokles tlaku. Je-li malý, tryska je
ucpaná, je-li velký, tryska je rovněž vadná. U vícebodového
vstřikování porovnáváme poklesy u jednotlivých trysek. Liší-li se
poklesy u jedné z trysek o více než 10 kPa vůči poklesům u
ostatních, trysku musíme vyměnit.

Kontrola funkce vstřikovacích trysek spočívá rovněž v ověření
tvaru jejich vystřikovacího kužele.

U nízkotlakého vícebodového vstřikování do sacího potrubí
ponecháme uspořádání jako při měření množství dopravovaného
paliva. Odstřikované palivo musí být jemně rozprášeno do
pravidelného kuželu. Poněkud jednostranný tvar vystřikovacího
kužele je přípustný za předpokladu, že jeho celkový vrcholový
úhel není větší než 35°, obr. o410.

Pro centrální (jednobodové) vstřikování je naopak vrcholový úhel
volen tak, aby tryska vstřikovala palivo do štěrbiny mezi stěnu
tělesa vstřikovací jednotky a škrticí klapku. Vystřikovaný proud
má tvar silnostěnného pláště dutého kužele. Kontrola se provádí
při volnoběžných otáčkách se sejmutým víkem čističe vzduchu. Na
škrticí klapce musí být vidět proud nastřikovaného paliva. Tento
způsob ale nemusí být proveditelný u všech typů různých výrobců.

Někteří výrobci diagnostických přístrojů dodávají testery
umožňující přezkoušet díly vstřikovacích souprav bez součinnosti
s vozidlem. Jsou však převážně určeny pro centrální vstřikování.

Zanesení trysek může nastat od uhlovodíkových usazenin, které
vznikají např. při častých krátkých jízdách (25 – 30 km) s
následným dlouhodobým stáním vozidla. Usazeniny omezí průtok
tryskou případně naruší tvar vystřikovacího kužele.

V některých případech se dají odstranit vhodným rozpouštědlem,
které se přidá do benzinu nebo se nanese přímo na trysku.
Jestliže trysky ani přes použití rozpouštědla nepracují
uspokojivě, musí být vyměněny.

Po přezkoušení trysek na průchod paliva se kontroluje jejich
těsnost podle četnosti kapek odkápnutých při natlakované
vstřikovací soupravě.

Trysky ponecháme ve stejném uchycení a před zapnutím palivového
čerpadla odpojíme jejich elektrické přívody. Po zapnutí čerpadla
sledujeme výskyt kapek. U vícebodového vstřikování se připouští
ukápnutí maximálně 1 kapky paliva za minutu, u
jednobodového nemá dojít během 2 minut k žádnému ukápnutí.

Při každé demontáži vstřikovací trysky pečlivě kontrolujeme
O-kroužky zabezpečující vzduchotěsnost sacího potrubí. V případě
nejistého stavu je vyměníme. Každým netěsným místem vniká
nedávkované množství vzduchu vedoucí ke zvýšení volnoběžných
otáček a ochuzení směsi.

Pokud budou při kontrolách uvolněna některá spojení v přívodu
paliva, případně jeho zpětného odvodu k nádrži a součásti nebo
díly byly vymontovány, musí být při zpětné montáži použita nová
těsnění.

Před rozpojením pečlivě očistíme rozebíratelné spoje palivového
okruhu a při
práci dbáme na vysokou čistotu; nebezpečí zanesení prachu do
systému.

 

Měření složení směsi

 

Důležitým bodem diagnostiky systému přípravy směsi u motorů se
vstřikováním je stanovení přebytku vzduchu
lambda. Ovšem samotné
lambda
neumožňuje stanovit, zda soustava pracuje bez
závad, nebo určit její příčinu. Proto se nejčastěji měří úroveň
emisí ve výfukových plynech. V servisech se obvykle využívá
měřičů využívajících infračerveného světla, obr. o51, které
se jednoduše obsluhují.

Měřené výfukové plyny se odebírají z výfukového potrubí
automobilů sondou 1. Jsou nasávány membránovým čerpadlem
6 a vedeny přes hrubý filtr 2 do odlučovače vody
3. Zde se odlučuje nasátá kondenzovaná voda a velké
částice nečistot.

Potom prochází měřený vzorek dalším jemným filtrem, ve kterém je
znovu očištěn. Magnetický ventil 5 před membránovým
čerpadlem přepíná při automatickém nulování přístroje měřicí část
přívodu okolního vzduchu, přiváděného rovněž přes filtr. Oba
filtry chrání měřicí komoru 9 před vnikem pevných
částic. měřicí komora je také chráněna před možným vniknutím
vody, když obsluha zapomene vyprázdnit odlučovač. K tomu slouží
bezpečnostní nádržka 8 a hrnec 10, ve kterém se voda
hromadí a odchází z něj do vnějšího prostředí. Tlakový spínač
7 zajišťuje nasátí dostatečného množství vzduchu.

Měřicí komora 9 je uvedena na obr. o52. Zářič
5 vyhřívaný na teplotu kolem
700°C vysílá infračervené záření,
které prozařuje měřicí kyvetu 3 a vstupuje do přijímací
komůrky 1. Ta je tvořena spojenými, avšak vůči okolí
hermeticky uzavřenými, objemy V1 a V2, které obsahují speciální
vzorek plynu s daným obsahem CO.
Ten pohlcuje jemu příslušející
část spektra infrazáření. Absorpcí se plyn ve V1 zahřívá a přes
snímač proudění 2 proudí do odstíněného objemu V2.
Infrazáření je periodicky přerušováno kotoučem s výřezy 4,
absorpce v přijímací komůrce je tedy periodická a plyn proudí
střídavě mezi V1 a V2.

Nasajeme-li do měrné kyvety 3 místo čistého vzduchu
výfukový plyn s určitým obsahem CO, nastane částečné snížení
průchodu infrazáření do přijímací komůrky. Zmenší se tedy i
proudění mezi jejími objemy a tím i signál ze snímače. Změna
signálu pak udává množství CO ve výfukových plynech.

Pro platné změření emisí musíme splnit několik předpokladů. Motor
vozidla musí být provozně zahřát a zařízení pro obohacení při
studeném motoru musí být mimo činnost. Odběrová sonda měřicího
přístroje musí být zastrčena nejméně 30 cm do výfuku.

Měřiče jsou buď jednosložkové, pouze pro CO,
nebo více složkové,
pro CO a HC, dále CO, HC, CO2,
čtyřsložkové pro
CO, HC, CO2, O2,
obr.o53, v poslední době i pětisložkové
CO, HC, CO2, O2 a NOX.

Jednosložkové měřiče byly nejčastěji používány pro měření CO
během seřizování bohatosti směsi u motorů bez katalyzátoru.
Indikace je však dobrá jen v rozmezí bohatých směsí, kde obsah
CO
vyjádřený v objemových procentech klesá s ochuzováním, obr.o54.

Od stechiometrického poměru ale zůstává při dalším ochuzování již
konstantní. Minimum dosažené při stechiometrické směsi musí být v
rozmezí 0.5 – 3.0 %, pokud není výrobcem motoru předepsáno
jinak. U vozidel s řízeným katalyzátorem nesmí obsah
CO 0.1 %.

Všechna měření se provádí při volnoběhu. Jestliže nám i po
nastavení složení směsi obsah CO
nesouhlasí, jsou možné následující závady.

Pokud byla před měřením složení směsi provedena diagnostika
soustavy přívodu paliva spolu s případnou opravou zjištěných
závad, neměl by tento stav vzniknout.

Je-li k dispozici válcová brzda, je účelné provést měření obsahu
CO při středním a plném výkonu motoru.

V oblasti středního výkonu by měl být obsah CO mezi
0.1 – 1.5 %. Vyšší obsah svědčí o obdobných závadách
jako u volnoběhu, ke kterým může přistoupit:

  1. Nesprávná funkce regulace složení směsi ve fázi zahřívání.
  2. Regulační soustava je přepnuta do nouzového režimu v
    důsledku poruchy některého snímače či ovládače.

Poslední případ bývá signalizován kontrolkou stavu motoru, pokud
je jí vozidlo vybaveno.

Rovněž při nízkém obsahu CO,
jehož průvodním jevem je „cukání“ motoru charakteristické pro
chudé směsi, mohou být
příčiny stejné jako u volnoběhu. Navíc může nefungovat
soustava regenerace paliva odpařeného z nádrže,
pokud je jí vozidlo vybaveno.

Při plném výkonu má být obsah CO v rozmezí 1.0 – 6.0 %.
Závady mohou být obdobné, jak bylo uvedeno výše. Je vhodné
provést rovněž měření při akceleraci motoru. Při nízkém obsahu
CO mohou být vadné:

  1. obvody a díly měřiče nasávaného vzduchu (potenciometry,
    měřicí klapky, těžký chod pístu);
  2. obvody snímače škrticí klapky (zejména potenciometrického)
    a
  3. obvody obohacovací klapky pro plný výkon,
    pokud je systém přípravy směsi takto vybaven.

Úroveň HC se udává v ppm

Part per million, tj. část z milionu.

a její průběh je dobrým indikátorem
pro chudé směsi, v oblasti stechiometrické hodnoty je
nejnižší, na obě strany od ní roste. U vozidel bez katalyzátoru
se úroveň HC
výrazně zvyšuje, když se směs stane chudší než
17 : 1, tj.
lambda
> 1.15. Podle úrovně HC může
být složení směsi u těchto vozidel nastaveno nejpřesněji.

Úroveň HC
by se měla pohybovat v rozmezí 100 – 400 ppm
u vozidel bez katalyzátoru a s katalyzátorem do 20 ppm.
Průběh emisí CO a HC
v závislosti na složení směsi u vozidel s
katalyzátorem je přibližně podle obrázku o55.

Z hodnot emisí CO a HC
a s přihlédnutím k zatížení a chodu motoru
lze
zjistit řadu příčin závad systémů
řízení chodu zážehových
motorů;

Příčiny závad chodu motoru
obsah HC obsah CO poměry chodu a zatížení závada
zapalování
velmi vysoký nízký občas vysazuje znečištěné svíčky vysazuje při určitém zatížení a rozmezí otáček přerušený vn kabel, prasklý rozdělovač příprava směsi vysoký vysoký trhání při jízdě bohatá směs vysoký velmi nízký trhání při jízdě chudá směs vysoký nízký nerovnoměrný volnoběh chudá směs vysoký vysoký nerovnoměrný volnoběh bohatá směs motor vysoký velmi nízký trhání při jízdě netěsné sací
cesty
vysoký normální nerovnoměrný volnoběh malá vůle
ventilů
vysoký normální vyšší otáčky volnoběhu opotřebené kroužky

Některé měřiče emisí jsou vybaveny možností měření
Delta HC. Tato veličina umožňuje vyhodnotit řadu důležitých
informací. Delta HC je rozdíl mezi základní a
maximální hodnotou HC
během prováděného měření, obr. o56. Měření je
synchronizováno signálem 1. válce, který určuje jeho počátek a
ukončení. Z naměřených průběhů se stanoví, jakým způsobem je
rozdělována směs do jednotlivých válců, obr. o57, i porovná
funkci zapalování v každém válci, obr. o58.

U vozidel vybavených katalyzátorem se jeho účinkem úroveň emisí
při ochuzování směsi příliš nezvyšuje. Jestliže se směs
obohacuje, úroveň emisí CO roste, ale ne tak výrazně, jako u
vozidel bez katalyzátoru. Proto s katalyzátory nelze určit, zda
je směs chudá či bohatá. Tento nedostatek nemají měřiče obsahu
CO, HC, CO2,
případně i O2.

Úroveň emisí CO2
se zvyšuje, jakmile se směs ochuzuje od
poměru 10 : 1 po 14 : 1. Jestliže se
pak směs dále ochuzuje, úroveň emisí
CO2 opět klesá. Při stechiometrickém poměru začíná
úroveň emisí
CO2
právě klesat, obr. o59.

K vyhodnocení měření emisí
CO, HC, CO2
může sloužit
tabulka.
Závadou motoru může být, kromě mechanické, i nefunkční
lambda
regulace, vadný
katalyzátor, nebo motor a karburátor nejsou provozně teplé.

Vyhodnocení emisního měření
obsah HC obsah CO obsah CO2 závěr velmi nízký nízký velmi vysoký spalování optimální, výfuk těsný nízký nízký nízký spalování optimální, výfuk netěsní vysoký vysoký nízký spalování špatné, směs bohatá vysoký velmi nízký nízký spalování špatné, směs chudá velmi nízká nulová velmi vysoká motor v pořádku nad mezí nad nulou pod mezí motor má závadu

Úroveň emisí O2
je výborným indikátorem chudého složení směsi
u vozidel s katalyzátorem, obr. o510. Jestliže je úroveň
O2 nad
0.5 %, dostává katalyzátor dostatek kyslíku pro správnou
funkci. Jestliže je ale současně i úroveň emisí
CO větší než
0.5 %, obvykle není oxidační katalyzátor schopný funkce.
Úrovně O2
může být použito pro kontrolu soustavy přídavného vzduchu,
pokud je jí vozidlo vybaveno.

Nejprve se vzduchové čerpadlo vypne a při volnoběžných otáčkách
motoru se změří úroveň O2.
Bude-li pak čerpadlo s celou
soustavou ve funkci, obsah O2
by měl být o 2 – 5 % vyšší.

Se čtyřsložkovými měřiči emisí se měří na volnoběžných otáčkách
a při 2500 ot/min. Jako vodítko mohou sloužit výše uvedené
hodnoty, pokud nejsou známy doporučení či předpisy výrobce.

Jsou-li naměřené hodnoty vyšší než je uváděno, je třeba
zkontrolovat u motorů se vstřikováním mechanické nastavení
volnoběžných otáček.

Měření emisí NOX
není zatím zákonem předepsáno, je však v
budoucnu pravděpodobné. Kromě toho je potřebné pro posouzení
funkce některých systémů, jejichž účelem je právě omezení těchto
zplodin. Jde např. o recirkulaci výfukových plynů.

 

Test elektronických systémů

 

 

Vnitřní diagnostika

Jestli je zapalování a přívod paliva v pořádku, bude
pravděpodobně příčina závady v elektronické části regulace, tj.
snímačích, akčních členech nebo ve vlastní řídicí jednotce.

U novějších elektronických systémů se k jejímu vyhledání využívá
vnitřní diagnostiky systému a to jejího elektronického testu. Ten
proběhne vždy po zapnutí motoru a provede kontrolu správnosti
funkce důležitých součástí systému. V případě poruchy některého z
nich uloží do paměti údaj o poruše ve formě číselného kódu a na
přístrojové desce se rozsvítí signálka poruchy.


Označená např. CHECK ENGINE.

Kód poruchy zůstává v paměti
počítače řídicí jednotky nejen po dobu trvání poruchy, ale až do
vypnutí napájení paměti, což bývá u rozdílných vozidel různé.

Tento způsob vnitřní diagnostiky, označovaný OBD,


Zkratka anglického On Board Diagnostics – palubní
diagnostika.

má za úkol rovněž sledování systémů důležitých pro úroveň emisí.

Závady systému jsou buď trvalé nebo přechodné, tj. vyskytující se
pouze v některých podmínkách. Trvalé závady jsou indikovány
stálým svitem kontrolní žárovky po zapnutí motoru. U přechodné
závady, pokud v daném okamžiku nenastala, kontrolka po zapnutí
zhasne, jakoby bylo vše v pořádku.

Z paměti může být přečten jako tzv. blikací kód, buď čtečkou
připojenou k diagnostické zásuvce vozidla, nebo i podle blikání
signálky na palubní desce. Ve druhém případě spojíme na
diagnostickém konektoru příslušnou iniciační svorku s kostrou a
to buď drátovou spojkou (obr. o61) nebo spínačem
připojeného testeru. Poté
zapneme zapalování vozidla (nikoli startování) a systém je uveden
do režimu diagnostiky; kontrolka začne odblikávat kódy závad.

Jako první odbliká úvodní kód signalizující, že diagnostika je
ve funkci (např. 12 dle obr. o62). Následně budou odblikány
kódy závad, pokud paměť nějaké obsahuje. Po posledním z uložených
se cyklus opakuje od úvodního kódu. Kódy jsou uváděny v číselném
pořadí a jsou vzájemně odděleny přestávkou delší, než je rytmus
blikání, obr. o63.

Pokud kontrolka slouží pouze k signalizaci přítomnosti závady
nebo není na vozidle použita, k identifikaci závady použijeme
čtečky, která kód poruchy převede na alfanumerický nápis na svém
displeji. Může být jednoúčelová, pro automobil určitého typu,
nebo univerzální. U univerzálnějších čteček se používá výměnné
paměti, umožňující i slovní popis zaregistrované závady a pokyny
k provádění dalších kroků testu.
Podrobnější vysvětlení bývá uvedeno v jejím manuálu.

Protože univerzální čtečka je určena pro různé typy,
nejprve musíme ověřit,
zda máme zasunut modul odpovídající danému elektronickému
systému. Nesoulad bývá někdy diagnostikován i na displeji.

Není-li čtečka (např. vestavěná v testeru) k dispozici,
můžeme si vypomoci voltmetrem zapojeným k datovému vývodu
diagnostického
konektoru.

Tento typ vnitřní diagnostiky bývá v poslední době označován jako
OBD I na rozdíl od OBD II, který je vybaven dalšími možnostmi.
Mimo ukládání závad do paměti provádí test akčních členů a
porovnání skutečných hodnot výstupních signálů ze snímačů s
hodnotami pravděpodobnými pro dané provozní podmínky. Test se
provádí po nastartování motoru, někdy i po jiném úkonu, např. při
maximálním otevření škrticí klapky. Lze jej aktivovat i z vnějšku
a to spojením iniciačního vývodu konektoru s kostrou.

Kód závady mnohdy indikuje pouze výskyt problému v určité
oblasti, nikoli určitou vadnou součást nebo díl.


Závadu
v určitém snímači a jeho kabeláži (zkrat nebo přerušení),
případně jinou nevěrohodnost jeho údaje apod.

K přesnému určení
příčiny závady je třeba dalších kroků, které se liší nejen dle
typu a značky vozidla, ale zejména podle stupně vnitřní
diagnostiky (OBD I nebo OBD II) a testeru.

Má-li vozidlo pouze OBD I, prověřujeme podezřelý díl s kabeláží
nejprve staticky.

K měření musíme použít voltmetr s velkým vstupním odporem,
nejlépe elektronický multimetr. S ampérmetrem začneme měřit na
nejvyšším rozsahu, abychom jej nepoškodili nečekaně velkým
proudem. Jako ohmetru můžeme použít nejlépe multimetru.
Elektrorevizní měřiče izolace jsou pro tato měření nevhodné.

Nebyla-li příčina závady zjištěna, provedeme měření v dynamickém
režimu.
Ke snímači musí být přivedeno napájecí napětí a
měříme výstupní parametr (obvykle napětí, odpor, případně
kmitočet) při provedení změny vstupního
parametru.


Ručním natočením, posunutím, ohřevem,
přivedením definovaného tlaku apod.

Na obr. o64 je ukázka měření výstupního napětí signálu
snímače polohy škrticí klapky a jeho změny při sešlapování
plynového pedálu a na obr. o65 měření výstupu snímače
podtlaku, který se k němu přivádí z vakuového čerpadla.

Výhodnější je sledovat výstupní signály snímačů osciloskopem. Ten
umožní nejen měřit jejich hodnotu, ale sledovat i jeho časový
průběh s případnými nerovnoměrnostmi způsobenými zhoršením
kvality snímače.

Tvar a velikost signálů snímačů pro OBD jsou doporučeny
příslušnými normami. Této skutečnosti využívají výrobci
přenosných diagnostických osciloskopů. Osciloskopy jsou vybaveny
mikroprocesorem, který umožňuje prostřednictvím menu volbu typu
měřeného snímače. Tím se zároveň nastaví potřebná citlivost
vertikálního kanálu, rozsah časové základny a synchronizace.
Na displeji se současně s měřeným signálem ze snímače zobrazí i
měřítko napětí, času, extrémní hodnoty, kmitočet a další
doplňující údaje, obr. o66.

Někdy bývá příslušenstvím osciloskopu i výměnná vnější paměť se
zobrazením vzorových průběhů signálů snímačů dle doporučení
norem.

Osciloskopy také umožňují kontrolu průběhu řídících signálů pro
akční členy (vstřikovací trysky, ventily systému regenerace
odpařovaného paliva, ventily recirkulace výfukových plynů,
krokové motorky regulace volnoběhu atd.). Běžná je i možnost
sledování průběhu napětí na primárním i sekundárním vinutí
zapalovacích cívek.

Samotná funkce akčních členů (relé, elektromagnetické ventily,
motorky, stykače) se testuje přivedením napětí baterie
přímo na jejich svorky – při odpojených přívodech kabeláže.
Jejich správnou funkci překontrolujeme vizuálně nebo sluchově.
Vhodné je rovněž zařazení ampérmetru do přívodu ke členu a
změření proudu po odeznění přechodových dějů.

Postup při OBD II

Norma diagnostiky II stupně předepisuje její použití na
automobilech vybavených elektronicky řízenými systémy omezení
škodlivých emisí. Součástí normy jsou různá doporučení, např.
provedení diagnostické zásuvky, řešení iniciace samokontroly
úrovně signálů snímačů a výstupu dat z elektroniky samokontroly
apod. Pro tuto diagnostiku již musí být použito testerů
připojených k diagnostické zásuvce. Tyto pak umožní iniciovat
samokontrolu systémů a indikovat závady. Na displeji se objeví
nejen její kód, ale i doplňující údaje; zda jde o závadu trvalou
nebo přechodnou, spočívá-li závada v rozdílu mezi předpokládanou
a naměřenou hodnotou na výstupu snímače, případně jaké závady
jsou uloženy v paměti.

U zjištěných závad se také může zobrazit údaj o provozních
podmínkách, při nichž k závadě došlo. To v případě přechodné
závady, zaznamenané v paměti diagnostiky, která ale nerozsvítí
signalizační kontrolku.

U testerů bývá běžné i zařazení postupu pro vyhledání příčiny a
bližšího místa vzniku závady. Tento postup se může zobrazit na
displeji, nebo je popsán v manuálu spolu s odkazem na jednotlivé
kroky během vyhledávání.

Další body diagnostiky OBD II se provádějí pokud v paměti žádná
závada není. Buď proto, že samokontrola žádnou nezaznamenala,
nebo byly po jejich odstranění kódy závad z paměti vymazány.
Postup pro vymazání je uveden v manuálu nebo i na displeji v
pomocném menu (HELP).

Druhým bodem může být test akčních členů. U motorů se
vstřikováním se obvykle ověří nejprve akční člen regulace
volnoběhu, zpravidla motorek, který buď natočí škrticí klapku,
nebo ovládá průtok vzduchu obtokovým kanálkem této trysky. Během
testu se kontroluje funkce akčního členu pozorováním jeho
mechanického pohybu.

Dalším krokem testu akčních členů bývá
kontrola vstřikovacích trysek. Průběh signálu, pozorovaného
osciloskopem na přívodech trysek, je na obr. o67.

U některých
systémů můžeme osciloskopicky pozorovat všechny průběhy
současně, podobně jako u
zapalování, na displeji v řadě za sebou (nebo nad sebou).
Signály odebíráme z přívodů ke všem tryskám
vícebodového sekvenčního vstřikování. U jiných typů vícebodových
vstřikování (kontinuálního, simultánního) jsou průběhy u všech
trysek totožné.

Vlastní
funkci trysky můžeme obvykle kontrolovat pouze sluchem.

Při osciloskopické kontrole vstřikovacích trysek u stojícího
vozidla se šířka vstřikovacích pulsů se zvyšováním otáček nemá
měnit. Při jízdě se však bude zvětšovat při zvýšení zátěže motoru
(nemusí platit pro test pomocí vnitřní diagnostiky).

Kromě akčních členů přípravy směsi se provádí testování
elektropneumatických, případně elektrohydraulických ventilů
dalších dílů systémů řízení chodu motoru. Jde o regenerační
ventil odvětrávání palivové nádrže, ventil recirkulace výfukových
plynů, regulační ventil turbodmychadla přeplňovaných motorů, nebo
klapek ladění sacího potrubí motorů s atmosférickým plněním,
případně změny překrytí ventilů, pokud jsou tyto okruhy u motoru
testovaného vozidla použity.

Většinou se kontrola provádí poslechem nebo pozorováním, zda
ventil taktuje, případně se doplní osciloskopickou kontrolou
průběhu přiváděného signálu, eventuálně změřením ohmického odporu
vinutí elektromagnetu a jeho odporu proti kostře (při odpojených
přívodech). Někdy mívají důležité okruhy vlastní diagnostiku své
funkce, jak např. na obr. o68 uvedená recirkulace
výfukových plynů (EGR), jejíž ventil otevírá a uzavírá přívod
podtlaku ze sacího potrubí, čímž se řídí množství recirkulovaných
plynů. Podtlakem je ovládán diagnostický snímač. V případě, že
tento není spínán synchronně s taktovacím signálem, je
signalizována porucha. Podtlak je přiveden ze sacího potrubí
pracujícího motoru nebo z pomocného zdroje.

Funkce elektromagnetické části každého z testovaných akčních
členů je sice podmínkou správné činnosti pneumatického či
hydraulického
okruhu, ale sama o sobě ji nezaručuje. Při podezření, že okruh
přes správnou funkci elektromagnetu není v pořádku, prohlédneme,
zda není ucpán nebo neprosakuje-li.

U vozidel s přeplňovanými motory bývá na přístrojové desce často
indikátor zvýšení plnicího tlaku (boost), buď spojitý, nebo jako
kontrolka signalizující dosažení maximálního tlaku.

Některá vozidla mají další kontrolku signalizující, že dmychadlo
začíná vyrábět přeplňovací tlak.

Při diagnostice přeplňovaných motorů nikdy nesnímáme za provozu
vzduchový filtr, malé částice nečistot by mohly zničit oběžné
kolo dmychadla. Rovněž tak neodpojujeme za chodu vzduchovou
hadičku mezi tělesem škrticí klapky a turbodmychadlem, nebo od
turbodmychadla k sacímu potrubí. škrtící klapka by pak nemohla
ovládat množství vzduchu přicházejícího do motoru a nadměrná
rychlost otáčení by motor poškodila.

Aby bylo dmychadlo odpovídajícím způsobem mazáno, musí být
motorový olej a olejový filtr měněn v doporučených intervalech.
Hladina oleje musí být udržována na horní značce ponorné měrky,
hladina chladicí kapaliny mezi značkami maxima a minima na
regenerační nádržce. Jestliže část chladicí
kapaliny


Týká se chladicí soustavy přetlakového vzduchu,
je-li použita, nikoli chlazení motoru.

ze soustavy
vyteče, musí být soustava nejen doplněna, ale i odvzdušněna.

Po testování akčních členů provede vnitřní diagnostika porovnání
požadovaných a skutečných hodnot signálů v celé soustavě řízení
chodu motoru.

Pokud je použito univerzálního testeru, musí být vložen
programový modul pro příslušný typ vozidla. Ten obsahuje potřebné
hodnoty srovnávaných diagnostikovaných parametrů, ale i provozní
hodnoty, za kterých mají být měřeny. Také obsahuje řídicí program
diagnostiky, kterým se vnitřní diagnostika z testeru ovládá,
protože její inicializace bývá u různých vozidel odlišná.

Hodnoty signálů naměřených na snímačích soustavy vnitřní
diagnostikou se do testeru přivádí datovým vedením, které je
různě uspořádáno.

Někteří výrobci osciloskopů pro autodiagnostiku uvádějí, že jsou
vhodné i pro diagnostiku OBD II. To ovšem často spočívá v tom, že
se na vstup jednoho jeho kanálu připojí (obvykle nabodávacím
hrotem) datové vedení k připojenému testeru. Signály jsou tímto
vedením přenášeny formou pulsů; na displeji testeru se zobrazí v
alfanumerické formě a na osciloskopu jako pulsy různého počtu s
různými mezerami.

Na druhém kanálu se zobrazí vzorový průběh z paměti osciloskopu a
srovnáním průběhů se dá odhadnout výskyt závady.

Takovéto použití osciloskopu je ale podmíněno iniciováním
samokontroly vnitřní diagnostiky buď testerem nebo jiným vnějším
zásahem.

Poznámky k vnitřní diagnostice

Postup při provádění vnitřní diagnostiky elektronického systému
se samokontrolou funkce lze shrnout do
diagramu.


Diagnostický  postup

Rozsah a hloubka testů je závislá na složitosti systému a
dostupnosti dat.

Z diagramu je zřejmý rozdíl mezi typem diagnostiky OBD I a OBD
II. Univerzální testery pro typ OBD II bývají obvykle
konstruovány i pro využití s typem OBD I. U nich bývá někdy možné
čtení blikavého kódu ze svitu signálky závady pomocí optické
čtečky. Je to pro případ, že na diagnostickém konektoru lze
iniciovat provedení samokontroly, ale data mají výstup pouze na
kontrolku.

Při využívání vnitřní diagnostiky vozidla k vyhledávání příčiny
závady je účelné dbát na následující:

  1. U některých systémů jsou do paměti závad nejdříve ukládány
    trvalé závady, tj. ty, které jsou přítomny v době provádění
    testu.
  2. Přechodné závady, které se vyskytly před prováděním vnitřní
    diagnostiky, ale v době testu již netrvají, jsou v paměti až za
    trvalými závadami a odděleny od nich oddělovacím kódem.
  3. Nejprve opravujeme trvalé závady a pak hledáme možné
    příčiny přechodných.
  4. Opravu začneme závadou s nejnižším číselným kódem. V mnoha
    případech může být vadný snímač příčinou záznamu více kódů závad.
  5. Protože při přechodné závadě kontrolka na přístrojové desce
    nesvítí, má zhasnout po odstranění trvalých závad. Potom lze
    usnadnit vyhledání příčin přechodných závad uložených v paměti
    tak, že pohybujeme, kroutíme i ohýbáme kabeláží a konektory přívodů
    k místu předpokládané závady. Případně poklepáváme na podezřelé
    díly.
    Sledujeme kontrolku, přitom zapneme pouze zapalování, nikoli
    motor, ani neiniciujeme vnitřní diagnostiku.
  6. Je-li tester vybaven pomocným menu optimálního postupu při
    vyhledání závad, používáme těchto doporučení.
  7. Vždy máme na paměti, že není-li zaznamenán žádný kód
    závady, nemáme záruku, že je vše v pořádku. Stav musíme ověřit
    dalšími testy a měřeními (emisí, spotřeby, výkonu apod).
  8. Vnitřní diagnostika zachytí pouze závady trvající určitou
    minimální dobu. Velmi krátké přechodné poruchy, které se ale
    mohou projevit na chodu motoru, zpravidla nezaregistruje. Jejich
    výskyt musíme určit jinými způsoby, nejsnáze osciloskopem.

Kontrola systémů bez vnitřní diagnostiky

Vnitřní diagnostika OBD typů I případně II nebývá u dříve
vyrobených automobilů, nebo vyrobených v zemích, kde zatím
neplatí příslušné normy.

V těchto případech musíme zvolit jiný postup. Přítomnost závady v
systému řízení chodu motoru, bez ohledu na jeho složitost, můžeme
odhadnout z příznaků v chování motoru. Různé příznaky způsobené
závadami zapalování jsou shrnuty v
tabulce. Čísla
uvádí jednotlivé části soustavy zapalování a to v pořadí jejich
kontroly. Díly, jejichž čísla jsou v závorkách, nemusí být dané
vozidlo vybaveno.

Příznaky závad zapalování
závada postup kontroly
motor startuje
nestartuje vůbec * 1 2 3 4 5 6 7 8 (9) (10) 13 15 studený špatně * 1 2 3 4 5 6 7 8 (9) (16) (17) za vlhka špatně 2 3 5 1 6 horký špatně 5 7 8 (10) 13 (16) (17) motor má výpadky zapalování 1 2 3 5 6 4 po startu zháší 9 5 7 8 13 (16) se horký zastaví 5 7 8 9 10 13 (14) se přehřívá 6 2 klepe při akceleraci (14) 6 11 12 1 motor má nízký výkon 6 11 12 8 5 (10) samozápaly 6 1 nadměrnou spotřebu 1 6 11 12 (10) (16) (17) nepravidelný volnoběh 1 2 6 5 8 (14) (15) (17) (16) zpětné rázy 6 2 emise nevyhovuje CO ** 6 nevyhovuje HC ** 1 2 3

Je-li příznak označen *, nejprve zkontrolujeme
napětí baterie, úbytky na
zemním propojení a napětí na zapalování.

Příznaky označené ** vyplývají z měření
emisí CO, HC a CO2.
Jestliže jsou emise CO2
příliš nízké (< 8 %) svědčí to o špatné funkci zapalování. Jsou-li přitom emise CO vysoké (> 3 %), zkontrolujeme
složení směsi.
Je-li
lambda
< 0.95 (bohatá směs) je vzrůst emisí je způsoben
velkým předstihem.

Při nízké úrovni CO2 a obsahu
CO pod 3 % se posuzuje úroveň
emisí HC.
Je-li větší než 200 ppm, mohou být příčinou
závady dílů uvedených v
tabulce.

Je-li vozidlo vybaveno oxidačním (nebo třísložkovým)
katalyzátorem, měříme emise CO a HC před ním.

Přiřazení čísel k jednotlivým dílům

1 Zapalovací svíčky

U svíček se posuzuje velikost zapalovacího
napětí,
(příp.), která je
závislá na mezielektrodové vzdálenosti, na stavu elektrod a na
zatížení motoru. Zatížení lze krátkodobě imitovat rychlým
přidáním plynu vycházeje z 1000 ot/min. Lze také poznat
nadměrné znečištění svíčky, a to podle průběhu tzv. linie
spalovacího napětí, která je u svíčky silně zanesené sazemi nebo
zaolejované šikmá a neklidná, často také překryta menším
kmitáním. Bod začátku napětí výboje poskakuje.

2 Vn kabely k rozdělovači a zapalovací cívce

3 Víčko rozdělovače

4 Palec rozdělovače

Podle průběhu linie napětí výboje se posuzují i odrušovací
rezistory v koncovkách svíček, odrušovací odpor v palci
rozdělovače a odporové vn kabely. Tyto mohou být spáleny nebo
zuhelnatělé, čímž se jejich odpor zvýší. Linie napětí výboje je
pak šikmá a leží příliš vysoko.

Je-li tomu tak u všech válců, je vadný odrušovací odpor v palci
rozdělovače nebo odporový vn kabel mezi cívkou a rozdělovačem.

Najdeme-li tento úkaz pouze u některého válce, je vadný pouze
příslušný vn kabel nebo odrušovací rezistor v koncovce svíčky.
Závadu ověříme
změřením odporu ohmetrem.

U víčka rozdělovače dochází obvykle ke zhoršení vysokonapěťové
izolace vlivem trhlin a cest pro plazivé proudy. Osciloskopem
zjistíme menší jehlu zapalovacího napětí a nižší linii napětí
výboje.

Předchozí díly můžeme zkontrolovat vizuálně.
Kontrola osciloskopem
připojeným přes kapacitní
dělič k vn kabelu cívky a synchronizovaným od 1. válce
je ale mnohem rychlejší a důkladnější.

5 Zapalovací cívka

Může mít přerušené sekundární vinutí, mezizávitový zkrat v
primáru a vadnou vysokonapěťovou izolaci víčka.

První dvě závady zjistíme změřením odporu,
jak bylo již popsáno, nebo také
osciloskopem. Při přerušení sekundárního vinutí chybí na
zobrazeném průběhu sekundárního vinutí všech válců zákmity v
oblasti dokmitávání a sepnutí jsou u všech válců silně zatlumeny,
nebo vůbec chybí.

Vadná vn izolace víčka cívky je způsobena stejnými příčinami jako
u ostatních výše uvedených dílů a její projev na osciloskopickém
obrazu je obdobný.

Mimo uvedené závady může dojít k chybnému pólování cívky, což
může způsobit problémy se startováním nebo výpadky zapalování.
Závada se projeví při osciloskopické kontrole opačným zobrazením
normálního průběhu. Jehly zapalovacího napětí směřují dolů.

6 Nastavení předstihu a nesprávný sled zážehů

Seřízení a kontrola předstihu byla již
popsána.
Nesprávný sled zážehů bývá způsoben přehozením kabelů ke svíčkám
válců.

7 Snímač otáček v rozdělovači – bezkontaktní přerušování

8 Elektronický spínač

Kontrola obou dílů je uvedena v
kapitole.

9 Předřadný odpor zapalovací cívky

Je-li instalován, změříme jej ohmetrem.

10 Snímač polohy klikového hřídele

Kontrolujeme
měřením výstupního napětí snímače osciloskopem nebo
multimetrem. U magnetoelektrických snímačů
můžeme také změřit odpor jeho vinutí. Ten však nepostihuje vliv
magnetického obvodu, jeho závad a justáže.

11 Podtlaková regulace předstihu

12 Odstředivá nebo otáčková regulace předstihu

Funkce regulace předstihu, ať mechanické nebo elektronické, se
kontroluje při pracujícím
motoru.

13 Kabeláž a konektory

Kontrolujeme je vizuálně, změřením odporu spojení, přerušení,
svodů na kostru apod. Je vhodné při měření s kabeláží pohybovat a
ohýbat ji, aby se projevily i viklavé kontakty, přechodové odpory
apod.

14 Snímač klepání

16 Snímač teploty chladicí kapaliny

17 Snímač teploty nasávaného vzduchu

Tyto díly se kontrolují změřením jejich
výstupních parametrů osciloskopem nebo multimetrem. Přitom se má
vhodným
způsobem měnit veličina, kterou snímají.

15 Rozdělení zapalovacího napětí

Kontrolu provedeme změřením průběhů sekundárního napětí
osciloskopem, který je spouštěn od 1. válce. Vstup vertikálního
zesilovače připojíme u systémů s rotujícím rozdělováním k vn
kabelu mezi cívku a rozdělovač (přes kapacitní dělič).
Funkce rozdělování ověříme tak, že vn odporové kabely
postupně odpojujeme od svíček a připojujeme k zemnicímu
přípravku. Měříme velikost jehly zapalovacího napětí uzemněného
kabelu a podle ní posuzujeme správnost této cesty. U rozdělovačů
s velkým průměrem víčka, u kterých je mezera mezi elektrodami
palce a víčka až 2.5 mm, by mělo poklesnout zapalovací napětí
na 8 kV a méně. U ostatních typů rozdělovačů bývá zmíněná
mezera necelý 1 mm a zapalovací napětí se sníží na max.
5 kV. Naměříme-li vyšší napětí, je v této cestě nadměrný
odpor, větší mezera apod.

U bezrozdělovačových systémů se vstup vertikálního zesilovače
připojí k vývodům od zapalovacích cívek ke svíčkám, nebo k
vývodům vhodného adaptéru. Výstupy z těchto snímačů se sloučí
slučovačem, jehož výstup pak přivádí výsledný signál do
vertikálního zesilovače osciloskopu. Na něm pak porovnáváme
průběhy sekundárního napětí na všech svíčkách.

Závady vstřikování paliva

Obdobnou
tabulku lze sestavit i pro závady
související se vstřikováním paliva. Vzhledem k větší rozmanitosti
principů funkce, typů vstřikování a složitosti systémů, bude
taková tabulka podstatně obsáhlejší. Přitom se u jednotlivých
systémů nebudou vyskytovat všechny z uvedených příznaků. Také
obsah položek určujících postup kontroly bude závislý na
konkrétním provedení systému.

Příznaky závad zapalování
závada postup kontroly
motor nestartuje vůbec * 1 2 4 5 (6) 7 8 (9) 10 11 12 (13) (15) 16 špatně * 1 2 18 9 10 (16) 11 (19) studený špatně * 1 2 (3) 11 (4) 12 6 7 5 17 8 (24) horký špatně * 1 2 6 11 (4) 7 6 8 (14) (24) motor po startu zhasne 1 2 17 12 8 (9) (19) (15) (10) (22) (23) často zháší 2 17 1 7 12 5 10 9 11 (16) 8 horký často zháší způsobují hlavně 7 5 8 studený často zháší způsobují hlavně 12 5 7 8 běží nerovnoměrně 2 1 7 12 5 8 (13) trhá při jízdě 11 1 17 5 6 (14) (24) 8 špatně jede při konst. ot. ** 5 17 7 9 11 16 1 2 8 přehřívá se seřízení CO motor má malou odezvu 17 11 1 2 7 5 8 velkou spotřebu 11 2 7 5 6 9 (14) 17 (13) 20 16 8 samozápaly 9 17 11 5 8 motor klepe stále ** 1 2 7 5 (14) 6 12 (21) 17 10 (13) 19 22 8 při akceleraci (14) 1 2 7 5 6 8 volnoběh nepravidelný 12 2 17 11 18 (3) (4) (9) 6 7 5 8
(14) (20) (13) (21)
špatný za studena způsobují hlavně 12 (24) nesprávné otáčky 12 17 6 11 (3) (4) 5 8 nízké otáčky způsobuje hlavně 17 vysoké otáčky způsobují hlavně 17 2 5 7 díry u akcelerace * 2 9 11 (25) 12 7 (16) 17 10 15 6 20 (22) 8 studeného motoru 6 teplého motoru 7 19 konst. otáček 1 2 6 9 11 12 5 8 výpadky zapalování ve volnoběhu 11 2 7 5 8 6 1 při konst. otáčkách 6 12 11 7 5 8 nerovnoměrné otáčky způsobují hlavně 1 11 17 nízký výkon stále * 1 2 11 (4) 17 6 7 5 20 8 (22) (23) (24) v malých otáčkách provést hlavně 11 2 1 7 5 8 v velkých otáčkách provést hlavně 1 2 5 7 11 (16) (9) emise vysoké CO 11 16 17 12 5 20 8 vysoké CO i HC 11 7 6 17 5 8 nízké CO 1 2 5 7 20 8 směs bohatá 7 5 9 11 16 chudá 7 5 9 11 16 u Mitsubishi, Hyunday 6 16 11 9 17 10

Je-li příznak označen *, zkontrolujeme nejprve napětí baterie,
úbytky napětí na zemnicích přívodech, napětí na vstřikovacích
tryskách a ostatních elektromagnetických ventilech, relé a
elektromotorech.

Pokud se příznaky označené ** projevují u systémů s obvody
samokontroly a/nebo s přepínáním na nouzový provozní režim,
zkontrolujeme, zda systém nepracuje v tomto režimu. To může být
jedním z důvodů způsobujících daný příznak.

CO a HC
měříme před katalyzátorem. Je-li jím vozidlo vybaveno,
můžeme porovnat účinnost oxidační části měřením hodnot emisí
CO a HC
před a za katalyzátorem. Při měření zahřátého motoru ve
volnoběhu má být hodnota emisí CO  HC  úroveň O2
za katalyzátorem bude nižší než před ním, protože
kyslík se spotřebovává na oxidaci zplodin.

U většiny příznaků je důležitým bodem kontrola těsnosti sacího
traktu a průchodnosti vzduchového filtru. Netěsnost sacího
potrubí vede k nekontrolovanému ochuzení směsi, protože vzduch
může být nasáván cestami mimo měřiče jeho množství.

Zhoršení průchodnosti vzduchového filtru (čističe vzduchu) bývá
příčinou nízkého výkonu motoru, nerovnoměrnosti jeho chodu,
zejména ve volnoběhu apod.

Přiřazení čísel k jednotlivým dílům

1 Palivové čerpadlo, jeho relé, příp. relé systému

Není-li po zapnutí klíčku spínací skříňky slyšet chod palivového
čerpadla, zkontrolujeme napájecí napětí a jeho okruh. V
elektrickém okruhu bývá setrvačníkový vypínač, který vypne
čerpadlo při nárazu, aby nedošlo k případnému vytékání paliva po
havárii.

Je-li vinutí relé elektricky v pořádku, zkontrolujeme obvod
spínacích kontaktů. Nejsnáze vyjmutím relé a přemostěním zdířek
patice pro kontakty drátovou spojkou. Jsou-li kontakty vadné,
dojde nyní po zapnutí klíčku zapalování k rozběhnutí čerpadla.

Kontrola funkce čerpadla je popsána v
kapitole.

2 Palivový filtr a okruh přívodu paliva k tryskám

Filtr zachycuje částice nečistot v palivu, aby se nedostaly do
trysek a regulátoru palivového tlaku. Bývá umístěn buď pod
vozidlem v blízkosti nádrže nebo v motorovém prostoru. Vlastní
papírový díl filtru se nachází v uzavřeném hliníkovém pouzdře s
integrovaným kovovým sítkem na jednom konci. Proto musí být
bezpodmínečně dodržen směr průtoku vyznačený na pouzdře.

Průtočnost celého palivového přívodu se kontroluje dle
kapitoly.

3 Časový termospínač

Je to elektricky vyhřívaný bimetalový spínač, který řídí dobu
otevření obohacovací trysky studeného startu, aby nebyla příliš
dlouho otevřena. To by mohlo způsobit znečištění zapalovacích
svíček nebo zahlcení motoru palivem. Je vyhřívána elektrickým
proudem z řídicí jednotky a podle teploty spíná nebo rozepíná své
kontakty. Funkci kontrolujeme změřením doby potřebné k rozepnutí
spínače při průtoku jmenovitého proudu obohacovací trysky.

4 Tryska obohacení směsi při studeném startu

Jde o separátní vstřikovací trysku, obvykle umístěnou ve sběrném
sacím potrubí. Obohacuje směs během zahřívací fáze motoru. U
novějších systémů již není a obohacení při startu se provádí
zvýšením přívodu paliva vstřikovacími tryskami.

Funkci trysky kontrolujeme dle
kapitoly.

5 Vstřikovací trysky

Kontrolují se postupem podle
kapitoly. Náhradním, i když
ne plnohodnotným, řešením může být osciloskopická kontrola, viz
obr. o68. Pro větší věrohodnost by měla být doplněna měřením
emisí, případně i výkonu motoru.

6 Měřič množství nasávaného vzduchu

Postup kontroly je závislý na typu snímače měřené veličiny. U
měřičů s náporovou (vzdouvací) klapkou se používá
potenciometrického typu snímače. Používají se u systémů se
spojitým vícebodovým vstřikováním i u starších vícebodových
časovaných vstřikování. Kontrolujeme jej měřením ohmického odporu
snímače a jeho změn, přičemž je snímač odpojen od kabeláže
systému.

Kromě měření odporu je žádoucí provést osciloskopickou kontrolu,
tzv. zkoušku šumu, při které je kabeláž ke snímači připojena a
systém zapnut. Vzdouvací klapka se několikrát vychýlí a průběh
signálu na osciloskopu musí být bez přerušení nebo „šumu“.
Současně se má měnit napětí signálu od nuly ve výchozí poloze
klapky směrem k vyšším hodnotám.

Novější typy snímačů jsou součástí můstku, ze kterého se odvádí k
řídicí jednotce stejnosměrné napětí úměrné změnám vyvolaným
množstvím procházejícího vzduchu. Toto napětí můžeme zkontrolovat
multimetrem nebo osciloskopem. Bude se měnit při změnách otáček a
zatížení motoru, nemá se však měnit se změnou teploty nasávaného
vzduchu. Tyto teplotní změny lze imitovat vyhřívaným ventilátorem
(např. fén na vlasy).

U snímačů s vyhřívaným drátem se musí také ověřit funkce obvodu
krátkodobého vyžhavení drátu po vypnutí motoru. Teplota drátu se
zvýší asi na
1000°C po dobu asi kolem 4 s. Rozžhavení drátu
můžeme pozorovat vizuálně. Před kontrolou musí být motor zahřát
na provozní teplotu, při níž má pracovat nejméně 5 min.
Poté jeho otáčky zvýšíme nad 2500 /min a vypneme zapalování.
Drát snímače se musí krátkodobě rozžhavit.

Posledním z používaných typů měřiče je tzv. Karmanův, pracující
na principu vířivého proudění. Jeho výstupním signálem jsou
pulsy, jejichž četnost je úměrná množství procházejícího vzduchu.
Kontrolu lze provádět osciloskopem nebo multimetrem s možností
indikace kmitočtu.

7 Regulátor tlaku paliva a dopravované množství

Způsob kontroly je popsán v
kapitole.

8 Řídící jednotka a kabeláž s konektory

Kontrola řídicí jednotky je nejkomplikovanějším bodem. Její
postup je závislý na diagnostických prostředcích, které jsou k
dispozici.

Je-li k dispozici druhá řídicí jednotka stejného typu jako
kontrolovaná, vyměníme ji a porovnáme různé činnosti motoru nebo
regulačního systému s oběma jednotkami. Srovnávacími hledisky
mohou být osciloskopické průběhy vstupních a výstupních signálů
řídicí jednotky, výkon a emise motoru apod.

Další možností je použití různých testerů, které jsou určeny pro
takovou kontrolu. Obvykle umožňují ověřit stav a funkci snímačů i
akčních členů elektronického systému obvykle bez řídicí jednotky.
Poté ověří funkci řídicí jednotky tím, že imitují změny
elektrických signálů vytvářených různými snímači provozních
podmínek motoru. Přitom se kontroluje odezva řídicí jednotky buď
osciloskopickým sledováním výstupních signálů, nebo lépe, z
odezvy motoru kontrolované motortesterem či měřičem emisí.

Poslední možností je využití vnitřní
diagnostiky elektronického
systému.

Pokud je řídicí jednotka vybavena „nouzovým režimem“,
vyvoláme jej imitováním závady některého z dílů sledovaných
samokontrolou. To lze provést třeba odpojením snímače
od kabeláže.
Přechod do nouzového režimu se projeví změnou předstihu,
poklesem otáček nebo výkonu apod.

Po uvedení systému do provozuschopného stavu a provedených
kontrolách neopomeneme vymazat závadu z paměti samokontroly.

Kabeláž kontrolujeme jednak vizuálně prohlédnutím stavu spojů,
zástrček, zásuvek atd. Dále zkontrolujeme vodivost vodičů, jejich
izolaci proti kostře, tj. přerušení a zkraty. Měříme ohmetrem.

Posledním bodem kontroly je sledování za provozu, přičemž
pohybujeme kabeláží a zástrčkami, aby se projevily i případné
přechodné závady vlivem přelomení vodičů, „studeného“ spoje v
konektoru apod.

9 Snímač tlaku v sacím potrubí a atmosférického tlaku

Podle typu a provedení snímače se kontroluje osciloskopicky nebo
multimetrem. Při kontrole je vhodné přivést ke vstupnímu otvoru
snímače různý tlak z vnějšího přístroje vytvářejícího definované
úrovně tlaku.

10 Snímače otáček a polohy klikové hřídele

Poloha těchto snímačů vzhledem k horní úvrati 1. válce je závislá
na tom, kde jsou umístěny. Jsou-li u klikového hřídele, je jejich
poloha obvykle fixována při výrobě motoru a nelze ji měnit.
Naopak snímače v rozdělovači vyžadují kontrolu polohy, obvykle
vzhledem k poloze horní úvrati 1. válce.

Kontrola spočívá ve změření elektrických parametrů
snímače.

U snímačů na klikové hřídeli zkontrolujeme velikost mezery
magnetického obvodu, která značně ovlivňuje hodnotu jejich
výstupního napětí.

11 Snímač teploty chladicí kapaliny

16 Snímač teploty nasávaného vzduchu

Oba jsou založeny na využití tepelně závislého rezistoru. Měříme
hodnotu jejich odporu a změnu odporu při změně měřeného
parametru. Např. při ponoření snímače do různě teplých kapalin,
nebo ofukování ventilátorem s ohřevem.

12 Regulace volnoběžných otáček

Volnoběžné otáčky se řídí množstvím vzduchu, který je v tomto
režimu přiváděn pro tvorbu směsi. Při volnoběhu je škrticí klapka
v poloze odpovídající minimálnímu přípustnému množství směsi pro
zadané volnoběžné otáčky. Obvykle se nastavuje mechanickým
stavěcím prvkem, kterým se po zahřátí motoru nastaví volnoběžné
otáčky.

Vzhledem k potřebě udržet je stálé i při změně provozních
podmínek, např. postupným zahříváním motoru nebo změnou zatížení
při změně odběru proudu z alternátoru, je součástí systému
přípravy směsi i regulační obvod. Ten reguluje množství
přídavného vzduchu tak, aby otáčky zůstaly konstantní. Přídavný
vzduch tedy obohacuje směs při studeném motoru a následné fázi
zahřívání.

Množství přídavného vzduchu může být řízeno lineárním akčním
členem, to jest proporcionálně pracujícím elektromagnetickým
ventilem. Průtok závisí na době jeho otevření. Jinou možností je
otáčivý akční člen, tj. elektromotorek, který natáčí mechanický
prvek v obou směrech. Tím se různě otevírá průchod vzduchu a to
buď obtokovým kanálkem nebo malým natáčením škrticí klapky kolem
polohy pro volnoběh.

Kontrola funkce se provádí osciloskopickým pozorováním
elektrického signálu akčního členu a současným poslechem či
pozorováním jeho mechanického pohybu. Jestliže je signál v
pořádku a k mechanickému pohybu nedojde, zkontrolujeme ohmický
stav vinutí, případně měříme proud (např. klešťovým ampérmetrem).
Podle výsledku pak provedeme případnou opravu mechanické části
akčního členu.

13 Recirkulace výfukových plynů

Ventil regulace zpětného vedení výfukových plynů do sacího
potrubí je ovládán buď mechanicky nebo elektricky. Protože při
volnoběžných otáčkách nemají být výfukové plyny do sání
přiváděny, lze toho diagnosticky využít. Zůstává-li ventil trvale
otevřen, projeví se to tvrdým nebo velmi nerovnoměrným chodem ve
volnoběhu. Příčinou může být závada samotného ventilu nebo jeho
ovládání.

Otevírání a uzavírání tohoto ventilu je ovládáno
podtlakem přicházejícím ze zvláštního otvoru


Buď přímo
z tohoto otvoru nebo přes další díly, které jej mohou ovládat
podle dalších parametrů.

určeného pro ERG
u škrticí klapky. Jeho funkci můžeme ověřit odpojením přívodu k
místu ovládání a připojením k měřicímu vakuovému čerpadlu.
Většina ventilů se uzavře při podtlaku menším než 10 kPa.
Snižujeme tedy podtlak čerpadla a sledujeme chování motoru ve
volnoběhu. Jestliže se ventil uzavírá, bude chod klidný, v
opačném případě je ventil vadný. Poté
podtlak čerpadla zvyšujeme až dojde k otevření ventilu, což se
projeví poklesem volnoběžných otáček až na 150 ot/min,
případně zastavením motoru. Jsou-li změny otáček velmi malé,
svědčí to rovněž o vadě ventilu.

Některé ventily jsou mimo to navíc ovládány i tlakem výfukových
plynů. Ovládání je aktivní v oblasti středních otáček motoru při
otevření škrticí klapky. Aby nedošlo k otevření recirkulace při
nízkých otáčkách v důsledku poklesu podtlaku otevřením klapky, je
tento pokles kompenzován tlakem výfukových plynů a ventil zůstává
dále uzavřen, dokud se otáčky motoru dostatečně nezvýší.

Kontrolu tohoto okruhu provedeme tak, že při volnoběhu nastavíme
čerpadlo na podtlak, při němž se ventil uzavře. Poté se otevřením
škrticí klapky zvýší otáčky asi na 1500 ot/min. Malé změny
rychlosti otáček signalizují správnou funkci takovéhoto ventilu.
Nedochází-li ke změnám, je ventil trvale otevřen.

Je-li výsledek kontroly ventilu vyhovující, ověříme okruh jeho
ovládání. Postup závisí od provedení ovládacího okruhu.

  1. Je-li ventil napojen bezprostředně k příslušnému otvoru u
    škrticí klapky, zkontrolujeme vzduchotěsnost přívodu i sacího
    potrubí.
  2. Je-li ovládání mechanické, nejčastěji uzavírá přívod
    podtlaku do recirkulačního ventilu další, teplotou ovládaný ventil,
    dokud se teplota motoru dostatečně nezvýší. Recirkulace
    výfukových plynů totiž snižuje teplotu spalování, což není ve
    fázi zahřívání motoru žádoucí. Kontrola se provede obdobně, pouze
    měřicí čerpadlo se připojí ke vstupu teplotního ventilu a nastaví
    se na podtlak, při kterém se recirkulační ventil otevírá. U
    studeného motoru má být volnoběh klidný, po zahřátí se teplotní
    ventil otevře a následně i recirkulační, což vede k dříve uvedené
    změně volnoběhu.
  3. U elektronického ovládání se používá elektromagnetického
    ventilu, k jehož vinutí se přivádí elektrické impulsy z řídicí
    jednotky. Ty se kontrolují osciloskopicky, samotný ovládací
    ventil pak průchodem podtlaku při elektrickém otevírání a uzavírání
    (impulsním z řídicí jednotky nebo trvalým z baterie). U nových
    systémů se používá pomocného kontrolního obvodu, viz obr. o68.
  4. U různých typů vozidel, zejména vyšší kategorie, existují
    další ovládací okruhy. Vzhledem k jejich omezenému počtu je
    zde nepopisujeme a kontrolu provádíme dle instrukcí výrobce.

14

Pod tímto bodem jsou zahrnuty tři položky.


Z důvodu přehlednosti. Málokdy se vyskytnou na motoru současně.

  1. Regulace parametrů motoru při klepání.Klepání motoru vlivem detonačního hoření způsobuje nadměrný
    předstih. Při výskytu klepání mají obvody regulace předstih
    snižovat. Kontrolu jejich správné funkce lze provést změřením
    změny předstihu při imitování klepání motoru
    (poklep
    kladívkem). Kontrolu provádíme při
    otáčkách kolem 1500 ot/min. Poklep provádíme v intervalech po
    jedné sekundě. Po každém poklepu má předstih klesnout o
    3° – 4° a to do určité maximální hodnoty kolem
    20°, od které dále
    neklesá. Po přerušení klepání se má postupně vracet k původní
    hodnotě.Jestliže ke změnám předstihu nedochází, zkontrolujeme výstupní
    signál snímače klepání, nejlépe osciloskopem.

    Zjednodušenou zkoušku provedeme kontrolou změny otáček, při
    poklepu mají poklesnout.

    U přeplňovaných motorů se podle výskytu klepání ovlivňuje plnicí
    tlak a tím i poměry ve válci při zážehu. Kontrola řízení plnicího
    tlaku je popsána v bodě 21.

  2. Předehřívání vstřikovaného paliva.Některá vozidla jsou vybavena ohřívacím tělískem, kolem kterého
    prochází palivo vstřikované na sací ventil. Protože ohřívací
    tělísko je zpravidla odporové, provede se kontrola změřením jeho
    odporu nebo proudu po přivedení napětí. To můžeme přivést z
    řídicí jednotky u studeného motoru, nebo krátkodobě z baterie.
  3. Katalyzátor.Pokud je jím vozidlo vybaveno, může být i on příčinou takovýchto
    příznaků. Katalyzátor kontrolujeme měřením úrovně emisí škodlivin
    před a za ním. Funkci oxidační části posoudíme podle úbytku
    kyslíku ve výfukových plynech za katalyzátorem.

15 Snímač vačkové hřídele

Podobně jako u snímání otáček a polohy horní úvrati 1. válce na
klikové hřídeli, je provedení snímačů na vačkové hřídeli
nejrůznější.

Nejjednodušší variantou je jeden snímač umístěný v rozdělovači.
Ten je poháněn z vačkové hřídele buď přímo, nebo prostřednictvím
převodu. Snímač může sloužit buď ke snímání otáček motoru a
polohy hřídele současně, nebo jen pro snímání polohy. Snímač pak
bývá u klikové hřídele.

Další variantou jsou dva snímače, tj. otáček a polohy samostatně.
Oba jsou umístěny v rozdělovači na vačkové hřídeli, pokud je vn
rozdělováno mechanicky.

Na rozdíl od snímačů u klikové hřídele je poloha snímačů u
vačkové hřídele nastavována při seřizování motoru. Proto je třeba
důsledně ověřit správné nastavení této polohy.

Snímače se kontrolují měřením výstupních signálů osciloskopem
nebo multimetrem.

17 Snímání polohy škrticí klapky

Snímače polohy škrticí klapky jsou buď koncové spínače, které
spínají při jejím uzavření nebo maximálním otevření, nebo
potenciometrické snímače měřící i úhel jejího natočení.

Podle typu snímače se volí způsob kontroly. Spínače se kontrolují
ohmetrem na sepnutí v příslušných polohách a rozepnutí mimo ně.
Případně nastavíme polohu sepnutí v souladu s odpovídající
polohou škrticí klapky.

U snímačů potenciometrického typu se kontroluje změna hodnoty
odporu při natáčení škrticí klapky. Má být plynulá a v souladu s
údaji výrobce. Je žádoucí provést rovněž osciloskopickou kontrolu
výstupního signálu snímače spojeného s řídicí jednotkou. Tím
prověříme stav odporové dráhy i pohyblivého sběracího kontaktu.
Signál má být spojitý, bez přerušení a s minimálním „šumem“.
Důležité je také ověření, zda napěťový průběh od uzavření do
maximálního otevření škrticí klapky odpovídá nastavovacím
hodnotám výrobce. Nelze-li při případném rozdílu snímač
seřídit, musíme jej vyměnit.

18 Zapalování a svíčky

Postup a způsoby kontroly viz diagnostika
zapalování,
napětí na svíčce a zapalovací
svíčky.

19 Soustava regenerace odpařovaného paliva

Páry paliva z nádrže se shromažďují v nádržce s aktivním uhlím.
Pak jsou přepouštěny elektromagneticky ovládaným ventilem do
sacího potrubí. K přepouštění obvykle dochází při volnoběžném
chodu zahřátého motoru. Kontrolu spínání přepouštěcího ventilu
lze provést poslechem nebo osciloskopickým pozorováním ovládacího
signálu z řídicí jednotky.

Samotný ventil lze ověřit měřicím
tlakovým čerpadlem, které se připojí ke vstupu ventilu. Po
natlakování připojeného čerpadla na tlak poněkud větší než
atmosférický se ventil sepne přivedením napětí na jeho vinutí.
Tlak má poklesnout na atmosférický, jinak ventil není v pořádku.

20 Snímač
lambda

Pro zkoušku
lambda
snímače musí být motor zahřát na provozní
teplotu. Místo přívodní kabeláže připojíme multimetr přepnutý na
měření napětí. Při omezení přívodu vzduchu ke vzduchovému čističi
by mělo být výstupní napětí snímače 700 – 900 mV. Po
odpojení vakuové hadičky posilovače brzd má poklesnout na 100
- 300 mV.

Snímač lze také přezkoušet propanovým hořákem (obr. o69).
Vložíme-li snímač do vrcholu plamene hořáku poblíž světlemodrého
oxidačního kužele, má multimetr ukázat asi po 1 min
800 mV a více. Po vyjmutí z plamene má napětí poklesnout
během 2 s na max. 200 mV.

U elektricky vyhřívaného snímače změříme také odpor jeho
vyhřívacího tělíska, který má být kolem 5 Ohmů.

Celý systém
lambda
regulace ověříme měřením úrovně emisí CO.
Postupujeme tak, že při zahřátém motoru odpojíme konektor od
lambda
snímače a sejmeme podtlakovou hadičku od regulátoru
tlaku. Motor se nechá ve volnoběžných otáčkách a obsah
CO musí vzrůst. Po zapojení konektoru snímače musí obsah
CO opět klesnout na původní předepsanou hodnotu.

Na zkoušení
lambda
snímače, případně celého systému regulace,
existuje řada testerů. Při jejich použití postupujeme dle návodu
k obsluze.

Závada
lambda
regulace může být také způsobena znečištěnými
svíčkami. Ze snímače pak přichází signál „chudá směs“, protože
detekuje nespálený kyslík ve výfukových plynech.

Snímač může být poškozen olovnatým benzinem nebo některými typy
těsnicích směsí na armaturách sacího potrubí. Užíváme proto jen
směsí doporučených výrobcem.

21 Regulace plnicího tlaku u přeplňovaných motorů

Přeplňováním palivové směsi během sacího cyklu se vytváří větší
tlak i během kompresního a výkonového cyklu, čímž se zvýší výkon
motoru.

plnicí tlak vytváří kompresor spřažený s turbínou poháněnou
výfukovými plyny. Jeho velikost je ovládána vypouštěcím ventilem
řízeným signálem ze řídicí jednotky podle otáček motoru.
Přetlakování začíná kolem 1200 ot/min a plného tlaku je
dosaženo kolem 2000 ot/min. V systému se uplatňuje i snímač
tlaku v sacím potrubí. U některých vozidel se může při velké
akceleraci (plné a rychlé sešlápnutí plynu) plnicí tlak
krátkodobě zvýšit nad obvyklou hodnotu. Za chvíli se na ni vrátí
i když bude motor nadále pracovat ve vysokých otáčkách.

Pokud je vozidlo vybaveno indikací plnicího tlaku, zkontrolujeme
funkci podle ní, není-li možno provést kontrolu dle měřiče tlaku
připojeného k sacímu potrubí. Během zrychlování z 0 na
100 km/hod při zcela otevřené škrticí klapce by měl měřič
indikovat hodnoty dle údajů výrobce. Jinak je vypouštěcí ventil
vadný nebo ucpaný. Diafragmu ventilu kontrolujeme měřicím
tlakovým čerpadlem na těsnost. Po natlakování sledujeme, zda
nedochází k poklesu.

22 Přesah ventilů

Přesah ventilů se reguluje úhlovým natočením vačkové hřídele
sacích ventilů vůči vačkové hřídeli výfukových, nebo osovým
posuvem vačkové hřídele (vybavené různými vačkami), případně
kombinací obojího. Velké překrytí zvyšuje výkon motoru a jeho
kroutící moment. Ovšem v nízkých otáčkách volnoběhu se projeví
zvýšení emisí HC a nerovnoměrný chod motoru. Zde je naopak
žádoucí minimální překrytí.

Kontrola regulačního systému je možná pouze v dynamickém režimu
měřením výkonu nebo kroutícího momentu při vysokých otáčkách a
emisí HC při
volnoběhu. Měření provedeme nejprve se systémem ve
funkci a pak s vyřazeným (odpojíme jeho kabeláž). Z obou průběhů
lze usoudit na správnost jeho funkce.

Výstupní signál z řídicí jednotky lze kontrolovat osciloskopicky;
a to jeho změnu v závislosti na otáčkách motoru.

23 Regulace ladění sacího potrubí

U tohoto systému se magnetickými ventily mění podle provozních
podmínek objem sacího potrubí.

Přídavné škrticí klapky v sacím potrubí se uzavírají pomocí
elektromagnetických ventilů, aby se dosáhlo výkonu při vysokých
rychlostech a při nižších se zvýšil kroutící moment.

Způsob kontroly je obdobný jako v předešlém bodě.

24 Snímač rychlosti vozidla

Je obvykle poháněn od náhonu tachometru, nezávisí na otáčkách
motoru ale hnacích kol vozidla.

U jednobodových vstřikování s regulací volnoběhu motorkem může
způsobit nepravidelný volnoběžný chod motoru. Signál tohoto
snímače a signál snímače polohy škrticí klapky využívá řídicí
jednotka pro zjištění rozdílu mezi decelerací motoru a normálním
volnoběhem, při kterém vozidlo stojí. Během decelerace jsou
regulací volnoběhu udržovány poněkud vyšší volnoběžné otáčky než
v druhém případě.

Snímač se kontroluje změřením výstupního signálu osciloskopem
nebo multimetrem. Při kontrole zapneme zapalování, nestartujeme,
zařadíme neutrál a protáčíme jedním z hnacích kol.

25 Sací soustava s měnitelným dávkováním vzduchu

Používá se u některých typů přeplňovaných motorů. Je vlastně
ekvivalentem laděného sacího potrubí a slouží podobně k zajištění
rovnoměrného výkonu motoru, optimálních podmínek jeho chodu a
spotřeby. Vytváří i nejvhodnější podmínky pro zážeh.

Funkci regulačního systému i samotného aktuátoru kontrolujeme
podobně jak je uvedeno v bodech 22 a 23.

Připojení diagnostických přístrojů

Provádění kontrol a zkoušek je obvykle spojeno s potřebou
připojit diagnostické přístroje buď k samým snímačům či akčním
členům, nebo k místům na kabeláži příslušného systému. Ten je pak
při kontrole propojen i do původního okruhu a měřicí přístroje
sledují jeho chování jako odezvu na změny vstupních parametrů.
Za těmito účely bývají diagnostické přístroje vybavovány
nejrůznějšími doplňky, z nichž mnohé byly popsány v předchozím.

Připojování vodičů se svorkami k různým měřicím místům během
kontroly je časově i prostorově náročné. Vyžaduje rovněž značnou
opatrnost při manipulaci, aby nedošlo k náhodným zkratům s
následným poškozením elektroniky nebo diagnostického zařízení.

Proto řada výrobců diagnostické techniky dodává nejrůznější
adaptéry, které se připojí konektorem ke snímači nebo akčnímu
členu. Jsou opatřeny očíslovanými měřicími zdířkami, což
usnadňuje orientaci. Adaptéry jsou výměnné a speciální pro
nejrůznější typy vozidel a jejich elektronických systémů.
Příkladem může být tzv. BREAK – OUT – BOX adaptér na
obr. o610. Číslování zdířek umožňuje rychlé nalezení bodu
pro připojení měřiče. Jinou možností je adaptér ETT 018.01
fy Bosch. Měřič připojíme ke zdířkám pro měření napětí nebo
odporu a volbu měřicího bodu provedeme přepínači. V tomto případě
samostatnými pro napětí a odpor.

Po proměření snímačů a akčních členů se adaptér připojí ke
kabeláži řídicí jednotky a pomocí dílů simulujících změny snímačů
kontrolujeme její funkci. Zmíněný adaptér fy Bosch má vestavěných
6 takovýchto možností imitace různých parametrů, které volíme
tlačítky.

Adaptéry umožňují i vřazení měřicích míst do systému tím, že se
připojí mezikabeláží, tj. zařadí se mezi řídicí jednotku a
periférii. Pak lze provést měření v dynamickém režimu při různých
provozních podmínkách.

Přístroje pro diagnostiku elektroniky

Rychlé vyhledání závad bez použití vnitřní samokontroly
elektronického systému umožňují diagnostické přístroje, které
jsou vybaveny výměnnou pamětí s programem, ve kterém je postup
kontroly příslušného systému. Připojují se výše zmíněnou
mezikabeláží, rozdílnou pro různé typy vozidel a systémů.
Příkladem může být MULTI – TESTER VLT 9500 fy Autodiagnos, který
měří ve dvou provozních režimech.

V prvním probíhá spojité měření signálů z různých snímačů,
registrující reakci na změny otáček, teploty atd. Signály jsou
zobrazeny na displeji, jejich výběr závisí na řídícím systému
vozidla a programu ve vnější paměti testeru. Měřené hodnoty se do
paměti nezaznamenávají.

Druhým režimem je provozní test, při kterém se zjištěné chyby
uloží do
paměti testeru. Slouží ke zjištění chybných vstupních
a výstupních signálů různých elektronických systémů.
Odchylky za mezní hodnoty parametrů jsou zaznamenány jako závada.
Vymazat je můžeme tlačítkem nebo vypnutím testeru. Současně může
být zaznamenáno až 5 závad. Jelikož prvotní chyba může vést k
řadě následných závad, tester je všechny vyhodnotí a na displeji
zobrazí prvotní z nich.

V manuálu přístroje je uveden postup odstraňování závad s
přihlédnutím k zobrazení na displeji. Postupy jsou zpracovány pro
různé systémy a doplňovány pro nové výměnné paměti programů.

V dynamickém režimu je třeba sledovat odezvy řídícího systému na
změny vstupních parametrů. Změny jsou vyvolány buď ovládacími
prvky automobilu nebo změnami provozních podmínek (zahřívání
motoru, změna jeho zátěže na brzdě apod.). Odezvy sledujeme
osciloskopem, měřičem emisí, výkonu, kroutícího momentu atd.
Rozsah měření a tím i hloubka kontroly závisí na možnostech
testeru.

Velké testery spojují více přístrojů v jeden celek obvykle
ovládaný počítačem s využitím programového menu. Hlavní menu
obsahuje druhy měření proveditelná testerem. Bývá to analýza
motoru, osciloskopická měření, měření emisí, diagnostika
vznětových motorů a další dle softvérového i
hardvérového


Programového i technického.

vybavení testeru.

Po volbě z hlavního menu se zobrazí nabídka posloupností testu
pro zvolené měření. Program podle nabídky je různý a mění se
např. výměnou diskety určené pro dané vozidlo nebo druh testu.

Pod druhem testu bývá uvedena možnost úplného otestování, kdy se
ověřuje celá sestava parametrů důležitých pro vyhodnocení stavu
systému a motoru.

Dalším druhem je seřizovací test, kdy jsou uvedeny parametry
ovlivnitelné regulačními prvky spolu s předepsanými hodnotami.

Důležitý je rovněž zákaznický test obsahující měření potřebná k
technické kontrole vozidla.

Ve většině případů lze naměřené hodnoty nejen zobrazit na
displeji, ale i vytisknout v tabulkové nebo grafické formě. Někdy
lze výsledky zákaznického testu ukládat do databáze jako položku
pro konkrétní vozidlo, určené např. podle SPZ. Záznam pak slouží
při opakovaném budoucím testu pro srovnání změn a prognóze
výskytu závady dle nezvyklých odchylek některých parametrů.

Většina obdobných testerů umožňuje vypínat během měření
jednotlivé válce motoru a měřit účinek tohoto zásahu. U válce s
minimální změnou je pravděpodobně závada.

Např. na obr. o611 je u 4. válce odpojeno zapalování, jak
vyplývá ze zobrazení průběhu sekundárního napětí zapalovací
cívky.

Při zablokování každého válce by měly otáčky motoru poklesnout o
určitou podobnou hodnotu. Nevytváří-li některý válec dostatečný
výkon, pokles otáček bude velmi malý. Rozdíly poklesů mezi
jednotlivými válci nemají přesahovat 30 %.

Příčinami nízkého výkonu a poklesu otáček bývají:

  1. Netěsnost sacího potrubí.
  2. Ucpaná cesta recirkulace výfukových plynů.
  3. Výpadek zapalování (což by mělo indikovat zobrazení).
  4. Nízký kompresní tlak válce (opálené ventily, opotřebené
    kroužky, poškozené těsnění hlavy válců).
Ohodnoťte článek


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: