KURZUS: Járművillamosság és elektronika 2.

MODUL: III. modul: Motorelektronika

7. lecke: Motorelektronika

| A lecke tanulásának a célja: A motorelektronika két fő részterületét kell megismernie a hallgatóknak, a gyújtási rendszereket és a keverékképzést. Ezekkel szoros összefüggésben ma már a motormenedzsmenttel együttműködve optimálják a rendszerek a motor működését, károsanyag kibocsátását.
Szükségesen elsajátítandó: Meg kell ismerjék a hallgatók a gyújtás rendszereket, gyújtási időpont választását, a kioldását, gyújtásszög állítását. A keverékképzés részeként a lambda szabályzást, befecskendező rendszereket. Ezek kapcsán a K és KE jetronic rendszer tulajdonságait, érzékelőit, szabályzás működését.
Bosch műszaki útmutató füzetek, Maróti kiadó (Akkumulátoros gyújtás, Befecskendező rendszerek K,KE, L, Mono és Motronic, Szenzorok, Benzinmotorok irányítása) Benzinbefecskendező és motorirányító rendszerek (Dr. Frank Tibor) Tom Denton: Automobile electrical and electronic systems, British Library 2012 4th edition
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 120 perc szükséges.
Motorelektronika tematika
Két fő témakör:
Gyújtás Keverék képzés, K, KE Jetronic
Gyújtás
Égés az Otto-motorban:
Olyan motor, amely az üzemanyag energiáját mozgási energiává alakítja. Keverék meggyújtása gyújtógyertyával történik Ütemek száma: 4 ütem (szívás, sűrítés és gyújtás, égés és munkavégzés, kipufogás) Szelepek, dugattyú, holtpont, kompresszió Optimális égés- sztöchiometriai keverék arány (14,7:1, 1liter benzinhez kb. 10 m3 levegő) Légfelesleg tényező ( λ): bevezetett/elméleti levegő mennyiség
Gyújtásrendszer részei:
Gyújtáskioldás Gyújtásszögállítás Nagyfeszültség elosztása Függnek: fordulatszám, terhelés, hőmérséklet, keverék összetétele Gyújtási időpont változtatásával az égéstér nyomása jelentősen eltér Gyújtásszabályozás Gyújtófeszültség Gyújtó energia (0,2-3 mJ) További szempontok: Károsanyag-kibocsátás Üzemanyag-fogyasztás Kopogási hajlam
Otto motorok gyújtási rendszereinek főbb jellemzői
1. ábra
Az 1. ábra mutatja a különböző gyújtási rendszerek részegységeit és megvalósítását.
Hagyományos tekercses gyújtás (másképpen transzformátoros):
Transzformátoros gyújtást a megszakító működteti
2. ábra
Gyújtótekercs, elosztó energiája:
W S p = 1 2 L 1 ⋅ i 1 2
A gyújtótekercs energiája az előbbi képletből számolható, míg a gyújtógyertya szükséges energia igénye 0,2-3 mJ között változik a keverék begyújtásához, minőségétől függően.
A gyújtótekercs metszeti ábrája és részegységei
3. ábra
A 2. ábra szemlélteti a hagyományos tekercses gyújtás részegységeit, míg az ábra jobb oldalán villamos kapcsolási rajzként van feltüntetve.
A 3. ábra bal oldali ábráján a gyújtótekercs metszeti képe látható a részegységeivel. A középső ábra a megszakító érintkező különböző pozícióit mutatja meg. Míg a jobb oldali ábra a gyújtáselosztó részegységeit teszi megkülönböztethetővé.
Előgyújtás szabályzó:
A 4. ábra mutatja az előgyújtás szabályzását a fordulatszám és szívócsőnyomás függvényében. A jobb oldali ábra a röpsúlyos szabályzó részeit, illetve működés közbeni elhelyezkedését mutatja.
Az előgyújtás szabályzása és a röpsúlyos szabályzó részegységei
4. ábra
Tranzisztoros gyújtás:
Gyújtótekercs primer áramát tranzisztor kapcsolgatja az 5. ábrán látható módon. Ezzel már az előnye is látható, nagyobb primer áram érhető el (gyújtóenergia is nő), miközben az érintkezők élettartama is nő a hagyományos tekercses gyújtáshoz képest. Hall jeladó használatát, kialakítását láthatjuk az ábra jobb oldalán.
Tekercses és tranzisztoros gyújtás összehasonlítása, Hall jeladó használata
5. ábra
Áram és zárásszög szabályzás:
Fűrészfog jel létrehozása kondi töltéssel, kisütéssel a Hall jeladó négyszög jeléből látható a 6. ábrán. A BE jelnél indul a primer áram, ez a pont tekinthető a zárásszög kezdésének. Megfelelő zárásszögnél a primer áram nagysága jó, gyújtási energia is jó. Ha rövid a zárás idő, vagy túl hosszú, már gyújtásproblémát vethet fel. A vezérlők hibrid technikával készülnek, amely látható a jobb oldali ábrán.
Zárásszög szabályzás triggerszint eltolással és vezérlő egység hibrid technológiával
6. ábra
Gyújtáselosztó Hall jeladóval:
Gyújtás elosztók induktív, illetve Hall jeladóval
7. ábra
A 7. ábra bal oldala az induktív gyújtáselosztó elrendezését és feszültség kimenetét mutatja. Látható, hogy itt nem szükséges a fűrészfog jel generálása. Az ábra jobb oldalán egy utólagos beszerelésű Hall szenzor látható részegységeivel.
Elektronikus gyújtás:
Fordulatszám érzékelése induktív érzékelővel történik. A forgattyús tengelyen levő fogaskeréken van egy foghíj (holtponti jeladó), amelynél az indukált feszültség kimenet egyértelműen meghatározza a pozícióját a légrés változással.
Induktív érzékelő jelalakja és beépítési pozíciója, illetve optimalizált elektronikus és mechanikus gyújtásszabályozás jelleggörbeseregei
8. ábra
A 8. ábra jobb oldali képe gyújtásszög jelleggörbe seregeket mutat optimalizált elektronikus, illetve mechanikus gyújtásszabályzás esetére. Természetesen az elektronikus gyújtásszabályzás sokkal bonyolultabb gyújtásmezőt tesz lehetővé, így a motor működését is sokkal pontosabban lehet optimálni, hőmérsékletre, teljes terhelésre stb.
Teljesen elektronikus gyújtás főbb előnyei:
Nincs forgó alkatrész Halkabb Kisebb elektromágneses zaj Kevesebb nagyfeszültségű csatlakozás
A 9. ábrán látható egy teljesen elektronikus gyújtóberendezés kétszikrás gyújtótekerccsel. Egyidejűleg mindkét gyertyát gyújtja, de egyik kipufogó ütem közben éri, míg a másikat optimális pillanatban.
Műanyag házas kivitelűek Különszikrás kivitelnél a végfok a tekerccsel egybeépített Egy vezeték elegendő
Teljesen elektronikus gyújtóberendezés
9. ábra
Különszikrás gyújtótekercs és a kétszikrás gyújtótekercs szikráinak pozícionálása
10. ábra
A különszikrás gyújtótekercseknél általában egybeépítik a végfokot a tekercsekkel. A 10. ábra jobb oldalán a kétszikrás gyújtótekercs szikráinak pozícionálását mutatja, a forgattyús tengely két fordulatának megfelelően.
Lambda légfelesleg tényező ( λ): bevezetett/elméleti levegő mennyiség
<1 levegő hiány, dús keverék
>1 levegő többlet, szegény keverék
Légfelesleg tényező hatásai teljesítményre, fogyasztásra, károsanyagra
11. ábra
A 11. ábráról leolvasható, hogy dús keverék esetén nagyobb a fogyasztás, de közben a leadott teljesítmény is emelkedik. Ebben a tartományban a károsanyag kibocsátás is emelkedik. Legjobb fogyasztást és károsanyag kibocsátást az ideális, lambda egyenlő 1 körüli értéknél kapunk.
Lambda szabályzás:
Nitrogén-oxidok miatt is különösen fontos
Kipufogógáz emisszió lambda szabályzással és anélkül
12. ábra
A 12. ábrán látható szaggatott vonal a szabályzás nélküli, míg a folytonos vonal a lambda szabályzással kapott kipufogó gáz mennyiségeket mutatja. Mindegyik esetben kisebb a károsanyag mennyiség szabályzás esetén.
Porlasztó (karburátor) - befecskendezés (jetronic):
1893: porlasztó születése: Bánki Donát, Csonka János
150 millió ilyen jármű működött
Porlasztóval illetve Jetronic-kal szerelt járművek fogyasztása, teljesítménye
13. ábra
Megállapítható a 13. ábra alapján, hogy a befecskendezéses járművek jobb tulajdonságokkal rendelkeznek már, mint a porlasztóval szereltek. Igaz ez nyomatékra, teljesítményre és fogyasztásra is.
Környezetvédelem:
Elektromos karburátor 1978-tól Ecotronic (dupla fojtószelep, hidegindítás) Pontosabb tüzelőanyag és levegőadagolás kell Befecskendező rendszerek 1957-től Mechanikus K Jetronic 1973, KE Jetr.1982 Elektromos D Jetronic 1957, L Jetr. 1973
Emissziós határértékek folyamatosan szigorodnak:
Emissziós határértékek a nemzetközi szabványokban
14. ábra
A 14. ábra táblázatából megállapítható, hogy az emissziós értékek előírt értékei egyre kisebbek lesznek. Egyre szigorúbb feltételeket írnak elő a motorgyárak számára.
Egyedi befecskendezés:
A 15. ábra jellemző tulajdonságai a következők:
K és L Jetronic Motronic 1979 Rövid út Gyors reagálás Rossz keveredés
Egyedi befecskendezés metszeti képe
15. ábra
Központi befecskendezés:
A 16. ábra központi befecskendező rendszerének főbb paraméterei:
Mono Jetronic 1983 Jobb keveredés Kicsapódás Hosszabb út
Központi befecskendezés metszeti képe
16. ábra
K Jetronic:
Mechanikus befecskendező rendszer Hajtás nélkül működő Folyamatos befecskendezés
A 17. ábrán a K-Jetronic rendszer elvi felépítése látható, míg a 18. ábrán a K-Jetronic rendszer vázlatos képe látható a főbb részegységekkel.
K-Jetronic működési elve
17. ábra
Vázlata:
K-Jetronic rendszer vázlatos elrendezése
18. ábra
Üzemanyag ellátás:
Görgőcellás szivattyú Folyamatosan üzemel Biztonsági kikapcsolás
Görgőcellás szivattyú
19. ábra
Több benzint pumpál a szükségesnél.
Görgőcellás szivattyú működése
20. ábra
Nyomástároló:
A motor leállítása után nyomás alatt tartja az üzemanyag-rendszert Csillapítja a szivattyú zaját
Nyomástároló
21. ábra
A 20. ábra a görgőcellás szivattyú, a 21. ábra a nyomástároló, míg a 22. ábra pedig az üzemanyagszűrő alkatrészeit mutatja.
Üzemanyagszűrő:
Befecskendezőt védi Papírszűrő 10 mikrométer pórusméretű
Üzemanyagszűrő
22. ábra
Nyomásszabályzó:
Állandó rendszernyomás 5 bar
Nyomásszabályzó
23. ábra
Befecskendező szelep:
3,3 bar nyitás Hőtől szigetelve (ne képződhessen gőzbuborék) Tűszelep rezeg nagy frekvenciával
A 23. ábra a nyomásszabályzót, míg a 24. ábra a befecskendező szelepet mutatja.
Befecskendező szelep
24. ábra
Légmennyiség mérése, szabályzása:
Fojtószelep szabályoz Légmennyiségmérő a lebegő test elvén működik Torlótárcsa emelkedése a vezérlő-dugattyún keresztül határozza meg az adagolt üzemanyag mennyiséget
Üzemanyag elosztó:
Vezérlő dugattyú Réselt persely Vezérlőrés kb. 0.2 mm
Réselt persely a vezérlőnyílással
25. ábra
A 25-30. ábrákig a légtömegmérő és nyomásszabályzó részegységei láthatóak.
Réselt persely a vezérlő dugattyúval
26. ábra
Vezérlőnyomás:
Leválasztó fojtó
Csillapító fojtó Hidegindításkor 0,5 bar Melegen 3,7 bar
Rendszernyomás és vezérlőnyomás
27. ábra
Nyomásszabályzó az ütközőszeleppel
28. ábra
Nyomásszabályzó szelepek:
Lineáris légmennyiség karakterisztika Állandó nyomásesés kell 0,1 bar Membrán szelepek
Üzemanyag elosztó a nyomásszabályozó szelepekkel
29. ábra
Nyomásszabályzó szelep működése:
Alsó kamrák: rendszernyomás Membrán domborodás biztosítja a nyomás-különbséget
Nyomásszabályozó szelepek
30. ábra
Keverék szabályzás:
Optimális működéshez egyéb beavatkozások:
Hidegindítás Melegedés szabályzás Pótlevegő retesz Lambda szabályzás
Hidegindítás:
Hidegindító szabályozás
31. ábra
Hidegindító szelep:
Hő-idő kapcsoló
Villamos fűtésű bimetál -20 °C-nál 8 mp-ig működik
A 31-36-os ábrákig a hidegindító és melegedés szabályzó egységeket mutatják be az ábrák.
Hidegindító szelep részegységei
32. ábra
Hő-idő kapcsoló részegységei
33. ábra
Pótlevegő retesz:
Hideg motornál nagyobb súrlódás Áramlási keresztmetszetet változtatja Légmenny. mérő méri Meleg motornál nem működik
Pótlevegőretesz
34. ábra
Melegedés szabályzás:
Melegedésre a bimetál elhajlik, kevésbé terheli a tányérszelepet, s annak rugója könnyebben emeli a szelepet, emiatt a membrán csökkenti az üzemanyag visszavezetést, rendszernyomás nő.
Melegedés szabályzó hideg és meleg motornál
35. ábra
Teljes és részterheléssel:
Melegedés szabályzó rész és teljes terhelésnél
36. ábra
Lambda szabályzás:
A 37-39. ábrákon a lambda szabályzás részleteit ismerhetjük meg.
Lambda szabályzó
37. ábra
Ütemszelep elektromágneses Rendszer-nyomást csökkenti
Lambda szabályzó kiegészítő eszközei
38. ábra
Lambda szonda felépítése:
Lambda = 1-nél ugrásfüggvény Hidegen, illetve pl. teljes terheléskor a vezérlés nem veszi figyelembe
Lambda szonda működése
39. ábra
K Jetronic:
K-Jetronic vázlatos elrendezése
40. ábra
KE-Jetronic rendszere
41. ábra
KE Jetronic blokkvázlata:
A 41-48. ábrák a KE-Jetronic rendszer különböző részegységeit, mutatják be a blokkvázlattól a nyomás szabályzásig.
KE-Jetronic blokkvázlata
42. ábra
K és KE Jetronic eltérések:
Elektrohidraulikus nyomásállító Nincs melegedés szabályzó Fojtószelep kapcsoló Légmenny. mérőn potenciométer Hőmérő Tolóüzem Fordulatszám leszabályzás
Elektrohidraulikus nyomásállító:
Fúvóka-rugalmas terelőlap r. Árammal szabályozott terelőlemezt
Elektrohidraulikus nyomásállító
43. ábra
Elektrohidraulikus nyomásállító metszeti rajza:
Állandó- és elektromágnes fluxus különbséggel lehet a torlólapot mozgatni, ezzel arányosan az üzemanyag nyomását változtatni. Az üzemanyag fúvókájától távolítva több üzemanyag kerül a rendszerbe, míg a fúvókához közelítve a torlólapot csökken a nyomása az üzemanyagnak.
Elektrohidraulikus nyomásállító metszeti rajza
44. ábra
Levegő öblítéses befecskendező szelep:
Rendszer-nyomásszabályzó
Levegőöblítéses befecskendező szelep és KE rendszernyomás szabályzó
45. ábra
Alapjárati szabályzás:
Hiba esetén minimális keresztmetszet
Alapjárati szabályzás
46. ábra
Alapjárati szabályzó:
A fojtószelep megkerülő vezetéken több-kevesebb levegőt adagol a motorhoz, a pillanatnyi illetve beállított fordulatszám különbségnek megfelelően.
Alapjárati fordulatszám állítás
47. ábra
Kiegészítő funkciók:
Motorféküzem (A pillangószelep zárt állása melletti magas fordulatszám jelentheti a motorféküzemet. Ilyenkor csökkenti a rendszernyomást, nincs befecskendezés.) Fordulatszám korlátozás (Elérve a maximális fordulatszámot, a befecskendezést lekapcsolja- torlólappal csökkenti az üzemanyag nyomását- így elkezd csökkeni a fordulatszám. Ha lecsökken a visszakapcsolási fordulatszámra, a vezérlő emeli az üzemanyag nyomását, azaz a befecskendezést visszakapcsolja.) Hegyvidéki légsűrűség kompenzáció (A légnyomás érzékelő méri a jármű helyzetét magasság szempontjából. Ha érzékeli, hogy ritkul a levegő, azaz kevesebb az oxigén tartalma, módosítja a keverék beállítást.)
Motorféküzem és maximális fordulatszám korlátozás
48. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Optimális égés esetén mennyi liter üzemanyag szükséges 20 köbméter levegőhöz?
| 0
| 1
| 3
| 2
2. kérdés: Mi a légfelesleg tényező ( ?) definíciója? (több jó válasz is lehetséges)
| bevezetett/elméleti levegő mennyiség reciproka
| bevezetett/elégetett levegő mennyiség
| bevezetett/elméleti levegő mennyiség
| elméleti/bevezetett levegő mennyiség reciproka
3. Mikor van kopogásos égés?
| Ha a gyújtás megelőzi az ideális időpontot. (túl korai gyújtás)
| Ha a gyújtás lekési az ideális időpontot. (túl késői gyújtás)
| Ha a befecskendezés megelőzi az ideális időpontot.
| Ha a befecskendezés megelőzi a felső holtpontot.
4. Mi az előnye a tranzisztoros gyújtásnak a hagyományos tekercses gyújtáshoz képest? (két jó válasz van)
| Nagyobb primer áram érhető el (gyújtóenergia is nő).
| Az érintkezők élettartama is nő.
| Nagyobb fordulatszámot engedhetünk meg.
| Kiküszöböli a kopogást.
5. Miért előnyös az induktív gyújtáselosztó?
| Itt nem szükséges a fűrészfog jel generálása.
| Az érintkezők élettartama is nő.
| Csökkenti a fogyasztást.
| Elég hozzá 2 db gyújtótrafó.
6. Ki készítette el az első porlasztót Bánki Donát,?
| Bánki Donát
| Kandó Kálmán
| Csonka János
| Galamb József
7. Mekkora a rendszernyomás a K-Jetronic esetében?
| 3,3 bar
| 5 bar
| 1 bar
| 10 bar
8. Milyen nyomásnál nyit ki a K-Jetronic befecskendező szelepe?
| 1 bar
| 0,5 bar
| 3,3 bar
| 5 bar
9. Hogyan szabályoz a lambda szabályzó?
| Ha a lambda szonda jele közel 0 V, akkor növeljük az üzemanyag adagolást.
| Ha a lambda értéke 1 feletti akkor fokozott az üzemanyag adagolás, 1 alatt pedig csökkentett.
| Teljes terheléskor a lambda szabályzás jelét kétszer veszi figyelembe a vezérlő.
| A motor indításakor csak a lambda szonda jele alapján szabályoz a vezérlő.
10. Fordulatszám korlátozás miként történik a KE-Jetronic rendszernél?
| Elérve a maximális fordulatszámot, a befecskendezést lekapcsolja- torlólappal csökkenti az üzemanyag nyomását.
| Elérve a maximális fordulatszámot, a befecskendezést erősíti- torlólappal növeli az üzemanyag nyomását.
| Elérve a maximális fordulatszámot, a lambda szabályzó ütemszelepét nyitja, ezzel csökkenti az üzemanyag nyomását.
| Elérve a fordulatszám határát, a fojtószelep pozícióját nem veszi figyelembe, átkapcsol motorfék üzemmódba.