Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Palivový systém zážehových motorů Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vypracoval: Jiří Knápek Brno 2007

2 2

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Palivový systém zážehových motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis diplomanta. 3

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za cenné rady, připomínky a pomoc, kterou mi poskytl v průběhu zpracování bakalářské práce. 4

5 ABSTRAKT Téma bakalářské práce je Palivový systém zážehových motorů. V úvodu popisuji historii vynálezu motoru a vývoj palivových systémů. Zaměřuji se na problematiku přípravy zápalné směsi, součinitele přebytku vzduchu, spalování a hoření v plynech a emisí výfukových plynů. Největší důraz kladu na jednotlivé současně používané palivové systémy zážehových motorů. Nejznámějšími systémy jsou palivové systémy s karburátorem, palivové systémy s nepřímým vstřikováním a palivové systémy s přímým vstřikováním benzinu. Popisuji nové tendence v konstrukci palivových systémů zážehových motorů. Uvádím i využití alternativních paliv a hybridního pohonu motoru. Na závěr jsem shrnul aktuální stav používaných palivových systémů v České republice. Zhodnotil jsem strukturu vozového parku osobních automobilů a jeho stáří. Zaměřil jsem se také na otázku snížení emisních limitů v produkci CO 2, které požaduje Evropská unie a jejich dopad na výrobce automobilů. Klíčová slova : karburátor, katalyzátor, motor, palivo, palivová nádrž, směs, systém, vstřikovací ventil, vzduch 5

6 ABSTRACT This bachelor paper deals with a fuel system of the spark ignition engines. In the introduction I have described the history of the invention of enginesand the development of fuel systems. I have focused on the problems of the preparation of combustible mixture, the coefficients of the overflow of air, gas burning and emission of the exhaust fumes. The great attention is given to the fuel systems of spark ignition engines which are currently used. The best known systems are fuel systems with the carburetter, fuel systems with the direct and indirect injection of the fuel. Moreover, I have described the new tendencies in the construction of the fuel systems of spark ignition engines. I have also mentioned the use of the alternative fuel and the hybrid drive of engines. Finally, I have summarized the actual state of fuel systems used in the Czech Republic. Furthermore, I have assessed the structure of cars fleet and its age. I have also focused my attention on the reduction of the emission limits in the production of CO 2 which is required by the European Union and its impact on the car producers. Keywords: carburetter, catalyzer, engine, fuel, fuel tank, mixture, system, injector, air 6

7 OBSAH 1. ÚVOD CÍL PRÁCE ROZBOR PROBLEMATIKY Příprava směsi Součinitel přebytku vzduchu Spalování, hoření v plynech Emise výfukových plynů POUŽÍVANÉ PALIVOVÉ SYSTÉMY ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ Hlavní části palivových systémů Palivové nádrže Palivové potrubí Sací potrubí Čističe paliva Čističe vzduchu Palivová čerpadla PALIVOVÉ SYSTÉMY S KARBURÁTOREM Doprava paliva Karburátory Hlavní požadavky na karburátor Dvou a vícestupňové karburátory Elektronicky řízený karburátor Pierburg 2E E ( Ecotronic ) PALIVOVÉ SYSTÉMY S NEPŘÍMÝM VSTŘIKOVÁNÍM BENZINU Vícebodové vstřikování benzinu ( MPI Multi Point Injection ) Bosch K Jetronic Doprava paliva Bosch KE Jetronic Bosch L Jetronic Doprava paliva Řídící systém Přizpůsobení dávkování paliva různým režimům chodu motoru

8 Doplňkové funkce Bosch LH-Jetronic Jednobodové vstřikování benzinu ( SPI Simple Point Injection ) Bosch Mono Jetronic Doprava paliva Snímání provozních dat Zpracování provozních dat Přizpůsobení dávkování paliva různým režimům chodu motoru Systémy řízení motoru ( motormanagment ) Bosch Mono-Motronic Bosch Motronic PALIVOVÉ SYSTÉMY S PŘÍMÝM VSTŘIKOVÁNÍM BENZINU Konstrukce a části vstřikovacího systému přímého vstřikování Základní části palivového vstřikovacího systému Vlastní průběh vstřikování paliva ZAŘÍZENÍ PRO SNÍŽENÍ EMISÍ ŠKODLIVIN Katalyzátory Konstrukce katalyzátoru NOVÉ TENDENCE V KONSTRUKCI PALIVOVÝCH SYSTÉMŮ ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ Nové systémy vstřikování Alternativní paliva Hybridní pohon ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM PŘÍLOH

9 1. ÚVOD Historický vývoj motoru se datuje již od roku 1678, kdy byl motor takto označen páterem Ferdinandem Verbiestem. N.A.Otto sestavil v roce 1876 první čtyřdobý motor a v dalším roce na něj získal patent. V roce 1879 spustil K. Benz pokusný dvoudobý motor. G. Daimler v roce 1885 dostal patent na svůj plynový a benzinový motor, ve stejném roce skonstruovali Daimler a Maybach rychloběžný benzinový motor. Palivové systémy zážehových motorů používají jako palivo benzin, který se začal vyrábět v roce 1927 hydrogenací uhlí a zavedlo se hodnocení benzinu škálou oktanového čísla. Pro přípravu směsi se používají palivové systémy s karburátorem a palivové systémy se vstřikováním benzinu. V roce 1952 se u nás začal vyvíjet automobilový karburátor. První nejznámější vyráběné spádové karburátory byly Solex 26, 32, 35 a 40SOP. Dalšími karburátory byly horizontální a vertikální karburátory, vyráběné pro vozy Škoda 1000, 100, 105, 120, 130, následovaly řady 32 BS. V roce 1976 byly zkonstruovány dvoukomorové karburátory 32 DDSR a 32 EDRS. Předními výrobci karburátorů jsou Solex, Weber a Pierburg. Nejznámější výrobce systémů vstřikování benzinu je firma Bosch. Ostatní výrobci používají obdobnou konstrukci. V roce 1973 vyrobila firma Bosch první základní nepřímé vícebodové vstřikovací systémy paliva L a K Jetronic, které měly různé verze. Systém L Jetronic se vyráběl až do roku 1991, K Jetronic byl ve výrobě do roku 1982, kdy ho nahradil KE jetronic, vyráběl se do roku V roce 1987 byl vyroben nepřímý jednobodový vstřikovací system Mono-Jetronic. Základní systémy Jetronic řídí pouze vstřikování paliva. Na ně poté navázaly systémy nepřímého vstřikování Motronic, které řídí vstřikování i zapalování. V roce 1999 představila firma Bosch elektronický systém přímého vstřikování u zážehových motorů pod názvem BDE. U vozů VW byl tento systém označen jako FSI pod názvem Motronic MED 7. Vzhledem k neustále se zvyšujícímu tempu vývoje nových technologií, lze v budoucnu očekávat další rozvoj a zdokonalování stávajících palivových systémů. 9

10 2. CÍL PRÁCE Cílem práce je rozbor problematiky palivových systému zážehových motorů, seznámení, popis jednotlivých současně používaných palivovýmch systémů a nové trendy v konstrukci palivových systémů. 10

11 3. ROZBOR PROBLEMATIKY 3.1. Příprava směsi Ideální teoretické spalování u zážehových motorů probíhá při hmotnostním poměru vzduchu a paliva 14,7:1, takový poměr je znám jako směšovací stechiometrický poměr. Tento poměr musíme upravovat vzhledem k provozním podmínkám a režimům chodu motoru. Hraniční poměry vzhledem k zápalnosti směsi jsou ustanoveny v rozsahu 10,29-19,11:1. V současnosti pracují motory přibližně s poměry vzduchu a paliva 15-18:1. Většinou pracuje motor v oblasti částečného zatížení, proto jsou konstruovány tak, aby dosahovaly nejmenší spotřeby paliva v této oblasti. S větším přebytkem paliva je motor nucen pracovat v režimech chodu naprázdno, zahřívání, studeného spouštění. Směšovače a vstřikovací zařízení, proto musí splňovat variabilní požadavky všech režimů. Promíchání paliva ve vzduchu je důležité pro bezchybný průběh spalování. Dále musí být palivo dokonale rozstříknuto na co nejmenší částice a rovnoměrně rozděleno jednotlivým válcům motoru. U motorů s karburátory je velice obtížné dodržení těchto podmínek, protože pracujeme s velkým přebytkem směsi vlivem dlouhé dopravy. Rozdělení paliva na nejmenší částice a vytváření směsi je závislé přímo úměrně na rychlosti proudění vzduchu v difuzoru. Nejsou-li podmínky splněny, potom dochází k ovlivnění výkonu, spotřeby, emisí ve výfukových plynech. Objem CO a hodnoty HC stoupají, klesá výkon a naopak spotřeba roste. Vstřikovacími systémy paliva upravují průběh přípravy směsi. Odstraní tak zcela nedostatky karburátorových motorů. V současné době se používá nepřímé vstřikování, ale také i přímé vstřikování do spalovacího prostoru. Nepřímé je řešeno jako vstřikování paliva před sací ventil, do sacího potrubí nebo otevřeným sacím ventilem do spalovacího prostoru. Přímé nasává sacím potrubím pouze vzduch, zatímco palivo je v přesné dávce vstřikováno v časově omezeném období. 11

12 3.2. Součinitel přebytku vzduchu Určujícím členem pro rozlišení skutečného poměru paliva a vzduchu je hodnota Lambda (λ), která odlišuje přesněji skutečný směšovací poměr od teoretického. Je dána poměrem přivedené hmoty vzduchu k teoretické potřebě vzduchu pro směšovací stechiometrický poměr. Je-li λ = 1 hmota vzduchu odpovídá teoretické spotřebě, λ < 1 směs je bohatá, přebytek paliva, λ > 1 směs je chudá, přebytek vzduchu. Pro poměr λ = 1,05 1,3 je charakteristický nízký výkon a snížená spotřeba paliva. Nejnižší spotřebu mají motory při přebytku vzduchu o %, λ = 1,1 1,2, nejvyššího výkonu motory dosahují při přebytku paliva o 5 15 %, λ = 0,95-0,85. Z hlediska emisí ve výfuku a správný chod motoru je ideální λ = Spalování, hoření v plynech Palivo se při spalování rozkládá na uhlík, vodík a další následné sloučeniny s kyslíkem, přičemž je složeno ze směsi uhlovodíků, aditiv a dalších prvků. Můžeme zde tedy hovořit o prudké oxidaci. Palivo je se vzduchem při ideálním spalování v ideálním poměru λ = 1, zde dojde k plné oxidaci s kyslíkem obsaženým ve vzduchu, zůstane oxid uhličitý a vodní páry. Způsobem spalování a druhem použitého paliva vznikají škodliviny Emise výfukových plynů Hodnota součinitele přebytku vzduchu lambda je jednou z nejdůležitějších veličin. Na této hodnotě je závislý obsah škodlivin ve výfukových plynech. Hodnota lambda je veličina, která je nejvíce ovlivňována a řízena systémem řízení motoru. Mezi škodliviny, které obsahují výfukové plyny patří oxid uhelnatý, uhlovodíky, oxidy dusíku, oxid siřičitý, oxid uhličitý, sloučeniny olova a kyslík. 12

13 4. POUŽÍVANÉ PALIVOVÉ SYSTÉMY ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ Zážehové motory používají pro přípravu směsi soustavu, která se skládá z palivové nádrže, palivového potrubí, dopravního palivového čerpadla, čističů paliva, čističe vzduchu, sacího potrubí, směšovače nebo vstřikovacího systému. Můžeme je rozdělit na palivové systémy s karburátorem, palivové systémy s nepřímým vstřikováním paliva a systémy s přímým vstřikováním Hlavní části palivových systémů Palivové nádrže Jsou zásobníkem paliva, mohou být svařeny z plechových vylisovaných dílů, ale v současnosti se ve většině případů používají nádrže plastové. K zabránění hromadění paliva při akceleraci, brždění nebo při jízdě zatáčkami, je nádrž dělena příčkami, vlnolamy. Palivová nádrž je vybavena měřícím přístrojem pro zjištění množství paliva. U systému vstřikování je použito do nádrže i ponorné čerpadlo uložené ve zvláštním prostoru. Výpustný odkalovací šroub je ve spodní části nádrže. Objem nádrže se volí tak, aby zajistil dojezd vozidla v dosahu km. Plnící hrdlo je opatřeno uzávěrem, někdy i hrubým čističem paliva, pro zachycení nečistot sítkem. Součástí nádrže je odvzdušňovací systém. Při tankování zamezuje vzlínání palivových par do prostoru vozidla. Dnes jsou ve většině případů páry paliva odsávány do nádoby s aktivním uhlím. Regenerují se přisáváním čerstvého vzduchu ze sacího potrubí podtlakem přes elektromagnetický ventil. Aktivním uhlím zachycené palivo se přivádí zpět do sacího potrubí k následnému spálení. Elektromagnetický ventil řízený řídící jednotkou se otevře podle vyhodnocení signálu snímače nastavení škrtící klapky a signálu lambda sondy Palivové potrubí Používanými materiály pro tato potrubí jsou měděné nebo ocelové trubky, pryžové hadice a plastové prvky odolné vůči benzínu. Všechny materiály musí být odolné proti mechanickému nebo tepelnému namáhání. 13

14 Sací potrubí Jedná se o potrubí jehož úkolem je nasát a dopravit požadované množství směsi Čističe paliva Rozlišujeme dva druhy čističů, s papírovou čistící vložkou a sítové. První se používají u systému vstřikování benzínu a někdy u karburátorových palivových soustav za dopravním čerpadlem. Sítové se používají v palivové nádrži, čerpadle a v karburátoru Čističe vzduchu Jejich úkolem je z nasávaného vzduchu odstranit nečistoty bez příliš velkého odporu v sání a tlumit hluk sání. Mezi základní můžeme zařadit suchý čistič, čistič s olejovou náplní a odstředivý čistič Palivová čerpadla Mají za úkol zajistit dopravu paliva z nádrže do karburátoru, vstřikovacího systému. U motocyklů nebo starších typů automobilů, které mají nádrž umístěnou ve vyšší poloze než karburátor, je palivo dopravováno samospádem. V současnosti jsou nádrže umístěny níže, v zadní části vozidla, pod podlahou karoserie, a proto je palivové čerpadlo nutností. U karburátorových motorů se nejčastěji používají membránová čerpadla a u motorů se vstřikovacím systémem elektricky poháněná ponorná vícestupňová lopatková čerpadla. Pohon čerpadla je zajištěn mechanicky, podtlakem, elektricky. Konstrukce, funkce a parametry palivových čerpadel jsou podrobněji popsány dále u jednotlivých (vybraných) vstřikovacích systémů, směšovačů. 14

15 5. PALIVOVÉ SYSTÉMY S KARBURÁTOREM 5.1. Doprava paliva Palivo je z palivové nádrže dopravováno potrubím přes sítko membránovým palivovým čerpadlem do plovákové komory karburátoru. Vzduch je motorem nasáván přes čistič a karburátor. V karburátoru dochází k mísení paliva se vzduchem, směs dále proudí sacím potrubím a sacími kanály v hlavě motoru do jednotlivých válců Karburátory Slouží k přípravě směsi paliva a vzduchu pro zážehový motor. V potřebném množství a správném poměru vytváří zápalnou směs pro všechny režimy chodu motoru. Na jeho správném seřízení a nastavení přímo závisí základní parametry chodu motoru, spotřeba, maximální výkon, akcelerace a rychlost. Konstrukce karburátorů a sacího potrubí byla ovlivněna tak, aby odpor proudění byl co nejmenší a naplnění válců motoru co nejvýhodnější. Dosažení těchto podmínek je umožněno zlepšenou kvalitou paliva a používáním bezolovnatých benzinů. Tyto změny umožňují rozšíření oblasti otáček motoru, zvýšení měrných objemových výkonů, dovolují použít i vyšší kompresní poměry. Karburátory rozdělujeme z hlediska použití na automobilové, motocyklové, letecké, pro speciální účely. Podle způsobu škrcení směsi je dělíme na šoupátkové a se škrtící klapkou, podle směru proudění vzduchu karburátorem, polohy montáže na motor a směšovací komory je rozdělujeme na spádové, horizontální a vertikální. Na základě počtu směšovacích komor a jejich funkce na jednokomorové, dvoukomorové, vícekomorové. U těchto karburátorů dále můžeme rozlišit jejich funkci jako současnou nebo postupnou funkcí směšovacích komor. Dalším možným hlediskem je rozdělení karburátorů s plovákovou komorou a bez plovákové komory. Karburátor má soustavu základních a doplňkových funkčních systémů pro optimální složení směsi. Tyto systémy slouží k přípravě pro všechny režimy chodu motoru, chod naprázdno, studené spouštění, střední, vysoké otáčky, přechodové stavy a další. 15

16 Mezi tyto systémy patří zařízení pro studené spouštění motoru - sytič, startovací přívěra, soustava pro chod na prázdno, hlavní systém, hlavní dávkovací soustava, dodávka paliva pro obohacení, akcelerační pumpička. K doplňkovým pomocným zařízením patří přípojka k podtlakové regulaci zážehu, přípojka pro odsávání par z klikové skříně, elektromagnetický odpojovač volnoběhu, odvzdušňovací ventil plovákové komory, korektor vlivu nadmořské výšky. Mezi další zařízení sloužící k úspoře paliva a ke zlepšení funkce patří spořič běhu naprázdno, přerušovač chodu naprázdno, elektromagnetický ventil uzávěry paliva, vyrovnávač vlivu nadmořské výšky a omezovač otáček Hlavní požadavky na karburátor Karburátor musí připravit směs paliva se vzduchem v poměru, který je nejvýhodnější pro dané zatížení motoru a otáčky. Rozprašovat palivo do proudu vzduchu, na co nejmenší částice, aby byla směs co nejhomogennější. Při spouštění studeného motoru dodávat bohatou směs. Musí obohatit směs při prudkém otevření škrtící klapky. Samočinně pracovat s jednoduchými a snadno ovladatelnými zařízeními umožňujícími v celém rozsahu otáček zatíženého i nezatíženého motoru udržovat požadované směšovací poměry. Stabilní udržení požadovaných parametrů a jejich snadnou nastavitelnost. U karburátoru je předpokládáno, že shoří všechna nasátá směs do spalovacího prostoru. Všechno palivo však není nikdy spáleno, tudíž dodržení základního poměru je teorií. Z těchto důvodů se poměr upravuje pro docílení hospodárného chodu, tak aby všechno palivo v přebytku vzduchu shořelo nebo se v nasátém vzduchu spotřeboval při přebytku paliva všechen kyslík. Tyto podmínky představují maximální otáčky a zatížení motoru Dvou a vícestupňové karburátory Používají se z důvodů dosažení vyšších měrných výkonů motoru a tím i vyšších otáček. Při použití jednostupňových karburátorů se těchto parametrů nedosahuje, vznikají potíže při nižších průtočných množstvích vzduchu. Velký průřez se rozdělí na malý a střední. Pro nízké otáčky plného zatížení a oblast částečného zatížení se používá průřez malý. V případě potřeby zvýšení se zařadí velký průřez hlavního kanálu. Celkový průřez obou kanálů se najednou použije pro případ 16

17 potřeby maximálního výkonu a otáček. Pro zapojení druhého stupně se používá podtlaku odebíraného od difuzoru prvního stupně nebo je mechanicky odblokován po částečném nebo plném otevření prvního stupně. Dvoustupňový karburátor tak umožňuje při malém průtoku vzduchu prvním stupněm vysokou rychlost tohoto proudu vzduchu a tím dokonalou přípravu směsi. Zamezuje příliš velkým ztrátám škrcením při velkém průtoku. Druhý stupeň je zapojován v případě, že první stupeň svým rozměrem difuzoru nevyhovuje. Bohatost směsi pro běh motoru naprázdno, akceleraci a značnou část zatížení motoru, včetně obohacení pro plné zatížení zajišťuje první stupeň. Druhý se zapojuje do činnosti pro plný výkon v době, kdy první svým rozměrem difuzoru již nestačí. Má hlavní systém, přechodový systém a systém běhu naprázdno. Po odblokování prvním stupněm probíhá otevření a dalším otevíráním klapky prvního stupně pomocí membrány, která otevírá podtlakem klapku druhého stupně. Z nejužších míst obou difuzorů je tento podtlak navíc regulován velikostí vzdušníků. Pružina nad membránou přispívá k plynulému náběhu otevírání, dojde-li k poklesu podtlaku, vrací membránu do základního postavení. Až do úhlu 43 o je otevírání škrtící klapky prvního stupně ovládáno mechanicky, pomocí pákového systému, je zavřena klapka druhého stupně bez ohledu na velikost podtlaku. Tím je umožněno brždění motorem Elektronicky řízený karburátor Pierburg 2E E ( Ecotronic ) Rozdílem oproti klasické činnosti je možné použití elektronické korekce na základě snímání provozních dat motoru a nasávaného vzduchu. Elektronicky je zajišťováno řízení bohatosti směsi, množství směsi pro spouštění motoru, ohřevu a akceleraci, korekce podle naprogramovaných hodnot, řízení chodu naprázdno, brždění motorem, motor stop. Hlavní části jsou dvoustupňový karburátor, akční členy, elektronická řídící jednotka, senzory a čidla pro snímání provozních dat motoru. Na rozdíl od klasického karburátoru odpadají systém studeného spouštění motoru, akcelerační pumpička, systém přídavné směsi pro chod naprázdno. Senzory předávají řídící jednotce naměřené hodnoty ve formě elektrických povelů pro řídící mikroprocesor. Po vyhodnocení jsou nastaveny akční členy, které převádějí elektrické povely na mechanickou práci, potřebnou k natočení přívěry a klapky. Senzory snímají hodnoty, mezi které patří otáčky motoru, teplota vzduchu v sání, úhel 17

18 nastavení škrtící klapky, signál lambda sondy. Akčními členy jsou ovladač vzduchové přívěry a nastavení škrtících klapek. Vzduchová přívěra ovlivňuje obohacení směsi při spouštění studeného motoru, fázi zahříváním, akceleraci a částečném zatížení motoru. Pro přívod paliva se používá systém chodu naprázdno a přechodového systému s korekcí bohatosti směsi pomocí vzdušníku. Zasouváním jehly vzdušníku se jeho průřez mění v závislosti na poloze vzduchové přívěry, ovladačem je elektromotorek. Nastavovač škrtící klapky řídí plnění motoru při studeném startu, v zahřívací fázi, běhu naprázdno, deceleraci a při vypnutí motoru. Pohon nastavovače je řešen elektropneumaticky. Spínač běhu naprázdno je umístěn do membránové tyče, podává informaci o dotyku a vzájemné poloze páky škrtící klapky a membránové tyče. Prostřednictvím podtlakově ovládané membrány se pohybuje tlačná tyč proti síle zpětné pružiny. Potřebný pracovní tlak se nastavuje pomocí dvou řízených elektromagnetických ventilů. První ventil umožňuje propojení s atmosférickým vzduchem, druhý umožňuje propojení se sacím potrubím pod škrtící klapkou. Informace o nastavení tlačné tyče předává zpět řídící jednotce potenciometr zabudovaný v nastavovači. Elektronická řídící jednotka vyhodnocuje snímaná data provozních veličin motoru a na základě korekčních členů upravuje směšovací poměry. Do okruhu řízení je zapojen přímo okruh lambda regulace tak, aby prostřednictvím ovladače vzduchové přívěry bylo složení směsi nastavováno v úrovni stechiometrického složení λ = 1. 18

19 6. PALIVOVÉ SYSTÉMY S NEPŘÍMÝM VSTŘIKOVÁNÍM BENZINU Tyto systémy podle počtu vstřikovacích ventilů rozdělujeme na vícebodové a jednobodové. Účelem soustavy je vstříknout a rozprášit palivo, smísit palivo se vzduchem, přizpůsobit složení zápalné směsi zatížení a otáčkám motoru. Palivo je vstřikováno do sacího potrubí, popřípadě do sacího kanálu, může být během sacího zdvihu pístu vstřikováno a mísit se s nasávaným vzduchem, ale může být vstřikováno i před otevřením sacího ventilu, po jeho otevření je pak již předmísená směs nasávána. K vytvoření zápalné směsi a konečnému promísení dochází během kompresního zdvihu ve válci motoru. Řízení vstřikování může být mechanické nebo dnes již používané elektronické. Mezi výhody vstřikování benzínu patří lepší plnění válců, kde odpadá škrcení nasávaného vzduchu v karburátoru. Dalšími výhodami jsou rovnoměrnější rozdělení zápalné směsi pouze (u vícebodového vstřikování), větší točivý moment a jeho příznivější průběh, vyšší měrný výkon, nižší měrná spotřeba paliva, snadnější spouštění zahřátého i studeného motoru, přesnější přizpůsobení dávky paliva, lepší pružnost motoru, dobré přechody (např. z částečného na plné zatížení), rychlejší reakce motoru na změnu polohy škrtící klapky, úspora paliva během brždění motorem odstavením vstřikování Vícebodové vstřikování benzinu ( MPI Multi Point Injection ) U tohoto systému přísluší každému válci motoru jeden nebo více vstřikovacích ventilů, palivo je vstřikováno přímo na sací ventil. Do této skupiny vstřikovacích systémů patří mechanický vstřikovací systém Bosch K Jetronic, tento systém nevyžaduje žádný pohon, palivo je vstřikováno nepřerušovaně ( kontinuálně ). Na Bosch K Jetronic navazuje mechanicko elektronický vstřikovací systém Bosch KE Jetronic. Elektronicky řízené vstřikování má přesnější přizpůsobení dávky paliva jednotlivým režimům chodu motoru a umožňuje vytvoření některých přídavných funkcí. U elektronických vstřikovácích systémů např. Bosch L, 19

20 LH Jetronic, je palivo vstřikováno přerušovaně elektromagnetickými vstřikovacími ventily Bosch K Jetronic Jedná se o vstřikovací systém mechanický s kontinuálním ( nepřetržitým ) vstřikováním paliva (Obr.1). Můžeme ho rozdělit do tří základních funkčních oblastí : palivový systém, měření množství nasávaného vzduchu, příprava zápalné směsi. Základní části systému Mezi ně řadíme elektrické palivové čerpadlo, zásobník tlaku paliva, jemný čistič paliva, regulátor systémového tlaku, vstřikovací ventil, měřič množství vzduchu, rozdělovač množství paliva, časový termospínač, regulátor řídícího tlaku a šoupátko přídavného vzduchu Doprava paliva Elektrickým palivovým čerpadlem je z palivové nádrže palivo nasáváno přes hrubý čistič. Dále je vytlačováno do rozdělovače množství paliva přes paralelně připojený zásobník tlaku a jemný čistič paliva. Regulátorem systémového tlaku paliva je udržován systémový tlak paliva na konstantní hodnotě 480 kpa. Z regulátoru systémového tlaku je odváděno přebytečné palivo zpět do nárže. K jednotlivým vstřikovacím ventilům je palivo přiváděno z rozdělovače množství paliva. Zápalná směs je vytvářena v sacím potrubí a ve válci motoru. Palivo je vstřikovacím ventilem nepřetržitě vstřikováno na sací ventil. Vstřikovaným palivem je sací ventil ochlazován, současně dochází k odpařování jemně rozprášeného paliva. Nasávaný vzduch po otevření sacího ventilu s sebou strhává odpařené palivo. Při sacím zdvihu pístu, vlivem víření vzduchu, dochází k promísení nasávaného vzduchu s odpařeným palivem a k vytvoření zápalné směsi Bosch KE Jetronic Vstřikovací systém KE-Jetronic (Obr. 2) navazuje na předchozí mechanicko hydraulický systém K-Jetronic. Zásadním rozdílem je použití elektrohydraulického nastavovače tlaku a elektronické řídící jednotky. 20

21 Elektronická řídící jednotka Hlavní řídící veličinou pro určení dávky paliva je množství nasávaného vzduchu. Řídící jednotka eviduje další veličiny, určující režim chodu motoru, např. spouštění motoru, běh naprázdno, plné zatížení, otáčky motoru, teplotu motoru, složení zápalné směsi lambda sonda. Řídící jednotkou jsou vyhodnocovány signály ze snímačů, následně mění řídící proud v elektrohydraulickém nastavovači tlaku paliva a tím i dávku paliva. Elektrohydraulický nastavovač tlaku paliva Nastavovač tlaku je součástí rozdělovače množství paliva. V závislosti na velikosti řídícího elektrického proudu mění tlak paliva v dolních komorách diferenčních ventilů. Touto změnou tlaku v dolních komorách se mění i vstřikované množství paliva. Elektronická řídící jednotka určuje v závislosti na režimu chodu motoru velikost proudového signálu přiváděného do nastavovače tlaku paliva Bosch L Jetronic Jedná se o vstřikovací systém řízený elektronicky s přerušovaným vstřikováním paliva (Obr.3). Palivo je vstřikováno do sacího potrubí, množství nasávaného vzduchu je měřeno měřičem množství vzduchu Doprava paliva Hlavní části zajišťující dopravu paliva jsou elektrické palivové čerpadlo, jemný čistič paliva, rozdělovací palivové potrubí, regulátor tlaku paliva a elektromagnetické vstřikovací ventily. Rozdělovací palivové potrubí Přivádí palivo ke všem vstřikovacím ventilům, současně plní funkci zásobníku paliva. Tlumí tlakové pulsace, které vznikají při práci palivového čerpadla a vstřikovacích ventilů. 21

22 Regulátor tlaku paliva Je to membránou řízený přepouštěcí ventil, který je umístěn na konci rozdělovacího palivového potrubí. Úkolem regulátoru v palivovém systému je udržovat tlak na hodnotě 250 kpa až 350 kpa v závislosti na podtlaku v sacím potrubí. Z toho vyplývá, že tlak v palivovém systému je závislý na tlaku v sání a rozdíl mezi tlakem v sání a tlakem paliva je konstantní ( asi 300 kpa ). Elektromagnetické vstřikovací ventily Vstřikují palivo přerušovaně těsně před sací ventily. Každý válec má svůj jeden vstřikovací ventil, který je umístěn na konci sacího potrubí. Ventil je otevírán elektrickými impulsy z řídící jednotky. Vinutá pružina přitlačuje do sedla jehlu ventilu, ventil je uzavřen za podmínek, je-li vinutí elektromagnetického ventilu bez proudu. Naopak, je-li do vinutí elektromagnetu přiveden elektrický proud, tak se jehla ze sedla nadzvedne o 0,1 mm a dojde ke vstřikování paliva do sacího potrubí. Každá jehla má na svém konci čep, který provádí dobré rozprášení paliva. Ventily musí být tepelně izolovány a nesmí podléhat kmitání. Pro splnění těchto nároků musí být ventily uchyceny v plastikovém držáku a utěsněny pryžovými prvky Řídící systém Tento systém tvoří snímače a řídící jednotka. Informace o provozním stavu motoru získávají snímače. Do řídící jednotky je předávají formou elektrických signálů. Mezi tři skupiny měřených veličin charakterizující provozní data motoru patří hlavní měřené veličiny, měřené veličiny pro přizpůsobení a pro jemné přizpůsobení. Do první skupiny patří otáčky motoru a množství nasávaného vzduchu. Podle těchto hodnot se určuje množství vzduchu na jeden zdvih, charakterizující stav zatížení motoru. Druhá skupina musí připravit směs tak, aby ji přizpůsobila odlišujícím se stavům od běžného provozu motoru. V této skupině jsou snímače teploty motoru a spínače škrtící klapky. Řídící jednotka podle jejich dat upravuje směs pro režimy spouštění studeného motoru, zahřívání motoru, běhu na prázdno a plné zatížení. Třetí skupina musí zajistit úplnou optimalizaci jízdních poměrů a přesné odměření paliva. Ke splnění těchto podmínek musí být zohledněny další vlivy a provozní režimy. Zejména přechody jako jsou zrychlení, omezení maximálních otáček a brždění motorem. 22

23 Jednotlivé signály a jejich souvislosti rozeznává řídící jednotka a podle nich upravuje signály pro elektromagneticky ovládané vstřikovací ventily. Snímání provozních dat ( snímače ) Měření otáček motoru Ze svorky 1 zapalovací cívky je u bezkontaktních zapalovacích systémů získávána informace o otáčkách motoru a okamžiku počátku vstřiku. Měření množství vzduchu Mírou zatížení motoru je nasávaný vzduch. Pro určení základní dávky paliva musíme znát hlavní řídící veličiny, kterými jsou množství nasávaného vzduchu spolu s otáčkami motoru. Měřič množství vzduchu Je tvořen pružinou, která působí na vzduchovou měřící klapku. S hřídelkou měřicí klapky je spojen potenciometr. Podle vychýlení klapky se pootáčí jezdec potenciometru a převádí úhel natočení na hodnotu elektrického napětí (U m = 0V až 5V ). S měřicí vzduchovou klapkou je spojena kompenzační klapka, zabraňuje kmitání vzduchu v sacím systému. Kmitání by ovlivňovalo vzduchovou měřicí klapku. Těleso měřiče množství vzduchu je vybaveno obtokovým kanálem s regulačním šroubem bohatosti směsi pro nastavení bohatosti směsi při běhu naprázdno. Elektrický signál měřiče množství vzduchu je vyslán do řídící jednotky ještě před vlastním plněním válců. Řídící jednotka tedy může v každém okamžiku při změně zatížení správně přizpůsobit dávku paliva s dostatečným předstihem. Snímání teploty motoru a vzduchu Ke snímání se používají odporové polovodičové snímače termistory typu NTC. Snímač teploty motoru se umísťuje na blok motoru a snímá teplotu chladící kapaliny. Součástí měřiče množství vzduchu je snímač teploty vzduchu. Snímání oblasti zatížení motoru O oblasti zatížení motoru ( běh na prázdno, částečné zatížení, plné zatížení ) je řídící jednotka informována prostřednictvím spínače škrtící klapky. 23

24 Elektronická řídící jednotka Vyhodnocuje vstupní informace snímačů o provozním stavu motoru. Řídící jednotka produkuje řídící signály, které dodají potřebné množství paliva pro vstřikovací ventily. Časový interval otevření vstřikovacího ventilu určuje dodávané množství paliva. Z otáček motoru se určí taktovací frekvence vstřikovacích ventilů. Tento krok se provádí pomocí zapalovacích impulsů, které se zpracovávají v děliči frekvence a formovači impulsů. Nezávisle na počtu válců dělič frekvence rozdělí frekvenci impulsů tak, aby vznikly během jednoho pracovního cyklu ( dvou otáček klikového hřídele ) dva impulsy. Za jednu otáčku klikového hřídele každý ventil vstřikuje jedenkrát, nezávisle na otevření sacího ventilu. Všechny ventily vstřikují palivo současně simultánní vstřikování. Dávka paliva je vyhodnocena na základě signálu měřiče množství vzduchu, tzv. základní doba vstřiku t p, bez přizpůsobení dalším provozním podmínkám. V dělícím řídícím multivibrátoru se uskuteční výpočet základní doby vstřiku t p, na základě signálů snímačů přizpůsobení různým provozním podmínkám a korekce zpracovává multiplikační stupeň. Ze signálů snímačů teploty motoru a vzduchu se vypočítá faktor obohacení t m korekční faktor, který je přičten k základní době vstřiku t p. Využívá se ho při spouštění studeného motoru, doba vstřiku se prodlouží až trojnásobně. Dobu vstřiku a tím i množství vstřikovaného paliva také ovlivňuje napětí akumulátoru. S klesajícím napětím se reakční doba pohybu jehly vstřikovacího ventilu prodlužuje a snižuje se dávka paliva. Tento jev se reguluje tzv. kompenzací napětí t s. Doba trvání vstřikovacího impulsu (celková doba t i ) se skládá ze součtu základní doby, faktoru obohacení a kompenzace napětí. K zesílení vstřikovacích impulsů vytvořených v multiplikačním stupni dochází v stupni koncovém. Zesílené impulsy řídí vstřikovací ventily, jako omezovač proudu bývá do série s ventilem zapojen předřadný rezistor. Koncový stupeň řídící jednotky L- Jetronic napájí zároveň tři až čtyři ventily. U šesti a osmi válcových motorů bývají dva koncové stupně pracující zároveň. Pro zapojení vstřikovacích ventilů se používají také řídící jednotky s proudem řízeným koncovým stupněm bez předřadných rezistorů. V tomto případě dojde ihned ke snížení proudu po počátku impulsu a vyvážení kotvy ventilu. Po celý zbytek doby impulsu se proud pohybuje na podstatně nižší hodnotě. Proud je na počátku impulsu velmi vysoký, ale reakční doba ventilu je velmi krátká. V pozdější fázi je koncový stupeň zatěžován naopak podstatně méně. 24

25 Přizpůsobení dávkování paliva různým režimům chodu motoru Spuštění studeného motoru Starší systémy L Jetronic byly vybaveny elektromagnetickým ventilem pro spouštění studeného motoru a časového termospínače. Obohacení u novějších systémů je řešeno delším časovým intervalem pro otevření vstřikovacích ventilů na základě signálů ze spínací skříňky zapalování a teploty motoru. Zahřívání motoru Následuje po spouštění studeného motoru. Oproti motoru při provozní teplotě potřebuje motor až trojnásobné množství paliva. V první fázi se koeficient obohacení řídí časově, po dobu přibližně 30s, pak závisí na okamžité teplotě motoru, která je vyhodnocována na základě signálu snímače teploty. Řízení volnoběžných otáček, nastavení složení směsi Přes šoupátko přídavného vzduchu je nasáván přídavný vzduch, kterým jsou udržovány konstantní otáčky u studeného motoru. Při běhu naprázdno se reguluje složení směsi šroubem bohatosti směsi, který je umístěn na obtokovém kanále měřiče vzduchu. Seřízení volnoběžných otáček se nastavuje šroubem přídavného vzduchu umístěným na tělese škrtící klapky. Částečné zatížení a plné zatížení Pro částečné zatížení je v řídící jednotce naprogramována křivka množství paliva přizpůsobená co možná k nejnižší spotřebě. Oproti částečnému zatížení, kdy se hledí na nízkou spotřebu a hodnoty emisí, dojde při plném zatížení k prodloužení doby vstřiku, k obohacení směsi a k získání co největšího výkonu. Škrtící klapka signalizuje plné zatížení sepnutím kontaktu spínače této klapky. Obohacení při zrychlení Při zrychlení přidá řídící jednotka okamžitě určité množství paliva. Tento požadavek je vyhodnocen na základě signálů potenciometru měřiče množství vzduchu a snímače otáček. Velikost obohacení ( obohacovací koeficient ) závisí i na teplotě motoru. 25

26 Doplňkové funkce Omezení maximálních otáček, uzavření dodávky paliva při brždění motorem Nastane-li první případ, dojde k uzavření vstřikovacích ventilů. Ve druhém případě také přestanou vstřikovací ventily vstřikovat palivo, řídící jednotka přestane vydávat otevírací impulsy vstřikovacím ventilům na základě signálů otáček motoru ze snímače množství vzduchu a spínače škrtící klapky Bosch LH-Jetronic Změnou u tohoto systému je princip měření množství vzduchu (Obr. 4). Při měření se v úvahu bere hustotu vzduchu, která závisí na teplotě a tlaku. Základní funkce systému se zachovaly nebo byly rozšířeny. Měření hmotnosti nasávaného vzduchu Používají se měřiče hmoty vzduchu s vyhřívaným drátkem (HLM) nebo s vyhřívaným filmem (HFM), jsou to termické snímače zatížení. Nacházejí se mezi škrtící klapkou a čističem vzduchu, vyhodnocují proud hmoty vzduchu ( kg.h -1 ). V nasávaném proudu vzduchu se nachází elektricky vyhřívané těleso, které je ochlazováno proudícím vzduchem. Přiváděný proud ohřívá těleso a udržuje jeho konstantní teplotu, která je vyšší než teplota nasávaného vzduchu. Měřítkem proudu hmoty vzduchu je tento ohřívací proud. Zohledněna je při tomto měřícím principu také hustota vzduchu, která ovlivňuje určitým podílem velikost odebíraného tepla na ohřívaném tělese. Elektronická řídící jednotka U tohoto systému se používají digitální elektronické řídící jednotky. Na základě signálů z měřiče hmotnosti vzduchu a jiných snímačů se v mikropočítači vypočítá doba vstřiku pro řízení vstřikovacích ventilů. V řídící jednotce se nachází pevná paměť (ROM), ve které je třírozměrné datové pole pro určení doby vstřiku. Výhody systému LH-Jetronic Rychlejší reakce měřiče hmotnosti vzduchu, přesné zjištění hmotnosti vzduchu, přesnější přizpůsobení provozním režimům motoru, žádná chyba měření při jízdě ve 26

27 velké nadmořské výšce, žádné pohyblivé díly v měřiči hmotnosti vzduchu, odstranění vzniku chyb způsobených různými teplotami nasávaného vzduchu Jednobodové vstřikování benzinu ( SPI Simple Point Injection ) Palivo je vstřikováno centrálně umístěným vstřikovacím ventilem. Rozdělení směsi do jednotlivých válců motoru je provedeno prostřednictvím sacího potrubí Bosch Mono Jetronic Mono-Jetronic (Obr. 5) je nízkotlaké jednobodové vstřikování benzínu pro čtyřválcové motory, řízené elektronicky s jedním centrálně umístěným elektromagnetickým vstřikovacím ventilem Doprava paliva Palivo je nepřetržitě dopravováno elektrickým palivovým čerpadlem z nádrže přes čistič paliva do vstřikovací jednotky. Čerpadlo je umístěno mezi nádrží a čističem paliva nebo přímo v nádrži. Elektrické palivové čerpadlo Pro jednobodové vstřikování s nízkým systémovým tlakem paliva je použito dvoustupňové odstředivé čerpadlo. Elektromotor a čerpadlová část jsou uloženy ve společné skříni. Na uzavíracím víku výtlačné části čerpadla je zpětný ventil a elektrické kontakty. Po odstavení čerpadla udržuje zpětný ventil určitou dobu systémový tlak. V palivu by z důvodu jeho vysoké teploty jinak docházelo k vytváření bublin. První (podávací) stupeň tvoří odstředivé čerpadlo s bočním kanálem, druhým (výtlačným) stupněm je obvodové odstředivé čerpadlo. Oba stupně jsou tvořeny jedním oběžným lopatkovým kolem. Čerpadlo se vyznačuje dobrou dopravou i při vysoké teplotě paliva a velmi tichým chodem, výhodou je i doprava paliva bez tlakových pulzací. 27

28 Vstřikovací jednotka Je umístěna přímo na sacím potrubí. Hlavní řídící veličina je zjišťována z úhlu škrtící klapky a otáček motoru. Ve spodní části je umístěna škrtící klapka s potenciometrem, který měří úhel natočení. Dalším prvkem je nastavovač škrtící klapky regulující volnoběžné otáčky. Horní částí vstřikovací jednotky je palivový systém, složený z palivových kanálů, vstřikovacího ventilu a regulátoru tlaku paliva. Palivové kanály palivo přivádějí ke vstřikovacímu ventilu a přebytečné množství k regulátoru tlaku. Vstřikovací ventil Elektromagnetický vstřikovací ventil vstřikuje přerušovaně palivo do prstencové štěrbiny mezi sacím potrubím a škrtící klapkou. Vstřikovací ventil má dvě části, těleso ventilu a vlastní ventil. První část obsahuje vinutí elektromagnetu a elektrické připojení. Druhou částí je jehla ventilu nasazená na kotvě elektromagnetu. Dojde-li k vybuzení vinutí elektromagnetu, jehla se nadzvedne ze sedla asi o 0,06 mm a palivo začne proudit prstencovou štěrbinou ven. Na konci je jehla opatřena čepem, zasahujícím do vstřikovacího otvoru v tělese ventilu. Tvarovaný čep zajistí velmi dobré rozprášení paliva. Velikost štěrbiny mezi čepem jehly a tělesem ventilu určuje vstřikované množství paliva statický průtok během otevření ventilu. Při přerušovaném vstřikování paliva je dynamický průtok ovlivňován hmotností jehly ventilu, ventilovou pružinou, magnetickým okruhem a koncovým stupněm řídící jednotky. Regulátorem tlaku je udržován konstantní rozdíl mezi tlakem paliva a tlakem vzduchu. Vstřikované množství paliva tedy závisí pouze na době otevření vstřikovacího ventilu. Při vysoké frekvenci vstřikovacích impulsů, kdy každý zapalovací impuls vyvolá impuls vstřikovací, vykazuje vstřikovací ventil krátkou dobu mezi otevřením a zavřením. Zkrácení této doby pod 1 ms umožňuje pečlivě optimalizovaný elektromagnetický okruh a nízká hmotnost kotvy i jehly. Takto konstruovaný vstřikovací ventil zajistí dokonalé dávkování i při malém množství vstřikovaného paliva. Regulátor tlaku paliva Regulátor udržuje pomocí přepouštěcího ventilu konstantní tlakový rozdíl 100 kpa mezi tlakem paliva a tlakem okolí. Dolní komoru s přepouštěcím ventilem odděluje membrána od horní komory s předepjatou ventilovou pružinou. Součástí regulátoru je pohyblivě uložená ventilová destička. Je spojena s tělesem ventilu a pružina ji dotlačuje 28

29 do sedla. Pokud stoupne tlak paliva, síla působící na membránu překoná sílu pružiny. Ventilová destička je nadzvednuta ze sedla a palivo může proudit zpět do nádrže. Odvzdušňovací otvory zajišťují stejný tlak okolí na horní plochu membrány, jako je tlak v místě vstřiku paliva. Dodávka paliva se ukončí při zastavení motoru. Regulátor tlaku a zpětný ventil palivového čerpadla se uzavřou a udržují určitou dobu tlak paliva v přívodním potrubí. To zabrání vytváření bublin v palivu, které se ohřívá od teplých částí motoru. Příznivé podmínky pro následné spouštění motoru jsou zaručeny tímto způsobem. Odvzdušnění palivové nádrže U nově homologovaných vozidel je zakázáno odvzdušňovat palivovou nádrž do okolí, protože dochází ke zvýšenému zatěžování životního prostředí emisemi zdraví škodlivých uhlovodíků. Pro splnění daných emisních předpisů, musí být nádrž vybavena zpětným vedením benzinových par. Palivová nádrž musí být spojena s nádobkou s aktivním uhlím., které pohlcuje benzinové páry. Ty jsou z aktivního uhlí odstraňovány vzduchem, který proudí přes nádobku při tzv. regeneraci. Vzduch obohacený benzinovými parami je nasávaný do sacího potrubí. Odtud je následně přiváděn do válců motoru, kde jsou tyto benzinové páry spáleny. Nádobka s aktivním uhlím V nádobce musí být nastavena rovnováha mezi množstvím paliva pohlceného a odvedeného. Při všech provozních režimech motoru je možno nádobku regenerovat, při co největším možném přívodu čerstvého vzduchu. Hodnota regeneračního proudu závisí na rozdílu tlaku p mezi okolím p o a sacím potrubím p s. Při běhu naprázdno je tlakový rozdíl p největší. Abychom se vyhnuli problémům v činnosti motoru, je v tomto případě přípustný jenom malý regenerační přívod čerstvého vzduchu. Naopak při vyšším zatížení je správné, aby byl regenerační proud velký, protože k disposici je malý tlakový rozdíl p. Řídící jednotka prostřednictvím regeneračního ventilu přesně řídí velikost regeneračního proudu Snímání provozních dat Snímače mají za úkol vyhodnotit všechny důležité informace o provozním stavu motoru. Ve formě elektrických signálů jsou získané informace přivedeny k řídící 29

30 jednotce. V řídící jednotce se převedou na digitální signál a zpracují pro další řízení akčních členů. Určení množství nasávaného vzduchu K získání přesného poměru paliva a vzduchu je nutno znát hmotnost nasátého vzduchu během jednoho pracovního zdvihu. Po získání tohoto parametru se odměří požadované množství paliva otevřením vstřikovacího ventilu. Určení plnění motoru se odvozuje nepřímo ze spojení veličin úhlu natočení škrtící klapky a otáček motoru. Sešlápnutím akceleračního pedálu dojde k natočení škrtící klapky, řidič tak určuje proud nasávaného vzduchu do motoru. Tím předurčuje provozní bod, tedy požadovaný okamžitý výkon. Úhel natočení škrtící klapky vyhodnocuje potenciometr škrtící klapky. Pro určení hmotnosti nasávaného vzduchu jsou také potřebné otáčky motoru a hustota vzduchu. K dosažení potřebného poměru musí být zvolena vstřikovací doba úměrná zjištěnému plnění motoru. Takovéto přizpůsobení je určeno třírozměrným datovým polem lambda se vstupními veličinami, úhlem natočení škrtící klapky a otáčkami motoru. Musí se kompenzovat vliv hustoty vzduchu, který je závislý na tlaku a teplotě. Při vstupu do vstřikovací jednotky se teplota nasávaného vzduchu měří a v korekčním koeficientu ji zohledňuje řídící jednotka. Úhel natočení škrtící klapky Řídící jednotce slouží signál úhlu natočení škrtící klapky pro výpočet polohy a rychlosti pohybu škrtící klapky. Pro určení doby vstřiku je první důležitou vstupní veličinou poloha škrtící klapky, druhou je činnost nastavovače škrtící klapky při jejím uzavření, tedy sepnutí spínače běhu naprázdno. Pro úpravu dávkovaní paliva při přechodovém režimu je zvláště důležitá úhlová rychlost pohybu škrtící klapky. Plnění motoru je přizpůsobeno požadovanou přesností α-signálu. Pro dosažení bezproblémového chodu motoru a co nejnižších emisních hodnot výfukových plynů, musí plnění motoru být stejně jako doba vstřiku digitálně rozdělena na tak malé stupně, aby chyba složení zápalné směsi nepřesáhla 2%. Datové pole plnění motoru je nejvíce závislé na úhlu α v oblasti malého úhlu natočení škrtící klapky α a nízkých otáček n. Tedy při běhu naprázdno a při částečném zatížení. 30

31 Potenciometr škrtící klapky Jeho úkolem je snímat úhel natočení škrtící klapky. Na hřídelku škrtící klapky je nalisováno raménko jezdce potenciometru. Potenciometr je napájen stabilizovaným napětím 5V. Z důvodu docílení vysoké přesnosti je oblast úhlu škrtící klapky rozdělena na dvě odporové dráhy, pro běh naprázdno a pro plné zatížení. Přes úhlový segment klesá napětí lineárně. Každá dráha má ještě paralelní kolektorovou dráhu. Dráhy odporové i kolektorové jsou tvořeny metodou plošných spojů. Na raménku jsou umístěni čtyři jezdci, každý je přiřazen jedné odporové dráze. Jezdec odporové dráhy a jezdec k ní příslušné kolektorové dráhy jsou navzájem spojeni vodivě. Takto se přenáší signál z odporové dráhy na dráhu kolektorovou. První dráha snímá oblast úhlu škrtící klapky 0 o až 24 o, druhá 18 o až 90 o. Otáčky motoru Ze signálu zapalování se získává nutná informace o počtu otáček pro α/n řízení. Tyto signály zpracovává elektronická řídící jednotka. Jedná se o napěťový signál obvykle odebíraný ze svorky 1( U s ) nízkonapěťové části zapalování. Tyto signály jsou současně použity pro rozlišení vstřikovacích impulsů. Každý zapalovací impuls znamená jeden impuls vstřikovací. Teplota motoru Dávkování paliva významně ovlivňuje teplota motoru, je měřena polovodičovým NTC snímačem, který bývá umístěn na bloku motoru a měří teplotu chladící kapaliny. Teplota vzduchu Ovlivňuje jeho hustotu a je měřena polovodičovým NTC snímačem. Snímač je umístěný v horní části vstřikovací jednotky. Z důvodu rychlé reakce na změnu teploty je snímač konstruován jako otevřený. Je umístěný vedle vstřikovacího ventilu na nálitku v místě vysoké rychlosti vzduchu. Snímání oblasti zatížení motoru Pro obohacení při plném zatížení a přerušení dodávky při brždění motorem je důležité rozeznání provozních stavů, běh naprázdno a plné zatížení. Řídící jednotce je běh naprázdno hlášen sepnutím kontaktu spínače běhu naprázdno, který se nachází na 31

32 nastavovači škrtící klapky. Plné zatížení řídící jednotka vyhodnotí ze signálu potenciometru škrtící klapky. Napětí akumulátoru Na napětí akumulátoru závisí doba náběhu otevření a zavření vstřikovacího ventilu. Změnou doby vstřiku se koriguje kolísání napětí během provozu. Při spouštění studeného motoru také dochází k prodloužení vstřikovacích impulsů. Pokles napětí akumulátoru při nízkých teplotách ovlivňuje i činnost palivového čerpadla. Při těchto teplotách by čerpadlo nemuselo palivo dodávat s dostatečným tlakem. Řídící jednotka koriguje dobu vstřiku, aby se zabránilo nedostatku vstřikovaného paliva. Napětí akumulátoru řídící jednotka odebírá jako spojitý vstupní signál. Přes analogově-digitální převodník je tento signál převáděn na signál digitální, který se poté zpracovává v mikroprocesoru. Určení složení zápalné směsi Pro činnost třísložkového katalyzátoru je velice důležité dodržení optimálního složení směsi. Vstřikovací systémy jsou proto vybaveny kyslíkovou sondou (lambda sondou). Kyslíková sonda prostřednictvím napěťového signálu hlásí řídící jednotce informaci o okamžitém složení směsi. Podle tohoto signálu je řídící jednotka schopna provést regulaci směsi na stechiometrický poměr (λ=1). Pro dosažení rychlé provozní teploty je kyslíková sonda umístěna ve výfukovém potrubí co nejblíže motoru. Kyslíková sonda (lambda sonda) Aktivní keramika sondy musí být zahřátá (asi od 350 o C) a pokud na vnější elektrodu působí výfukový plyn a na vnitřní elektrodu okolní vzduch, vzniká elektrické napětí, které je úměrné obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Vzniklé napětí je vedeno do řídící jednotky. Kyslíková sonda se skládá z keramického tělesa, na horní plochu je nanesena vrstva platiny. Platina vytváří elektrody, s kterých se snímá napětí. Na vnější elektrodu vanou proudící výfukové plyny. Před agresivními složkami výfukových plynů je elektroda chráněna porézní keramickou vrstvou. Rozdílný obsah kyslíku na vnější a vnitřní elektrodě vytvoří na elektrodách určité elektrické napětí. Velikost napětí závisí na složení zápalné směsi. Je-li spalována příliš bohatá směs, pak se napětí kyslíkové sondy pohybuje kolem 900mV, je-li naopak směs příliš chudá, pak je napětí kolem 100mV. Při teplotách nad 350 o C je funkce nevyhřívané kyslíkové sondy spolehlivá, 32

33 vyhřívaná kyslíková sonda je použitelná od 200 o C. Vyhřívaná kyslíková sonda ( lambda sonda ) Aktivní keramiku sondy vyhřívá topné tělísko. Vyhřívání urychluje náběh regulačního procesu kyslíkové sondy (20s až 25s). Proti mechanickému poškození chrání aktivní keramiku sondy kovové pouzdro. Keramické těleso nesmí být poškozeno, musí být plynotěsné a bez sebemenších trhlinek. K poškození může dojít při velkých teplotních výkyvech. V ocelovém pouzdru je keramika sondy držena keramickou opěrnou trubkou a talířovou pružinou. Přes kontaktní část mezi opěrnou trubkou a aktivní keramikou sondy je snímáno napětí. Připojovací stranu kryje ochranné pouzdro, které je slisované s tělesem sondy. Ochranné kovové pouzdro má malé otvory pro vyrovnání tlaku. Pro lepší ochranu keramiky sondy proti mechanickému poškození je keramika opláštěná kovovou ochrannou trubkou s štěrbinami Zpracování provozních dat Zpracování signálů provádí elektronická řídící jednotka, která řídí vstřikování a akční členy (nastavovač škrtící klapky a regenerační ventil). Musí být umístěna v dostatečné vzdálenosti od tepelného sálání motoru. Na jedné desce jsou umístěny všechny elektronické prvky. Koncové stupně a stabilizátor napětí, napájející jednotlivé prvky napětím 5V, jsou z důvodu lepšího odvodu tepla umístěny na chladící desce. Řídící jednotku s akumulátorem, snímači a akčními členy spojuje 25-pólový konektor. Hlavní části řídící jednotky První částí je analogově-digitální převodník převádějící elektrické signály snímačů na digitální data pro mikroprocesor. Druhou částí je integrovaný obvod pro zpracování otáčkového signálu ze spalování. Srdce celé řídící jednotky tvoří mikroprocesor, který je spojen s pamětí EPROM a RAM, pro získávání nebo uchování dat a funkčních parametrů systému. Další částí jsou koncové stupně pro ovládání vstřikovacího ventilu a akčních členů. Třírozměrné datové pole lambda Slouží pro přesné určení poměru paliva a vzduchu u zahřátého motoru. Třírozměrné datové pole lambda je uloženo v pevné paměti řídící jednotky. Obsahuje 225 (15x15) 33

34 různých základních dob otevření vstřikovacího ventilu, které odpovídá přesně stechiometrickému složení směsi (λ=1). Všech 225 provozních bodů je přiřazeno 15 obvodům vstupních veličin, úhlu škrtící klapky α a otáčkám motoru n (α/n řízení). Lineární interpolací se vypočítávají provozní body ležící mimo definovaná vstupní data. Pokud řídící jednotka díky signálu z kyslíkové sondy zaregistruje odchylky od λ =1 a musí delší dobu korigovat základní dobu vstřiku, vytvoří korekční veličiny, které jsou pomocí vlastní adaptace vypočítány a uloženy. Tyto zjištěné hodnoty jsou platné pro celé datové pole a jsou stále aktualizovány, jedná se o adaptivní lambda regulaci Přizpůsobení dávkování paliva různým režimům chodu motoru Některé provozní stavy požadují korekci složení zápalné směsi. Především k nim patří spouštění motoru, obohacení po spuštění nebo při zahřívání motoru, korekce složení směsi v závislosti na teplotě vzduchu, přechody, korekce v závislosti na rychlosti změny polohy škrtící klapky. Kromě základních funkcí pro určení doby vstřiku paliva disponuje řídící jednotka řadou přídavných funkcí. Mezi ně můžeme zařadit lambda regulaci, regulaci volnoběžných otáček, obohacení při plném zatížení, přerušení vstřikování paliva při brždění motorem, omezení maximálních otáček, korekci změn palubního napětí (napětí akumulátoru), ovládání regeneračního ventilu, nouzový režim a diagnostiku. Odpaření vstříknutého paliva při spouštění studeného motoru především zhoršuje studený nasávaný vzduch, chladné stěny sacího potrubí, malý podtlak v sacím potrubí, malá rychlost vzduchu proudícího sacím potrubím, studený spalovací prostor a stěny válce. Tyto nepříznivé podmínky pro odpaření paliva mají za následek kondenzaci paliva na stěnách sacího potrubí v podobě tenkého filmu. Pro co nejrychlejší odstranění filmu na stěnách sacího potrubí a ve spalovacím prostoru musí být k disposici co nejsnáze zapálitelná směs. Při spouštění musí být vstřikováno více paliva, než je nutné vzhledem k množství nasávaného vzduchu. Kondenzace paliva je nejvíce závislá na teplotě sacího potrubí, proto musí být doba vstřiku upravena řídící jednotkou v závislosti na teplotě motoru. Tloušťka palivového filmu závisí také na rychlosti vzduchu proudícího sacím potrubím. Čím vyšší je rychlost proudění vzduchu, tím je tloušťka palivového filmu menší. Pro dosažení velmi krátké doby spuštění motoru musí být vytvořen palivový film 34

35 velmi rychle. Během krátkého časového intervalu musí tedy dojít ke vstříknutí velkého množství paliva. Nesmí však dojít k zahlcení motoru příliš velkým množstvím paliva. Aby byly tyto požadavky splněny musí se na začátku spouštění motoru dodržet určitá požadovaná délka vstřiku. S přibývající dobou spouštění se délka vstřiku zkracuje. V okamžiku překročení tzv. otáček na konci spouštění končí fáze spouštění motoru, zmiňované otáčky jsou závislé na teplotě motoru. Pro napodobení spotřeby paliva ve fázi mezi spouštěním motoru a dosažením jeho provozní teploty jsou známy dvě funkce. Je to závislost obohacení po spouštění motoru a závislost obohacení při zahřívání motoru. Závislost obohacení po spouštění motoru na jeho teplotě je vyjádřená korekčním koeficientem. Tímto koeficientem fáze po spouštění motoru je upravena doba vstřiku určená datovým polem lambda. Snižování tohoto koeficientu je závislé na čase. Závislost obohacení při zahřívání motoru je rovněž vyjádřena korekčním koeficientem, jeho snižování je závislé výhradně na teplotě motoru. Obě funkce působí zároveň, potom tedy doba vstřiku určená třírozměrným datovým polem lambda je upravena oběma koeficienty. Korekce dávky paliva v závislosti na teplotě vzduchu Hmotnost vzduchu je závislá na teplotě. Teplý vzduch má nižší hustotu než studený. To znamená, že se při stejné poloze škrtící klapky plnění válců se zvyšující teplotou zmenšuje. Ve vstřikovací jednotce je umístěn snímač teploty, který řídící jednotku informuje o teplotě nasávaného vzduchu. Řídící jednotka pomocí koeficientu obohacení závisejícího na teplotě vzduchu upravuje dobu vstřiku (množství vstřikovaného paliva). Dynamické přechodné stavy Změna zatížení motoru zrychlí natáčení škrtící klapky, řídící jednotka reaguje na tuto změnu dynamickou úpravou složení směsi. Vše musí být řešeno s ohledem na optimální jízdní poměry a příznivé hodnoty emisí výfukových plynů. Úprava dávkování paliva při dynamických přechodech je u jednobodového vstřikování složitější než u vstřikování vícebodového. Příčinou je rozdělování zápalné směsi sacím potrubím do jednotlivých válců. Palivo je do válců přiváděno sacím potrubím, existuje ve třech různých stavech. Prvním stavem jsou palivové páry vznikající ve vstřikovací jednotce nebo v sacím potrubí, popř. odpařováním palivového filmu ze stěn sacího potrubí. Páry se pohybují velmi rychle rychlostí nasávaného vzduchu. Druhým stavem 35

36 jsou kapičky paliva, které se pohybují rozdílnou rychlostí, ale také přibližně stejně rychle jako nasávaný vzduch. Ke vzniku palivového filmu na stěnách sacího potrubí přispívají částečně právě zmíněné kapičky. Třetím stavem je palivový film na stěnách sacího potrubí, pohybující se sníženou rychlostí ke spalovacímu prostoru. Pro spalování je tato část paliva k disposici s určitým časovým zpožděním. Při částečném zatížení a běhu naprázdno je v sacím potrubí vysoký podtlak. Zde se nachází palivo téměř výhradně ve formě par a prakticky se nevytvoří žádný palivový film. Se snižujícím se podtlakem se začne tloušťka palivového filmu zvětšovat. Tento případ nastává při otevírání škrtící klapky nebo při poklesu otáček motoru. Důsledkem je nevyrovnanost mezi přívodem a spotřebou paliva pro tvorbu, popřípadě odvod palivového filmu během přechodné doby pohybu škrtící klapky. Pokud by nedošlo k obohacení směsi při otevírání škrtící klapky pomocí korekce, měla by za následek zvýšená tloušťka palivového filmu ochuzení zápalné směsi přiváděné do spalovacího prostoru. Při zavírání škrtící klapky, kdy dochází ke spotřebovávání palivového filmu, by naopak docházelo k obohacení směsi. Je nutné provést ochuzení směsi korekce dávky paliva. Na tvorbu palivového filmu v sacím potrubí nemají vliv jenom tlakové poměry, ale i teplota. Tloušťka palivového filmu se zvětšuje při nízké teplotě sacího potrubí nebo nasávaného vzduchu. Všechny výše uvedené dynamické změny musí zohledňovat komplexní elektronika. Obohacení při zrychlení a ochuzení při zpomalení jsou závislé na hodnotě úhlu otevření škrtící klapky, otáčkách, teplotě motoru a nasávaného vzduchu a na úhlové rychlosti pohybu škrtící klapky. Při překročení určité mezní hodnoty úhlové rychlosti škrtící klapky dojde k obohacení nebo ochuzení směsi. V řídící jednotce jsou tyto mezní hodnoty uloženy a závisí na velikosti úhlu otevření škrtící klapky. Pomocí dynamických obohacovacích a ochuzovacích koeficientů je při zrychlení provedeno obohacení směsi a při zpomalení ochuzení směsi. Dynamické korekční koeficienty jsou odvozeny od úhlové rychlosti škrtící klapky. Regulace volnoběžných otáček Systém Mono-Jetronic je bezúdržbový. To znamená, že se při běhu naprázdno nemusí nastavovat otáčky ani složení směsi. Nastavovač škrtící klapky ji otevírá svojí nastavovací tyčkou a za všech provozních podmínek udržuje u studeného i zahřátého motoru určenou hodnotu otáček. Nastavovací tyčku nastavovače škrtící klapky ovládá přes šnek a šnekové kolo stejnosměrný 36

37 motorek. Tyčka otevírá nebo přivírá škrtící klapku. Integrovaný spínací kontakt nastavovací tyčky se při dotyku s páčkou škrtící klapky sepne a řídící jednotce hlásí stav běhu naprázdno. Obohacení při plném zatížení V případě, když je překročena zvolená hodnota úhlu natočení škrtící klapky (několik stupňů před dorazem) nastává obohacení. Uzavření dodávky paliva při brždění motorem a překročení maximálních povolených otáček Rozhodujícím signálem jsou v tomto případě otáčky motoru, v případě brždění motorem i spínač běhu naprázdno (škrtící klapka uzavřena). Řízení regenerace nádobky s aktivním uhlím Při regeneraci je odsáváno odpařené palivo, zachycené v nádobce s aktivním uhlím z nádobky do sacího potrubí. Řídící jednotka řídí regeneraci aktivního uhlí, tedy jeho propláchnutí nasávaným vzduchem prostřednictvím elektromagnetického regeneračního taktovacího ventilu. Ventil je umístěný mezi nádobkou a dolní částí vstřikovací jednotky. Po přivedení elektrického proudu je vtažena kotva cívkou a těsnící člen kotvy uzavře výstup z ventilu. Kotva je připevněna na ploché pružině, je-li vinutí bez proudu, kotva nadzvedne těsnící člen ze sedla a uvolní průtočný průřez. Na výstupu do regeneračního ventilu zpětný ventil zabraňuje vnikání odpařeného paliva do sacího potrubí po vypnutí motoru. Nouzový režim a diagnostika Kontrolní funkce řídící jednotky kontrolují neustále všechny snímače. Je-li snímač poškozený nebo je chybné elektrické vedení snímače, pak se signál nenachází v jeho předvolené oblasti pravděpodobných hodnot. Nastane-li taková situace, musí nastoupit na místo chybějícího popř. nepravděpodobného signálu náhradní veličina, aby vozidlo zůstalo pojízdné. Při výpadku teplotního signálu se vezmou hodnoty, které používá motor zahřátý na provozní teplotu : teplota vzduchu 20 o C a 90 o C pro teplotu chladící kapaliny. Nastane-li chyba v regulačním okruhu kyslíkové sondy, tak dojde ke zrušení funkce regulačního okruhu, doba vstřiku se bere z datového pole lambda. Není-li k dispozici signál z potenciometru škrtící klapky, protože se jedná o jednu z hlavních 37

38 řídících veličin, není tudíž umožněn přístup k hodnotám doby vstřiku datového pole lambda, je vstřikovacímu ventilu přidělen impuls pevné délky, přičemž je v závislosti na otáčkách motoru přepínáno mezi dvěma dobami vstřiku. Dále jsou také neustále kontrolovány akční členy (nastavovač škrtící klapky, regenerační ventil ). Rozezná-li řídící jednotka výpadek některého akčního členu nebo snímače, je tento případ zaznamenán do diagnostické paměti chyb. Záznam zůstává v paměti po dobu více provozních cyklů, tak abychom tuto periodicky se vyskytující závadu mohli odhalit. Paměť chyb může být přes diagnostickou zásuvku později přečtena. K normálnímu provozu přejde systém opět po odstranění závady Systémy řízení motoru ( motormanagment ) Moderní elektronika otevírá nové perspektivy v konstrukci automobilů. Jejím použitím mohou být co nejlépe sladěny požadavky na zážehový motor, jako jsou např. vysoký výkon a nízká spotřeba paliva při co nejmenším množství škodlivin ve výfukových plynech. Zapalovací systémy a zařízení pro přípravu zápalné směsi řeší tyto problémy odděleně. Elektronické zapalovací systémy optimalizují zapalování a vstřikovací systémy řídí dávkování paliva. Systémy řízení motoru spojují vstřikovací a zapalovací systémy. Mají společnou řídící elektronickou jednotku. Pro vstřikování a zapalování lze pomocí digitálního zpracování dat a použitím mikroprocesoru zařadit velké množství provozních dat do třírozměrných datových polí. Do této skupiny můžeme např. zařadit systémy Mono Motronic a Motronic a jejich následující modifikace Bosch Mono-Motronic Řízení motoru je nízkotlaké jednobodové vstřikování benzínu (vstřikovací část) s integrovaným elektronickým zapalováním (část zapalovací). Tento systém umožňuje optimalizaci jak přípravy směsi, tak i řízení zapalování (Obr. 6). Jádro systému tvoří elektronická řídící jednotka s vysoce výkonným mikropočítačem. Výhodou jsou menší náklady na společnou řídící jednotku, než na oddělené systémy pro vstřikování a zapalování. 38

39 Bosch Motronic Základní funkcí je bez ohledu na provedení řízení zapalování a vstřikování (Obr. 7). Mezi další funkce můžeme zařadit funkce řídící a regulační, které jsou nutné pro snížení emisí a spotřeby paliva, a které umožňují kontrolu složení výfukových plynů. Mezi tyto funkce patří regulace volnoběžných otáček, lambda regulace, řízení zachycení a využití odpařeného paliva, regulace detonačního spalování, zpětné vedení výfukových plynů pro snížení NO x ve výfukových plynech, řízení systému přídavného vzduchu pro snížení HC ve výfukových plynech. Tento systém lze doplnit o další funkce, regulace plnícího tlaku turbodmychadla, řízení délky sacího potrubí, řízení nastavení časování ventilového rozvodu. Systém v jedné řídící jednotce sdružuje veškerou elektroniku řízení zážehového motoru. Potřebná provozní data pro správnou činnost systému jsou získávána prostřednictvím snímačů zapalování, nastavení vačkového hřídele, rychlost vozidla, činnost převodovky, činnost klimatizace, napětí akumulátoru, teplota motoru, teplota nasávaného vzduchu, množství nasávaného vzduchu, otáčky motoru, úhel natočení škrtící klapky, kyslíková sonda, snímač detonačního hoření. Vstupní stupně v řídící jednotce získaná data upraví pro mikroprocesor. Ten je zpracuje, určí motoru optimální provozní režim a v závislosti na provozních datech vypočte řídící signály. Koncové stupně signály zesílí a řídí jimi nastavovací členy, které řídí činnost vlastního motoru. Tímto způsobem se optimální součinnost vstřikování a zapalování při všech provozních stavech zážehového motoru může uskutečnit. 39

40 7. PALIVOVÉ SYSTÉMY S PŘÍMÝM VSTŘIKOVÁNÍM BENZINU K vývoji tohoto systému přispěli zkušenosti a poznatky převzaté od vývoje přímého vstřikování u vznětových motorů. V současnosti používá většina automobilek přímé vstřikování, každá firma vlivem vývoje používá vlastní označení. V Evropě byly prvními použitými systémy Bosch BDE označován jako FSI u firmy VW, přímý vstřik HPi Peugeot Citroen, systém IDE Renault. Systémy přímého vstřikování (Obr. 8) jsou vybaveny tlakovým zásobníkem paliva, který dokáže palivo vstřikovat pod tlakem až 12 MPa. Do spalovacího prostoru válce motoru je palivo ve správný okamžik vstřikováno přes elektromagnetický ventil. Pomocí elektronicky řízené škrtící klapky (EGAS) je regulován nasávaný vzduch. Výfukové plyny jsou kontrolovány lambda sondou, která je umístěna v jejich proudu. Její umístění umožňuje regulaci chodu motoru ve třech rovinách. První je provoz s vrstvenou směsí paliva a vzduchu λ > 1. Druhý je provoz s homogenní směsí λ = 1 (14,7 : 1), který je optimálním poměrem pro motory s nepřímým vstřikováním paliva. Třetím je provoz motoru s bohatou směsí λ = 0,8. U všech systémů přímého vstřikování je základem provoz motoru s vrstvenou směsí. Do prostoru zapalovací svíčky se směs přivádí bezprostředně, další množství vstřikovaného paliva následuje opožděně při zajištění dostatečného přebytku vzduchu. Od svíčky vzdálené prostory obsahují směs chudší. Tím dojde ke snížení tepelných ztrát, protože při spalování nedochází ke snížení teploty odběrem přes stěny válce. Vysoké množství zbytkového vzduchu vede k účinnějšímu spalování při souběžně velkém otevření škrtící klapky. Zároveň při výplachu spalovacího prostoru dochází i k minimálním ztrátám motoru. Provoz s vrstvenou směsí se pohybuje v úrovni λ = 1,5 3. Při zvýšení zatížení motoru a nárůstu otáček se musí přejít na spalování homogenní směsi. Tato změna umožní lepší chlazení vložených válců motoru, protože palivo je rozprašováno do spalovacího prostoru. Současně je schopnost klepání motoru snížena a lze zvýšit i kompresi motoru. Výsledným efektem je snížení spotřeby paliva. Rychlého a rovnoměrného spálení směsi je dosaženo rovnoměrným rozprášením směsi ve vstřikovaném paprsku. Základem je přesné načasování vstřikování řídící jednotkou, které je daleko přesnější oproti nepřímému vstřikování při činnosti motoru s homogenní směsí. Při použití vrstvené směsi jsou doby vstřikování kratší až o 0,5 ms. Oproti vstřikování do sacího potrubí je velikost kapének vstřikované směsi pětinou předchozího průměru. 40

41 7.1. Konstrukce a části vstřikovacího systému přímého vstřikování Základní změnou je konstrukce sacího kanálu, který je vedený kolměji ve směru osy válce motoru. Tím dochází k rozvíření nasávaného vzduchu. Další změnou je uchycení vstřikovacího ventilu pro přímé vstřikování v hlavě válce a také úprava dna pístu, vytvoření výstupku, nálitku. Jeho úkolem je směřovat vstřikovaný paprsek do prostoru zapalovací svíčky. Konstrukční řešení spalovacího prostoru umožňuje v oblasti částečného zatížení i polovičního zatížení nebo volnoběhu, činnost motoru se směšovacím poměrem až 1 : 30. Důležitým faktorem pro umožnění této činnosti je také časování vstřiku a velikosti dávky. Tlak paliva je regulován mezi 3 10 MPa, při chodu naprázdno je okolo 7 MPa, při přechodu z plného na částečné zatížení je tlak snížen na 3 MPa. Na vstřikovací systém jsou kladeny vysoké podmínky z důvodu zajištění přesného vstřiku při všech provozních režimech. Řídící jednotkou musí být rozlišeno vysoké množství proměnlivých hodnot řídících veličin. Následně na základě programovaných dat probíhá řízení chodu motoru. Základním požadavkem na velikost točivého momentu je poloha pedálu akcelerátoru, dále mohou být doplněny ze systému řízení převodovky (GS) systému ABS a ASŘ nebo dynamiky jízdy (FDR). Úprava požadavku velikosti točivého momentu je řešena datovým polem v řídící jednotce. Hmotnost nasávaného vzduchu je volně nastavitelná pomocí elektronicky řízené škrtící klapky (EGAS). Měření hmotnosti je řešeno měřičem s vyhřívaným filmem. Lambda sondy LSF a LSU jsou umístěny před a za katalyzátorem, pomocí nich je prováděna kontrola složení směsi. Pracují při λ = 1, chudá směs a upřesňují funkci katalyzátoru, jeho regeneraci. Při dynamickém režimu chodu motoru je také důležité řízení zpětného vedení spalin. Funkci regulačního snímače základních hodnot tlaku v sacím potrubí plní AGR snímač Základní části palivového vstřikovacího systému Mezi tyto části patří vysokotlakové palivové čerpadlo, zásobník paliva (rozdělovač) pro vstřikovací jednotky válců, snímač tlaku paliva, tlakový řídící ventil, vstřikovací ventil válce motoru. Palivový vstřikovací systém je dále rozdělen na dva okruhy, 41

42 nízkotlakový a vysokotlakový. Samostatným obvodem je regenerace zásobníkového katalyzátoru a lambda regulace. Nízkotlakový okruh je složen z komponentů rozvodu palivového systému, které jsou umístěny v palivové nádrži a nebo za ní. Elektrické palivové čerpadlo dopravuje palivo přes tlakový regulátor, a to pod tlakem až 0,35 MPa do vysokotlakového čerpadla. Pohon čerpadla je mechanický od klikového hřídele. Vysokotlakový okruh musí dosáhnout zvýšení tlaku paliva z 0,35 MPa až na hodnotu tlaku 12 MPa pomocí pístového vysokotlakového čerpadla. Také zajišťuje minimální kolísání hladiny. Zásobník, rozdělovač paliva Tlumí tlakové pulsace paliva díky své pružnosti. Ty jsou způsobené nepravidelností odběru paliva a funkcí vysokotlakového čerpadla. Tvar potrubí a použitý materiál, odlitek slitiny hliníku, je pro připojení vysokotlakových vstřikovacích ventilů válců motoru opatřen otvory. Potrubí je spojeno s kontrolním snímačem tlaku paliva vysokotlakovým čerpadlem a tlakovým řídícím ventilem. Jeho úkolem je sledovat hodnotu tlaku v zásobníku. Snímač má podobu membrány, je z nerezového kovu s vrstvenými měřícími odpory. Tlakový řídící ventil V celkovém rozsahu provozních režimů chodu motoru nastavuje systémový tlak paliva, aby odpovídal nastaveným hodnotám v datovém poli v řídící jednotce. Hodnota se pohybuje v rozmezí od 5 do 12 MPa. Tlak se odvíjí i v závislosti na velikosti tlaku, pod kterým je vstřikováno palivo do válce motoru a na dodávaném množství paliva vysokotlakovým čerpadlem. Přebývající palivo je vedeno do sací části vysokotlakového čerpadla, tím dochází k ohřátí paliva a odvzdušnění palivového zásobníku. Vstřikovací ventily Jsou přímo připojeny na zásobník paliva a splňují s ohledem na podmínky umístění požadavky krátké doby vstřiku, vysokého rozsahu linearity, na výpočtem stanoveném tvaru vstřikovaného paprsku. Přesný okamžik vstřiku a vstřikované množství paliva je určeno signálem z řídící jednotky. 42

43 7.3. Vlastní průběh vstřikování paliva Pro zachování výkonu motoru a dosažení snížení spotřeby je celý motor komplexně řízen pomocí motormanagmentu. Tvorba směsi a vstřikování je prováděno ve třech rovinách rozsahu zatížení motoru. Dolní rozsah zatížení motoru je charakteristický činností motoru s plněním vysoce vrstvenou směsí paliva a vzduchu (velký přebytek vzduchu), zpožděným okamžikem vstřiku paliva těsně před zážehem, točivý moment je úměrný vstřikovanému množství paliva. Takto vytvořené podmínky umožní rozdělení spalovacího prostoru na dvě části. K okamžitému zapálení je připraven oblak směsi u zapalovací svíčky. V ostatní části spalovacího prostoru je hromaděn přebytek vzduchu a zbytek plynu. Stoupá termodynamika vlivem způsobu vrstvení směsi a na stěnách válce motoru dochází k minimálním tepelným ztrátám. Vyhneme se ztrátám vznikajícím plněním, jelikož lze motor provozovat i bez škrcení. Přivádění spalin do sání je intenzivně aktivováno pro docílení snížení emisí, hlavně NO x. Po sešlápnutí akceleračního pedálu se zvýší pouze dodávané množství paliva. Horní rozsah zatížení vzestupem množství vstřikovaného paliva a se stoupajícím zatížením se mění směšovací poměr, zhoršují se emise především pevných částí (sazí). Motor je provozován s homogenním plněním směsi. Řízení regulace lamda je v oblasti λ = 1 a v oblasti bohaté směsi. Již v průběhu nasávání vzduchu je palivo vstřikováno a tím dochází k dokonalému promíchání. Točivý moment odpovídá nastavení polohy plynového pedálu a je nastaven elektronicky řízenou škrtící klapkou. Z hmotnosti nasávaného vzduchu je vypočítáváno množství paliva a upravováno lambda regulací. Změny rozsahu zatížení ve všech možných provozních podmínkách chodu motoru je nutné, aby vstřikování a příprava směsi splnila určité požadavky. Podle okamžitého zatížení motoru se musí měnit okamžik začátku vstřiku v obou provedeních přípravy směsi, t.j. okamžik vstřiku v průběhu komprese a v průběhu sání. Po nastavení hmotnosti nasávaného množství je nutné odpojit polohu plynového pedálu, aby bylo možné řízení chodu motoru bez škrcení v obou rozsazích. Pro nastavení množství paliva tak, aby byl možný provoz v obou možných provedeních přípravy směsi je rozhodující hmotnost nasávaného vzduchu a nastavení předstihu zážehu motoru tak, aby výsledný točivý moment byl konstantní. V sání s klesajícím tlakem klesá hodnota součinitele přebytku vzduchu lambda. Rozhodující mezní hodnoty pro přepnutí jsou λ = 1,5, zamezí tvorbě sazí při provozu s vrstvenou směsí. Dále λ = 1,3, při provozu 43

44 s homogenní směsí má vliv na omezení schopnosti chodu motoru s chudou směsí paliva a vzduchu. Při přepnutí je potlačen stanovený zakázaný rozsah 1,3 < λ < 1,5 tím, že v okamžiku přepnutí je zvýšena dodávka vstřikovaného paliva jednorázově. U točivého momentu, který je redukován krátkodobou změnou předstihu ke skoku nedojde. Zásobníkový katalyzátor Na svém povrchu shromažďuje zbytkový kyslík obsažený ve zplodinách hoření jako dusičnany po spálení chudé směsi. Po vyčerpání akumulačních schopností řídící jednotka provede regeneraci krátkodobým přepnutím na provoz s bohatou směsí. Dusičnany jsou redukovány na dusík pomocí CO. Lambda sondy kontrolují směs spalin před a za katalyzátorem, řídící jednotkou je v řádově tisícinách sekundy přepínáno mezi oběma režimy přípravy směsi. Přepínání nemá žádný negativní dopad na vlastní provoz chodu motoru, točivý moment a jízdní komfort. Ke zlepšení ekologického hodnocení motoru přispívá čištění výfukových spalin. U vstřikování HPi je použit systém recirkulace spalin. Motor je osazen dvěma katalyzátory, ventilem EGR, ten zajišťuje částečné vracení spalin do spalovacího prostoru v oblasti nízkého zatížení. Recirkulace je zařazena z důvodu snížení teplotních špiček a redukce oxidu dusíku. Katalyzátor má dvě části, první o objemu 0,8 litrů je třícestný. Jsou zde snižovány obsahy oxidu uhelnatého CO a volné uhlovodíky HC, převážně pracuje v režimu studeného spouštění. Druhá část, hlavní katalyzátor má objem 3 litry. Mimo funkce redukce jako třícestný katalyzátor plní také funkci při redukci NO x. Kromě klasických vrstev kovů platiny, rhodia, paladia je povrch upraven solemi baria, váže na sebe oxidy dusíku a přeměňuje je na stabilní nitráty. Hromadění nitrátů v katalyzátoru je omezené, proto dochází každé 3 sekundy po signálu od řídící jednotky k jejich automatickému vypálení. Díky této funkci může dojít ke zvýšení bohatosti směsi, zvýšením dávky paliva. Nitráty se mění na dusík. Při provozu motoru v režimu chudé směsi je také teplota katalyzátoru v rozmezí o C. Při této teplotě se mohou vytvářet nitráty, katalyzátor dokáže zpracovat až 90 % těchto látek. Dojde li ke zvýšení zatížení, stoupne i teplota katalyzátoru ( o C ), po očištění od nitrátů katalyzátor funguje jako třícestný. Elektromagnetický ventil EGR Byl použit u systému IDE automobilky Renault. Tento systém pracuje do tlaku 10 MPa stejně jako ostatní. Dojde li k překročení hodnoty 10 MPa je u tohoto systému příprava paliva se vzduchem ve stechiometrickém poměru s přívodem velkého množství 44

45 výfukových plynů. Ve zplodinách je tak udržen nízký obsah oxidů dusíku. Plyny vstupují s přetlakem do válce motoru, tím je snížen sací výkon motoru, jehož důsledkem je snížení výkonu. V oblasti 80% výkonu zahajuje ventil svoji činnost, z tohoto důvodu je také i obsah oxidu dusíku ve válci menší. Oproti jiným systémům je tedy možno použít klasický třícestný katalyzátor. Předřazený katalyzátor ihned po spuštění motoru plní funkci čističe spalin. Po nepatrných změnách je použitelný také pro spalování vrstvené směsi. Ventil je ovládán pneumaticky. Dalším typem ovládání je elektronické pomocí elektromagnetu. Otevření je řízeno na základě tlaku v sacím potrubí a na otáčkách motoru. 45

46 8. ZAŘÍZENÍ PRO SNÍŽENÍ EMISÍ ŠKODLIVIN Mezi základní zařízení jejichž funkcí je snížení emisí škodlivin ve výfukových plynech, můžeme zařadit kyslíkovou sondu lambda a katalyzátory. Systémy s využitím lambda sondy a lambda regulace i recirkulace výfukových plynů byly popsány u jednotlivých palivových systémů. Problematika a zařízení pro snížení emisí u systému přímého vstřikování je popsána přímo v kapitole přímé vstřikování. V této kapitole je vysvětlena funkce katalyzátorů Katalyzátory Můžeme je rozdělit do tří skupin, na oxidační, dvoukomorové a třícestné. Oxidační katalyzátor pracuje s přebytkem vzduchu a pomocí oxidace mění oxid uhelnatý a uhlovodíky na vodní páru a oxid uhličitý. Tyto katalyzátory nesplňují emisní předpisy pro obsah oxidu dusíku. Dvoukomorový katalyzátor je složen ze dvou za sebou řazených katalyzátorů. Motor musí pracovat s přebytkem paliva v režimu bohaté směsi. Výfukové plyny proudí přes redukční a poté přes oxidační katalyzátor, vzduch je přifukován mezi katalyzátory. Oxidy dusíku se redukují v prvním katalyzátoru a ve druhém uhlovodíky a oxid uhelnatý. Nevýhodou je vznik amoniaku NH 3 vlivem nedostatku kyslíku při redukci oxidu dusíku. Další nevýhodou je jeho vliv na nepříznivé poměry spotřeby paliva, vlivem činnosti oblasti bohaté směsi. Výrazně nižší je redukce oxidů než u jednokomorového katalyzátoru s regulací lambda. U evropských výrobců se nevyužíval a stejně jako oxidační katalyzátor nesplňují emisní předpisy pro obsah oxidu dusíku. Třícestný katalyzátor zároveň výrazně redukuje tři složky spalin výfukových plynů CO, HC a NO x. Pro jeho činnost je důležité, aby složení směsi paliva bylo stechiometrické. Ve spojení s lambda sondou je nejúčinnějším zařízením pro snížení obsahu spalin. U motorů bez lambda regulace je jeho účinnost pouze 50 % Konstrukce katalyzátoru Skládá se z obalu z ocelového nerezového plechu, nosiče a vlastní aktivní katalytické vrstvy. Mezi dnes základní používané nosiče patří keramický a kovový. 46

47 Keramický nosič je válcovitého tvaru, je v něm vytvořeno několik tisíc podélných kanálků, ve kterých proudí výfukové plyny. Ocelovými drátky o průměru asi 0,25 mm je vytvořené kovové pletivo. Toto pletivo je umístěno mezi obalem a nosičem, chrání nosič před mechanickým poškozením. Dále vyrovnává výrobní tolerance a různou tepelnou roztažnost obalu a nosiče. Slouží současně jako tepelná izolace. Kovový nosič se používal před hlavním katalyzátorem u pomocných nebo startovacích katalyzátorů, po spouštění motoru rychleji dosahuje provozní teploty. Z tohoto důvodu se používají jako hlavní katalyzátory i přes vyšší cenu. Výhodou je možnost vytvoření větší plochy průchozích kanálků, necitlivost vůči rychlým změnám teploty a vibracím. Katalyzátor s kovovým nosičem se skládá z folie ze speciální oceli, která je stočena do tvaru písmene S. Vrstvy folie jsou pájené mezi sebou a také do vnějšího ocelového pláště. Oba druhy katalyzátorů používají jako aktivní nosnou vrstvu materiál z oxidu hlinitého, která vzhledem ke svému nerovnému povrchu zvětšuje plochu nosiče až 7000 krát. Na této vrstvě je napařováním nanesena vlastní aktivní vrstva. U oxidačního katalyzátoru je to vrstva platiny a paládia nebo platiny a rhodia u třícestného. Oxidaci oxidu uhelnatého a uhlovodíků urychlují platina a paladium, redukci oxidů dusíku rhodium. Jeden katalyzátor obsahuje běžně 2 až 3 kg těchto vzácných kovů. Velmi důležitou veličinou při provozu je teplota, snižování obsahu škodlivin začíná až od teploty asi 250 o C. Ideální provozní podmínky pro vysokou účinnost a optimální životnost jsou v teplotním rozmezí 400 až 800 o C. V teplotním rozmezí 800 až 1000 o C dochází u vzácných kovů a podkladové vrstvy k podstatnějšímu spékání, které vede ke zmenšování povrchu aktivní hmoty. Nad 1000 o C dochází k silnému tepelnému stárnutí až téměř ke zničení katalyzátoru. Životnost katalyzátoru je při optimálních podmínkách km. Při vynechávání zapalování může teplota katalyzátoru překročit 1400 o C. Tato teplota vede k roztavení nosiče, tedy k úplné destrukci katalyzátoru. Předpokladem dlouhé životnosti katalyzátoru je provoz na bezolovnatý benzín, olovo zanáší póry v aktivní vrstvě. Zbytky oleje jsou také nežádoucí, protože mohou vést k otrávení katalyzátoru. 47

48 9. NOVÉ TENDENCE V KONSTRUKCI PALIVOVÝCH SYSTÉMŮ ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ Novou budoucnost zážehovým motorům slibuje kombinace přímého vstřikování a přeplňování jako je tomu např. u systému přímého vstřikování benzínu DI-Motronic od firmy Bosch. Mezi další skupinu, která řeší nové tendence můžeme zařadit alternativní paliva a hybridní pohon. Nové zážehové motory budou muset být konstruovány tak, aby byly schopny pracovat s alternativními palivy. Hybridní pohon by se měl začít využívat co nejdříve, aby překlenul období, než se přejde na vhodný alternativní pohon. Z hlediska emisí by bylo velice příznivé, kdyby spalovací motor používal jako palivo zemní plyn. Nevýhodou hybridního pohonu je jeho složitost daná dvěma kompletními druhy motorů. Důsledkem je jak větší pravděpodobnost technické poruchy, tak značné zvýšení celkové hmotnosti vozu a nakonec i cena Nové systémy vstřikování Technikům se podařilo vyvinout sestavu systémů pro zážehové motory, která kombinuje přednosti přímého vstřikování s přeplňováním. Přímým vstřikováním se zvyšuje zejména točivý moment při rozjíždění a maximální točivý moment je k dispozici již při nižších otáčkách. Tím je postaráno o velmi rovnoměrný výkon motoru. Spotřeba navíc klesne přibližně o pět procent. Palivo je vstřikované přímo do válců, ochladí spalovací vzduch a sklon ke klepání se redukuje. Správné spalování směsi po zážehu zapalovací svíčkou se tak může uskutečnit později a s lepší přeměnou energie. Tím se dále rozvíjí přímé vstřikování s efektivnějším spalovacím procesem. Systémy DI-Motronic s proudově vedeným spalovacím procesem snižují ve srovnání se sacím vstřikováním spotřebu i u motorů bez turbokompresoru až o 15%. Motory jsou také vybavovány rychle reagujícími vysokotlakými vstřikovacími ventily s piezzo ovládáním, laděnými pro nové spalovací procesy. Paralelně k tomu jsou konstruovány kompaktní a elektromagneticky řízené vysokotlaké vstřikovací ventily s víceotvorovou tryskou, které se hodí univerzálně pro všechny typy spalovacích procesů přímého vstřikování benzínu. Souhra přímého vstřikování a přeplňování je také základem konceptů "Downsizing", které slibují další snížení spotřeby paliva. V systémech Downsizing se místo konvenčních sacích motorů 48

49 používají menší, ale výkonnější motory s turbokompresory. Konstruktéři přitom vycházejí z úměry, že pokud se zdvihový objem sníží o třetinu, tak spotřeba paliva při přímém vstřikováním poklesne o 15 % Alternativní paliva Propan-butan V současnosti je nejrozšířenějším alternativním palivem propan-butan (LPG - Liquefied Petroleum Gas). Je to směs uhlovodíků získaná jako vedlejší produkt rafinace ropy. Tento plyn je možné ochlazením nebo stlačením převést do kapalného stavu, ve kterém má malý objem. Přestavba zážehového motoru na pohon LPG je velice jednoduchá. Propan-butan však otázku paliva pro budoucí automobily neřeší. Vodík Zacházení s vodíkem je problematické, při jeho zkapalňování se musí zchladit na teplotu -253 C. Pro transport a skladování vodíku přichází prakticky v úvahu jenom jeho kapalná forma, nicméně i ta je pro tankování choulostivá, takže musí být prováděno robotem. Bohužel samotná výroba vodíku je náročná na elektrickou energii, ale zato vyrábět ho je možné v neomezeném množství. K přednostem vodíku patří, že jediným produktem jeho hoření je vodní pára. Zemní plyn Za perspektivní alternativní palivo, které lze dobře využít v jen lehce upraveném zážehovém motoru, je zemní plyn. Jeho světové zásoby jsou tak obrovské, že k jejich vyčerpání by mohlo dojít teprve asi za více než 150 let. Aplikace je možná ve stlačené formě CNG (Compressed Natural Gas) nebo jako zkapalněné palivo LNG (Liquefied Natural Gas). Ale také zemní plyn je fosilním palivem, při jehož hoření se uvolňují škodliviny, byť v daleko menším množství. Použitím katalyzátoru má však vůz s motorem na zemní plyn emise obdobné jako elektromobil Hybridní pohon Jedná se o kombinaci zážehového motoru s alternativním pohonem. Cílem je takové jejich propojení, aby se využilo co nejvíce z jejich specifických předností. Automobily 49

50 používající zážehový motor v kombinaci s alternativním pohonem se běžně vyrábí v seriové výrobě. Nejpoužívanější kombinací je zážehový motor a elektromotor. Mezi výrobce těchto automobilů patří zejména východoasijské automobilky. Mezi nejznámější vozy používající tento pohon patří Toyota Prius, Honda Insight. Toyota Prius Japonská Toyota Prius je vůbec prvním sériovým osobním automobilem nabízeným v běžné prodejní síti. Jako studie se objevila na tokijském autosalónu už v roce 1995 a o dva roky později už ji měli k dispozici prodejci. Pro pohon je tady použita kombinace mimořádně technicky vyspělého zážehového čtyřválce s objemem 1,5 l a výkonem 43 kw a 30 kw synchronního elektromotoru. Důmyslná elektronika udržuje čtyřválec neustále v oblasti příznivého točivého momentu, a tedy v oblasti nízké spotřeby. Je-li vozidlo v klidu, spalovací motor se samočinně vypíná. Při plynulém rozjezdu a jízdě ve městě rychlostí do 50 km/h pohání vůz jen elektromotor za předpokladu, že jsou akumulátory dostatečně nabité. Při potřebě většího výkonu (např. při předjíždění) se spalovací motor samočinně rozběhne, ale jeho řídící jednotka ho stále udržuje v oblasti optimálního zatížení, aby se spotřeba nezvyšovala. Výkonem, který není pro pohon vozu zapotřebí, se prostřednictvím generátoru dobíjejí akumulátory typu Ni-MH (nikl - metalhydrid), které využívají i rekuperovanou část kinetické energie vozu při sjíždění svahu. Běžný provoz tedy nevyžaduje externí zdroj elektrické energie. Průměrnou spotřebu udává Toyota 3,6 l/100 km. Honda Insight U tohoto vozu byla celá jeho konstrukce podřízena potřebám hybridního pohonu. Ten opět spočívá na kombinaci spalovacího motoru s elektromotorem, přičemž spalovací motor tvoří 1,5 litrový tříválec v zážehové verzi s výkonem 50 kw, stejnosměrný elektromotor zůstal u 10 kw. Výkony obou jednotek na společném hřídeli se v tomto případě sdružují a je-li to zapotřebí, akumulátory Ni-MH se dobíjejí interně. Honda Insight je pro snížení hmotnosti vyrobená z hliníkových profilů. Spotřeba vozu je kolem 3,6 l/100 km. 50

51 10. ZÁVĚR Z uvedených palivových systémů je v ČR nejvíce používáno systémů karburátorů a nepřímého vstřikování. Systém přímého vstřikování u zážehových motorů zatím zaostává, protože se jedná o relativně nový systém. Příčinou je stáří vozového parku osobních automobilů. V České republice hodnota stáří vozového parku od roku 1999 stagnuje na úrovni kolem 13,6 roku a nadále se přibližuje 14 rokům, na konci roku 2006 vzrostla na 13,87 roku. Největší zastoupení v domácím registru automobilů má značka Škoda. Žebříčku vévodí Škoda Felicia, na druhém místě je Škoda Favorit, o třetí místo soupeří Škoda Fabia a Škoda 120. (Graf 1, Tab. 1Vybrané automobily Škoda registrované v registru vozidel ČR, stav k ) Optimální stáří vozů vozového parku osobních automobilů se ve většině vyspělých zemí pohybuje v rozmezí osm až deset let. Struktura osobních automobilů ve vyšším než průměrném věku se v uplynulých letech změnila. Ještě před několika lety zde větší část tvořila vozidla tuzemské výroby, ale nyní začínají převažovat vozidla zahraniční výroby. Tento stav je dán především zvýšeným vyřazováním tuzemských automobilů z provozu, ale u starších zahraničních vozidel k tomuto jevu nedochází. Naopak vlivem dovozu ojetých vozidel, jejich udržováním v provozu a dalším dovozem na náhradní díly se podíl starších zahraničních vozidel každoročně zvyšuje. Tímto trendem je struktura parku osobních automobilů v ČR výrazně ovlivněna. 51

52 ( Graf 2 Struktura parku osobních automobilů v ČR, stav k ) Procento obnovy vozového parku osobních automobilů ( poměr prvních registrací nových automobilů v roce k celkovému počtu registrovaných vozidel v roce předchozím) dosáhlo v roce 2006 hodnoty jen 3,13%. ( Graf 3 Obnova parku osobních automobilů v ČR ) 5 4,33 4,43 4,19 4,1 4 3,59 3,34 3,13 % období Ve vyspělých zemích EU se tento podíl pohybuje mezi 10 až 12%, za minimální z hlediska optimální obnovy je považováno 8%. Pokud nedojde k zvýšení prodejů nových osobních automobilů a k zvýšenému vyřazování starých vozidel, bude nadále vozový park stárnout. Nebude proto docházet k optimální obměně palivových systémů. K vývoji palivových systémů přispěje zpřísnění emisních limitů a nároků kladených na ochranu životního prostředí, ubývání zásob fosilních paliv a nutná potřeba využití paliv alternativních. Evropští automobiloví výrobci se v roce 1998 dobrovolně zavázali, 52

53 že se do roku 2008 dostanou na úroveň 140 gramů CO 2 na kilometr. Loni se však ukázalo, že většina automobilek za tímto slibem zaostává. ( Graf 4 Průměrné emise CO 2 u vozů vybraných automobilek ) Evropská unie požaduje snížit produkci CO 2 ze současného průměru 161 gramů CO 2 na kilometr na 130 gramů, komise chce změny zavést do roku Podle Bruselu je snížení emisí nezbytné, pokud má být boj s globálním oteplováním účinný. Splnění požadavků EU zvýší cenu auta o 3000 až 4000 eur, tisíc korun. Většina těchto peněz bude použita na nové technologie v oblasti vývoje motorů, především ve vývoji palivových systémů. Opatření Evropské unie bude také nahrávat i většímu rozšíření vozů na alternativní pohon, motory na elektřinu či vodík, které jsou zatím dražší než vozy na benzin či naftu. Počítá se také s tím, že Evropská unie dodrží svůj slib o větší podpoře využití biopaliv a technologického pokroku. Evropské automobilky by tak mohly v případě úspěšného lobbyingu získat nemalé prostředky na výzkum a vývoj. Díky nastavení těchto podmínek se budou technologie palivových systémů nadále rozvíjet správným směrem, protože jsou nedílnou součástí automobilového průmyslu. 53

54 11. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY JAN, Z., ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 4 přislušenství, 2. vyd. Brno : Avid, s. ISBN 16917/ JAN, Z., ŽDÁNSKÝ, B., Výkladový automobilový slovník, 2. vyd. Brno : Computer Press, s. ISBN MOTEJL, V., HOREJŠ, K., Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů, 1. vyd. Brno : Littera, s. ISBN MOTEJL, V., HOREJŠ, K., Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů, 3. vyd. Brno : Littera, s. ISBN POŠTA, J., Opravárenství a diagnostika II., 1. vyd. Praha : Informatorium, s. ISBN VLK, F., Alternativní pohony motorových vozidel, 1. vyd. Brno : František Vlk, s. ISBN Internetové zdroje :

55 PŘÍLOHY 55

56 12. SEZNAM PŘÍLOH Obr. 1 Bosch K-Jetronic Obr. 2 Bosch KE-Jetronic Obr. 3 Bosch L-Jetronic Obr. 4 Bosch LH-Jetronic Obr. 5 Bosch Mono-Jetronic Obr. 6 Bosch Mono-Motronic Obr. 7 Bosch Motronic Obr. 8 Bosch přímé vstřikování

57 Obr. 1 Bosch K-Jetronic Obr. 2 Bosch KE-Jetronic 57

58 Obr. 3 Bosch L-Jetronic Obr. 4 Bosch LH-Jetronic 58

59 Obr. 5 Bosch Mono-Jetronic Obr. 6 Bosch Mono-Motronic 59

60 Obr. 7 Bosch Motronic Obr. 8 Bosch přímé vstřikování 60