Zapalování (spalovací motor)
Když se zapalování nazývá spalovací motor , zapálení směsi stlačeného paliva a vzduchu ve spalovací komoře válce . U benzínových motorů zapaluje vysokonapěťová jiskra směs stlačeného paliva a vzduchu na zapalovací svíčce ; u vznětových motorů se palivo zapálí samo, když je jemně rozptýleno do vysoce stlačeného horkého vzduchu tryskou ( samozápal ).
První formou zapálení bylo zapálení žhavicí trubicí , ve které byla pomocí malého hořáku vyrobena malá platinová trubice, která měla svítit ve spalovací komoře válce. To vedlo ke vznícení, když byla plynná směs stlačena. Toto zařízení však bylo náchylné k selhání a nemohlo být regulováno.
Druhy zapalování
Magneto zapalování
Magneto zapalování nevyžaduje pro proces zapalování žádné další skladování elektrické energie, jako je akumulátor nebo baterie . Místo toho je elektrická energie pro zapalovací jiskru získávána z elektrického generátoru poháněného spalovacím motorem . Je to jedna z nejstarších metod zapalování spalovacích motorů, protože v počátcích prvních spalovacích motorů na konci 19. století nebyla k dispozici žádná výkonná zařízení pro uchovávání elektrické energie ve formě baterií.
Od přelomu století v roce 1900 do zhruba 1960 bylo magneto zapalování standardní variantou v motorových vozidlech. Poté byl palubní elektrický systém dostatečně silný na to, aby dodával zapalování. Z 1970 / 80s, výkonové elektroniky se stal dostupné a levné, a umožnil systémy elektronické zapalování bez opotřebení. Magnetické zapalování se stále používá v aplikacích, které nemají vlastní napájení, jako jsou sekačky na trávu, mopedy a letecké motory .
Bateriové zapalování
Stejně jako u magneto zapalování je zapalovací napětí generováno v zapalovací cívce samoindukcí . Na rozdíl od magnetického zapalování setrvačníku pochází elektřina pro zapalovací cívku z palubní baterie. Za tímto účelem protéká proud primárním vinutím zapalovací cívky, které je krátce přerušeno kontaktem mechanického jističe . V krátkém okamžiku, ve kterém se elektrické napětí rozpadne v primárním vinutí zapalovací cívky, dojde ke změně magnetického pole, které vyvolá vysoké napětí v sekundárním vinutí zapalovací cívky . To se přenáší kabelem do zapalovací svíčky, kde se vytvoří jiskra, která zapálí směs plynů (benzín a vzduch).
Paralelně ke kontaktu je připojen zapalovací kondenzátor (obvykle 0,22 µF), který na jedné straně omezuje odhoření způsobené obloukem na kontaktech jističe a na straně druhé tvoří oscilační obvod s primární cívkou, která má stejná rezonanční frekvence jako sekundární cívka. Tímto způsobem se zlepší přenos energie z primárního do sekundárního okruhu.
U motorů s více válci existují různé způsoby ovládání jednotlivých zapalovacích svíček: V nejjednodušším případě jsou u dvouválcových motorů zapalovací svíčky zapojeny do série a současně se zapalují. Jedna ze dvou jisker narazí na konec výfukového zdvihu a nemá žádný účinek ( zbytečná jiskra ). U víceválcových motorů byly jinak nainstalovány rozdělovače zapalování , které vedly vysoké napětí sekundárního vinutí zapalovací cívky buď k jedné ze zapalovacích svíček. Za tímto účelem má rozdělovač otočný kontakt, rozdělovač, který se pohybuje jeden po druhém v blízkosti kontaktů, které jsou připojeny ke zapalovacím svíčkám přes zapalovací kabely. Při každém zapalování musí přerušovač zapalování jednou přerušit tok proudu do primárního vinutí zapalovací cívky, aby zapalovací proud z otáčejícího se prstu mohl generovat jiskru na kontaktu v uzávěru rozdělovače a na zapalovací svíčce. Nejsložitější je použití samostatného zapalovacího systému pro každý válec, tj. Sestávající z kontaktu přerušovače, zapalovací cívky a zapalovací svíčky. V moderních motorech je rozšířené statické zapalování, ve kterém je přerušovač navržen jako elektronický obvod a každá jedna zapalovací cívka napájí dvě zapalovací svíčky. Senzor na setrvačníku měří úhel kliky a jeho signál zpracovává řídicí počítač.
U starších vozidel je nutné pravidelně upravovat zapalování. To vyžaduje trochu zručnosti: jiskra na zapalovací svíčky dochází při kontaktu zapalování otevřel ( self-indukce ). Při nastavování bodu zapalování může pomoci malá signální lampa připojená přes kontakt jističe. Nejprve se nastaví rozteč kontaktů zapalování a poté časování zapalování, protože naopak původně nastavené časování zapalování by bylo upraveno následnou změnou rozteče kontaktů.
Správná rozteč kontaktů zapalování je důležitá pro fungování zapalovacího systému, což má přímý vliv na úhel prodlevy : Pokud je rozteč kontaktů příliš velká, magnetické pole je příliš slabé (příliš krátká doba na vytvoření proudu) a , v důsledku toho příliš slabá zapalovací jiskra, zejména při vyšších rychlostech. Pokud je rozteč kontaktů příliš malá, kontakt jističe bude hořet intenzivněji, protože kolabující magnetické pole při otevření kontaktu znamená, že tam může proud dále proudit (kontakt se otevírá příliš pomalu). K potlačení jisker pomáhá zapalovací kondenzátor pouze v omezené míře - kontakty se spálí rychleji než obvykle.
Dynamické nastavení bodu zapálení (funkce nastavení odstředivé síly bodu zapalování) se provádí stroboskopem, který se spouští indukčně přes zapalovací kabel prvního válce. To vám umožní sledovat značení na hřídeli motoru.
Tranzistorové zapalovací systémy (TSZ-h / TSZ-i / TSZ-k)
T ransistor- S pulen pro ündanlage (TSZ) funguje jako přerušovače zapalování s odstředivým a vakuové předem. Kontaktní přerušovač je jako spínací opotřebení prostřednictvím výkonového tranzistoru je nahrazen vysokým proudem pro více zapalování, kondenzátor vložen proti opotřebení kontaktů je eliminován. Signál zapalování obvykle pochází od dárce , buď Hallova senzoru (TSZ-h), nebo indukčního senzoru (TSZ-i). Starší tranzistorové zapalovací systémy se sériovým rezistorem se vždy spínaly přesně díky nezatíženému mechanickému přerušovacímu kontaktu (TSZ-k).
Elektronický zapalovací systém (EZ)
Liší se od zapalování tranzistorem v tom, že mikropočítač vypočítává bod zapálení na základě trvale uložených hodnot mapy zapalování . Zapalování se spouští elektronicky v řídicí jednotce.
Plně elektronický zapalovací systém (VEZ)
VEZ je elektronický zapalovací systém, ve kterém byl také rotační rozdělovač nahrazen elektronikou (označovanou jako stacionární rozvod zapalování )
Výhody:
- Vyšší provozní bezpečnost díky menšímu počtu vysokonapěťových připojení
- Bez opotřebení dávkováním pohyblivých (rotujících) částí
- Méně rádiového rušení, protože mimo spalovací komoru nevznikají jiskry
Nevýhoda:
- Vyšší integrační úsilí, méně standardních komponent, často výroba komponentů specifická pro motor
VEZ zpracovává signály ze čtyř senzorů:
- zatížení
- Rychlost motoru
- Teplota motoru (volitelně)
- Senzor klepání (volitelně)
Existují dva typy zapalovacích cívek, kterými může být VEZ vybaven:
Jedna zapalovací cívka
Každý válec má vlastní zapalovací cívku, která je aktivována a regulována řídicí jednotkou nebo ECM (elektronickým řídicím modulem).
Dvojitá zapalovací cívka
Dva válce s intervalem zapalování 360 ° jsou současně zásobovány zapalovacími jiskrami takzvanou dvojitou zapalovací cívkou. Jedna jiskra zapálí směs paliva a vzduchu ve válci na konci kompresního zdvihu, druhá v paralelním válci na konci výfukového zdvihu se nazývá „podpůrná jiskra“. Dvojité zapalovací cívky nejsou jako konvenční zapalovací cívky, které provádí autotransformátor , ale mají oddělené primární a sekundární vinutí, zapalovací svíčky jsou zapojeny do série .
řízení
Elektronický řídicí modul , English Electronic Control Module , ECM , pracuje s pamětí pouze pro čtení, jako je EEPROM (elektricky vymazatelná programovatelná paměť pouze pro čtení) nebo flash paměť . Do 90. let 20. století se používaly paměti EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), které bylo možné přeprogramovat jen velmi obtížně. Při použití flash paměti a EEPROM lze ECM přeprogramovat, když je zavřený. Analogové signály, například ze snímače teploty chladicí kapaliny, jsou v ECM pomocí analogově-digitálních převodníků převedeny na digitální signály, aby je mohl mikroprocesor zpracovat. Mapa zapalování v mikroprocesoru se obvykle shoduje podle následujících kritérií:
- Snížení spotřeby
- Snížení znečištění
- Zvýšení točivého momentu při nízkých otáčkách
- Zvýšení výkonu
- Zlepšení plynulosti chodu motoru
- Instalované díly, v závislosti na dodavateli
Pokud to vyžadují vnější ovlivňující proměnné (např. Teplota motoru, teplota nasávaného vzduchu, napětí baterie), lze ve všech provozních stavech, jako je start, plné zatížení, částečné zatížení, provoz při doběhu, provádět korekce úhlu zapalování.
Mezi další doplňkové funkce integrované v ECM patří například:
- Volnoběžné ovládání rychlosti
- Omezení rychlosti (variabilně nastavitelné)
- Ovládání klepáním
- Nouzový program
- Monitorování senzoru
- Vlastní diagnostika
Dříve nezávislá řídicí jednotka je nyní většinou integrována do kombinované řídicí jednotky zapalování a vstřikování, což znamená, že je propojena se všemi ostatními elektronickými součástmi ve voze.
Zapalování vysokonapěťových kondenzátorů (HKZ), tyristorové zapalování
Vysokonapěťové kondenzátorové zapalování (MSI), také nazývané tyristor nebo anglicky Capacitor Discharging Ignition (CDI) , využívá kondenzátor , stejnosměrné napětí 500 V se nabíjí a náhle vybíjí přes zapalovací transformátor do zapalovacích svíček při zapalování. Ukládání energie pro zapalování jako zásadní kritérium neprobíhá v zapalovací cívce , ale ve stejnojmenném kondenzátoru.
Laserové zapalování
Laser zapalování se zapalovací systém, ve kterém je spalovací fokusovaným laserovým paprskem se spouští. Plazma s jádrem teplotu vyšší než 10000 Kelvina je generován v ohnisku laserového paprsku ionizace . Vysoká teplota a tlaková vlna vycházející z plazmového jádra nadzvukovou rychlostí směs zapaluje.
Jednou z výhod laserového zapalování je svobodná volba umístění zapalování; vznícení od zdi, s jeho výhodami z hlediska opotřebení a účinnosti spalování, lze tak snadno vyrobit. Vzhledem k vysoké energii zapalování může laserové zapalování, na rozdíl od jiskrového zapalování, zapálit i velmi chudé směsi.
Laserové zapalování bylo implementováno například do jednoválcového testovacího motoru z Vídeňské technické univerzity . Některé z hlavních překážek pro použití ve vozidlech jsou velikost, cena a energetické požadavky laserového zapalování. Ve spolupráci mezi CTR a AVL List se vyvíjí laserová zapalovací svíčka, která je vhodná pro mobilní aplikace.
Celkově je třeba konstatovat, že laserové zapalování je stále ve fázi výzkumu.
Potlačení rušení
Zapalovací jiskry generují vysokofrekvenční interferenční impulsy, které je třeba potlačit. Existují následující opatření:
- Konektor zapalovací svíčky nebo zapalovací svíčky obsahují vestavěný odpor potlačující rušení přibližně 5 kΩ. Omezuje maximální proud, rychlost nárůstu proudu a tím i generované interferenční záření.
- Zapalovací kabely jsou položeny co nejblíže bloku motoru.
- Rozdělovač má stínící kovový kryt.
- Kompletní stínění zapalování (konektor zapalovací svíčky, kabel, rozdělovač zapalování)
- Zapalovací kondenzátory přes kontakty jističe (jsou nezbytné pro funkci, ale také snižují rušení)
- Záložní kondenzátory k uzemnění v napájecím obvodu zapalování; zabraňují šíření poruch v elektrickém systému vozidla.
Rozlišují se dvě třídy potlačení rušení: dálkové potlačení rušení vyžadované zákonem pro všechna vozidla a potlačení rušení blízkého konce, které zákon nevyžaduje.
Cílem dálkového potlačení rušení je snížit intenzitu interferenčního pole, aby byl chráněn příjem rádia a televize v blízkosti vozidla (podle zákona je vyžadován alespoň 5 kΩ na zapalovací obvod). 15 kΩ na zapalovací obvod by nemělo být překročeno, jinak bude zapalovací jiskra příliš oslabena.
Místní potlačení rušení ve vozidlech s vestavěnými rádiovými přijímači zahrnuje nejen možná vyšší odpor potlačující rušení, ale zejména blokovací kondenzátory v primárním zapalovacím obvodu. Aby byla potlačena interference od alternátoru, musí být zvuková technologie v automobilu často chráněna dalšími filtry.
Časování zapalování
Pro efektivní dodávku energie s co nejnižším množstvím paliva pomocí zapalování je načasování nastaveno tak, aby byl nejvyšší spalovací tlak přibližně při všech rychlostech a zatěžovacích stavech 10 ° až 20 ° úhel kliky poté, co dojde k horní úvrati (OT). Zaměření spalování , to je okamžik, ve kterém se spaluje 50% hmotnosti používaných paliv, je pak asi 5 ° až 8 ° CA po horní úvrati. Směs paliva a vzduchu je proto nutné před TDC zapálit.
Protože je však doba spalování směsi paliva a vzduchu přibližně 2 ms bez ohledu na otáčky, musí být doba vznícení vždy před TDC, jak se otáčky motoru zvyšují.
Pokud je bod vznícení nastaven příliš brzy, mohou nastat nekontrolované spalovací procesy s vysokými tlaky a teplotními špičkami. Při tomto klepavém spalování jsou součásti motoru, které tvoří spalovací komoru - píst a hlava válců - vystaveny velmi vysokému mechanickému zatížení, které může vést ke zničení motoru . Kromě toho se zhoršuje složení výfukových plynů a dochází ke ztrátám výkonu. Tyto vztahy však nelze generalizovat, protože závisí také na jiných parametrech. Pro tendenci motoru klepat je rozhodující také složení směsi (příliš bohatá nebo chudá směs), tvar spalovací komory a poloha zapalovacích svíček ve spalovací komoře.
Pokud je bod zapalování zvolen příliš pozdě, píst se již posunul daleko ve směru dolní úvrati, než se směs paliva a vzduchu zcela spálí. Více energie z použitého paliva se ztrácí s výfukovými plyny. Teplota plynu ve válci je při otevření výfukového ventilu stále velmi vysoká. Důsledky jsou: špatná účinnost, vyšší spotřeba paliva, problémy s přehříváním, možné zničení motoru.
U mikroprocesorového počítače lze bod zapalování lépe přizpůsobit provoznímu stavu motoru pomocí mapy zapalování . Tato mapa zapalování se často mění takzvaným chip tuningem ve prospěch většího výkonu, který je obvykle na úkor životnosti, spotřeby paliva a ekologické kompatibility.
Pomoc při startování, pomoc při zapalování
Benzínové motory
Pomoc při startování benzínového motoru, když je venkovní teplota nízká a motor je studený, může spočívat ve stříkání speciálních, vysoce těkavých uhlovodíků do vzduchového filtru, aby zejména motory karburátorů měly ve válci dostatek jiskřícího paliva, když jiskří svíčka.
Motory modelové konstrukce mohou být vybaveny žhavicí svíčkou, která se před spuštěním elektricky zahřívá a poté zůstane žhavit, když teplota během provozu kolísá.
Nesmí být zaměňována s typem skokového startu, ve kterém je vozidlo se slabou startovací baterií napájeno kabelem pro startování z jiného vozidla nebo jiného zdroje energie během procesu startování.
Dieselové motory
Minimálně u motorů Jenbacher (jednoválcových) JW 8 a JW 15 s výkonem 8 nebo 15 HP a zdvihovým objemem asi 1,5 litru byl z boku vyčnívající kolík do spalovací komory, do jehož trubicového konce byla vložena pojistka , který buď, i když jste zašroubovali prst, zazářil nebo zapalovací pomůcka z bílých vláken ve tvaru ruličky, kus šedé nebo červené nasákl. Při kompresním zdvihu se směs paliva a vzduchu zahřívá a zapalování je podporováno pojistkou.
„Zündfix-Diesel-Self-igniter“ je pomoc při startování / pojistka / zapalovací pojistka pro startování dieselových nebo surových motorů bez elektrického předehřívacího systému. Zündfix je k dispozici se jmenovitým průměrem 4, 5, 6, 7 a 8 mm; 7 mm verze je asi 30 mm dlouhá, vláknitá a bílá a asi 7 mm široká impregnovaná červeně na jednom konci. V plechovce je 100 rolí, které chrání před navlhnutím. Vláknitý válec se vloží se světelným koncem upnutým do objímky „klíčku zapalování“, který se zašroubuje do motoru a musí být utažen k utěsnění. Když je motor nastartován, tato vložka začne žárem nebo hořet kvůli teplu, než se směs paliva a vzduchu sama vznítí. Samovznícení startéru spolehlivě zapálí směs paliva a vzduchu, i když je motor ještě studený.
Alternativně existuje (nouzový) způsob vložení kusu dřeva do „klíčku zapalování“, ponechání plamene kousku dřeva shořet, a pokud svítí pouze na zuhelnatělém konci, zasunutí klíčku zapalování do válce. Krátké pokračující žhnutí dřevěného uhlí ve válci dočasně vytváří dobrý zdroj vznícení směsi paliva a vzduchu.
Odborná literatura
Příručky
- Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Automobilový brožovaný výtisk. 25. vydání. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3
- Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Servisní nátěr pro elektriku vozidel. Úvod do automobilové elektroniky. 14. přepracované vydání. Vogel Buchverlag, Würzburg 2001, ISBN 3-8023-1881-1 , ( Vogel-Fachbuch: Service-Fibel )
- Rudolf Hüppen, Dieter Korp: Elektrika automobilu. Zapalování, baterie, alternátor, startér, přístroje, zařízení, osvětlení. 7. vydání. Motorbuchverlag, Stuttgart 1972, ISBN 3-87943-059-4 , ( Teď si pomáhám 20)
Technické brožury
- Bosch: Technický návod k potlačení rádiového rušení. 1. vydání, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, 1978, VDT-U 1/2 DE
- Bosch: Technické pokyny týkající se symbolů obvodů a schémat zapojení pro elektriku vozidel. 2. vydání, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, 1974, VDT-UBE 001/10
Individuální důkazy
- ↑ Stojící motor Deutz - začněte georgenrone s tlakem vzduchu, youtube.com, publikováno 22. srpna 2013, přístup 27. srpna 2018, video (1: 33/5: 21). - asi 7 mm v průměru a 5krát delší, zásuvka v klíči zapalování je na otevřeném konci mírně zúžená.
- ↑ HERTH + BUSS dieselová samozápalná fixace zajišťuje snadné a bezpečné startování naftových nebo ropných motorů. ø 7 mm
- ↑ Jenbacher JW8 Kaltstart dreschkirtag, youtube.com, publikováno 16. září 2012, přístup 27. srpna 2018, video (4:47). - 2 setrvačníky, zapalování.
- ↑ Spuštění Jenbach JW15 county1454, youtube.com, 4. března 2009, přístup 27. srpna 2018, video (1:31). - @ 0:11: „Zündfix“ ze žlutočervené plechovky.
- ↑ Majstor Ljubina pilana Žabalj - 2 od 3 davors85, youtube.com, 28. července 2011, přístup 27. srpna 2018. Video (7:00) - Dřevěné štěpky jsou vloženy do klíče zapalování, shoří v 1:40, když čip je pouze použitý a začal svítit.