s rotačním čerpadlem VE s elektronickou regulací Palivová soustava vznětového motoru s rotačním čerpadlem VE s elektronickou regulací Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Radek Hladný Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV) .

Charakteristika a použití palivové soustavy se systémem EDC - VE Vysokého tlaku, který je potřeba k jemnému rozptýlení paliva, se dosahuje pomocí pístového čerpadla s jedním pístkem konajícím axiální pohyb. Pístek zajišťuje nejen tvorbu vysokého tlaku, ale zároveň svým otáčením rozděluje palivo k jednotlivým válcům. Čerpadlo s axiálním pístem a elektronickou regulací se využívala od roku 1986 u vznětových motorů osobních a dodávkových automobilů se 4 - 6 válci. Nejdříve se využívala u motorů s nepřímým vstřikem, ale s použitím dvoupružinových vstřikovačů se začala používat také u motorů s přímým vstřikem Vstřikovací tlaky dosahovaly až 125 MPa.

Přehled částí palivové soustavy Soustavu tvoří stejné části jako u čerpadla VE s mechanickou regulací Nízkotlaká část : Nádrž, (podávací čerpadlo), jemný čistič, podávací čerpadlo vstřikovacího čerpadla, regulační ventil tlaku paliva a škrtící odpadní tryska, nízkotlaké potrubí a hadice, vratné potrubí Vysokotlaká část : Vysokotlaké pístové čerpadlo s axiálním pohybem pístu, výtlačné ventily, vysokotlaké potrubí, vstřikovače. Součásti označené modrou barvou jsou součástí vstřikovacího čerpadla VE.

Palivový systém – nízkotlaká část Jemný čistič paliva Jeho úkolem je zbavit palivo mechanických nečistot až do velikosti několika tisícin milimetru. Nachází se mezi nádrží a vstřikovacím čerpadlem. Jedná se o filtr s jednou papírovou filtrační vložkou Součástí filtru bývá na dně odkalovací šroub pro vypouštění nečistot a vody. Vzhledem k filtrovatelnosti paliva za nízkých teplot může být filtr ohříván palivem, které se vrací ze vstřikovacího čerpadla. To je zajištěno ventilem ve víku, který dle teploty spojuje vratné potrubí od čerpadla s výstupem filtru nebo palivo pokračuje k nádrži. ◄─ Termoventil ◄─ ◄─ ◄─ ◄─

Přehled částí palivové soustavy Konstrukční odlišnosti čerpadla Celá nízkotlaká i vysokotlaká část čerpadla pracuje stejně jako u čerpadla s mechanickou regulací. Regulace množství paliva ze strany řidiče i regulátoru je realizována elektronicky. S regulačním šoupátkem pohybuje přes excentrický čep hřídelka elektronického regulátoru, který se nachází v horní části čerpadla. Regulace počátku vstřiku pracuje v principu stejně jako u mechanicky regulovaného čerpadla, ale pro přesnější změnu počátku je doplněna elektromagnetickým taktovacím ventilem, který ovlivňuje aktuální tlak na píst přesuvníku. Zastavování motoru je realizováno přes elektronický regulátor, ale je také doplněno elektromagnetickým zastavovacím ventilem. Funkce korekčních zařízení je nahrazena elektronickou regulací.

Přehled částí systému v motor. prostoru Řídící jednotka motoru Se snímačem atm.tlaku Turbodmychadlo s regulací (vzadu za blokem) ─► ────► ─► Elmagn. ventil omezení plnícího tlaku Sací hrdlo s ventilem recirkulace a škrtící klapkou ─► ─► Snímač rychlosti vozidla (dole na rozvodovce) Elmagn.ventil recirkulace ─► ─► Měřič hmoty nasávaného vzduchu ────► Elmagn.ventil přepínaní ŠK vstřikovače ─► ─► ─► ─► ─► Snímač teploty motoru ─► ─► Snímač počátku vstřiku Palivový filtr ─► Snímač teploty a tlaku Nasávaného vzduchu Vstřikovací čerpadlo ──► ─► Snímač otáček motoru

Vstřikovací čerpadlo Součásti, které nejsou vidět, neboť se nachází v čerpadle mají v popisu žlutý podklad. Snímač teploty paliva ─► Vstup paliva Snímač polohy regulačního šoupátka ─► Zastavovací ventil ─► Elektronický regulátor ─► Regulační ventil ─► ─► Výstupy paliva Vysokotlaké čerpadlo POHON ─► ─► Přesuvník vstřiku ─► Elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku

Palivový systém – vysokotlaká část Vstřikovače Úkolem vstřikovače je zajistit vstříknutí jemně rozptýleného paliva do spalovacího prostoru. Pro motory s nepřímým vstřikem se používaly vstřikovače s čepovými tryskami. Motory s přímým vstřikem byly použity v kombinaci s dvoupružinovými vstřikovači, které používaly otvorové trysky. Tento vstřikovač umožňuje nejdříve vstříknutí menší dávky paliva (předvstřik) pro zapálení paliva a následně vstříknutí hlavní dávky. Tím se dosahuje u motorů s přímým vstřikem snížení hlučnosti a tvrdosti chodu motoru. Dvoupružinové vstřikovače tedy umožnily masové použití motorů s přímým vstřikem u osobních automobilů.

Palivový systém – vysokotlaká část Vysokotlaký vstup paliva Dvoupružinový vstřikovač Základní princip činnosti vstřikovače je stejný jako u jednopružinového. Jehlu trysky nadzvedne tlak paliva působící proti pružině. Jehla trysky působí přes tlačnou tyčku a misku na horní tlačnou pružinu. Jakmile tlak překoná její předpětí nadzvedne se jehla, ale jen o malou vzdálenost (zp), protože se opře o dorazové pouzdro, které tlačí na spodní pružinu. Uvolnil se tak pouze úzký průřez pro vstřik paliva. Tlak paliva dále narůstá a dojde i ke stlačení druhé pružiny ( prakticky obou pružin) o určitou hodnotu (zh). Tím se jehla dále nadzvedne a může se vstříknout větší – hlavní dávka paliva. Vstřikování se ukončí poklesem tlaku paliva a dosednutím jehly vlivem pružin. ◄─ ↑ Přepad paliva Tlačná pružina předvstřiku ↑ ◄─── ◄─ Držák trysky Tlačná pružina pro hlavní dávku ◄─── ◄─── Tlačná tyčka ◄─── Dorazové pouzdro ◄─ Převlečná matice ◄─── Vstřikovací tryska

Snímání provozních údajů Snímač množství či hmotnosti nasávaného vzduchu Tento snímač (měřič) je umístěn za vzduchovým filtrem a vyhodnocuje množství nebo hmotnost nasávaného vzduchu a převádí je na napěťový signál. U starších vozidel se využíval objemový snímač s výkyvnou klapkou drženou v uzavřené poloze pružinou. Hřídel měřící i kompenzační klapky je spojen s jezdcem potenciometru. Novější typy vozidel používají snímače hmotnosti nasávaného vzduchu s vytápěným drátem (HLM) nebo s horkým povlakem (HFM). Protože vyhřívané prvky jsou ochlazovány proudícím vzduchem, musí být měněn vyhřívací proud, aby teplota byla pořád stejná. Výsledný signál zohledňuje i teplotu nasávaného vzduchu, takže je měřítkem hmotnosti nasátého vzduchu. Při poruše snímače je aktivován nouzový program s náhradní hodnotou a dojde ke snížení plnícího tlaku.

Snímání provozních údajů Snímač teploty a tlaku nasávaného vzduchu (plnícího tlaku) Kombinovaný snímač se nachází na sacím potrubí za chladičem stlačeného vzduchu. Snímač tlaku může být integrován i v ŘJ. Pracuje na piezorezistivním principu a měří absolutní tlak vzduchu. Při jeho výpadku se sníží maximální dávka paliva. Snímač teploty nasávaného vzduchu je NTC odpor a slouží pro korekci skutečné hmotnosti nasávaného vzduchu.

Snímání provozních údajů Snímač atmosférického tlaku vzduchu Snímač bývá umístěn přímo v řídící jednotce motoru. Pracuje jako snímač plnícího tlaku na piezorezistivním principu a měří absolutní atmosférický tlak vzduchu. Z rozdílu plnícího a atmosférického tlaku určí ŘJ relativní plnící tlak. Při jeho výpadku si ŘJ dosadí náhradní hodnotu. Snímač se bohužel nedá vyměnit samostatně a musí se vyměnit celá řídící jednotka motoru.

Snímání provozních údajů Snímač otáček motoru Jedná se o indukční snímač, který je umístěn u setrvačníku na přírubě bloku motoru se skříni převodovky a reaguje na výřezy kotouče setrvačníku, jejichž pozici vůči horní úvrati 1. válce ŘJ zná. Signál se využívá k určení okamžiku vstřiku, k regulaci předstihu zážehu, ale také regulaci volnoběhu či omezení maximálních otáček. Vypadne–li signál snímače za jízdy, řídící jednotka přepne na nouzový režim, kdy otáčky vyhodnocuje ze snímače pohybu jehly. Zároveň se sníží maximální dávka paliva a plnící tlak, tedy výkon motoru. U verze 1.4 se motor bez signálu otáček motoru zastaví a není možný nouzový dojezd. ◄─Snímač otáček motoru

Snímání provozních údajů Snímač pohybu jehly (počátku vstřiku) Jedná se o indukční snímač umístěný na jednom ze vstřikovačů. Cívkou protéká konstantní proud a jestliže se pohne s pohybem jehly tlačný čep, změní se magnetické pole a v cívce dochází k indukci. Pro udržení konstantního proudu se musí změnit napájecí napětí, přičemž tato odchylka napětí slouží pro určení počátku vstřiku. Signál z tohoto snímače je v řídící jednotce porovnán ze signálem snímače otáček motoru a z jejich rozdílu se vypočítává skutečný počátek vstřiku. V případě výpadku se aktivuje nouzový program. POZOR : Chybí-li signál otáček klikové hřídele i pohybu jehly, systém je nefunkční.

Snímání provozních údajů Snímač teploty motoru Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou umístěný v pouzdře, přičemž změna odporu je převáděna na změnu napětí. Snímač je umístěn zboku hlavy válců motoru a snímá teplotu chladící kapaliny. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení obohacení při studených startech a zahřívání, při regulaci počátku vstřiku a doby žhavení. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnoty a doba předžhavení bude maximální.

Snímání provozních údajů Snímač teploty paliva Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou.. Snímač je umístěn pod víčkem v horní části vstřikovacího čerpadla a měří tak teplotu nafty před vstupem do vysokotlaké části. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení hustoty paliva a tím k přesnému určení hmotnosti vstřikované dávky. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnotu.

Snímání provozních údajů Snímač polohy regulačního šoupátka Tento snímač se nachází v horní části vstřikovacího čerpadla nad elektronickým regulátorem a zjišťuje úhel natočení jeho hřídele a tím přesnou polohu regulačního šoupátka a tím i množství vstřikovaného paliva (zpětnovazební signál). Starší verze systému používaly potenciometr. Ten byl později nahrazen bezkontakním systémem měření s polodiferenciálním zkratovým kroužkem. Jedná se o dva induktívní snímače, pevný (referenční) a pohyblivý (měřící), napájené stejným střídavým, ale o 180 stupňů posunutým signálem. Proud mezi cívkami obou snímačů je měřítkem natočení a tím polohy regulační objímky. Při výpadku signálu nebo je-li signál přerušován, dojde k zastavení motoru pomocí elektromagnetického zastavovacího ventilu.

Snímání provozních údajů Snímač polohy akceleračního pedálu Jedná se o potenciometr, který je spojen s pedálem krátkým lankem nebo je přímo umístěn na pedálu. Snímač má také integrován kontakt volnoběhu a u vozů s automatickou převodovkou i Kick-down. Snímač předává řídící jednotce napěťový signál o požadavku řidiče na výkon motoru. Při výpadku signálu poběží systém dál v nouzovém režimu se zvýšenými volnoběžnými otáčkami (asi 1400 min-1).

Snímání provozních údajů Spínač spojkového pedálu Nachází se u spojkového pedálu a slouží k rozpoznání polohy sešlápnutí spojkového pedálu. V klidovém stavu je spínač sepnut. Signál slouží k vypnutí funkce tempomatu, řídící jednotka při jeho aktivaci snižuje množství paliva a při volnoběhu vypíná regulaci rovnoměrného chodu. Při jeho nefunkčnosti se omezuje maximální dávka paliva.

Snímání provozních údajů Spínač brzdových světel a spínač brzdového pedálu Jedná se o dva snímače v jednom celku. Jsou umístěny u brzdového pedálu a slouží k rozpoznání sešlápnutí brzdového pedálu. Spínač světel je v klidu otevřen a slouží k aktivaci brzdových světel a přídavně pro ŘJ motoru. Spínač pedálu je v klidu sepnut a řídící jednotka motoru využívá jeho signálu k vypínání tempomatu a ke snižování dávky paliva.Signály se také využívají ke kontrole hodnověrnosti signálu ze snímače akceleračního pedálu.

Snímání provozních údajů Snímač rychlosti vozidla Jedná se o mechanický nebo Hallův snímač, umístěný na skříni převodovky, resp. rozvodovky. Snímač slouží řídící jednotce při aktivním tlumení cukání a při vybavení tempomatem k regulaci nastavené rychlosti. Spínač tempomatu Je umístěn na páčce pod volantem a pomocí něj se zapíná či trvale vypíná funkce tempomatu.

Akční členy Nastavovač vstřikovaného množství - elektronický regulátor Tento nastavovač nahrazuje mechanický regulátor. Otáčivý pohyb elektromagnetu se převádí pomocí excentru na konci hřídele (kotvy) na posuvný pohyb regulačního šoupátka. V horní části tohoto regulátoru je umístěn snímač jeho polohy a řídící jednotka natáčí nastavovačem tak dlouho, dokud jeho poloha nesouhlasí s předepsanou hodnotou. Nastavovač množství je zpravidla řízen pravoúhlým pulzním signálem s proměnnou délkou impulsu a proměnnou frekvencí (12 V; 50, 100, 200 a 400 Hz). Vratná pružina udržuje nulovou dodávku paliva v základní poloze v bezproudém stavu.

Akční členy Magnetický taktovací ventil počátku vstřiku Nachází se na spodní straně vstřikovacího čerpadla. Tento ventil reguluje přetlak paliva působícího na píst přesuvníku tím, že přepouští část paliva z vnitřního prostoru čerpadla zpět do sání. Tím působí na píst přesuvníku menší síla a mění se počátek vstřiku, vzhledem k tomu jaká hodnota by odpovídala tlaku uvnitř čerpadla vlivem otáček. Otevírání a zavírání ventilu je řízeno pulzním pravoúhlým signálem s proměnnou délkou impulsu a frekvencí asi 50 Hz. I když bude ventil zcela otevřen, tlak v čerpadle se nemění díky škrcení průtoku paliva otvorem v pístu. Při úplném zavření ventilu je tlak na pístek stejný jako v čerpadle a motor bude mít tvrdý chod.

Akční členy ◄─ Elektrický odstavovací ventil (ELAB) Jde o stejný ventil jako u mechanického rotačního čerpadla a slouží k bezpečnému zastavení motoru a odstavení systému při poruše snímače polohy regulačního šoupátka. ◄─

Akční členy Elektromagnetický ventil zpětného vedení výfukových plynů = elektropneumatický převodník recirkulace výfukových plynů Tento převodník je aktivován pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky a tím se mění poloha membránového ventilu v měniči, čímž se vytváří určitý podtlak, kterým se ovládá membránový podtlakový ventil recirkulace spalin .

Akční členy Elektromagnetický ventil omezení plnícího tlaku Ventil je také řízen pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky, čímž vytváří modulovanou hodnotu přetlaku pro řízení obtokového ventilu turbodmychadla.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace množství vstřikovaného paliva Přání řidiče je hlášeno přes signál snímače polohy pedálu akcelerátoru a na základě toho řídící jednotka dle uložených datových polí s ohledem na provozní stav motoru vypočítá množství paliva a vyšle signál k regulátoru množství. Zároveň řídící jednotka na základě signálů o počtu otáček a hmotnosti nasátého paliva určí z naprogramovaného pole kouřivosti maximální dodávku paliva, samozřejmě s ohledem na teplotu motoru, paliva apod. a porovná toto množství s požadavkem řidiče. Je-li požadavek na množství paliva větší než připouští pole kouřivosti (prakticky při nedostatku vzduchu např. při zrychlení nebo velkém zatížení), nastaví elektronický regulátor (nastavovač množství ) maximální dávku dle tohoto pole, jinak je plněn požadavek řidiče. Regulátor je tedy schopen upravovat dávku paliva v jakémkoliv provozním režimu : - startu - regulace volnoběhu - regulace přeběhových otáček - přerušení dodávky paliva při brzdění motorem Skutečná poloha objímky je pak snímána snímačem a to je porovnáno s předepsanou polohou a případný rozdíl je doregulován. Při velkých odchylkách mezi skutečnou a předepsanou polohou se systém odstaví přes elektromagnetický zastavovací ventil.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace počátku vstřiku K regulaci počátku vstřiku se využívá signálů ze snímačů počátku vstřiku (pohybu jehly) a otáček motoru a hodnoty vypočítané hmotnosti skutečně vstřikovaného paliva. Na základě těchto hodnot se určí z naprogramovaného pole počátku vstřiku hodnota, která se zkoriguje dle teploty motoru. Tato vypočtená hodnota se pak porovná se skutečnou a otvíráním a zavíráním elektromagnetického taktovacího ventilu se doreguluje počátek vstřiku. Pokud chybí signál o počátku vstřiku je tento počátek řízen dle náhradního programu, ale sníží se zpravidla dodávka paliva.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace rychlosti ( je-li vozidlo vybaveno tempomatem ) Signál ze snímače rychlosti je porovnán s hodnotou předvolenou řidičem a podle potřeby dá řídící jednotka pokyn elektronickému regulátoru pro regulaci vstřikovaného paliva.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace recirkulace výfukových plynů Jde o zpětné přisávání části výfukových plynů do sacího traktu, kde se mísí s čerstvým vzduchem. Účelem je snížit špičkovou spalovací teplotu, čímž se sníží množství emisí NOx ve výfukových plynech. Řídící jednotka na základě otáček motoru a vypočítané hmotnosti paliva určí z datového pole teoretické množství nasátého vzduchu ( nejmenší nutné ) a tuto hodnotu porovná se skutečným množstvím nasátého vzduchu (změřeným ), jemuž přísluší určitá dávka recirkulovaných spalin. Na základě rozdílnosti signálu pak doreguluje množství přisávaných spalin prostřednictvím elektropneumatického převodníku. K uvedené recirkulaci dochází jen u motoru zahřátého nad 50 °C a to při nižších otáčkách (asi do 3000 1/min) a částečném zatížení.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace plnícího tlaku ( u přeplňovaných motorů ) Řídící jednotka vyhodnocuje signály ze snímače otáček motoru a hmotnosti nasávaného vzduchu a dále snímače teploty nasávaného vzduchu a snímače atmosférického tlaku. Z naprogramovaného pole se vypočte teoretická hodnota plnícího tlaku. Ta se porovná se skutečnou ( změřenou ) a v případě potřeby se dá signál elektromagnetickému řídícímu ventilu, který vpuštěním modulovaného přetlaku do obtokového ventilu odpouští část výfukových plynů před turbínou přímo do výfuku. Jestliže není možno při poruše snížit hodnotu plnícího tlaku, sníží se množství vstřikovaného paliva.

Regulační funkce řídící jednotky Systém žhavení motoru ( odlišné podle typu vozidla a verze systému , i u přímého vstřiku) Řídícím prvkem pro možnost aktivace žhavení je teplota motoru (určuje délku žhavení). Žhavení je signalizováno kontrolkou žhavení na přístrojové desce. Pokud zhasne kontrolka a ještě nestartujeme následuje dle teploty motoru další žhavení po dobu (4-20) sekund. U vozidel koncernu VW se například zapíná žhavení již při otevírání dveří. V případě opakovaného žhavení se toto provede pouze třikrát, a pak je již třeba je vyvolat klíčkem. Po nastartování motoru pokračuje žhavení při teplotě kapaliny nižší než +20 °C ještě až po 90 sekund (kvůli emisím motoru a hlučnosti ) a toto dodatečné žhavení se u VW ukončí až při dosažení otáček motoru asi 2500 1/min nebo po uplynutí doby určené řídící jednotkou. U vozidel AUDI se dokonce zapíná při nižší teplotě a malém zatížení motoru i mezižhavení.