Układy zapłonowo-wtryskowe

kluczyk.pngUkład zapłonowy wytwarza iskrę pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej podczas pracy silnika, w celu zapalenia mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze.

Układ wtryskowy w silniku diesla oraz nowoczenych silnikach benzynowych dostarcza paliwo do cylindra. Sprawne funkcjonowanie tych układów jest podstawą prawidłowej pracy silnika.

Układ zapłonowy

schemat-zaplon.pngKlasyczny (coraz rzadziej spotykany) układ zapłonowy jest układem elektryczno-mechanicznym zwykle zasilanym z akumulatora (1). Napięcie na stykach akumulatora (zwykle 12 V) podnoszone jest do kilku tysięcy woltów w cewce wysokiego napięcia (2). Pomiędzy akumulatorem i cewką zamontowany jest przerywacz obwodu niskiego napięcia. Wysokie napięcie w silniku wielocylindrowym rozdzielane jest do poszczególnych świec zapłonowych (3) przez rozdzielacz zapłonu (4), który jest sterowany przez wał silnika (zwykle wałek rozrządu) tak, by moment zapłonu w poszczególnych cylindrach był zsynchronizowany z cyklami pracy poszczególnych tłoków.

Klasyczny układ zapłonowy oparty na przerywaczu zapłonu pomimo prostoty charakteryzuje się wieloma wadami które wywołują problemy w eksploatacji, m. in. konieczność okresowej obsługi oraz problemy z uruchamianiem silnika w niskich temperaturach. Z tego powodu w obecnie produkowanych silnikach spalinowych układ klasyczny jest bardzo rzadko spotykany. Jego miejsce zajął elektroniczny układ tranzystorowy zwany TCI (Transistor Controlled Ignition), znacznie bardziej precyzyjny i niezawodny. Tranzystor mocy pełni funkcję przerywacza zapłonu, dzięki czemu możliwe było również wyeliminowanie kondensatora co poprawiło charakterystykę wyładowania iskrowego. Natężenie prądu płynącego przez cewkę jest stabilizowane, co zapewnia stałą energię iskry, również podczas uruchamiania silnika w niskich temperaturach przy rozładowanym akumulatorze. Zastosowanie bezstykowego czujnika sterującego układem zapłonowym, nie wymagającym obsługi umożliwiło precyzyjne sterowanie kątem wyprzedzenia zapłonu w zależności od wielu parametrów pracy silnika, przez co osiągane jest mniejsze zużycie paliwa i większa czystość spalin.

Wraz z pojawieniem się wtryskowych układów zasilania funkcję sterowania przejął układ sterujący układu wtryskowego.

Oprócz klasycznych i tranzystorowych układów zapłonowych są stosowane również układy tyrystorowe CDI (Capacitor Discharge Ignition).

Źródło: Wikipedia

Układy wtryskowe

W silnikach o zapłonie iskrowym można podzielić układy pod względem rodzaju i rozmieszczenia wtryskiwaczy paliwa:

  • wtrysk jednopunktowy (SPI - Single Point Injection, CPI - Central Port Injection) - jeden wtryskiwacz umieszczony w kolektorze dostarcza paliwo dla wszystkich cylindrów,
  • wtrysk wielopunktowy (MPI - Multi Point Injection) - każdy cylinder ma osobny wtryskiwacz, umieszczony w kolektorze, przed zaworem dolotowym,
  • wtrysk bezpośredni (DI - Direct Injection) - wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze.

Ze względu na sterowanie wieloma wtryskiwaczami w układzie MPI rozróżnia się rozwiązania:

  • sekwencyjne (SFI - sequential fuel injection, SPFI, SEFI) - każdy wtryskiwacz jest sterowany niezależnie i ma niezależnie wyliczany moment zadziałania, czasem też dawkę paliwa, typowo dla każdego cylindra oddzielnie
  • grupowe (batched) - wtryskiwacze połączone są grupami i sterowane zależnie, układ wylicza dawkę dla "uśrednionego" cylindra czy kolektora (np. popularne starsze układy Forda EECIV z rodzaju MPI mają tylko dwie grupy dla silników V6 i V8, "prawą" i "lewą")
  • wspólne - obecnie nieużywane, układ MPI jest sterowany wspólnie, jak pojedynczy układ SPI, tyle że z wieloma wtryskiwaczami.

Układ sterujący wtryskiem paliwa jest zespołem regulatorów, które mają, we współpracy z układem sterowania zapłonem, utrzymywać optymalne parametry pracy silnika w różnych stanach. Głównymi kryteriami optimum są czystość spalin, ekonomia silnika i osiągi silnika (moc, moment obrotowy). Większość układów pracuje w trzech głównych stanach:

  • w otwartej pętli sterowania (open loop) - pewne parametry wejściowe z czujników są poza "tolerancją" programu mikrokontrolera, wylicza on "zgrubnie" parametry wtrysku paliwa (i ew. zapłonu) by zapewnić w ogóle stabilną pracę silnika, osiągi pozwalające na jazdę i możliwie ekonomiczne spalanie; jest to typowy stan np. po uruchomieniu zimnego silnika
  • w zamkniętej pętli sterowania (closed loop) - kluczowe parametry wejściowe z czujników mieszczą się w założonych tolerancjach, co pozwala mikrokontrolerowi na dokładne wyliczanie dawki paliwa (i ew. przesunięcia zapłonu), na podstawie wbudowanych algorytmów i tablic, opisujących pracę silnika. Jest to stan normalnej pracy, obecnie typowo wiodącym parametrem wejściowym jest sonda lambda i czujnik przepływu (ew. ciśnienia) powietrza w układzie dolotowym, układ stara się utrzymać spalanie stechiometryczne przy ubogiej mieszance i właściwych charakterystykach silnika, reagując na zmienną sytuację (obroty, moment obrotowy, przepustnica, parametry powietrza dolotowego, itd).
  • w trybie awaryjnym - układ przechodzi w stan awaryjny w razie uszkodzenia mikrokontrolera itp. (typowo wykrywane jest to układami typu watchdog itp.), jeśli komputer przestaje sterować wtryskiem paliwa i zapłonem, rolę tę przejmują proste układy elektroniczne (np. timery), które zapewniają "zgrubne" sterowanie i pracę silnika i jazdę, na ogół przy bardzo złej ekonomii spalania i osiągach.

W obecnie stosowanych układach w razie wystąpienia trybu awaryjnego lub zbyt długiej pracy w trybie otwartej pętli, czy uszkodzeniach kluczowych czujników, układ sygnalizuje kierowcy awarię kontrolką "check engine" (pomarańczowy napis lub piktogram silnika).

Źródło: Wikipedia