8.12. Elektronikusan irányított dízelbefecskendező rendszerek (Tizenkettedik rész Adagolóporlasztós dízelbefecskendező rendszerek II.

Átírás

1 8.12. Elektronikusan irányított dízelbefecskendező rendszerek (Tizenkettedik rész Adagolóporlasztós dízelbefecskendező rendszerek II.) A dízelbefecskendező rendszerekkel foglalkozó első írásunkban (8.1.) bemutattuk az adagolóporlasztós rendszer (Unit Injector System UIS = Pumpe Düse Einheit PDE) működésének lényegét, leírtuk legfőbb előnyeit, majd a írásunkban belekezdtünk e dízel keverékképző részletesebb bemutatásába. Egy blokkvázlat közzétételével ismertettük a teljes rendszer általános felépítést, majd a VW Golf V. (1,9 TDI; 2006; BKC/BRU motorkódú; EDC 16U1) villamos hálózatának bemutatását követően megkezdtük annak elemzését. Mindezidáig ismertettük a tápfeszültség ellátást, a bemeneti információkat (szenzorokat) és a motor ECU külső kommunikációját. Jelen cikkünkben a villamos hálózat elemzésén keresztül a rendszer beavatkozóinak egy részét és azok működését írjuk le. Kapcsolási vázlat - I. részlet 1. ábra Kapcsolási vázlat - II. részlet 2. ábra A5.41 Hűtőventilátor (táp és vez.) B2.18 Töltőnyomás érzékelő B3.1. Beszívott levegő hőm. érz. B4.24 Menetpedál helyzetérz. I. B4.25 Menetpedál helyzetérz. II. F2.10 Biztosító 10 (bizt. tábla 2) F2.11 Biztosító 11 (bizt. tábla 2) F2.26 Biztosító 26 (bizt. tábla 2) F2.8 Biztosító 8 (bizt. tábla 2) F2.9 Biztosító 9 (bizt. tábla 2) K1.1 Főrelé M4.41 Szívócső-csappantyúállító motor és elektronika Y Kipufogógáz hűtőcsappantyú-vezérlő mágnesszel. Y EGR beavatkozó-vezérlő mágnesszelep Y Turbónyomás-szabályzó mágnesszelep A1.9 Izzításvezérlő B4.15 Tengelykapcsoló helyzetérz. B4.7. Vezérműtengely forgásérz. B5.15 Forgattyústengely forgásérz. F1.6 Biztosító 6 (bizt. tábla 1) F2.51 Biztosító 51 (bizt. tábla 2) F2.7 Biztosító 7 (bizt. tábla 2) F2.9 Biztosító 9 (bizt. tábla 2) F3.14 Biztosító 14 (bizt. tábla 3) F3.27 Biztosító 27 (bizt. tábla 3) K1.1 Főrelé K1.2 Szivattyúrelé R3.1 Izzítógyertya 1. henger R3.2 Izzítógyertya 2. henger R3.3 Izzítógyertya 3. henger R3.4 Izzítógyertya 4. henger S1.5 - Fékpedál kapcsoló S4.2 Féklámpa kapcsoló Y3 Tüzelőanyag szivattyú 1

2 Kapcsolási vázlat - III. részlet 3. ábra Kapcsolási vázlat - IV. részlet A10.3 Indítómotor A7.1 Kombinált műszer A7.15 Fedélzeti hálózati vez. egys. B3.2 Hűtőközeg hőmérséklet érz. B3.39 Hűtő kilépési hőm. érzékelő B3.8 Tüzelőanyag hőm. érzékelő B8.1 Levegő-tömegáram érzékelő B9.28 Motorolaj érzékelő E6.4 Forgattyúsház szellőztetés fűtőelem F2.15 Biztosító 15 (bizt. tábla 2) F2.27 Biztosító 27 (bizt. tábla 2) F2.39 Biztosító 39 (bizt. tábla 2) F2.40 Biztosító 42 (bizt. tábla 2) F2.42 Biztosító 27 (bizt. tábla 2) F2.29 Biztosító 29 (bizt. tábla 3) G2 Generátor K1.113 Indítórelé K ös fesz. ellátó relé A41.15 Kormánymodul A7.1 Kombinált műszer F1.6 Biztosító 6 (bizt. tábla 1) F3.13 Biztosító 13 (bizt. tábla 3) W2.1 CAN adatbusz diagn. interf. X19 Dugós csatlakozó X9.2 OBD csatlakozó Y8.1 Adagolóporlasztó 1. henger Y8.2 Adagolóporlasztó 2. henger Y8.3 Adagolóporlasztó 3. henger Y8.4 Adagolóporlasztó 4. henger 4. ábra A hálózat elemzés (A cikk folytatása) 2.3. Beavatkozók (aktuátorok) Hidraulikus szempontból a tüzelőanyag rendszer (5. ábra) nagy-, közepes- és kisnyomású részekre oszt- ható. A nagynyomású részt az adagoló-porlasztók alkotják, hiszen a befecskendezési nyomás kizárólag ezekben jön létre. 1 Tüzelőanyag tartály 2 Villamos előtáp szivattyú 3 Tüzelőanyag szűrő 4 Tandem szivattyú 5 Adagoló-porlasztó 6 Gázolaj-hőmérsékletérzékelő 7 Előmelegítő szelep 8 Tüzelőanyag hűtő 2 5. ábra

3 Az úgynevezett előtartályból a kisnyomású előtáp-szivattyú a tüzelőanyagszűrőn át a gázolajat a tandem szivattyúba szállítja. Ez utóbbi a nevét onnan kapta, hogy a vezérműtengelyről hajtott gázolajszivattyút összeépítették az azonos módon meghajtott vákuum-szivattyújával (6. ábra). A szivattyú járműtípustól függően 7,5 10,5 bar közepes nyomást létre- hozva táplálja az adagoló-porlasztókat. A vákuumszivattyú a depresszióval működtetett elemeket (pl. a fékrásegítőt) szolgálja ki. A tandemszivattyúba különféle szelepek, fojtások, szűrő és nyomásmérő-csatlakozó is be van építve (7. ábra). A nyomáshatároló szelep (3) az említett értékre korlátozza a közepes nyomást. A nyomáskorlátozó szelep (10) üzem közben a visszaáramlási nyomást állítja be, mivel a légtelenítés céljára kialakított megkerülő csatorna (9) erősen fojt. A szűrőben (4) leválasztott leve- 7. ábra gő a 7-es számmal jelzett fojtáson tud eltávozni. A tandem szivattyún általában egy nyomásmérési csatlakozási lehetőséget (5 szervizfurat) alakítanak ki, amelyen keresztül üzem közben ellenőrizhető az úgynevezett közepes nyomás. A személygépkocsik adagoló-porlasztóihoz rendszerint alkalmazott zárólapátos szivattyúkban (Lásd 8. és 9. ábra!) rugók szorítják a két zárólapátot a rotorhoz. Ez elő- nyös, hiszen e megoldás alacsony motorfordulatszámon biztos zárást eredményez. A rotor elfordulásának eredményeként a beáramlási oldalhoz csatlakozó térfogatok növekednek, míg a kiáramlási oldalhoz csatlakozók csökkennek. Tehát a térfogatok megváltozásának következtében jön létre szállítás. 1 Tüzelőanyag tápvezeték 2 Visszafolyó vezeték 3 Vákuumszivattyú 4 Zárólapátos szivattyú 5 Nyomásmérő-csatlakozó 6. ábra 1 Nyomáshatároló szelep 2 Zárólapátok (zárószárnyak) 3 Forgórész (rotor) 4 Fojtófurat (fojtás) 5 Buborékleválasztó szűrő 6 Kiáramlás a hengerfejbe 7 Visszafolyó nyomáskorlátozó 8 Visszafolyó csatlakozó 9 Visszaáramlás a tartály felé 10 Beáramlás az előtápszivattyútól 8. ábra Itt jegyezzük meg, hogy a visszafolyó ágban (5. 1 Forgórész (rotor) ábra) helyezik el a gázolaj-hőmérséklet szenzort, a 2 Beáramlás folyadékkal, vagy levegővel működtetett tüzelőanyaghűtőt és az előmelegítő szelepet. Ez utóbbi egy 4 Zárólapát 3 Lapátrugó táguló-elemes hőmérséklet érzékeny szelep, amely 5 Kiáramlás hideg gázolaj esetén a szűrőn keresztül viszszajuttatja a már felmelegedett gázolajat a tandemszivattyú szívó ágába. Forrás: VW AG 1 Tüzelőanyag bevezetés 2 Gázolaj szivattyú 3 Nyomáshatároló szelep 4 Szűrő 5 Nyomásmérő csatlakozó 6 Tápvezeték 7 Fojtás 8 Visszafolyó vezeték 9 Megkerülő csatorna 10 Visszafolyó nyomáskorl. 11 Visszafolyás a tartály felé 12 Motor Forrás: VW AG Az előtáp-szivattyú vezérlése A villamosan hajtott előtáp-szivattyút (2. ábra Y3) a szivattyúrelé (K1.2) kapcsolja be, illetve ki, a motor-ecu által irányítottan. (Relévezérlés lásd cikk 5. oldal!) 9. ábra 3

4 Mint már említettük a munkatérbe a tüzelőanyagot e rendszereknél az elektronikusan irányított adagoló-porlasztók fecskendezik be. A közvetlenül, vagy himbán keresztül kapcsolódó meghajtó bütyök és a visszatérítő rugó hatására alternáló dugattyú adagolóként üzemel. Az alkalmazott hidromechanikus vezérléssel elősugár (pilot-adag) is létrehozható az alábbiak szerint (10. ábra): Szívólöket (feltöltődés) (10.a ábra) A meghajtó-bütyök (3) elfordulásakor a visszatérítő rugó a dugattyút (4) a külső holtpont felé mozgatja. A nyitott vezérlő-mágnesszelepen ke- resztül a közepes nyomású rendszer a tüzelőanyanyagot a nyomótérbe (5) jutatja. 1 Tüzelőanyag bevezetés 2 Tüzelőanyag visszafolyás 3 Meghajtó-bütyök 4 Dugattyú 5 Nyomótér 6 Tároló dugattyú 7 Tárolótér 8 Rugótároló tér 9 Fúvókatű 10 Mágnesszelep tű 11 Mágnesszelep ülés a Szívólöket b Előlöket c Szállítólöket az előadag befecskendezésének kezdete d Szállítólöket az előadag befecskendezésének vége 10. ábra Előlöket (10.b ábra) A meghajtó-bütyök továbbfordulásakor a még mindig nyitott vezérlőszelepen keresztül a tüzelőanyag visszaáramlik a közepes nyomású rendszerbe. Ekkor az átáramló tüzelőanyag hűti az adagolóporlasztót. Az előadag befecskendezésének kezdete (10.c ábra) Ha az irányítóegység végfoka zárja a mágnesszelep tekercsének áramkörét, a növekvő áramerősség hatására a mágnesszelep zár a szeleptű a szelepülésre nyomódik, ezzel megkezdődhet a nyomótérben a nyomásemelkedés. Mivel az ábrázolt helyzetben (zárt tárolódugattyú) a befecskendező fúvóka nyitónyomása csak 180 bar, ennek elérésekor a fúvókatű elemelkedik a tömítő-felületéről és megkezdődik az előadag befecskendezése. Ekkor a tárolódugattyú (6) még zárva van. Az előadag befecskendezésének vége (10.d ábra) A tovább növekvő nyomás hatására a tárolódugattyú lefelé mozdul, elemelkedik az üléséről. Ekkor a nyomótérrel (5) összekapcsolódik a tárolótér (7). A tárolótérben megnövekvő nyomás és a nyomórugó előfeszítésének növekedése a fúvókatűt zárja. Ezzel az előadag befecskendezése befejeződik, de a tárolódugattyú nem tér vissza alaphelyzetébe, mivel azt nyitott állapotban a tüzelőanyag nyomása nagyobb felületen éri. Az előadag mennyiségét ( 1 1,5 mm 3 ) alapvetően a tárolódugattyú nyitónyomása és lökete határozza meg. A főadag létrehozása Mivel a meghajtó-bütyök a dugattyút tovább mozgatja és a mágnesszelep is zárt, a rendszerben a nyomás tovább emelkedik. Mivel a nyomórugó előfeszítés-növekedése és a tároló térben létrejövő nyomásemelkedés megnövelte a nyitónyomást, a főadag befecskendezése csak magasabb nyomáson kezdődik. 4

5 1 Tüzelőanyag bevezetés 2 Tüzelőanyag visszafolyás 3 Meghajtó-bütyök 4 Dugattyú 5 Nyomótér 6 Tároló dugattyú 7 Tárolótér 8 Rugótároló tér 9 Fúvókatű 10 Mágnesszelep tű 11 Mágnesszelep ülés a Nyomólöket a főadag befecskendezése b Maradéklöket 11. ábra A főadag befecskendezésének kezdete és vége (11.a és b ábrák) Kb. 0,2 0,6 ms időkéséssel, hozzávetőlegesen 300 bar nyomáson a fúvókatű ismét elemelkedik tömítőfelületéről és újfent megkezdődik a befecskendezés. A dugattyú nagy szállítási mennyisége miatt a főadag befecskendezési nyomása tovább emelkedik, a pillanatnyi fordulatszámtól függően elérheti akár a 2000 bar-t is. Ha az elektronikus irányítóegység a mágnesszelepen az áramot megszünteti a tekercsen átfolyó áram erőssége a tartóáram értéke alá csökkenti, a szelep nyit, és ismét összekapcsolódik a nyomótér a közepes nyomású térrel. A gyorsan csökkenő nyomótéri nyomás következtében a fúvókatű bezár, ezzel befejeződik a befecskendezési folyamat és a tárolódugattyú is visszatér alaphelyzetébe. Maradéklöket (11.b ábra) Ebben a fázisban a dugattyú tovább halad a belső holtpont irányába és visszaszállít a közepes nyomású térbe. A visszaáramló gázolaj hűti az adagolóporlasztót. Itt jegyezzük meg, hogy a PD rendszerek biztonságosan üzemelnek, hiszen hiba esetén az adott adagolóporlasztó a szállítást megszűnteti. Ha például a mágnesszelep folyamatosan nyitva marad, sincs szállítás és folyamatos zárt helyzetében is a szelep legfeljebb egyet fecskendez Az adagolóporlasztók vezérlése Az adagolóporlasztók igen kis ellenállású (0,2 03 Ω) elektrohidraulikus szelepei az X19 jelű dugós csatlakozón keresztül a motoraggyal állnak kapcsolatban alábbiak szerint (4. ábra): 7 + táp A1.1 (ECU) B-31 és B-32 5 Y8.1 vezérlés A1.1 (ECU) B-46 3 Y8.2 vezérlés A1.1 (ECU) B-1 2 Y8.3 vezérlés A1.1 (ECU) B-47 6 Y8.4 vezérlés A1.1 (ECU) B-48 A szelepeket a motor ECU áramszabályzással vezérli. A 12. ábrán, a kapcsolóelemen megjelenő feszültség és a szelepáram oszcillogramjai láthatóak. A vezérlés kezdetekor a végfoktranzisztor felveszi a legkisebb ellenállású állapotát, ezáltal a mágnesszelepen az áramerősség exponenciálisan növekedni kezd. Amikor a szelepáram már biztosan meghaladta a meghúzási áram (kb. 15,5 A) értékét megközelítette a 20 A-t, tehát a szelep már biztosan zárt, a kapcsolóelem megszakít. Ekkor az áram igen gyorsan csökkenni kezd, s ha egy biztonsági értékkel megközelíti az elengedési áram nagyságát, beindul az áramhatárolás. Ekkor a szabályzórendszer a végfoktranzisztor igen gyors ki-be kapcsolásával (20 khz) beállítja a tartóáramot kb. 10,5 A értékre. 5

6 A befecskendezésvezérlés végén a tranzisztor zár és a szelepáram igen gyorsan az elengedési áram alá csökken. Ekkor a mágnesszelep nyit és a befecskendezés szinte azonnal megszűnik. Feszültség A vezérlés kezdete Befecskendezés tartam A vezérlés vége Szelepáram A befecskendezési cikluskezdet - BIP Áram szabályzás 12. ábra Forrás: VW AG Befecskendezés-kezdet szabályozás - BIP A befecskendezés időzítése döntően befolyásolja a motor jellemzőit, leadott teljesítményét, fajlagos fogyasztását, károsanyag kibocsátását, de a motorzajt is. Az előbefecskendezési szög pillanatnyi értékét a bemeneti jellemzők határozzák meg: a motorfordulatszám, a terhelés, a hőmérsékletek stb.. Befecskendezés cikluskezdetnek (BIP = Begin of Injector Period) azt a felsőholtpont előtti főtengely szöghelyzetet tekintjük, amelynél az adott adagolóporlasztó mágnesszelepe bezár. A befecskendezés cikluskezdet adott motor-munkaponthoz felvett ideális értékeit a motor ECU jellegmezőkben tárolja. Az adagolóporlasztók gyártási szórása és beépítési eltérései, valamint a használatuk során bekövetkező változások a mágnesszelepek kapcsolási idejének (reakcióidejének) eltéréséhez, illetve megváltozásához vezethetnének, ami megváltoztatná a tényleges befecskendezési cikluskezdeteket is. Befolyással lehet minderre a tüzelőanyag pillanatnyi hőmérséklete és sűrűsége is. Az említett hatásokat az adagolóporlasztós rendszereknél a BIP szabályzási stratégiával kompenzálják. BIP szabályzási stratégia befecskendezési cikluskezdet korrekció A mágnesszelepeken a vezérlőfeszültség megjelenése nem váltja ki azonnal a befecskendezés megindulását, a szelep nem zár azonnal és a zárást követően is csak (csekély) időkéséssel kezdődik meg a tényleges befecskendezés. Azt, hogy egy adott szelepnél a vezérlőfeszültség megjelenését mennyi idővel követi a szelepvasmag elmozdulása tehát a szelepzárás, az ECU a szelepáram jelalak elemzésével tudja megállapítani. A vasmag elmozdulása ugyanis megváltoztatja a tekercs induktivitását, ami a szelepáram függvényben törést eredményez (12. ábra). Ezt a késési időt szelepenként az ECU eltárolja és az ideálissal összehasonlítja. A következő ciklusban az eltérés mértékét a szelep kivezérlésekor előjel helyesen figyelembe veszi. A motor ECU egy meghatározott értéken belül képes az eltéréseket korrigálni, és ezzel az ideális befecskendezési cikluskezdetet beállítani. Ha a korrekció átlép egy megengedett határt, az ECU hibát tárol el, például: A szabályzási határ lefele túllépve! A következő cikkünk kb. két hónap múlva jelenik meg! 6