Sterowanie układem zasilania silnika | MOTOFAKTOR

Sterowanie układem zasilania silnika

Jednym z elementów niezbędnych do działania silnika spalinowego jest jego układ zasilający.

Początkowo było to bardzo prymitywne urządzenie służące jedynie do uzyskiwania oparów paliwa, które silnik zasysał wraz z powietrzem samoczynnym zaworem atmosferycznym, szybko jednak przekształciły się w gaźniki. Obecnie w segmencie samochodowym taka forma zasilania niemal już nie istnieje, wyparta przez wtrysk paliwa, jednak w motocyklach ze względu na specyfikę polskiego rynku spotykamy gaźniki jeszcze dosyć często.

 

Wbrew pozorom te przeważnie wielogaźnikowe układy są znacznie bardziej skomplikowane, trudniejsze w diagnostyce i serwisowaniu, niż nowoczesne układy z elektronicznie sterowanym wtryskiem paliwa.

Wyższość zasilających układów wtryskowych nad gaźnikowymi

W procesach zachodzących w silnikach spalania wewnętrznego kluczową rolę odgrywa paliwo, wchodzące w reakcję chemiczną z tlenem. W przypadku silników motocyklowych niemal zawsze jest to benzyna, która w postaci aerozolu rozpylonego przez dysze gaźnika lub wtryskiwacz trafia do komory spalania przez kanał dolotowy. Już na tym etapie ujawniają się niedoskonałości zasilania gaźnikowego.

 

Dla optymalnej pracy silnika w skład mieszanki paliwowo-powietrznej, która wyzwoli maksymalną ilość energii, na 1 kg paliwa powinno przypadać14,75 kg powietrza. Konstruktorzy gaźników zakładają więc średnie ciśnienie i temperaturę powietrza i do tych obliczeń dostosowują przekroje dysz i gardzieli. Gdy jednak warunki atmosferyczne się zmieniają, zmienia się również skład mieszanki paliwowo-powietrznej.

 

W wyczynowych sportach motorowych, gdzie liczą się najdrobniejsze szczegóły, mechanicy tuż przed zawodami badając ciśnienie i temperaturę powietrza dobierali odpowiednie zestawy dysz do gaźników, aby optymalizować skład mieszanki. Wraz z pojawieniem się elektronicznie sterowanych układów wtryskowych problem się skończył.

 

Systemy sterujące korzystając z odpowiednio zaprogramowanych map zapłonu oraz sygnałów płynących z czujników (między innymi: ciśnienia i temperatury powietrza, położenia i obrotów wału korbowego, kąta położenia przepustnicy) same decydują o tym, ile i kiedy należy dostarczyć dawkę paliwa. Ujmując rzecz najprościej: ECM określa, w której chwili i na jak długo otworzyć zawór wtryskiwacza.

 

Wtrysk paliwa sterowany mechanicznie znany był już wcześniej, ale dopiero w roku 1979 firmie Bosch udało się skutecznie zintegrować system wtryskowego zasilania z systemem zapłonowym (Motronic). Początkowo stosowany był on jedynie w samochodach marki BMW. Po raz pierwszy do motocykli trafił w modelu K1 (1987) i z czasem adaptowany został do całej serii „K” motocykli BMW z charakterystycznym trzy lub czterocylindrowym silnikiem o poziomym, poprzecznym układzie cylindrów.

 

Po kilku latach również inni producenci zdecydowali się na stosowanie tego rozwiązania. Wprowadzona w roku 2006 norma czystości spalin EURO 3 praktycznie wyeliminowała możliwość sprzedaży w Europie motocykli o pojemności powyżej 125 ccm z zasilaniem gaźnikowym. Kolejne norma EURO 4 dla motocykli wymusiła na producentach stosowanie wtrysku paliwa również w motocyklach o najmniejszych pojemnościach.

 

Kompleksowe zarządzanie przez moduł sterujący wtryskiem paliwa i zapłonem pozwoliło na uzyskanie znacznie wyższej sprawności silnika oraz zmniejszenie zużycia paliwa. Dodatkową zaletą było wyeliminowanie wielu elementów mechanicznych zużywających się i wymagających częstego serwisowania. System „Motronic” od samego początku był praktycznie bezobsługowy, a jedynym elementem, który wymaga wymiany po przebiegu określonym przez producenta są świece zapłonowe.

Powietrze równie ważne

Oprócz odpowiednich dawek paliwa silniki muszą także mieć dostarczane powietrze i to w bardzo dużych ilościach. Na 1 kg spalonej benzyny przypada ok. 12,3 m³ powietrza (wspominane wcześniej 14,75 kg), które musi również być dawkowane w odpowiedni sposób. W silnikach motocyklowych, gdzie kanały dolotowe mają przeciętnie 30-40 mm średnicy powstaje efekt zwężki, który powoduje, że w pierwszej fazie dolotu prędkość przepływu to ok. 150 km/h, a tuż przy zaworze ssącym dochodzi nawet do 500 km/h.

 

Przy takich prędkościach powstają bardzo duże opory przepływu, a istotną rolę odgrywają także zjawiska falowe. Dopiero pod koniec lat 90 XX w. dzięki wzrostowi mocy obliczeniowej komputerów naukowcom udało się przeprowadzić precyzyjną analizę zjawisk zachodzących podczas przepływu mieszanki i odpowiednio wymodelować układy dolotowe.

 

Podstawowym elementem układu dolotowego jest komora powietrzna (airbox) o ściśle dobranej objętości, w której montuje się filtr powietrza. Airbox współpracując z kolektorami ssącymi odpowiedniej długości i kształtu powoduje, że zjawiska falowe nie zaburzają przepływu powietrza, a wręcz go wzmacniają. Niestety zjawisko falowe efektywnie działa tylko przy wąskim zakresie obrotów. W innym zakresie obrotów długość kanału ssącego powinna być już inna.

 

Aby wykorzystywać zjawisko falowe w szerszym zakresie, powinna się więc zmieniać długość kanału dolotowego. Im kanał dłuższy, tym silnik osiąga bardziej równomierną charakterystykę momentu obrotowego na niskich i średnich obrotach. Im wyższe obroty, tym kanał powinien być krótszy. Rozwiązanie ze zmienną długością kanałów dolotowych ponad dekadę temu jako pierwsza wprowadziła w seryjnych motocyklach Yamaha (model R-6) i chwilę potem BMW.

 

Jednak znacznie tańszym i mniej skomplikowanym rozwiązaniem, stosowanym w mniej wysilonych jednostkach napędowych, jest centralna przepustnica w kolektorze ssącym. Tego rodzaju zwór, uchylając się lub zamykając, daje w praktyce podobny efekt, jak skracanie i wydłużanie kanałów, a jest znacznie prostszy.

Co dalej?

W obecnej dobie największy wpływ na kierunki rozwoju konstrukcji motoryzacyjnych, a w szczególności jednostek napędowych, mają regulacje prawne. Motocykle w Europie mają na razie nieco łagodniejsze normy emisji spalin niż samochody. Mówiąc w uproszczeniu normy dla motocykli są opóźnione o dwie.

 

Aktualnie motocykle obowiązuje norma EURO 4, a samochody EURO 6. Z dniem 01.01.2020, w cztery lata po wejściu EURO 4, zaczyna obowiązywać dla nowych homologacji motocykli dużo bardziej restrykcyjna norma EURO 5. Nakazuje ona zmniejszenie emisji tlenku węgla o ponad połowę względem EURO 4, węglowodorów o 40%, a tlenków azotu o ponad 30%.

 

Pojawia się w niej również nowa kategoria niepożądanych cząstek – węglowodory niemetanowe, których dopuszczalny poziom określono na 68 mg/km. Dodatkowo ma obowiązywać zmodyfikowany cykl pomiarowy WMTC revised (poprawiony), a także wymóg montowania dużo bardziej zaawansowanego systemu diagnostycznego OBD II. Śledząc rozwój konstrukcji silników samochodowych można sądzić, że dla spełnienia wymagań normy EURO 5 trzeba będzie sięgnąć po niestosowane do tej pory w jednośladach rozwiązania, takie jak doładowanie i bezpośredni wtrysk benzyny.

 

Biorąc pod uwagę, że sprzedaż motocykli w Azji i Ameryce Południowej jest nieporównywalnie większa niż w Europie i rośnie dynamicznie, a normy emisji spalin i wymagania klientów łatwiejsze do spełnienia, może się okazać, że już wkrótce najwięksi światowi producenci mocno ograniczą paletę modelową dla naszego kontynentu. Motocykle będą jeszcze bardziej skomplikowane, ale przez to również znacznie droższe.

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).