Wtrysk Paliwa do układu dolotowego

Ogólna Definicja

Wtryskiem paliwa – nazywamy ogólny sposób w jaki dostarczane jest paliwo do silnika spalinowego w
pojazdach samochodowych w celu wykonania pracy przez silnik.

Natomiast

Wtryskiwaczami – nazywamy szybkie i dokładne zawory, otwierające przepływ paliwa na założony czas,
rzędu milisekund, i zespolonymi z odpowiednią dyszą, rozpylającą wypływające pod ciśnieniem paliwo, w
celu jak najszybszego odparowania i wymieszania z powietrzem w układzie dolotowym lub w cylindrze.

Wtrysk jest stosowany powszechnie w pojazdach wyposażonych w silniki wysokoprężne (najczęściej z
wtryskiem bezpośrednim, rzadziej z wtryskiem pośrednim).W konstrukcjach tych stosuje się tzw. układ
hydraulicznego systemu wtrysku paliwa

W silnikach o zapłonie iskrowym można podzielić układy pod względem rodzaju i rozmieszczenia
wtryskiwaczy paliwa:

* wtrysk jednopunktowy (oznaczenia SPI - Single Point Injection, CPI - Central Port Injection) - jeden
wtryskiwacz umieszczony w kolektorze dostarcza paliwo dla wszystkich cylindrów
* wtrysk wielopunktowy (oznaczenie MPI - Multi Point Injection) - każdy cylinder ma osobny wtryskiwacz,
umieszczony w kolektorze, przed zaworem dolotowym
* wtrysk bezpośredni (oznaczenie DI - Direct Injection) - wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze
* wtrysk bezpośredni w mieszance uwarstwionej - wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze

Pozytywny wynalazek

Wtrysk paliwa zapewnia lepszą kontrolę dawkowania paliwa w
porównaniu ze starymi rozwiązaniami gaźnikowymi (dokładniejsze
sterowanie wtryskiwaczami przez odpowiedni układ sterujący,
obecnie przez komputer sterujący pracą silnika) i lepsze wymieszanie
z powietrzem (przez rozpylenie pod znacznym większym ciśnieniem i
w lepszych warunkach, w porównaniu do gaźnika), co pozwala na
jego lepsze (zupełne i całkowite) spalenie przy mniejszym
współczynniku nadmiaru powietrza.
Spaliny z silnika z wtryskiem zawierają mniej tlenku węgla,
niepożądanych tlenków azotu i niedopalonych węglowodorów w
stosunku do dawnego zasilania gaźnikowego, które praktycznie
wyszło z użycia w aplikacjach silników spalinowych w pojazdach
samochodowych.

Ogólna zasada działania

Układ sterujący wtryskiem paliwa jest zespołem regulatorów, które współpracując z układem sterowania
zapłonem mają za zadanie utrzymywać optymalne parametry pracy silnika w różnych stanach. Głównymi
kryteriami optimum są czystość spalin, ekonomia silnika i osiągi (moc, moment obrotowy).
Większość układów pracuje w trzech głównych stanach:
a) w otwartej pętli sterowania (open loop) - pewne parametry wejściowe z czujników są poza "tolerancją"
programu mikrokontrolera, wylicza on "zgrubnie" parametry wtrysku paliwa by zapewnić w ogóle stabilną
pracę silnika, osiągi pozwalające na jazdę i możliwie ekonomiczne spalanie; jest to typowy stan np. po
uruchomieniu zimnego silnika
b) w zamkniętej pętli sterowania (closed loop) - kluczowe parametry wejściowe z czujników mieszczą się
w założonych tolerancjach, co pozwala mikrokontrolerowi na dokładne wyliczanie dawki paliwa, na
podstawie wbudowanych algorytmów i tablic, opisujących pracę silnika. Jest to stan normalnej pracy,
obecnie typowo wiodącym parametrem wejściowym jest sonda lambda i czujnik przepływu powietrza w
układzie dolotowym. Układ stara się utrzymać spalanie stechiometryczne przy ubogiej mieszance i
właściwych charakterystykach silnika, reagując na zmienną sytuację (obroty, moment obrotowy,
przepustnica, parametry powietrza dolotowego, itd).
c) w trybie awaryjnym - układ przechodzi w stan awaryjny w razie uszkodzenia mikrokontrolera itp.
(typowo wykrywane jest to układami), jeśli komputer przestaje sterować wtryskiem paliwa i zapłonem,
rolę tę przejmują proste układy elektroniczne (np. timery), które zapewniają "zgrubne" sterowanie, pracę
silnika i jazdę, na ogół przy bardzo złej ekonomii spalania i osiągach.

W obecnie stosowanych układach w razie wystąpienia trybu awaryjnego lub zbyt długiej pracy w trybie
otwartej pętli, czy uszkodzeniach kluczowych czujników, układ sygnalizuje kierowcy awarię kontrolką
"check engine" (pomarańczowy napis lub piktogram silnika).

Sterowanie

Typowo wtryskiwacze są sterowane przez układ elektroniczny, będący częścią kompleksowego
układu sterowania silnikiem (potocznie zwanego komputerem silnika). W nowoczesnych
rozwiązaniach jest to układ, który mierzy, kilkadziesiąt parametrów pracy silnika i jego osprzętu,
dane o parametrach ruchu pojazdu (np. prędkość) i ustalenia narzucone przez kierowcę (np.
położenie pedałów gazu i hamulca). Następnie przetwarza je za pomocą wbudowanego komputera,
wyliczając w czasie rzeczywistym (tysiące razy na minutę) parametry wyjściowe dla układów silnika i
pojazdu. Dla silnika benzynowego o zapłonie iskrowym najważniejsze sygnały wyjściowe to impulsy
dla układu zapłonu iskrowego i impulsy dla sterowania wtryskiwaczy paliwa.

Układ sterujący typowo jest hybrydą technologii analogowej (pomiary, formowanie sygnałów,
filtracja), cyfrowej (mikrokomputer wyliczający parametry wyjściowe z danych wejściowych oraz
zapisanych w pamięci tablic i algorytmów dla danego silnika i pojazdu) oraz elementów "siłowych"
jak zasilacze i stopnie wyjściowe sterujące zapłonem i wtryskiem paliwa. Dodatkowymi częściami
nowoczesnych układów są podsystemy autodiagnostyki, sygnalizacji stanu czy usterek, czy też
zapewniające tak zwaną redundancję (czyli awaryjne działanie przy uszkodzeniach np. czujników czy
mikrokomputera).

Opanowanie i potanienie odpowiednich technologii elektronicznych i dostatecznie szybkich i
"pojemnych" mikrokomputerów było drugim ważnym czynnikiem, który spowodował
upowszechnienie układów wtryskowych paliwa, wcześniejsze rozwiązania wtrysku, z regulatorami
pneumatycznymi, hydraulicznymi, uproszczonymi elektrycznymi itp., były zawodne, niedokładne, i
brały pod uwagę drobny ułamek liczby parametrów uwzględnianych w nowoczesnych rozwiązaniach.

Główne czujniki pomiarowe

Dla właściwej pracy układu sterującego wtryskiem potrzebny jest szereg danych wejściowych o
stanie pracy silnika, stanie pojazdu, intencjach kierującego, itp. Należy zauważyć, że w tak
postawionych zagadnieniach regulacyjnych nie ma górnego limitu opomiarowania układu, tak
więc liczba czujników i parametrów wejściowych jest ograniczona tylko inwencją producenta i
kosztami, jednak pewne czujniki są z definicji niezbędne do właściwej pracy układu, bądź są
wymagane przez prawo.
Podstawowe czujniki w obecnie używanych układach to:
1. Czujnik położenia wału korbowego
2.Czujnik przepływu powietrza dolotowego (czasem w formie czujnika ciśnienia)
3.Czujnik (lub czujniki) zawartości tlenu w spalinach (sonda lambda)

4.Dodatkowo używa się szeregu innych czujników i parametrów, np:
* położenia przepustnicy (lub przepustnicy elektronicznej, bez mechanicznego połączenia z
pedałem gazu)
* położenia pedału hamulca, parametry pracy skrzyni biegów
* położenia wałka (bądź wałków) rozrządu
* prędkości pojazdu
* temperatury silnika, powietrza dolotowego i paliwa
* ciśnienia paliwa
* czujnik spalania stukowego (wibracji)

Document Outline