Zawory obejściowe poruszane silnikami krokowymi

 

 

Stosowanie silników krokowych w odniesieniu do motoryzacji spowodowane jest ich szczególnymi właściwościami. Jak wspomniano wcześniej, silnik krokowy zbudowany jest z wirnika (będącego magnesem stałym) i ze stojana, który składa się z dwóch, symetrycznie rozmieszczonych uzwojeń służących do sterowania. Działanie takiego silnika opiera się zatem na działaniu zwykłego silnika elektrycznego prądu stałego - z tą różnicą, że silnik krokowy nie posiada komutatora, a wybór odpowiedniej polaryzacji uzwojeń odbywa się poprzez specjalne sterowanie z zewnętrznego układu sterowania. Brak komutatora sprawia, że nie występuje tarcie szczotek o komutator, a w konsekwencji zużywanie się tych elementów i zapylanie silnika od wewnątrz pyłkiem węglowym. Jest to bardzo istotne jeśli chodzi o niezawodność pracy, gdyż praktycznie oprócz tarcia samej osi inne tarcie nie występuje. Ponadto gdy oś silnika jest zablokowana (podczas jednej z końcowych pozycji zaworu obejściowego) wysterowanie uzwojeń sterujących nie powoduje żadnych ujemnych skutków.

Za pomocą zaworu powietrza obejściowego znajdującego się w korpusie przepustnicy a poruszanego przez silnik krokowy regulowane jest napełnienie przy zamkniętej przepustnicy. Możliwe staje się zatem sterowanie przebiegiem fazy rozruchu i rozgrzewania silnika, regulowanie prędkości obrotowej biegu jałowego a także tłumienie negatywnych skutków gwałtownych ruchów przepustnicy. Budowę zaworu obejściowego pokazują poniższe rysunki.

Budowa układu sterowania napełnieniem na biegu jałowym:
1 -grzybek zaworu, 2 - przednia podpora łożyska, 3 - łożysko tylne, 4 - uszczelniacz pierścieniowy, 5 - trzpień gwintowany, 6 - gniazdo wtykowe złącza

 

Sposób mocowania oraz schemat elektryczny silnika krokowego i jego złącza konektorowego:
+Vb - napięcie zasilające instalację, A - silnik krokowy, B - złącze konektorowe, C - tranzystorowy stopień mocy sterujący silnikiem krokowym, 1, 2, 3, 4, - numery konektora w złączu

 

Silnik krokowy współpracuje w niektórych przypadkach z przekładnią ślimakową, która razem z nim tworzy przetwornik napięcie sterujące - przesunięcie. Przekładnia ślimakowa powoduje, że siła nacisku wywierana w kierunku równoległym do osi silnika (kosztem szybkości przyrostu przesunięcia w czasie) jest wielokrotnie większa od siły momentu działającego w kierunku obrotowym, co pozwala na stosowanie małych silników krokowych o małej mocy.

Przykładem rozwiązania konstrukcji zaworu obejściowego poruszanego silnikiem krokowym jest zawór zastosowany w jednopunktowym układzie wtryskowym WEBER IAW 06F samochodu Cinquecento SPI. Wirnik silnika krokowego wraz z połączoną z nim iglicą zaworu wykonuje skokowe ruchy obejmujące do 255 kroków w całym zakresie ruchu obrotowego z szybkością 160 kroków/s. Jako przesunięcie zerowe przyjęto maksymalne wysunięcie iglicy zaworu równoważne najmniejszej prędkości obrotowej biegu jałowego, zaś jako położenie 255 kroków - maksymalne cofnięcie iglicy zaworu.

Pod wpływem impulsów przychodzących z elektronicznego sterownika wirnik silnika krokowego obraca się małymi skokami (krokami). Ruch obrotowy wirnika przetworzony jest przez przekładnię śrubową w posuwisto-zwrotny ruch zaworu dodatkowego powietrza. Jednemu krokowi silnika odpowiada poosiowe przemieszczenie zaworu o około 0,04 mm. Przy zamkniętym zaworze obejściowym minimalny wydatek powietrza pochodzi z przedmuchów pod przepustnicą. Wydatek maksymalny występuje przy całkowicie cofniętym zaworze dodatkowego powietrza (o około 8 mm - co odpowiada około 200-tu krokom silnika krokowego). Zakres regulacji biegu jałowego w warunkach silnika rozgrzanego (ustalony stan cieplny) wynosi około 1÷100 kroków. Zakres regulacji w warunkach silnika nierozgrzanego (dochodzącego do stanu równowagi cieplnej) wynosi z reguły 101÷200 kroków.

Przekrój kanału dodatkowego powietrza z zaworem obejściowym:
1 - silnik krokowy, 2 - kanał powietrza obejściowego (by-pass), 3 - przepustnica, 4 - zawór powietrza obejściowego

 

Następnym przykładem jest zawór obejściowy z silnikiem krokowym zastosowany w układzie wtrysku jednopunktowego Multec silnika 1.6 GLI samochodu Polonez - rysunek poniżej.

Zawór obejściowy oraz jego umieszczenie w korpusie przepustnicy silnika 2,0 MPFI firmy Holden z wielopunktowym wtryskiem benzyny

---