1. Bosch Motronic MED integrált motorirányító rendszer felépítése és általános jellemzői

Átírás

1 5.18. Benzinbefecskendező és integrált motorirányító rendszerek (Tizennyolcadik rész Integrált motorirányító közvetlen benzinbefecskendezéssel I. Bosch MED) Az Otto motorok egyesített irányító rendszerei közül utolsóként a ma legmodernebbnek számító a közvetlen benzinbefecskendezésre épülő rendszerekkel foglalkozunk. A direkt benzinbefecskendezés nem teljesen új műszaki megoldás: 1933-ban repülőben, 1951-ben 2ü motorhoz, 1954-ben Mercedes 300SL-ben, mechanikus közvetlen benzinbefecskendezést már alkalmaztak. A BDE (Benzin Direkteinspritzung) belső keverékképzésű Otto-motor, a maiak idő-és nyomásvezérlésűek. Van olyan, amelyik mindig homogén keverékkel üzemel, és van, amelyik váltogatja a homogén és rétegzett (heterogén) keverékes működésmódot. Az utóbbi homogén keverék esetén a szívóütemben, rétegzett keverék esetén a sűrítési ütem végén fecskendez. E témakörrel foglalkozó első cikkünkben bemutatjuk a Bosch MED főbb szerkezeti elemeit, általános jellemzőit és elkezdjük részletezni annak tüzelőanyag rendszerét. 1. Bosch Motronic MED integrált motorirányító rendszer felépítése és általános jellemzői 1 Aktív szenes benzingőztároló 2 Regeneráló szelep 3 Nagynyomású tápszivattyú (HDP-2 beépített mennyiségszabályzóval) 4 Szelepvezérlés-állító és érzékelő 5 Gyújtótekercs a beépített végfokkal és a gyújtógyertyával 6 Hőfilmes légtömegmérő beépített hőmérsékletszenzorral 7 Fojtószelepegység EGAS 8 Szívócsőnyomás érzékelő 9 Tüzelőanyag-nyomás érzékelő 10 Nagynyomású elosztócső (rail) 11 Vezérműtengely vonatkoztatási jeladó 12 Szélessávú lambda-szonda 13 EGR szelep 14 Befecskendezőszelep 15 Kopogásszenzor 16 Motorhőmérséklet érzékelő 17 Motor-közeli (elő) katalizátor 18 Lambda-szonda (ugrásszonda) 19 Fordulatszám és vonatk. jeladó 20 Elektronikus irányítóegység 21 CAN csatlakozás 1 1. ábra 22 MIL lámpa 23 Diagnosztikai csatlakozó 24 Immobilizer vezérlőegység csatlakozás 25 Gázpedálállás érzékelő 26 Tüzelőanyag-tartály 27 Elektromos tápszivattyú-egység 28 Kipufogógáz-hőmérséklet érzékelő 29 Főkatalizátor (NO X tároló és hármas hatású katalizátor) 30 NO X - szenzor (vagy lamdaszonda)

2 A rendszer általános jellemzői A Bosch az integrált motorirányítói közül a MED rövidítést a Motronic EGAS Direkteispritzsystem szavak kezdőbetűiből képezte. E rendszerekben közös elektronikus irányítóegység vezérli, illetve szabályozza a nagynyomású közvetlen benzinbefecskendezést (BDE), a változó szelepvezérlést, az elektromosan működtetett fojtószelep vezérlést (EGAS), a füstgáz-visszavezető rendszert (EGR), az S- DIS kopogásmentesített gyújtást, az öndiagnosztikai rendszert (OBD), a tartályszellőztető rendszert, az NOx-tároló katalizátorhoz szükséges vezérlést (NOx ürítés és kéntelenítés). A MED elektronikus agya természetesen, ha szükséges a jármű más irányítóegységeivel a CAN-en keresztül (is) kommunikál. 2. A tüzelőanyag-rendszer főbb szerkezeti elemei, azok felépítése és működése (HDP-2 szivattyúval szerelt rendszer) A BDE tüzelőanyag rendszere két fő részre osztható. A kisnyomású rendszer a tartályból a tüzelőanyagot a nagynyomású szivattyú beömlő oldalához szállítja, az üzemállapottól függően 0,4-0,5 MPa (4-5 bar) nyomással. A nagynyomású rész első eleme a nagynyomású dugattyús szivattyú, amely az üzemállapottól függően 5-20 MPa nyomást hoz létre az elosztócsőben. Ehhez csatlakoznak a befecskendező szelepek Az alacsony nyomású rendszer felépítése és működése. AG 1 Motronic irányítóegység 2 PWM jel I. 3 Benzinszivattyú irányítóegység 4 PWM jel II. 5 Elektromos tüzelőanyag-szivattyú 6 Tartály 7 Szűrő, beépített nyomáshatárolóval 8 Nyomásérzékelő 9 Fedélzeti vezérlőegységtől A kisnyomású szivattyú nem a megszokott módon működik, azt saját ECU irányítja úgy, hogy a kisnyomás mindig az előírt értékű legyen (3. ábra). (Normál üzemben 0,4 MPA, hideg és meleg indításkor 0,5 MPa.) A motor ECU a kisnyomás-érzékelő (8) jele alapján 20Hz-es PWM (impulzus szélesség modulált) jellel irányítja a szivattyú-ecu-t (3), amely 20 khz-es PWM jellel vezérli a szivattyút. Ezáltal a szivattyú 3. ábra nem szállít túl, nincs folyamatos visszafolyás és az irányítóegység az alacsony oldali rendszernyomást az igénynek megfelelően tudja változtatni. A szűrőbe épített nyomáshatároló csak biztonsági szerepet játszik. Az ECU, és ez által a szivattyú tápellátásáról, a fedélzeti hálózati vezérlőegység gondoskodik, szükség esetén (pl. légzsáknyitás) azt le tudja állítani ábra 1 Tüzelőanyag-tartály 2 Elektromos szivattyú 3 Szűrő 4 Alacsony nyomású nyomásszabályzó (korlátozó) 5 Lezárószelep (nincs minden változatban) 6 Egyhengeres nagynyomású szivattyú (HDP-2) 7 Mennyiségszabályzó szelep 8 Nyomáslengés-csillapító 9 Elosztó- és tárolócső 10 Nyomáshatároló szelep (korlátozó) 11 Csőnyomás érzékelő 12 Nagynyomású befecskendezőszelepek

3 2.2. A nagynyomású rendszer főbb szerkezeti elemei és azok működése HDP-1 szivattyúval szerelt rendszer és a szivattyú 1 Nagynyomású szivattyú (HDP-1) 2 Alacsony nyomású csatlakozó 3 Nagynyomású cső 4 Tüzelőanyag elosztócső (rail) 5 Befecskendezőszelep 6 Nyomásérzékelő 7 Nyomásszabályzó 4. ábra A nagynyomású rendszert többféle szivattyúval gyártották. A 4. ábrán a HDP-1-el szerelt BDE-t láthatjuk. Ennek 3 dugattyús nagynyomású szivattyúja az 5. ábrán látható. Feladata az 5-12 MPa nyomás előállítása. Itt jegyezzük meg, hogy a motorindítás első szakaszában a befecskendező szelepek az előszállító nyomással (0,5 MPa) fecskendeznek. A szivattyú excentere ezt általában a vezérműtengely hajtja és a nyomórugók alternáló mozgásra kényszerítik a szivattyú dugattyúit. A radiális dugattyús szivattyú 120 -os szögben elhelyezett dugattyúi egyenletes terhelést, és egymást átfedő szállítást biztosítanak. Ha valamelyik dugattyút nyomórugója az excenter felé mozdítja, annak nyomószelepe zár, szívószelepe nyit és a benzin a dugattyún kialakított furatokon és a beeresztő szelepen keresztül a dugattyú fölé áramlik. Ha az excenter az emelőgyűrűn keresztül a dugattyút a külsőholtpont felé mozgatja, a beeresztő szelep zár és a nyomószelep nyit, a tüzelőanyag az elosztócső felé távozik. A HDP-1 es szivattyú erősen túlszállít, teljesítményfelvétele nagy, szállított mennyisége fordulatszámfüggő. E szivattyúnál a megcélzott railnyomást az elosztócsőre szerelt nyomásszabályzó állítja be. A szabályzó a szivattyú szívó oldalára ereszti vissza a fölösleges tüzelőanyagot. A szivattyú (tömítőelem előtti) alkatrészeit a tüzelőanyag keni. a Hosszmetszet b Keresztmetszet 5. ábra 1 Excenter 2 Csúszó emelőtőke 3 Szivattyúhenger 4 Dugattyú 5 Lezáró golyó 6 Nyomószelep 7 Beeresztőszelep 8 Csatlakozás a nagynyomású rendszerhez (rail-hez) 9 Beáramlás a kisnyomású rendszerből 10 Emelőgyűrű 11 Axiális tömítés 12 Statikus tömítés 13 Meghajtótengely Az elosztócső alumíniumötvözetből készülő rendszer-specifikus alkatrész, mivel nyomástároló szerepet is játszik. (Térfogata és alakja tehát befolyásolja a működést.) Nyomásszabályzó (csak a HDP-1 szivattyúval szerelt változathoz) A HDP-1 szivattyú nyomását az elosztócsőre szerelt nyomásszabályzó állítja be, hiszen üzem közben a rendszer a befecskendezési nyomást változtatja az úgynevezett kell értékre. 3

4 6. ábra 1 Elektromos csatlakozó 2 Nyomórugó 3 Tekercs 4 Vasmag 5 Tömítőgyűrű (O-gyűrű) 6 Kivezető furat 7 Szelepgolyó 8 Szelepülés 9 Hozzávezetés a szitaszűrőn keresztül A 6. ábra látható, hogy a tekercs árammentes állapotában a rugóerő tart egyensúlyt, a rendszernyomásból adódó szelepgolyóra ható erővel. Ha a tekercsen áram folyik, annak mágneses ereje hozzáadódik a nyomásból adódó erőhöz, tehát a rendszernyomás csökken. A tekercsen átfolyó átlagáram nagyságát az ECU kitöltési tényező változtatással vezérli HDP-2 szivattyú 7. ábra A HDP-2 szivattyú beépített mennyiségszabályzóval rendelkezik, ezért az igénynek megfelelően szállít. Természetesen, mivel a szivattyú csak a szükséges benzinmennyiség nyomását emeli fel a pillanatnyi rendszernyomás fölé, ezért ennek a szivattyúnak a teljesítményfelvétele kisebb, mint a HDP-1-é. A szivattyú nyomóütemét általában a szívó vezérműtengelyen elhelyezett két-vagy három-profilú bütyök hozza létre. A 7. ábrán látható módon, amikor a dugattyút a rugó az alsó holtpont felé mozgatja, a mennyiségszabályzó szelepet az ECU zárja. Ekkor a nyomásesés hatására a beeresztő szelepen át tüzelőanyag jut a szivattyútérbe. A kieresztő szelep a rajta kialakuló nyomásesés iránya miatt zárt. 8. ábra Amikor a dugattyút a bütyök felfelé mozdítja (8. ábra) a szivattyútérben, a nyomás emelkedik, és a rendszernyomás elérésekor a kieresztő szelep nyit, a tüzelőanyag az elosztócső és a befecskendező szelepek felé áramlik. A beeresztő szelep ekkor még mindig zárt. A megfelelő railnyomás-emelkedés elérésekor a menynyiségszabályzó szelepet az ECU nyitja (9. ábra) és az visszaengedi a fölösleges tüzelőanyagot a beeresztő szelep mögé. A beeresztő oldali nyomásingadozást a szivattyúra szerelt nyomáslengéscsillapító hivatott csökkenteni. (A menynyiségszabályzó nyitásakor ugrásszerűen nőne a nyomás.) Természetesen a dugattyút és a hengert itt is a tüzelőanyag keni. A tömítőelem fölötti rész kenésre használt tüzelőanyagot, visszavezetik a tartályba ábra

5 A nagynyomású befecskendezőszelepek (HDEV) és vezérlésük 10. ábra 1 Hozzávezetés finom szitaszűrőn keresztül 2 - Elektromos csatlakozó 3 Nyomórugó 4 Tekercs 5 Szelepház 6 Fúvókatű a vasmaggal 7 Szelepülés 8 Szelepkivezető furat A nagynyomású (közvetlen) benzinbefecskendező rendszereknél a befecskendező szelepekkel és azok vezérlésével szemben szigorúbb követelményeket támaszt a keverékképző rendszer, mint a hagyományos szívócsatorna befecskendezőknél. Ez részben abból adódik, hogy a BDE néhány változata homogén és heterogén (rétegzett) keverék előállítására is alkalmas. Összefoglalóan azt mondhatjuk, hogy a szelepek feladata: meghatározott időben, a meghatározott mennyiségű tüzelőanyag befecskendezése a megfelelő helyre. A szelepek legfőbb jellemzője: direkt vezérlésűek, a nagyobb befecskendezési nyomás miatt igen jó porlasztásúak és gyors működésűek. (Van, amikor csak egy fél ütem áll rendelkezésre a tüzelőanyag bevitelére. Alapjáraton a befecskendezési idő csak kb. 0,4 ms.) 11. ábra A befecskendező szelepek működését és vezérlését a 10. és 11. ábrán követhetjük nyomon. A gyors működést elsősorban a kis lökethossz, továbbá az emelt (50-90V) működtető-feszültség biztosítja. A szeleptűt árammentes helyzetben rugóerő tartja a szelepülés tömítővállán. Ha a tekercsen áram folyik, a fúvókatűt, mint vasmagot a tekercs mágneses ereje rugóerő ellenében elmozdítja, és a kivezető furaton keresztül a szelep fecskendezni kezd. Az elektrohidraulikus szelepek működtetéséhez az ECU az 50-90V feszültséget kondenzátorok feltöltése útján önindukcióval állítja elő. (Mint a common-rail.) A működtetés a 11. ábra tanúsága szerint az előmágnesezéssel kezdődik. Ekkor a szelep még zárt, mert az ECU csak a meghúzásinál kisebb áramot hoz rajta létre. A t vm -mel jelzett idő leteltét követően a motoragy a nyitni kívánt szelepet hozzákapcsolja az 50-90V-ra előzőleg feltöltött tároló kondenzátorokhoz. A kis ellenállású szelepen ekkor igen gyorsan kezd növekedni az áram, s amikor az biztosan meghaladta a meghúzási értéket, tehát a fúvókatűt a vasmag már megmozdította a motoragy áramcsökkentésbe kezd. (A gyors zárás és a melegedés csökkentése céljából szelepáramot a tartóáram (I h ) értékére csökkenti.) Természetesen a fúvókatű elmozdulása a befecskendezés megindulását eredményezi. A befecskendezési ciklus végén az ECU a szelepen igen gyorsan csökkenteni kezdi az áramot. Ezt követően a szeleprugó visszazárja a fúvókatűt és befejeződik a befecskendezés A témakör tizenkilencedik cikke kb. egy hónap múlva, jelenik meg! 5