MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2013 TOMÁŠ DRLÍK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Elektronické systémy řízení palivové soustavy vznětových motorů Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vypracoval: Tomáš Drlík Brno 2013

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Elektronické řízení palivové soustavy vznětových motorů vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis....

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád poděkoval vedoucímu mé práce, panu doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, Csc. za ochotu, cenné rady a připomínky, které mi poskytl při zpracovávání mé bakalářské práce.

ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá palivovými soustavami moderních vznětových motorů. Je zaměřena zejména na elektronické řízení těchto palivových soustav. Cílem práce je podrobně rozebrat vybrané typy palivových soustav a vysvětlit jejich činnost. V úvodu práce je stručně popsána historie vznětových motorů a oblasti vyuţití těchto tepelných strojů. Dále je všeobecně popsáno elektronické řízení motoru a rozebrána jednotlivá čidla, pouţívaná u většiny typů palivových soustav. Další část se jiţ věnuje konkrétnímu typu palivové soustavy a to vstřikování s elektronicky řízeným rotačním vstřikovacím čerpadlem Bosch VP44. Je zde popsána činnost systému a na jednotlivých částech systému popsány elektronické systémy. Nejpodrobněji se práce zabývá systémem COMMON-RAIL, který je rovněţ rozebrán a detailně popsán. V závěru práce jsou popsány perspektivy vznětových motorů do budoucna. Klíčová slova: vstřikování paliva, přímé vstřikování, vznětový motor, COMMON- RAIL, elektronické řízení, vstřikovací čerpadlo ABSTRACT This thesis deals with the fuel systems of modern diesel engines. It is focused on the electronic control of the fuel system. The aim is to analyze in detail the selected types of fuel systems and explain their work. The introduction briefly describes the history of diesel engines and the use of heat engines. It is also generally described electronic engine management and discussed individual sensors used in most types of fuel systems. The second part is devoted to a specific type of fuel injection system with an electronically controlled rotary injection pump Bosch VP44. It described the operation of the system and on the individual parts of the system are described electronic systems. Most detailed work deals with COMMON-RAIL system, which is also analyzed and described in detail. The conclusion describes the perspective of diesel engines for the future. Keywords: fuel injection, direct injection, diesel engine, COMMON-RAIL, electronic controls, fuel injection pump

OBSAH 1. ÚVOD... 9 1.1 Vznětový motor... 9 1.2 Historie... 9 1.3 Cíl práce... 10 2. SOUČASNÝ STAV... 11 2.1 Oblasti využití vznětových motorů... 11 2.2 Princip činnosti vznětového motoru... 11 2.3 Používané typy palivových soustav... 12 3. ELEKTRONICKÉ ŘÍZENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ... 13 3.1 Požadavky... 13 3.2 Typy zpracovávaných signálů... 13 3.2.1 Analogové signály... 14 3.2.2 Digitální signály... 14 3.2.3 Pulsní signály... 14 3.3 Řídící jednotka ECU... 15 3.4 Datová sběrnice CAN-BUS... 15 3.4.1 Hlavní části sběrnice... 16 3.5 Čidla a snímače používané ve většině systémů řízení palivových soustav... 17 3.5.1 Snímače tlaku paliva... 17 3.5.2 Snímač otáček klikového hřídele... 18 3.5.3 Snímač polohy a otáček vačkového hřídele... 19 3.5.4 Snímače teploty... 20 3.5.5 Snímače polohy... 20 3.5.6 Snímač plnícího tlaku... 21 3.5.7 Měřič hmotnosti nasávaného vzduchu... 22 3.5.8 Snímač rychlosti vozidla... 22

4. SYSTÉM S RADIÁLNÍM ROTAČNÍM VSTŘIKOVACÍM ČERPADLEM BOSCH VP44 S ELEKTRONICKOU REGULACÍ... 23 4.1 Popis systému... 23 4.2 Palivový systém... 23 4.3 Nízkotlaká část... 23 4.4 Vysokotlaká část... 24 4.5 Rotační vstřikovací čerpadlo BOSCH VP44 s elektronickou regulací... 24 4.5.1 Princip činnosti čerpadla... 25 4.5.2 Rozdělování paliva pomocí rozdělovací hlavy... 25 4.5.3 Odměřování paliva pomocí elektromagnetického ventilu... 26 4.6 Regulace počátku vstřiku... 27 4.7 Přesuvník vstřiku... 27 5. SYSTÉM VSTŘIKOVÁNÍ S TLAKOVÝM ZÁSOBNÍKEM COMMON-RAIL... 30 5.1 Princip činnosti... 30 5.2 Vysokotlaké komponenty systému Common Rail... 31 5.2.1 Vstřikovače... 31 5.2.2 Vysokotlaká čerpadla... 33 5.2.3 Vysokotlaký zásobník paliva Rail... 34 5.2.4 Regulační tlakový ventil... 35 5.3 Elektronická regulace vstřikování... 36 5.3.1 Startovací dávka... 36 5.3.2 Regulace volnoběhu... 37 5.3.3 Omezovací regulace - regulace koncových otáček... 37 5.3.4 Výkonnostní regulace... 37 5.3.5 Regulace rychlosti jízdy... 37 5.3.6 Aktivní tlumení škubání... 38 5.3.7 Regulace plynulého chodu... 38

5.3.8 Funkce motorové brzdy (u nákladních vozidel)... 39 5.3.9 Korekce nadmořské výšky... 39 5.3.10 Vypínání válců... 39 5.3.11 Vyrovnávání množství u vstřikovačů... 40 5.3.12 Funkce adaptační paměti... 40 5.3.13 Korekce tlakových vln... 40 5.4 Lambda regulace... 41 5.4.1 Recirkulace spalin... 41 5.4.2 Adaptace na střední hodnotu množství paliva... 42 5.4.3. Omezení kouřivosti při plném zatížení... 42 6. ZÁVĚR... 43 6.1 Perspektivy do budoucna... 43 Seznam použité literatury... 44 Seznam obrázků... 45

1. ÚVOD 1.1 Vznětový motor Vznětový motor je druh tepelného stroje, jehoţ primárním úkolem je přeměna chemické energie, uloţené v palivu, na energii mechanickou. Při termochemickém uvolňování energie z paliva dochází ke vzniku tepla a tlaku v pracovním prostoru válce. Tlak působí na dno pístu, čímţ ho uvádí do pohybu. Tepelná energie je tak převáděna na mechanickou práci. V převáţné většině případů se jedná o motor čtyřdobý, objevují se však i dvoudobé vznětové motory a to zejména v oblasti lodních pohonných jednotek. [1] 1.2 Historie Historie vznětových motorů sahá aţ do konce 19. století, kdy německý inţenýr a vynálezce Rudolf Diesel (1858-1913), coby vynikající absolvent Mnichovské techniky nastoupil do firmy známého německého inţenýra Carla von Lindeho, úspěšného projektanta a výrobce chladících zařízení. Diesel dostal za úkol pracovat na zvýšení účinnosti spalovacího motoru na základě vyuţití Carnotova cyklu. Výsledkem této dvouleté práce se stal patent, zapsaný v roce 1882, jenţ znamenal zvýšení účinnosti spalovacích motorů. Další léta vývoje zavedla Rudolfa Diesela na nepříliš úspěšnou cestu pokusů s vyuţitím uhelného prachu jako paliva pro motory. Pro svoji další činnost získal finanční podporu od firmy Maschinenfabrik. V roce 1897 se pak Dieselovi konečně podařilo sestrojit pístový spalovací motor, který pracoval na principu samočinného záţehu paliva, tehdy hnacího oleje, vlivem stlačení vzduchu na tlak 3,5 MPa. V dalších letech se pak věnoval zdokonálovaní tohoto motoru, díky čemuţ se dosáhl vyšší účinnosti, téměř 30%, a překonal tak v té době velmi rozšířený parní stroj. Pro motor se zaţil název dle jména jeho vynálezce, tedy Dieselův motor, zkráceně také diesel. Za tento vynález byl později v Paříţi vyznamenán prestiţní Velkou cenou. O motor ze začátku projevily zájem zejména velké lodní společnosti, které jej vyuţívaly pro pohon velkých dopravních lodí. Později se však pro své dobré vlastnosti rozšířil o do ostatních sfér dopravy, a také do stacionárních pracovních strojů. [4] 9

1.3 Cíl práce Cílem práce je podrobně rozebrat moderní palivové systémy vznětových motorů, zejména jejich hlavní konstrukční části, elektronické systémy, podílející se na řízení palivové soustavy a principy činnosti jednotlivých částí. V úvodu se zabývám popisem základních částí, společných pro moderní systémy, jako jsou čidla, sběrnice a řídící jednotky. Dále se zaměřuji na podrobný popis jednotlivých systémů, konkrétně systém s elektronicky řízeným vstřikovacím čerpadlem Bosch VP44. Nejpodrobněji rozebírám systém COMMON-RAIL. Na tento systém jsem se zaměřil zejména z toho důvodu, ţe se v současné produkci jedná o nejpouţívanější systém vstřikování. Systém COMMON-RAIL u osobních automobilů nahradil ostatní typy palivových soustav a z hlediska dalšího vývoje se jeví jako nejperspektivnější. 10

2. SOUČASNÝ STAV 2.1 Oblasti využití vznětových motorů Vznětový motor má široké spektrum vyuţití. Vzhledem k vyšší účinnosti vykazuje lepší hospodárnost neţ motor záţehový. Díky tomu má hojné zastoupení napříkald v těchto odvětvích: - osobní doprava (osobní automobily, autobusy, vlaky a lodě) - nákladní doprava (kamiony, lodní doprava, vlaky) - zemědělství (traktory, samojízdné zemědělské stroje) - stavební a manipulační technika (nakladače, těţká technika) - vojenská technika (vojenské transportéry, tanky a jiná vozidla) - stacionární pracovní stroje a linky - pohon generátorů, čerpadel a jiných zařízení 2.2 Princip činnosti vznětového motoru Činnost čtyřdobého pístového motoru se skládá z fází, probíhajících během dvou pracovních zdvihů pístu: - sání - komprese - expanze - výfuk Spalovací motor je vybaven celou řadou soustav, které zajišťují jeho chod a plnění poţadovaných parametrů. Ve své práci se detailně zabývám palivovými soustavami vznětového motoru. Vznětové motory vyuţívají systém vnitřní tvorby směsi. To znamená, ţe směs je připravována v pracovním prostoru válce. Palivo je vstřikováno do válce na konci kompresního zdvihu. K řízení tohoto procesu se u dnešních motorů vyuţívá několik typů elektronicky řízených palivových systémů. [4] [1] 11

2.3 Používané typy palivových soustav U dnešních moderních vznětových motorů se vyuţívá několika konstrukčních řešení palivových soustav. Mezi nejvyuţívanější patří zejména: - Systémy s rotačním vstřikovacím čerpadlem a přímým vstřikem paliva, např. Bosch VP44 - Systémy se sdruţenými vstřikovači Čerpadlo-Tryska (německy Pumpe Düse) - Systémy s tlakovým zásobníkem Common-Rail Tyto systémy ovšem mají několik společných činitelů. Všechny pracují na principu přímého vstřiku paliva do válce a také vyuţívají moderní elektroniku pro řízení vstřikování paliva a regulaci emisí, vzniklých při spalování fosilních paliv. Konkrétní rozdíly tedy můţeme najít zejména v konstrukci vstřikovačů, vstřikovacích čerpadel a rozmístění jednotlivých komponent. Z těchto rozdílů vyplývají i provozní rozdíly, jako jsou například vstřikovací tlak paliva, rozdělení vstřiku na různý počet dílčích vstřiků v jednom pracovním zdvihu pístu a mnoho dalších odlišností, které jsou popsané v dalších kapitolách práce. Největší důraz je kladen na elektronické systémy, jimiţ jsou palivové systémy vybaveny. Pro svou bakalářskou práci jsem si zvolil systém elektronicky řízeným rotačním vstřikovacím čerpadlem BOSCH VP44 a systém COMMON-RAIL. Oba tyto systémy detailně rozeberu, popíšu jejich hlavní části. Zvláštní pozornost je věnována elektronickým systémům na těchto palivových soustavách. 12

3. ELEKTRONICKÉ ŘÍZENÍ VZNĚTOVÝCH MOTORŮ 3.1 Požadavky Na současné moderní vznětové motory je kladena spousta poţadavků a nároků a to jak ze strany legislativy jednotlivých států, mezinárodních emisních norem, tak i ze strany uţivatelů, jejichţ poţadavky se neustále zvyšují. Reakcí výrobců na tato kritéria bylo vytvoření sofistikovaného, propracovaného systému řízení motoru. Mezi hlavní poţadavky na moderní vznětový motor patří zejména: - nízká spotřeba - plnění příslušných emisních a hlukových norem - vysoká kultivovanost a nízká hlučnost - konstantní průběh točivého momentu (motory osobních vozidel) - vysoké převýšení točivého momentu (traktorové motory) - lineární nárůst výkonu u motorů přeplňovaných turbodmychadlem Narozdíl od běţného vznětového motoru s řadovým či rotačním vstřikovacím čerpadlem bez elektronické regulace je moderní motor vybaven soustavou čidel a řídících jednotek, které zpracovávají dílčí signály a jsou schopny díky vysokému výpočetnímu výkonu mikroprocesorů velmi přesně řídit všechny procesy motoru. 3.2 Typy zpracovávaných signálů Moderní systémy jsou vybaveny různými typy snímačů. s ohledem na přesnost snímání a pouţitelnost v daném procesu. Tyto signály jsou distribuovány do příslušné řídící jednotky, která je zpracovává a ovládá díky nim akční členy, podílející se na procesu řízení palivové soustavy. Tyto signály jsou také vyuţívány jako data pro sériovou i paralelní diagnostiku, a některé z nich i jako podklady pro informativní elektroniku pro řidiče (např. údaj o okamţité spotřebě paliva, teplotě oleje či chladící kapaliny) 13

3.2.1 Analogové signály Jedná se o spojitý signál, vystupující ze snímače, který je nutno převést v řídící jednotce na signál digitální. K tomu slouţí A/D převodníky, coţ jsou zařízení, která rozloţí spojitý signál na signál digitální, a to tak, ţe spojitou křivku rozdělí na body, čímţ získáme mnoţinu diskrétních bodů. Na obrázku 1 je znázorněna křivka analogového signálu, na níţ leţí body, tvořící signál digitální. Tyto body jsou protnuty svislými čarami, které odpovídají vzorkovací frekvenci. [2] [9] Obr. 1 Převod spojitého signálu na digitální 3.2.2 Digitální signály Jsou to signály, které je mikroprocesor příslušné řídící jednotky schopen okamţitě zpracovat, není potřeba je dále upravovat. Jedná se napříkald o signály z Hallova snímače, který je postaven na principu Hallova jevu v polovodičových materiálech. Takový signál bývá často zesilován a přímo zpracováván řídící jednotkou. Dále se pak můţe jednat například o jednoduché signály typu zapnuto/vypnuto. [9] 3.2.3 Pulsní signály Jedná se nejčastěji o signály z indukčních snímačů, zaloţených na principu elektromagnetické indukce. Tyto snímače se pouţívají pro určení polohy a otáček. Indukční signály bývají převáděny na obdélníkový průběh. [2] [9] 14

3.3 Řídící jednotka ECU Řídící jednotka (Electronic Central Unit) je specifický druh počítače, pouţívaný v automobilech pro zpracování vstupních signálů a jejich vyhodnocení, na jehoţ zákaldě vytvoří výstupní signály pro příslušné akční členy, které ovládá. Moderní vozidla jsou vybavena několika řídícími jednotkami, kdy kaţdá z nich má svůj specifický úkol. Tyto jednotky jsou pak pro efektivní vyuţití signálů z jednotlivých snímáčů a z důvodu vzájemné komunikace a návaznosti procesů vzájemně spojeny pomocí datové sběrnice.příklady řídících jednotek: - Řídící jednotka motoru - Řídící jednotka ABS - Řídící jednotka klimatizace - Řídící jednotka centrálního zamykání - Řídící jednotka automatické převodovky 3.4 Datová sběrnice CAN-BUS Nejpouţívanějším typem sběrnice u osobních vozidel je sběrnice CAN-BUS. Je to sběrnicový systém vyvinutý speciálně pro motorová vozidla, jako náhrada konvenčního přenosu dat, kdy je kaţdému signálu přiřazeno konkrétní vedení. Tento případ je znázorněn na obrázku 2. Je zde patrný vysoký počet kabelů, potřebný k propojení všech komponentů. V takovém případě je elektroinstalace velmi sloţitá, drahá a náročná na případné opravy. Obr. 2 Kabeláž vozu bez CAN-BUS 15

Hlavním cílem sběrnice je zrychlit a zefektivnit komunikaci mezi řídícími jednotkami a vzájemně mezi jednotkami distribuovat různé výstupní signály snímačů. Díky tomu můţe například řídící jednotka klimatizace vyuţít signál z teplotního čidla, zpracovávaný řídící jednotkou motoru. Na obrázku 3 je schématicky znázorněno propojení jednotlivých komponent pomocí sběrnice CAN-BUS. Je patrné, ţe elektroinstalace je výrazně zjednodušena. [3] Obr. 3 Kabeláž vozu s CAN-BUS 3.4.1 Hlavní části sběrnice - Vedení: Je realizováno pomocí dvou vodičů. Tyto vodiče jsou vzájemné zkrouceny, čímţ se dosáhne sníţení elektromagnetického rušení. Dále se rušení eliminuje konstantním součtem napětí na obou vodičích (například napětí na jednom vodiči 5V a na druhém 0V). V převáţné většině případů je vedené realizováno měděnými vodiči, u velmi náročných systémů, které zpracovávají velký objem dat, se vyskytují i varianty s optickými vláky (optický přenos dat). Na koncích jsou vodiče opatřeny rezistory o stejném odporu, čímţ se zabrání zkreslení přenášených dat vlivem neţádoucích odrazů. - Propojení řídících jednotek: Je realizováno přímým pomocí kabelového svazku a nebo pomocí uzlových bodů. To jsou body, v nichţ je Sběrnice zapojena do kabelového svazku. Výhodou je separace vedení na menší rozebíratelné části. [3] 16

3.5 Čidla a snímače používané ve většině systémů řízení palivových soustav Pro řízení palivové soustavy motoru je nezbytně nutné snímat provozní data, která jsou následně vyhodnocena a zpracována pro další procesy akčních členů. K získání těchto dat slouţí soustava snímačů a čidel, propojených s řídícími jednotkami vozidla. 3.5.1 Snímače tlaku paliva Jejich úkolem je měřit okamţitý tlak s vyhovující přesností v odpovídajícím čase a poskytovat řídící jednotce napěťový signál odpovídající velikosti snímaného tlaku. Snímač sestává z několika základních částí (viz. obr.4). Otvorem ve spodní části snímače proudí snímané médium tlakovým kanálem (4) k ocelové membráně s tenzometrickými rezistory. Polovodičové prvky na membráně převádějí údaj o tlaku na elektrický signál. Ten je následně předán do vyhodnocovacího obvodu (2). Dochází k zesílení signálu a předání příslušné řídící jednotce. Ve spodní části obrázku 4 je graf průběhu signálu v závislosti na tlaku. Obr. 4 Schéma konstrukce snímače a průběh signálu 17

3.5.2 Snímač otáček klikového hřídele V převáţné většině aplikací se jedná o indukční snímač, který předává řídící jednotce informaci o poloze a počtu otáček klikového hřídele. Jedná se o velmi důleţitý údaj, jelikoţ řídící jednotka pomocí tohoto snímače dokáţe stanovit polohu pístů ve válcích motoru. Tento údaj má zásadní vliv na správné načasování vstřiku paliva. Z hlediska konstrukce se jedná o permanentní magnet s měkkým ţelezným jádrem, doplněným o měděné vinutí. Snímač je nejčastěji umístěn v bloku motoru, v přímé blízkosti setrvačníku. Součástí setrvačníku je kotouč z feromagnetického materiálu, který je nedílnou součástí snímače. Kotouč má na svém povrchu výřezy, jejichţ počet odpovídá počtu válců motoru. Při průběhu výřezu pod snímačem dochází ke změně magnetického toku ve snímači a je indukováno střídavé napětí. Toto napětí má sinusový průběh, jenţ je v řídící jednotce převáděn na pravoúhlý signál a dále zpracováván. Na obrázku 5 je znázorněna konstrukce snímače a kotouč s výřezy, který je nezbytný pro změnu magnetického toku. [3] [6] Obr. 5 Snímač otáček a polohy klikového hřídele 1 - trvalý magnet, 2 - těleso snímače, 3 - blok motoru, 4 - ţelezné jádro, 5- vinutí, 6 - kotouč s výřezy 18

3.5.3 Snímač polohy a otáček vačkového hřídele Jako snímače polohy vačkového hřídele se většinou vyuţívá Hallova snímače. Tento snímač poskytuje řídící jednotce, stejně jako snímač polohy klikového hřídele, údaj o poloze pístu. Snímač polohy vačkového hřídele ovšem dokáţe vţdy poskytnout přesný údaj o tom, zda-li je píst, pohybující se do horní úvrati, ve fázi kompresního či výfukového zdvihu. Tento údaj nemusí být ze snímače polohy klikového hřídele vţdy patrný, obzvláště pak při startování motoru. Při výpadku či poruše snímače polohy vačkového hřídele, je snímač suplován snímačem na klikovém hřídeli, jelikoţ jednotka jiţ zná polohu pístu. Hallův snímač vyuţívá tzv. Hallova efektu, který probíhá v polovodičích. V polovodičové destičce (tzv. Hallova vrstva), jíţ prochází elektrický proud, umístěné v magnetickém poli takovým způsobem, ţe magnetický tok směřuje k destičce kolmo, dochází k pohybu elektronů, způsobenému magnetickým polem. Rozdíl v počtu elektronů na plochách A 1 a A 2 (viz obr.6) způsobí vznik tzv. Hallova napětí. Velikost tohoto napětí závisí na velikosti magnetického pole. Hallův snímač tedy v automobilové praxi bývá doplněn o kotouč, který je umístěn na rotující součásti, jejíţ otáčky měříme. Tento kotouč je vyroben z magneticky měkkého materiálu a na jeho povrchu jsou výřezy. Jakmile se tyto výřezy dostanou na úroveň Hallova snímače, dojde k přerušení magnetického pole, a tím i k výrazné změně napětí. Hallův snímač je napájen 12V a jeho výstupní signál je pravoúhlý digitální signál o maximálním napětí 10V. [9] Obr. 6 Princip Hallova efektu 19

Obr. 7 Princip Hallova snímače a výstupní signál 1-clona, 2-protipóly magnetu, 3-Hallův integrovaný obvod, 4-vzduchová mezera 3.5.4 Snímače teploty Jedná se o další z velmi důleţitých snímačů, slouţících řídící elektronice motoru k přesnému vyhodnocení aktuálních podmínek pro optimální řízení celého procesu. Ve vozidle je pouţito několik snímačů teploty a data z nich získaná jsou po sběrnici CAN- BUS distribuována do všech dílčích jednotek, které tento údaj ke své činnosti vyţadují. Mezi teplotní čidla důleţitá pro správnou funkci řízení vstřikování patří zejména: - snímač teploty plnícího vzduchu - snímač teploty chladící kapaliny - snímač teploty paliva Z konstrukčního hlediska se nejčastěji jedná o polovodičové odporové snímače. Tyto snímače jsou z řídící jednotky napájeny konstantním stabilizovaným napětím 5V. Vlivem změny odporu na snímači dochází ke změně napětí, tento údaj je následně převeden na digitální signál a slouţí pro vyhodnocení aktuální teploty, pomocí předem definovaných charakteristik, uloţených v paměti řídící jednotky. 3.5.5 Snímače polohy Pro přesné vyhodnocování aktuálních parametrů je potřeba znát i informace o poloze některých komponent. Polohové snímače jsou ve většině aplikací jednoduché 20

potenciometrické snímače. Vlivem pohybu jezdce po odporové dráze se mění napětí, kterým napájí snímač řídící jednotka. Odporová dráha je zatěţována pouze velmi malým proudem (cca 1mA), aby nedocházelo k neţádoucímu ohřevu. Výstupní napětí je tak jako v případě teplotního snímače převedeno na digitální signál a podle uloţených charakteristik převedeno na informaci o aktuální poloze, či úhlu natočení daného komponentu. V některých případech jsou snímače polohy pouze velmi jednoduché spínače, fungující na principu sepnutí a rozpojení příslušného elektrického obvodu. Jsou pouţívány v případech, kdy komponent pracuje pouze ve dvou polohách a není nutno znát přesnou polohu na jeho pracovní dráze. Snímače polohy se u řízení vznětových motorů pouţívají v těchto případech: - Snímač polohy plynového pedálu - Spínač brzdového pedálu - Spínač spojkového pedálu Spínače brzdového pedálu bývají z bezpečnostních důvodů dva, jeden spínací, jeden rozepínací. Řídící jednotka vyuţívá informaci o sešlápnutí brzdového pedálu například ke sníţení spotřeby paliva v průběhu brzdění, dále pak pomocí nich ověřuje věrohodnost snímače polohy plynového pedálu. Další vyuţití má například pro tempomat, kdy při sešlápnutí brzdového pedálu dochází k jeho odstavení. Spínače spojkového pedálu řídící jednotka pouţívá například ke sníţení dávky vstřikovaného paliva, ve chvíli, kdy obdrţí signál o sešlápnutí spojkového pedálu. Tím usnadňuje zařazení převodového stupně. Stejně jako u spínače brzdového pedálu slouţí k okamţitému odstavení funkce tempomatu. Při volnoběhu řídící jednotka v případě sešlápnuté spojky odstavuje funkci regulace rovnoměrného chodu na volnoběh, coţ můţe způsobit nerovnoměrnost chodu. [6] 3.5.6 Snímač plnícího tlaku Princip činnosti je velmi podobný snímači tlaku paliva (5.5.1). Snímač plnícího tlaku je umístěn na sacím potrubí za turbodmychadlem. 21

3.5.7 Měřič hmotnosti nasávaného vzduchu Z hlediska přesného řízení vstřikování je nutné znát údaj o mnoţství nasávaného vzduchu, který je získáván z měřiče hmotnosti nasávaného vzduchu. Tento údaj je také velmi důleţitý z hlediska dodrţování emisních limitů a to zejména pro dodrţení přesného směšovacího poměru vzduchu a paliva. Maximální měřený hmotnostní tok vzduchu se v (časovém) průměru podle výkonu motoru pohybuje v rozsahu 400 aţ 1200 kg/h. Z důvodu nízké spotřeby moderních motorů při volnoběhu činí poměr mezi minimálním a maximálním průtokem 1 : 90 aţ 1 : 100. Kvůli přísným poţadavkům na spaliny a spotřebu musí být dosaţeno přesnosti 1-2 % měřené hodnoty U současných motorů se pouţívají měřiče hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným drátkem či vyhřívaným filmem. Vyhřívaný element je ochlazován nasávaným vzduchem a dochází tak k nastavení rovnováhy mezi dodávaným a odváděným příkonem tepla. Regulační obvod řídí výhřev tak, ţe drátek či destička jsou vţdy o cca 130-160 C teplejší neţ nasávaný vzduch. Řídící jednotka měří tento vyhřívací proud, který je přímo úměrný hmotnosti nasávaného vzduchu. Na drátku dochází k ulpívání nečistot, coţ by mohlo mít za následek zkreslení měřených veličin. Po vypnutí motoru se drátek ohřeje na vysokou teplotu (asi 1000 C), čímţ dojde k vypálení nečistot. [8] 3.5.8 Snímač rychlosti vozidla Snímač rychlosti vozidla je zpravidla umístěn na převodovce. Tímto snímačem jsou vybavena všechna vozidla současné produkce. V některých případech je přenos řešen mechanicky pomocí lanka od snímače. Toto řešení můţe být nahrazeno Hallovým sníamčem (viz 5.5.3). Snímání rychlosti vozidla je také prováděno prostřednictvím čidel systému ABS. Tento údaj nevykazuje ovšem takovou přesnost, můţe být zkreslen například změnou velikosti kol. [2] Tato čidla jsou základním zdrojem informací pro řízení konkrétních funkcí palivové soustavy. V následujících kapitolách budou tyto funkce podrobněji popsány. Pro popis jsem zvolil radiální čerpadlo BOSCH VP44 a systém COMMON-RAIL, rovněţ od společnosti BOSCH 22

4. SYSTÉM S RADIÁLNÍM ROTAČNÍM VSTŘIKOVACÍM ČERPADLEM BOSCH VP44 S ELEKTRONICKOU REGULACÍ 4.1 Popis systému Rotační vstřikovací čerpadla byla vyvinuta pro rychloběţné vznětové motory s přímým vstřikem paliva. Vyznačují se vysokou rychlostí při regulaci mnoţství vstřikovaného paliva a počátku vstřiku. Funkce rotačního čerpadla s elektronickou regulací počátku vstřiku a mnoţství paliva přináší oproti běţným vstřikovacím čerpadlům bez elektronické regulace zlepšení zejména v následujících parametrech: - přesnější dávkování vstřikovaného paliva - přesnější regulace počátku vstřiku - regulace otáček nezávislá např. na zatíţení alternátrou, sepnutém kompresoru klimatizace aj. - moţnost regulace rychlosti jízdy (tempomat) - regulace emisí 4.2 Palivový systém Palivový systém s rotačním vstřikovacím čerpadlem sestává z nízkotlaké části dodávky paliva a vysokotlaké části dodávky paliva. Celý systém je řízen elektronickou řídící jednotkou 4.3 Nízkotlaká část Primárním úkolem nízkotlaké části palivové soustavy je zajišťovat dostatek paliva pro část vysokotlakou. Sestává se z: - Palivové nádrţe - Palivového vedení - Palivového filtru - Regulačního tlakového ventilu - Elektromagnetického ventilu přesuvníku vstřiku - Průtokového šroubu přepadu - Dopravního čerpadla 23

4.4 Vysokotlaká část Vysokotlaký rozvod paliva zajišťuje stlačení paliva na poţadovaný vstřikovací tlak a jeho dopravu do spalovacího prostoru motoru. Sestává z: - komponentů vstřikovacího čerpadla - vysokotlakého potrubí - drţáku trysky a vstřikovací trysky 4.5 Rotační vstřikovací čerpadlo BOSCH VP44 s elektronickou regulací. Jedná se o rotační vstřikovací čerpadlo s radiálnímu písty, doplněné o komponenty elektronického řízení. Je schopno vyvinout špičkový vstřikovací tlak 185 MPa, běţné hodnoty se pohybují okolo 150 Mpa. Pouţívá se zejména u vznětových motorů osobních vozidel. Na obrázku 8 je znázorněn řez čerpadla s vyznačenými hlavními konstrukčními částmi Obr. 8 Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty BOSCH VP 44 s elektronickou řídící jednotkou Popis částí čerpadla: 7.1 Křídlové dopravní čerpadlo; 7.2 Snímač úhlu otočení; 7.3 Řídící jednotka čerpadla;7.4 Vysokotlaké čerpadlo s radiálními písty; 7.5 Rozdělovací hlava s rozdělovacím hřídelem; 7.6 Přesuvník vstřiku; 7.7 Elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku; 7.8 Výstupní ventil; 7.9 Vysokotlaký elektromagnetický ventil 24

4.5.1 Princip činnosti čerpadla Princip činnosti vstřikovacího čerpadla je patrný z obrázku 9 Otočný pohyb hnacího hřídele je přenášen na rozdělovací hřídel. Kladky a patky kladek,uloţeny ve vodících zářezech, obíhají společně po vačkové dráze prstence s vačkami. Počet vaček (vyvýšenin na dráze) je závislý na počtu válců motoru. V hlavě rozdělovacího hřídele jsou radiálně vedeny písty. Písty jsou opřeny o patky kladek a kopírují povrch vačkové dráhy. Tím dochází k jejich pohybu a stlačují palivo do centrálního vysokotlakého prostoru. Toto palivo je nutno dále rozdělit do jednotlivých válců a přesně dávkovat jeho mnoţství. [7] Obr. 9Přiřazení podávacích pístů radiálního vstřikovacího čerpadla 4.5.2 Rozdělování paliva pomocí rozdělovací hlavy Funkce rozdělovací hlavy a její části jsou vyobrazeny na obrázku 10. Ve fázi plnění (obr 10 pozice a) jsou písty v pohybu směrem od rozdělovacího hřídele. Jehla ventilu je otevřena. Palivo z podávacího čerpadla je nízkotlakým přítokem přes kruhový kanálek a jehlu ventilu dopravováno do rozdělovací hlavy, kde plní vysokotlaký prostor. 25

V podávací fázi (obr 10 pozice b) dochází k pohybu pístů směrem k ose rozdělovacího hřídele. Jehla ventilu je uzavřená. Palivo ve vysokotlakém prostoru je nyní stlačováno. Ve chvíli, kdy se propojí rozdělovací dráţka s vysokotlakým výtokem, putuje palivo přes přípojku výtlačné trubky, opatřenou škrtícím ventilem, výtlačné vedení a drţák trysky do vstřikovací trysky, odkud je vstříknuto do válce. Obr. 10 Těleso rozdělovací hlavy 4.5.3 Odměřování paliva pomocí elektromagnetického ventilu Vysokotlaký elektromagnetický ventil (obr.10 pozice 7) se uzavírá na základě impulzu z řídící jednotky v dolní úvrati vačky. Uzavřením ventilu se zahajuje počátek dodávky paliva z vysokotlakého čerpadla. Řídící jednotka dostává přesnou informaci o uzavření 26

elektromagnetického ventilu (BIP - Begin of Injection Period/ počátek vstřikovací periody) a tím i přesnou informaci o počátku vstřiku. Mnoţství vstřikovaného paliva je řízeno dobou uzavření elektromagnetického ventilu. Jeho otevřením, je totiţ dodávka paliva ukončena. Palivo je ovšem vytlačováno aţ do horní úvrati vačky, po otevření ventilu je vytlačováno do membránového prostoru. [7] 4.6 Regulace počátku vstřiku Regulace počátku vstřiku je důleţitou součástí vstřikovacího procesu. Je totiţ potřeba kompenzovat rozdíly mezi měnícími se otáčkami klikového hřídele, a tím vzrůstající rychlosti pohybu pístu a konstantními, neměnnými parametry vstřikovacího procesu. Jehla vstřikovací trysky je ve fázi výtlaku paliva ze vstřikovacího čerpadla otevírána tlakovou vlnou. Tato tlaková vlna se šíří vstřikovacím potrubím konstantní rychlostí. Čas potřebný k otevření jehly vstřikovací trysky je tedy vţdy stejný, nemění se společně se vzrůstajícími otáčkami motoru. Další veličinou, na níţ je nutno brát zřetel je prodleva vznícení směsi. Je to doba, kterou motorová nafta potřebuje po vstřiknutí do válce k tomu, aby přešla do plynného stavu a byla tak schopná vytvořit v kombinaci se vzduchem zapalitelnou směs. Tato prodleva je dána schopností vznícení konkrétní motorové nafty, která je definována cetanovým číslem. Dalším faktorem je kompresní poměr a způsob rozprášení nafty. Tento jev je ovšem také neměnný, v celém průběhu otáček motoru je vţdy stejný a je třeba mu přizpůsobit dobu počátku vstřiku. Z těchto faktů tedy vyplývá, ţe doba otevření jehly vstřikovací trysky se se vzrůstajícími otáčkami přibliţuje horní úvrati pístu. Optimální spalování a tím i optimální výkon motoru a efektivní vyuţití paliva, můţe být dosaţeno pouze při určitém poměru mezi dobou vstříknutí paliva a polohou pístu, respektive úhlu natočení klikového hřídele. Je tedy nutno kompenzovat tyto rozdíly, které nastávají se změnou otáček motoru. K tomu slouţí přesuvník vstřiku. [6] 4.7 Přesuvník vstřiku Přesuvník vstřiku je zařízení slouţící ke změně výtlaku paliva ze vstřikovacího čerpadla a tím přizpůsobuje okamţik vstřiku pracovnímu reţimu vozidla. Přesuvník vstřiku bývá zabudován přímo v těle vstřikovacího čerpadla. 27

Funkce přesuvníku vstřiku je závislá na informacích o provozním stavu motoru (zatíţení, teplota, otáčky). Na jejich základě totiţ řídící jednotka vypočítává poţadovaný počátek vstřiku a řídí přesuvník vstřiku. Jako zpětná informace o hodnotě skutečného počátku vstřiku slouţí informace ze snímače úhlu natočení nebo signál ze snímače pohybu jehly. Přesuvník vstřiku má tedy za úkol zejména: - zvětšení úhlu předvstřiku - zmenšení úhlu předvstřiku Zvětšení úhlu předvstřiku Na obrázku X je patrný řez přesuvníku vstřiku, na kterém bude popsána jeho funkce. Píst přesuvníku vstřiku je přidrţován vratnou pruţinou. Tlak palivu uvnitř čerpadla je regulován prostřednictvím příslušného ventilu. Tento tlak působí přes trysku na kruhový prostor hydraulického dorazu. Kdyţ je uzavřen elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku, tak tlak posouvá řídící píst proti síle pruţiny. Tím dojde k pohybu regulačního šoupátka a otevření přítokového kanálu a palivo působí tlakem na píst přesuvníku. Ten se pohybuje směrem k vyššímu předvstřiku a tento pohyb přes kulový čep přenáší na vačkovou dráhu čerpadla. Ta se pootočí a dojde k dřívějšímu náběhu kladek na vyvýšené vačky a tím i k dřívějšímu začátku vstřiku. Zmenšení úhlu předvstřiku Řídící jednotka prostřednictvím pulzních signálů otevře elektromagnetický ventil přesuvníku a tím dojde ke sníţení tlaku na kruhovém dorazu řídícího pístu. Síla pruţiny překoná sílu na kruhovém dorazu a po otevření odtokového kanálu prostřednictvím regulačního šoupátka dochází k pohybu pístu směrem do výchozí polohy. [2] [7] 28

Obr. 11 Přesuvník vstřiku s elektromagnetickým ventilem 29

5. SYSTÉM VSTŘIKOVÁNÍ S TLAKOVÝM ZÁSOBNÍKEM COMMON-RAIL Systém Common Rail patří v současné době k nejpouţívanějším systémům vstřikování u rychloběţných vznětových motorů, pouţívaných jak u vozidel osobní automobilové dopravy, tak i v nákladní dopravě, v zemědělských strojích i jiné pracovní technice, vybavené dieselovými motory. Tento systém byl vyvinut na základě neustále se zvyšujících poţadavků ze strany emisních limitů, ale i poţadavků uţivatelů na lepší vlastnosti vznětových motorů. Systém Common Rail je vysokotlaký systém, který má, jako jediný ze současných systémů, vţdy k dispozici palivo o vysokém tlaku, připravené ke vstřiknutí. Systém je rovněţ jako jediný díky své konstrukci schopen nabídnout velmi přesné dávkování vstřikovaného paliva, rozfázování vstřiku a velmi jemné rozprášení, díky čemuţ je schopen plnit veškeré současné poţadavky. 5.1 Princip činnosti Palivo z palivové nádrţe (3), je pomocí dopravního čerpadla, které bývá v mnohých případech součástí hlavního vysokotlakého čerpadla(1), transportováno nízkotlakým potrubím přes předřadný filtr(4) a palivový filtr(2) do samotného vysokotlakého čerpadla(1). Zde je stlačeno na vysoký tlak. Vysokotlakým potrubím přes příslušný ventil přepuštěno do zásobníku (railu)(5). Ten je krátkým vysokotlakým vedením spojen se vstřikovači(7). Vstřikovače jsou napojeny na řídící jednotku, která jim předává příslušný signál k otevření, prostřednictvím elektromagnetického ventilu. Jakmile je tento signál obdrţen, palivo putuje do vstřikovače a je dávkováno přímo do válce motoru. Obr. 12Příklad koncepce systému CR pro 4 válcový motor 30

5.2 Vysokotlaké komponenty systému Common Rail 5.2.1 Vstřikovače U systému Common Rail, jsou vstřikovače spojeny se zásobníkem paliva pomocí krátkého vysokotlakého potrubí.vzhledem ke spalovacímu prostoru jsou, stejně jako ostatní typy vstřikovačů, utěsněny měděným těsněním a do hlavy válců jsou upevněny pomocích příslušných upínacích elementů, dle typu konstrukce. Vstřikovače jsou vhodné pro přímou i šikmou zástavbu a jsou ovládány elektrickými signály od řídící jednotky. [2] U současným motorů vybavených systémem Common Rail se pouţívají dva typy vstřikovačů: - vstřikovače s elektromagnetickým ventilem - vstřikovače s piezoelektrickým členem Princip činnosti elektromagnetického vstřikovače: - vstřikovač uzavřen: Elektromagnetický ventil (3) je uzavřen. Odtoková škrtící tryska (6) je uzavřena prostřednictvím kuličky kotvy ventilu (5), která je tlačena vinutou pruţinou do sedla. Tlak v ovládacím prostoru (8) je roven hodnotě tlaku v railu, tentýţ tlak je vyvíjen na zvedací kuţelovou plochu jehly trysky (11). Tlaková síla působící na čelní plochu ovládacího pístku (9) a síla přítlačné pruţiny vstřikovače, drţí jehlu trysky (11) v uzavřené poloze, proti tlakové síle, působící na její nadzvedací kuţel - vstřikovač otevírá: Otevírací proud (cca 20A) aktivuje elektromagnetický ventil Tím je překonána síla ventilové pruţiny a kotva s kuličko (5) otevírá odtokovou trysku (6). Díky zmenšení mezery v magnetickém obvodu, je proud na elektromagnetickém ventilu sníţen na cca 12A, coţ stačí k udrţení v poţadované poloze. Palivo nyní odtéká z ovládacího prostoru (8) do zpětného potrubí (1) do nádrţe. Vzhledem k tomu, ţe průtočný průřez odtokové trysky (6) je větší neţ u přívodní trysky (7), dojde k poklesu tlaku v ovládacím prostoru (8). To má za následek sníţení tlaku na ovládacím píst (9), který tak byl blokován. Ve chvíli kdy je síla působící na nadzvedací kuţel vyšší, neţ-li 31

síla působící na ovládací píst (9), dojde díky nadzvednutí jehly(11) k otevření vstřikovacích otvorů - vstřikovač zavírá: Elektromagnetickým ventilem (3) jiţ neprochází proud, coţ má za následek vrácení kotvy s kuličkou(5) zpět do sedla. Přes přívodní trysku (7) je palivo napuštěno do ovládací komory (8), z níţ jiţ palivo neodchází odtokovou tryskou (6), jelikoţ je uzavřeno kuličkovým ventilem (5). To má za následek nárůst tlaku v ovládací komoře (8), a tím i zvýšení tlaku na ovládací píst (9). Tento tlak v kombinaci s přítlačnou pruţinou překonají sílu působící na nadzvedací kuţel a dojde k uzavření vstřikovacích otvorů. Obr. 13 Vstřikovače CR uzavřen (vlevo) otevřen (vpravo) Princip činnosti piezoelektrického vstřikovače: Piezoelektrické vstřikovače vyuţívají principu deformace krystalové mříţky (např. u křemene), na kterou se přivede elektrické napětí. Tento efekt je vyuţíván k ovládání jehly vstřikovací trysky, která prostřednictvím pruţinek a pístků vyuţívá pohybu (deformace) krystalu ke svému otevření. Kdyţ je na piezoelektrický prvek přivedeno napětí (150V), dojde k prodlouţení krystalu asi o 0,05mm. Zdvih jehly trysky je pak asi 0,1mm, coţ stačí k dostatečnému přívodu paliva do válce motoru. Systém s 32

piezoelektrickým prvkem je velice rychlý a dokáţe rozfázovat vstřik aţ na 7 částí, díky čemuţ je dosaţeno lepších vlastností motoru, jak z pohledu rovnoměrnosti chodu, tak i z hlediska sniţování emisí. [2] [5] Obr. 14 Řez vstřikovače s piezoelektrickým členem 5.2.2 Vysokotlaká čerpadla Vysokotlaké čerpadlo je jednou z nejdůleţitějších součástí systému Common Rail. Jeho primárním úkolem je vytvářet dostatečný tlak paliva, které se následně kumuluju v railu a je dodáváno do vstřikovačů. Do čerpadla vstupuje nafta z nízkotlaké větvé pomocí dopravního čerpadla a vystupuje do vysokotlakého potrubí natlakována na pracovní tlak systému. Palivo je z čerpadla dodáváno nezávisle na vstřikování a jiných parametrech motoru. Čerpadlo je poháněno přes konstantní převod od motoru a to buď přes spojku, ozubený řemen či řetěz. Nejčastěji je čerpadlo konstruováno jako třípístové radiální čerpadlo, u nákladních vozidel se vyskytuje v provedení řadového čerpadla. Díky překrývání pístů třípístového radiálního čerpadla je zajištěna plynulá dodávka paliva. Vysokotlaká čerpadla systému Common Rail potřebují pro svůj provoz točivý moment přibliţně 16Nm, coţ je pouze asi 1/9 momentu, potřebného pro chod rotačního vstřikovacího čerpadla. Pracovní prostor čerpadla je mazán stlačovaným médiem (motorovou naftou), coţ má za následek vyšší nároky na kvalitu paliva. Konstrukce Čerpadlo je tvořeno třemi radiálně uloţenými písty, které jsou souměrně uloţeny po 120. Jsou poháněny společným vačkovým mechanismem, s jednou výstředníkovou vačkou. Tato vačka je součástí hřídele, hnaného od motoru. Způsob přenosu točivého momentu je popsán výše. Převodový poměr je volen tak, aby čerpadlo nepřekročilo 33

maximální otáčky cca 3000 min -1. Otáčivý pohyb od motoru je díky pohybu pístů převáděn na pohyb přímočarý vratný. Kaţdá z pístových jednotek je vybavena dvěma ventily, sacím a výtlačným. Na pohybu pístů se podílí také vinutá pruţina, přitlačující kaţdý z pístů na centrální vačku. [5] Princip činnosti Vysokotlaké čerpadlo je zásobeno pomocí integrovaného dopravního čerpadla. Palivo je tímto čerpadlem transportováno k pojistnému ventilu. Po překročení tlaku pojistného ventilu se dostává do mazacího a chladícího okruhu vstřikovacího čerpadla. Odtud je přes sací ventil nasáto do příslušné pístové jednotky, píst se pohybuje k dolní úvrati. Po dosaţení dolní úvrati se uzavře sací ventil a nastává stlačení paliva. Vzniklý tlak překoná výtlačný ventil a po dosaţení aktuálního tlaku v railu odchází palivo z pístové jednotky do vysokotlakého zásobníku. To způsobí pokles tlaku v komoře pístu a dojde k uzavření výtlačného ventilu. Opět dochází k poklesu tlaku pod tlak podávacího čerpadla, coţ způsobí otevření sacího ventilu a děj se opakuje. Řez čerpadlem je na obrázku 15. [2] [4] Obr. 15 Řez 3 pístovým vysokotlakým čerpadlem systému CR 1-hnací hřídel, 2-výstředník, 3-element čerpadla s pístem, 4-vstupní ventil, 5-výstupní ventil, 6- přívod paliva 5.2.3 Vysokotlaký zásobník paliva Rail Jedná se o společný zásobník paliva pro všechny vstřikovače motoru. U vidlicových motorů bývají jeho části propojeny funkčním blokem (rozdělovačem) tak, ţe je ve všech 34

částech railu shodný tlak. Rail je konstrukčně ocelová trubka(viz obr.16), dimenzovaná na určitý pracovní tlak, uzpůsobená pro připojení vysokotlakých vedení ke vstřikovačům, přívodu od vysokotlakého čerpadla a regulačních elementů. Při její konstrukci je zohledňována velikost a to tak, aby bylo dosaţeno co moţná nejlepšího poměru schopností rychlého natlakování a ideální velikostí pro eliminaci tlakových výkyvů, způsobených dopravou natlakovaného paliva a odběrem paliva prostřednictvím vstřikovačů. Rail je vybaven snímačem tlaku paliva, který měří aktuální hodnotu tlaku v railu a poskytuje tak informaci pro regulační tlakový ventil, který obstarává regulaci tlaku v railu. Obr. 16 Vysokotlaký zásobník paliva Rail 5.2.4 Regulační tlakový ventil Jedná se o ventil, umístěný buď na těle vysokotlakého čerpadla nebo na railu. Tento ventil má za úkol odvádět palivo při překročení maximálního přípustného tlaku zpětným vedením do nádrţe. Skládá se ze dvou regulačních okruhů. Jeden je elektronický a má za úkol udrţovat v zásobníku poţadovanou konstantní hodnotu pracovního tlaku. Druhá část je mechanicko-hydraulická a stará se o vyrovnávání výkyvů vysokofrekvenčního kmitání. [2] 35

5.3 Elektronická regulace vstřikování Nedílnou součástí systému Common Rail, stejně jako všech ostatních moderních vstřikovacích systémů je elektronická regulace. Ta se podílí na plném vyuţití potenciálu systému a řídí dílčí kroky v celém procesu vstřikování. Systém Common Rail vyuţívá soustavu čidel, akčních členů a řídících jednotek, propojených datovou sběrnicí CAN- BUS k řízení procesu vstřikování. Systém je tak schopen řídit následující funkce: - řízení počátku vstřiku - řízení předvstřiku - řízení následného vstřiku -regulace tlaku v railu - imobilizér - regulace a omezení mnoţství - regulace rychlosti jízdy (tempomat) - regulace výkonu - regulace volnoběhu - regulace klidného chodu - aktivní tlumení škubání - vypínání válců a další Tento systém je také schopen kooperovat s ostatními elektronickými systémy vozidla, jako je například protiprokluzový systém ASR, stabilizační systém ESP, řízení automatické převodovky, systém elektronické uzávěrky diferenciálu a mnohé další. Dále poskytuje široké spektrum diagnostických funkcí a je součástí standardizovaného systému palubní diagnostiky OBD. [2] [5] 5.3.1 Startovací dávka Jedná se o veličinu, kterou nemůţe řidič ţádným způsobem ovlivnit. Po otočení klíčku ve spínací skříňce do polohy start řídící jednotka okamţitě vypočítává na základě informace o teplotě chladící kapaliny z příslušného teplotního čidla dávku paliva, která bude pouţita pro startování. 36

5.3.2 Regulace volnoběhu Systém Common Rail je schopen na základě aktuálních parametrů řídit volnoběţné otáčky. Ty by měly být s ohledem na spotřebu paliva a produkci emisí co moţná nejniţší. Je ovšem nutno brát zřetel i na další faktory. Systém tedy určuje volnoběţné otáčky také s ohledem na poţadavky točivého momentu od vedlejších agregátů. Například alternátor odebírá různé mnoţství výkonu v závislosti na palubním napětí a zatíţení elektrospotřebiči vozidla. Významný vliv na regulaci volnoběţných otáček má také sepnutý kompresor klimatizace či posilovač řízení. Dále řídící jednotka musí vyhodnocovat například teplotu chladící kapaliny, při studeném motoru udrţuje vyšší otáčky. 5.3.3 Omezovací regulace - regulace koncových otáček Systém má mimo jiné za úkol chránit motor před poškozením vlivem překročení výrobcem stanovených maximálních otáček. Tato hranice se liší dle hodnot uloţených v řídící jednotce např. vlivem teploty motoru. Cílem regulace je také eliminovat škubání motoru při akceleraci, přičemţ rozhodujícím faktorem pro úspěšnost této regulace je vzdálenost bodu maximálního výkonu a maximálních otáček motoru. 5.3.4 Výkonnostní regulace Pouţívá se u nákladních vozidel či jiných vozidel s přídavnými agregáty. Cílem regulace je udrţovat potřebné otáčky motoru, nezávisle na jeho zatíţení či rychlosti. 5.3.5 Regulace rychlosti jízdy Je vyuţívána výhradně u vozidle s funkcí tempomatu. Řidič příslušnými ovládacími prvky v kabině vozu zadá řídící jednotce poţadavek na konkrétní rychlost vozu. Ta se úpravou vstřikovacích parametrů neustále snaţí této rychlosti docílit, aţ do chvíle, kdy je skutečná rychlost vozu, shodná s poţadovanou. Systém také při udrţování poţadované rychlosti reaguje na změny jízdních podmínek, např. jízda do kopce, a upravuje parametry vstřikování tak, aby bylo moţné udrţet poţadovanou rychlost. Tato funkce se deaktivuje buď příslušným ovládacím prvkem nebo sešlápnutím brzdového či 37

spojkového pedálu. Dnešní moderní adaptivní tempomaty se umějí přizpůsobovat i okolním vlivům, jako je např. pomaleji jedoucí vozidlo a změnit samovolně rychlost nebo zastavit. Tato funkce vyţaduje spolupráci systému řízení motoru a brzdových systémů. 5.3.6 Aktivní tlumení škubání K neţádoucímu škubání vozidla můţe dojít vlivem prudké změny poţadavku na točivý moment. Tento jev sniţuje kvalitu jízdy a negativně působí na posádku. Pro eliminaci se pouţívají tato dvě opatření: - při náhlé změně poţadavku na točivý moment ze strany řidiče redukuje řídící jednotka škubání zvolením příslušné filtrační funkce - při identifikaci škubání z čidla otáček reaguje řídící jednotka sníţením vstřikované dávky při akceleraci a naopak při sniţování otáček zvyšuje vstřikovanou dávku, aby působila rovnováţně proti kolísání otáček [5] 5.3.7 Regulace plynulého chodu I u moderních vznětových motorů vybavených systémem Common Rail můţe docházet k nerovnoměrnosti chodu. Ta má za následek zvýšení emisí a nekultivovanost chodu motoru, která můţe způsobit například neţádoucí vibrace přenášející se do kabiny vozidla. Tato nerovnoměrnost můţe být způsobena výrobními odchylkami jednotlivých válců nebo nerovnoměrným opotřebením válců či jiných komponentů, podílejících se na vstřikování. Řídící jednotka vyhodnocuje tyhle odchylky a reaguje na ně zvýšením dávky pro válce, vykazující niţší otáčky a naopak sníţením vstřikované dávky pro válce s vyššími otáčkami. Snaţí se tak tedy přiblíţit všechny válce motoru stejné hodnotě otáček. Na obrázku 17 je vidět grafický průběh regulace a schéma nerovnoměrných otáček valců. 38

Obr. 17 Aktivní regulace plynulého chodu "a" bez regulace chodu "b" s regulací chodu 5.3.8 Funkce motorové brzdy (u nákladních vozidel) Při aktivaci motorové brzdy řídící jednotka buď odstaví vstřikování nebo vstřikuje dávku odpovídající dávce na volnoběh. Pro řídící jednotku je důleţitá informace o poloze páky motorové brzdy. 5.3.9 Korekce nadmořské výšky Řídící jednotka má integrovaný tlakový snímač pro zjišťování okolního tlaku. Se zvyšující se nadmořskou výškou klesá atmosferický tlak, coţ má za následek horší plnění válců vzduchem. Tomu se musí přizpůsobit i mnoţství vstřikovaného paliva tak, aby nedocházelo napřiklad k nadměrné kouřivosti vozidla. 5.3.10 Vypínání válců Při jízdě, která vyţaduje velmi malý točivý moment je vstřikováno nízké mnoţství paliva. Řídící jednotka nemá jinou moţnost jak výkon motoru regulovat. Z toho důvodu byl zaveden systém vypínání válců, kdy je polovina vstřikovačů odpojena z činnosti. Díky tomu se zvýší mnoţství vstřikovaného paliva na polovině funkčních vstřikovačů a ty tak mohou pracovat s vyšší přesností. Pořadí funkčních a odpojených vstřikovačů je řízeno podle stanovených algoritmů, uloţených v paměti řídící jednotky tak, ţe řidič nepozná aktivaci této funkce. 39

5.3.11 Vyrovnávání množství u vstřikovačů Výroba komponentů pro moderní systémy Common Rail je velmi jemné a extrémně přesné strojírenství. Zejména pak vstřikovací trysky musejí být vzhledem k malým dávkám vstřikovaného paliva a extrémně krátkým časům pro vstřikování jednotlivých fází vstřiku vyrobeny naprosto přesně. I tak ovšem dochází na jednotlivých vstřikovačích k odchylkám, které by se v tak přesném procesu, jako je vstřikování Common Rail, projevily na chodu motoru. Kaţdý vstřikovač je tak po vyrobení testován a speciální stolici, kde jsou přesně zjištěny jeho vlastnosti a ty jsou pak zaneseny do kódu, který je na těle vstřikovače. Tento kód se pak při instalaci vstřikovače zapíše přes diagnostické rozhraní do paměti řídící jednotky. Ta je schopna z kódu identifikovat vlastnosti vstřikovače a upravit vstřikování pro konkrétní válec tak, aby byla schopna vyrovnat tyto výrobní odchylky mezi vstřikovači jednotlivých válců. 5.3.12 Funkce adaptační paměti V průběhu ţivotnosti motoru se mění vlivem opotřebení vlastnosti jednotlivých komponentů. Nejznatelnější rozdíly pak nastávají při opotřebení vstřikovačů paliva. Řídící jednotka se v průběhu ţivotnosti přizpůsobuje těmto změnám a ukládá si je společně s ostatními informacemi do tzv. adaptační paměti. Podle těchto uloţených dat pak upravuje jednotlivé úkony tak, aby nedocházelo ke změně parametrů motoru nebo případné změny byly co nejmenší. 5.3.13 Korekce tlakových vln Společným jevem systémů Common Rail je vznik tlakových vln v zásobníku paliva (railu) a také v potrubí mezi railem a vstřikovačem. Tyto vlny mají vliv na vstřikované mnoţství paliva v jednotlivých fázích vstřikovacího cyklu. Vzhledem k tomu, ţe se jedná o velmi přesný a rychlý proces, je třeba tyto tlakové vlny kompenzovat tak, aby nenarušovaly chod motoru. K tomu vyuţívá řídící jednotka přesně dané algoritmy, na jejichţ základě vypočítává příslušné korekce. Můţe tak řídit například dobu mezi předvstřikem a hlavním vstřikem paliva do válce. [7] [6] 40