Elektroniczny wtrysk benzyny, czyli ewolucja zasilania silników - cz. 3

Elektroniczne układy wtryskowe korzystają z map (tablic) określających wymaganą dawkę paliwa w danym momencie. Jedną z wartości wykorzystywanych do określenia punktu w takiej mapie jest zawsze prędkość obrotowa silnika. Oprócz niej jako główna wartość sterująca może zostać wykorzystana:

• Pozycja przepustnicy - to najprostsze rozwiązanie stosowane najczęściej w tanich układach wtrysku jednopunktowego. Potencjometr umieszczony na osi przepustnicy zwykle posiadał dwie ścieżki: jedną dla małych otwarć, a drugą dla dużych. Było to spowodowane większą wrażliwością silnika na zmiany kąta otwarcia przy małych uchyleniach przepustnicy.
• Pozycja przepustnicy i podciśnienie w kolektorze - rozwiązanie wychodzące z obiegu, czasami świadomie stosowane w silnikach, które mają szybko reagować na \dodanie gazu\ (czujnik ciśnienia ma krótszy czas reakcji niż przepływomierz).
• Strumień objętości lub masy powietrza - przepływomierz - dawniej klapkowy lub z gorącym drutem (HLM), obecnie z gorącą płytką (warstwowe HFM).

Obecnie przepływomierze z gorącą płytką wyparły inne rozwiązania. Dzięki pomiarowi temperatury przed i za grzałką określają kierunek ruchu powietrza (do lub z cylindra) i przepływ strumienia masy w kg/s. Z ostatniego wynika, że nie jest potrzebny dodatkowy pomiar temperatury.

Jednocześnie takie przepływomierze, zwane termoanemometrami, są odporniejsze na uszkodzenia mechaniczne - w porównaniu z poprzednikami.

Wykorzystywane są także dodatkowe sygnały korekcyjne np.:

• z czujnika temperatury powietrza,
• z czujnika temperatury silnika,
• z czujnika ciśnienia barometrycznego,
• z sondy lambda.

Bardzo ważny jest ten ostatni. Tylko dzięki sondzie lambda sterownik może "dowiedzieć się", jaki skład ma aktualnie spalana mieszanka. Analiza sygnałów z sondy może służyć także do kalibracji układu, który podlega ciągłemu zużyciu.

W większości silników pracujących na mieszance stechiometrycznej (14,7 kg powietrza na 1 kg benzyny) wystarczy sonda dwustanowa. Rozpoznaje ona tylko, czy spalana mieszanka jest uboga (znajduje się tlen w spalinach), czy bogata (brak tlenu w spalinach). W pierwszym przypadku napięcie z sondy wynosi 0-0,2 V w drugim 0,8-1 V. Sterownik sprawia, że skład mieszanki ciągle oscyluje wokół 14,7 : 1 - sygnał z sondy przeskakuje z 0 na 1 V i z powrotem.

Przy okazji można wyjaśnić, co oznacza ilość przewodów wychodzących z sondy:

• 1 - przesyłany jest tylko sygnał, masa \brana\ jest z rury wydechowej,
• 2 - przesyłany jest sygnał, a drugim prowadzi się masę dla niego,
• 3 - jeden przewód sygnałowy i dwa dla grzałki wspomagającej rozgrzewanie sondy po uruchomieniu silnika (musi mieć przynajmniej 300-350 stopni Celsjusza),
• 4 - dla sygnału, masy i dla grzałki.

Silniki pracujące na mieszankach ubogich potrzebują szerokopasmowej sondy lambda potrafiącej dokładnie określić skład mieszanki, a nie tylko to, czy jest bogata, czy uboga. Taka sonda wykorzystuje dodatkową komorę dla spalin i pompę tlenu, która go wpompowuje lub wypompowuje, tak aby zawartość komory była taka, jak przy spalaniu mieszanki stechiometrycznej. Mierzone jest natężenie prądu pobieranego przez tę pompę.

Współczesne systemy wtryskowe wykorzystują elektryczną pompę paliwa umieszczoną w zbiorniku. Nadciśnienie paliwa utrzymywane jest na stałym poziomie (ok. 1 bara dla wtrysku jednopunktowego SPI, ok. 3 dla wielopunktowego MPI) dzięki zastosowaniu regulatora umieszczonego na końcu kolektora wtryskowego (MPI) lub w korpusie wtryskowym (SPI).

Ciśnieniem odniesienia dla regulatora nie jest atmosferycznym lecz ciśnieniem w kolektorze dolotowym. Dzięki temu można regulować dawkę wtryskiwanego paliwa zmieniając jedynie czas wtrysku. W przypadku wtrysku jednopunktowego wtryskiwacz umieszczony zostaje we wspólnym korpusie z przepustnicą i częścią czujników.

Wtryskiwacz najczęściej otwierany jest asynchronicznie do cyklów pracy silnika, dzięki znacznej odległości do cylindrów nie wpływa to na prawidłowość pracy silnika.

Sprawa jest bardziej skomplikowana w przypadku wtrysku wielopunktowego do kolektora dolotowego. Wtryskiwacze otwierane są synchronicznie do cyklów pracy silnika, na jeden ze sposobów:

• wszystkie jednocześnie (wtrysk jednoczesny),
• parami, w przypadku silnika czterocylindrowego: 1 i 4 lub 2 i 3 (wtrysk półsekwencyjny),
• każdy osobno (wtrysk sekwencyjny).

Pierwsze rozwiązanie dawno wyszło z użycia, drugie czasami jest jeszcze stosowane. Najnowszy wtrysk całkowicie sekwencyjny łatwo rozpoznać. W przeciwieństwie do starszych rozwiązań nie wystarcza mu czujnik położenia wału korbowego. Zapłon w każdym z cylindrów następuje co drugi obrót wału, więc aby można nimi sterować osobno, potrzebna jest informacja o położeniu wałka rozrządu kręcącego się dwa razy wolniej od wału korbowego.

Podstawowy pozostaje jednak sygnał o położeniu wału korbowego. Zwykle z kołem o wielu ząbkach współpracuje czujnik indukcyjny. Jeden ząbek "usunięto", by móc określić położenie wału.

Pytanie: czemu nie wystarczy tylko jeden ząbek, a stosuje się 32-60?

Jeden ząbek byłby wystarczający, gdyby prędkość obrotowa wału nie ulegała zmianom. Niestety, gdy jeden z tłoków dochodzi do górnego, martwego położenia, wał nieco zwalnia (sprężanie), gdy je przekracza wał przyspiesza (praca). Większa ilość ząbków gwarantuje wysoką dokładność pomiaru położenia wału.

Zagadnienia przedstawione w tym artykule są tylko wierzchołkiem góry lodowej. Obecne układy sterują nie tylko wtryskiem, lecz także zapłonem, powietrzem dodatkowym przy regulacji prędkości biegu jałowego, fazami rozrządu czy recyrkulacją spalin. Układy wtryskowe ciągle się rozwijają.

Położenie przepustnicy, które kiedyś było jedną z głównych wartości mierzonych, teraz stało się wartością nastawianą, a to dzięki tzw. elektronicznemu pedałowi gazu. Sterownik nowoczesnego samochodu tylko sprawdza wolę kierowcy, mierząc położenie pedału przyspieszenia. Jest ono tylko jednym z elementów decydujących o otwarciu przepustnicy.