1

4.6. Villamos gyújtóberendezések (Hatodik rész)

Előző cikkünkben megismerkedtünk a jellegmezős gyújtások felépítésével, működésével és jellemzőivel. E vezérelt rendszerek legfontosabb tulajdonságaként megállapítottuk, hogy gyújtásidőzítés szempontjából olyan gyújtóberendezésről van szó, amely bemeneti információi alapján kb. 1º pontossággal képes a tervezett (programozott) jellegmező-adatot beállítani. Felmerülhet a kérdés, mit lehet ezen még tovább- fejleszteni, javítani? Ha arra gondolunk, hogy egy motornak élettartama során változnak a jellemzői, ezen belül az előgyújtásigényét befolyásoló tulajdonságai is (pl. koromlerakódások keletkezhetnek), de a tervezettől eltérhetnek az üzemi feltételei is (pl. az előírtnál kisebb oktánszámú benzinnel működtetik), beláthatjuk, hogy ha a motorkopogást el akarjuk kerülni, van még mit fejleszteni. Egy klasszikus jellegmezős gyújtás előgyújtásszög adatait a tervezőknek úgy kellett megválasztaniuk, hogy a teljes élettartam alatt a motor lehetőleg elkerülje a kopogásos égéslefolyást. Mivel sok motor-munkapontban az optimális előgyújtásszög és a kopogáshatár igen közel esnek egymáshoz, egy vezérelt rendszer esetén a kopogáshatártól viszonylag nagy „biztonsági távolságot” volt célszerű tartani. Bátrabban megközelíthetik a kopogáshatárt – tehát pontosabban beállíthatják az optimálisnak megállapított előgyújtásszöget – azok a rendszerek, amelyeket kopogásmentesítő szabályzással látnak el. 1. A kopogásos égést előidéző okok

A gyújtástémaköröket tárgyaló 5. cikkünkben az 1. ábra alapján már irtunk a motorkopogásról. Leírtuk, hogy: ha az előgyújtásszöget a szükségesnél nagyobb −Zb− értékűre választjuk, fennáll a veszélye, hogy a túlzottan gyors nyomásemelkedés az égéstérben rendellenes égéslefolyást – nagyfrekvenciás nyomáslengést – von maga után. Ekkor az égést ugyan a gyújtóív indítja, de az égésnél gyorsabban terjedő hőhullám és nyomáshullám az öngyulladáshoz közel álló keveréket több pontban meggyújthatja. Az úgynevezett égési gócokból szintén elinduló égéshullámok idézik elő a munkatérben a kialakuló nagyfrekvenciás nyomáslengést.

A motorkopogást az alább felsoroltak idézhetik elő: - nem megfelelő kompresszió-tűrésű tüzelőanyag, - nem megfelelő hőértékű gyújtógyertya, - túlmelegedett motor, - túl koraira állított előgyújtásszög, - kokszlerakódás az égőtérben, - vezérlési hiba.

2. A kopogásszenzor felépítése, működése, beépítése és jellemzői Ahhoz, hogy motorkopogás esetén a motorirányító egység a rendszer működésébe a kopogás megszüntetése céljából beavatkozhasson, detektálni kell a rendellenes égés létrejöttét, azaz a kopogás tényét. Mivel a motorkopogás nagyfrekvenciás nyomáslengés, amely rezgésbe hozza a motor szerkezeti elemeit, a konstruktőröknek rezgésérzékelőt kellett e célra kifejleszteniük. Az úgynevezett kopogásszenzorok általában piezoelektromos elven működő szenzorok. Piezoelektromos jelenség A piezoelektromos kristályok olyan anyagok, amelyek külső mechanikai behatásra – nyomásra, húzásra, hajlításra, csavarásra – villamos töltést választanak szét. Az így szétválasztott töltésmennyiség arányos az igénybevétel nagyságával. Ha a piezokristályt megfelelő irányból nyomó igénybevétel éri, akkor az abban

Forrás: Bosch

1. ábra

2

szétválasztott töltésmennyiség feszültséget hoz létre (mint egy feltöltött kondenzátorban), amelynek nagysága a nyomó-igénybevételt létrehozó erő nagyságától fog függeni. A szenzor felépítése és működése

Az érzékelőben egy szorítóanya a tányérrugót előfeszítve (e két alkatrész a 2. ábrán nincs tételszámozva) a szeizmikus tömegen keresztül előfeszíti a piezokerámiát, arra (nyomó) erőhatást gya-

korol. (A statikus előfeszítéskor szétválasztott töltésmennyiség az ECU bemenetén keresztül viszonylag gyorsan kiegyenlítődik.) Ha a motor üzemel, rezgéséből adódóan az érzékelő-kerámiát változó nagyságú erőhatás éri, s a szétválasztott töltésmennyiség a szenzor kivezetésein a rezgésgyorsulással arányos feszültséget jelenít meg. A keskenysávú szonda kialakítása olyan, hogy önfrekvenciája az adott motor kopogási frekvenciájával egyezik meg. Ha a motor kopogásos égéssel üzemel, akkor a szenzor feszültség-amplitúdója a rezonancián kialakuló jelentős nagyságú erőhatások miatt ugrásszerűen megnövekszik.

A 3. ábrán a „kiterített indikátor diagram” egy részletét (a), a szűrt nyomásjelet (b) és a kopogásszenzor jelfeszültségét láthatjuk. (A szűrt nyomásjel egy olyan nyomásfüggvény, amelyről szűréssel leválasztották annak nagy periódusidővel változó nyomás-összetevőjét.) A felső ábrán a kopogásmentes, az alsón a kopogásos üzem figyelhető meg. Motorkopogás esetén a nagyfrekvenciás nyomáslengések a jeladó jelfeszültségét ugrásszerűen megnövelik, ezt érzékelve az ECU be tud avatkozni a rendszer működésébe.

A szenzor beépítése és jelének figyelembe vétele A kopogásszenzort általában motorblokk oldalára rögzítik. Gyakran – pl. „V” motoroknál – nem egy, hanem több kopogás-szenzort is alkalmaznak. Ki szokták hangsúlyozni, hogy e jeladó rögzítőcsavarját az előírt nyomatékkal kell meghúzni! (Ez egyébként a gépjármű legtöbb „fontosabb” csavarjára igaz.) A kopogásszenzor jelét a mai rendszerek általában úgy dolgozzák fel, hogy csak bizonyos motor-munkapont tartományban tekintik hihetőnek a kopogásra utaló feszültségjelet. Ha például, a szívócsőnyomás nem kellően magas, a fojtószelep nincs megfelelő mértékben nyitva, vagy egyik henger sem jár a munkaütem kopogásveszélyes szakaszában – a motor nem kopog-

1 – Szeizmikus tömeg 2 – Ház 3 – Piezokerámia 4 – Rögzítőcsavar 5 – Érintkező és szigetelőgyűrű 6 – Elektromos csatlakozás 7 – Motorblokk V – Rezgés (vibráció)

Forrás: Bosch

Forrás: Bosch

a – A nyomás alakulása a hengerben b – Szűrt nyomásjel c – A kopogásérzékelő jelfeszültsége

2. ábra

3. ábra

4. ábra

3

hat – azaz nem plauzibilis (nem hihető) a motorkopogásra utaló jel. (Lehet, hogy egy meglazult alkatrész rezgése „igyekszik” megtéveszteni a gyújtórendszer kopogásmentesítő szabályzását, előidézve ezzel fölösleges beavatkozást.) A szélessávú kopogásszenzor

A motorok kopogási frekvenciája elsősorban azok geometriai jellemzőitől függ. A furat löket viszony e frekvenciát döntően befolyásolja. Mivel a járműmotorok legtöbbje e tekintetben közel hasonló, a motorok kopogási frekvenciája egy viszonylag szűk – 5-15kHz közötti – tartományba esik. Az 5. ábrán megfigyelhető, hogy a széles sávú kopogás-szenzorok érzékenysége e tartományon belül csak kicsit változik. (Egységnyi gyorsulás – a = 1g≈9,81 m/s2– a jeladóban e tartományon belül közel azonos nagyságú jelfeszültséget hoz létre.) Ezek a szenzorok univerzálisan alkalmazhatók különböző motorokhoz, de az adott motor kopogásara jellemző frekvenciájú rezgésösszetevőt – tehát a kopogás tényét – ekkor az ECU-nak bonyolultabb felis-mernie.

3. Szívómotorok kopogásmentesítő szabályzása

3.1. A kopogásmentesítés folyamata A kopogásszenzor jelét egy kiértékelő áramkör folyamatosan feldolgozza. (6. ábra) Ha az a szenzor feszültségjelének amplitúdója (keskenysávú szenzor esetén), vagy feszültségjele rezgésösszetevőinek frekvenciája alapján (szélessávú szenzor) motorkopogást feltételez, a szabályzó-áramkör megfelelő hihetőség esetén beavatkozik. Meghatározott algoritmus szerint az adott munkapontban az előgyújtásszöget módosítja. Emiatt a motorban a rendellenes égési folyamat gyakorlatilag megszűnik, amelyről az ECU a szenzor jele alapján informálódik, hiszen folyamatosan kapja a visszacsatoló jelet.

3.2. A szabályzókör működése – a szabályzás algoritmusa - négyhengeres motor esetén

Szívó motorok kopogásmentesítését célszerű a pillanatnyi előgyújtásszög utógyújtás irányba állításával megszüntetni. Példánkban a „K1” jelű időpillanatban az ECU a kopogás-szenzor jele alapján rendellenes égési folyamatot – motorkopogást – érzékel. Ekkor az irányító egység az előgyújtásszöget egy meghatározott értékkel – pl. 3º- kal –

K1…K3 – kopogás az 1... 3 hengerben (a 4. henger nem kopog) a – Későbbre állítás b – A korábbra állítás fokozatszélessége c – Korábbra állítás

Forrás: Bosch

Forrás: Bosch

Forrás: Bosch 5. ábra

6. ábra

7. ábra

4

csökkenti. Mivel a példaként bemutatott esetben az „1. henger kopogása” a következő két munkaütemben is létrejön, a szabályzókör ekkor újabb „későbbre állítást” alkalmaz. Ezt követően meghatározott ciklusszámot a rendszer kivár, – ez az ábrán nem látszik – majd, ha ez idő alatt motorkopogást nem tapasztal –, előgyújtás irányú állításba kezd. Ezt meghatározott – pl. 1º-os – lépésekben addig teszi, míg vagy ismét kopogást nem érzékel, vagy vissza nem tért a jellegmező adatra. Adaptív szabályzás: Az illeszkedő szabályzókörök, ha egy adott motor-munkapontokban egymást követően meghatározott számban kopogást érzékelnek „tartós változást” – pl. koromlerakódást – „tételeznek fel”, ezért az ilyen munkapontok előgyújtás-jellegmező adatát megváltoztatják. Egy olyan ideiglenes jellegmezőt képeznek, amelyet vezérléssel használva a motorban ezt követően még néhány ciklusban sem lesz rendellenes égésfolyamat. Ha kopogást előidéző okok megszűnnek az illeszkedő szabályzás ideiglenes adaptációs értékei– pl. áramtalanítással – törölhetőek, vagy automatikusan visszaáll a rendszer az eredeti jellegmező adataira. (Ez utóbbihoz persze időnként ellenőriznie kell a rendszernek, hogy az eredeti adattal előáll-e még a kopogás.) 4. Feltöltős motorok kopogásmentesítése A feltöltős motorok kopogásmentesítését célszerű a turbónyomás csökkentésével elvégezni. Mivel azonban a beavatkozást követően a feltöltő-nyomás csak lassan fog csökkenni, a nyomás tényleges változásáig e motoroknál a szabályzókör átmenetileg az előgyújtás-szöget utógyújtás-irányba állítja. A rendszer működése Ha a kopogásszenzor jele alapján az irányítóegység rendellenes égéslefolyást érzékel, a nyomásvezérlő ütemszelepen keresztül a turbónyomás-szabályzó szelepet a gyújtás-ECU úgy vezérli – a pneumatikus beavatkozó-szelep nyomását emeli –, hogy a feltöltő nyomása csökkenjen. (A kipufogógáz jelentős hányada ekkor a turbinát kikerülve áramlik ki.). Ugyanekkor átmenetileg a gyújtásvezérlésbe is beavatkozik, a kopogás megszűnéséig az előgyújtásszöget csökkenti. Ha a turbónyomás lecsökkent a programozott értékig, – erről a nyomásszenzor ad információt – az előgyújtásszöget visszaállítja a jellegmező adatra. Ezt követően a turbónyomás meghatározott algoritmus szerinti változtatásával – emelésével és csökkentésével – kopogásmentesíti a motort. Természetesen e folyamat során is, ha ismét kopogást érzékel átmenetileg a gyújtás azonnali késleltetésével szünteti meg a rendellenességet. 2008-06-07 A témakör hetedik „cikke” három hét múlva jelenik meg!

Forrás: Bosch

1 – Beszívott levegő 2 – Kompresszor 3 – Turbina 4 – Kipufogógáz 5 – Pneumatikus szelep 6 – Kopogásérzékelő 7 – Nyomásvezérlő ütemszelep 8 – Irányítóegység 9 – Gyújtótekercs a gyújtásvégfokozattal a – Fojtószelepállás jel b – Szívócső csatlakozás c – Motorkopogás jel d – Fordulatszám és vonatkoztatási jel e – Motorhőmérséklet jel f – Ütemszelep működtetés g – Gyújtásműködtetés 8. ábra