WYDZIAA
MECHANICZNY POLITECHNIKI GDAC
SKIEJ
KATEDRA SILNIKÓW SPALINOWYCH I SPR
śAREK
Kierownik katedry: prof. dr hab. in\
. Andrzej Balcerski, prof. zw. PG
LABORATORIUM PODSTAW SILNIKÓW I NAP
DÓW SPALINOWYCH
Dr in\
. Zbigniew Kneba
Ćwiczenie 5
UKA
ADY ZASILANIA I ZAPA
ONOWE
W SILNIKACH O ZAPA
ONIE ISKROWYM.
1. Wstęp
Układy sterowania pracą samochodowych silników spalinowych uległy zasadniczym przeobra\
eniom w
latach 80-tych XX wieku. Pojawiły się wówczas mo\
liwości powszechnego stosowania sterowników
elektronicznych dla sterowania i kontroli pracy układów zasilania, zapłonowego, rozrządu i innych.
Wcześniejsze próby wykorzystania elektroniki kończyły się niepowodzeniem ze względu na trudne
warunki pracy w silnikach samochodowych. Elektroniczne sterowane układy zapłonowe zastąpiły
klasyczne stykowe układy zapłonowe, a układy wtrysku benzyny wyparły całkowicie stosowane
dotychczas, w samochodowych silnikach o zapłonie iskrowym zasilanie gaz
nikowe. Takie zmiany były
głównie spowodowane wprowadzaniem coraz ostrzejszych przepisów o toksyczności spalin.
Dodatkowymi powodami ich wprowadzenia były: doskonalenie cech eksploatacyjnych silników takich
jak parametry pracy silnika w fazie rozgrzewania, zu\
ycie paliwa oraz przebieg momentu obrotowego w
funkcji prędkości obrotowej. Całkowita zmiana zasilania gaz
nikowego na wtrysk benzyny w
samochodach osobowych nastąpiła u Zachodnioeuropejskich producentów samochodów w latach 1993-
95. Obecnie niemal wszystkie sterowniki obsługują układ zasilania benzyną i układ zapłonowy. Tego
typu sterowanie będzie dalej zwane zintegrowanym. Nale\
y wspomnieć \
e na obecnym etapie rozwoju
układów sterowania konkuruje skutecznie ze sobą około 25 ró\
nych rozwiązań konstrukcyjnych.
Niektóre z rozwiązań zanikają i mo\
na zaobserwować tendencję do zastępowania układów
mechanicznych przetwornikami elektronicznymi. Wzrasta ilość funkcji wykonywanych przez
elektroniczne mikroprocesorowe sterowniki silników oraz postępująca integracja z innymi układami np.
klimatyzacji czy elektronicznej kontroli trakcji.
2. Układy zapłonowe
Zadaniem układu zapłonowego jest wygenerowanie wyładowania elektrycznego pomiędzy elektrodami
świecy zapłonowej w momencie optymalnym dla stanu pracy silnika. Podstawowymi parametrami
określającymi stan pracy są prędkość obrotowa i obcią\
enie. We współczesnych układach wprowadza się
wiele innych dodatkowych parametrów np. stan cieplny, występowanie spalania stukowego, niestabilność
biegu jałowego itp.
Tradycyjnie układy zapłonowe z gromadzeniem energii w indukcyjności cewki dzielimy na:
- klasyczne  stykowe,
- elektroniczne I generacji  o bezstykowym sterowaniu prÄ…dem uzwojenia pierwotnego,
- elektroniczne II generacji  o sterowaniu zintegrowanym z układem zasilania
Klasyczny układ zapłonowy przedstawia rys. 1.
1
Po zamknięciu wyłącznika zapłonu 2
przy zwartych stykach przerywacza s w
obwodzie pierwotnym płynie prąd
którego z
ródłem jest akumulator 1. Gdy
krzywka k przepływ prądu zostaje
przerwany a ró\
nica potencjałów na
Rys. 1. Klasyczny (stykowy) układ zapłonowy
stykach przerywacza szybko zanika
dzięki kondensatorowi C. Zanikowi prądu towarzyszy szybka zmiana strumienia magnetycznego
wytworzonego w uzwojeniu pierwotnym. Pod wpływem tej zmiany w uzwojeniu wtórnym indukuje się
wysokie napięcie (20  40 kV). W chwili otwarcia przerywacza palec rozdzielacza p zajmuje poło\
enie
naprzeciwko elektrody w kopułce np. e dla cylindra w którym ma nastąpić zapłon mieszanki. Pomiędzy
elektrodami świecy zapłonowej przeskakuje iskra inicjująca spalanie.
W elektronicznym układzie
przetwornik
tranzystor
magnetoindukcyjny mocy
zapłonowym rolę przerywacza przejmuje
tranzystor albo tyrystor, którego bramka jest
polaryzowana przez układ kształtowania S
Układ kształtowania
N
impulsów
impulsów (rys. 2).
Układ ten posiadając informację o chwilowym
poło\
eniu wału korbowego z czujnika
cewka zapłonowa
uwzględnia zmianę prędkości obrotowej i
ciśnienia w kolektorze dolotowym dla
Rys. 2 Układ sterowany elektronicznie -
optymalnego wyprzedzenia zapłonu w
bezstykowy
stosunku do GMP.
Większość producentów proponuje obecnie bezrozdzielaczowe układy zapłonowe albo cewki
zapłonowe umieszczone bezpośrednio na świecach. W układach bez rozdzielacza oba końce uzwojenia
wtórnego wyprowadzone są na świece (rys. 3) Zaletą tego rozwiązania jest zupełny brak mechanicznych
części ruchomych pracujących przy wysokich
Cylinder
napięciach.
Nr 1
Z kolei w układach z cewkami na
Cewka
Stopień
świecach zapłonowych unika się zawodnych zapłonowa
końcowy
1-4
Nr 2
przewodów zapłonowych a co wa\
niejsze
Sterownik silnika
mo\
na sterować indywidualnie pracą
Nr 3
Cewka
Stopień
pojedynczych cylindrów. Tego typu
zapłonowa
końcowy
3-2
rozwiÄ…zanie przedstawia rys. 4.
Nr 4
Rys. 3. Bezrozdzielaczowy układ zapłonowy
3. Układy zasilania
Zadaniem układu zasilania jest dostarczenie paliwa do przestrzeni spalania w ilości i czasie optymalnym
dla chwilowego stanu pracy jak równie\
przygotowanie mieszanki paliwa z powietrzem do spalania.
Ze względu na budowę dzielimy układy na:
- jednopunktowego wtrysku  sposób przygotowania mieszanki podobny do układów
gaz
nikowych  obecnie zanikajÄ…ce,
- wielopunktowego wtrysku  układy niskiego ciśnienia, przygotowanie mieszanki w kolektorze
dolotowym, obecnie bardzo popularne,
- wtrysk bezpośredni do cylindra.
Klasyczny współczesny układ wielopunktowego wtrysku przedstawia rys. 4. Paliwo jest dostarczane za
pomocą elektrycznej pompy 27 poprzez filtr paliwa 16 do wtryskiwaczy 11. Wielkość dawki paliwa jest
określana przede wszystkim na podstawie sygnałów o dopływie powietrza do silnika (przepływomierz
10), prędkości obrotowej (przetwornik 21), o obecności
tlenu w spalinach (czujnik 22) i wielu innych. Dawka paliwa jest sterowana długością impulsu
napięciowego na cewce wtryskiwacza.
2
Rys. 4 Schemat układu sterowania Motronic M5 [2]
1- filtr z węglem aktywnum, 2 - nastawnik ciśnienia sterującego zaworem recyrkulacji spalin, 3  pompa powietrza wtórnego, 4  zawór napowietrzania
filtra, 5  zawór odpowietrzaniaq zbiornika paliwa, 6  przetwornik ciśnienia, 7  regulator ciśnienia paliwa, 8  cewka zapłonowa, 9- czujnik poło\
enia
wałka rozrządu, 10  przepływomierz powietrza, 11  wtryskiwacz, 12 zawór sterowania dopływem wtórnego powietrza, 13  potencjometr przepustnicy, 14
 zawór iglicowy dla stabilizacji biegu jałowego, 15  przetwornik temperatury zasysanego powietrza, 16  filtr paliwa, 17  czujnik spalania stukowego, 18
 przetwornik temperatury cieczy chłodzącej, 19  sterownik elektroniczny, 20  zawór recyrkulacji spalin, 21  przetwornik prędkości obrotowej, 22 
czujnik tlenu, 23  złącze diagnostyczne, 24 -czujnik ró\
nicowy ciśnienia, 25  dodatkowy czujnik tlenu , 26  lampka kontrolna, 27  pompa paliwa, 28
czujnik opó\
nień nadwozia.
3
4. Diagnostyka układów sterowania pracą silników o zapłonie iskrowym
Producenci układów zasilania i zapłonowych wyposa\
ają je w procedury samo-diagnostyki i złącza
diagnostyczne dla kontroli poprawności pracy zewnętrznymi testerami elektronicznymi. taki sposób
diagnostyki układów jest jedynym mo\
liwym do stosowania w warsztatach gdzie istotna jest szybkość
naprawy samochodu.
Diagnostyka współczesnych układów zasilania i zapłonu odbywa się trzema sposobami:
1. przez odczyt kodów błędów zapisanych w pamięci urządzenia sterującego,
2. przez wykonanie programów sprawdzających elementy układu i ich połączenia za
pomocÄ… komputera osobistego.
3. na podstawie wartości otrzymanych z pomiarów wielkości elektrycznych
i porównanie ich z dopuszczalnymi.
Wskazywane uszkodzenia zawierają pewien ograniczony zbiór kilkunastu typowych niesprawności.
Układy te są zabezpieczane przed sygnalizowaniem niesprawności występujących przypadkowo, które się
nie powtarzają. Po odłączeniu zasilania urządzenia sterującego silnikiem zapamiętane kody błędów są
często kasowane z pamięci.
Obecnie mo\
na zaobserwować tendencję do stosowania typowych komputerów osobistych
wyposa\
onych w odpowiednie karty.
Trzecia metoda pozornie łatwa do realizacji wymaga większego doświadczenia mechanika i polecana
jest w przypadkach braku wyposa\
enia warsztatu i jako wspomagajÄ…ca dwie wymienione poprzednio
metody.
Najczęściej spotykaną niesprawnością wyposa\
enia elektronicznego układów wtrysku benzyny jest
brak połączenia lub du\
y opór elektryczny złączy. Uszkodzenie takie jest łatwe do wykrycia przez pomiar
wielkości elektrycznych. Dlatego uszkodzenie jest zwykle wykrywane przez układy samo diagnostyki.
Trudniejszy przypadek występuje wówczas gdy połączenie jest przerwane w miejscu które nie zostało
przewidziane do sprawdzenia przez urzÄ…dzenie sterujÄ…ce silnikiem. Takie przypadki sÄ… mo\
liwe i zwykle
prowadzą do wymiany sprawnych elementów.
Niedogodnością wszystkich układów mikroprocesorowego sprawdzania sprawności układów
zasilania wtryskowego jest wra\
liwość urządzeń na opory elektryczne styków. Suma oporów złączy i
kabli połączeniowych prowadzi do przerwania wykonywania programu, a często do konieczności
rozpoczęcia wykonywania programu od początku. Przyczyną wra\
liwości na opór jest niski poziom
stosowanych napięć - najczęściej do 5V
W czasie ćwiczenia laboratoryjnego zostanie przedstawiona praca układu sterowania silnikiem typu
M111920 firmy Mercedes-Benz oraz sposoby wykrywania usterek w tym układzie.
Literatura:
1. Kneba Z., Makowski S.: Zasilanie i sterowanie silników WKiA
Warszawa 2004,
2. Kasedorf J.: Układy wtryskowe i katalizatory. WKiA
Warszawa 1998.
4
KATEDRA SILNIKÓW SPALINOWYCH I SPR
śAREK
LABORATORIUM PODSTAW SILNIKÓW I NAP
DÓW SPALINOWYCH
Nazwisko i imiÄ™: ............................................................................. Grupa: ......... Data: ...............
Ćwiczenie 5
Wyznaczenie charakterystyki aparatu zapłonowego
1. Przebieg pomiarów na stanowisku badawczym:
" Nastawić \
ądaną prędkość obrotową napędu aparatu.
" Zmieniać prędkość obrotową n napędu aparatu za pomocą pokrętła z oznaczeniem (zakres i
krok zmian prędkości obrotowej określi prowadzący ćwiczenie).
" Dla ka\
dej nastawionej wartości prędkości obrotowej odczytać i zapisać w tab. 1 wielkości
mierzone.
" Podczas wykonywania pomiarów odczytać jednorazowo ciśnienie w siłowniku pneumatycznego
regulatora kąta wyprzedzenia zapłonu.
2. Tablica wielkości pomierzonych
n Ä…wz
L.p.
obr/min º
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
P =
3. Wykres kąta wyprzedzenia zapłonu w funkcji prędkości obrotowej apatatu zapłonowego
Wykres nale\
y sporządzić na papierze milimetrowym i dołączyć do sprawozdania.
5