specjalistyczna pracownia

regeneracji, naprawy wtryskiwaczy i pomp common rail

Jak wygląda sterowanie, regulacja silnika - elektroniczny układ EDC Common Rail

Dzięki elektronicznie sterowanemu układowi nowych silników ZS, można wpływać na przebieg wtrysku oraz jego dokładną regulację, co pozwala na zwiększenie sprawności silników wysokoprężnych. Elektroniczny układ sterowania (Electronic Diesel Control – EDC) można podzielić na trzy zasadnicze bloki funkcjonalne: czujniki i nadajniki wartości znamionowych, sterowniki oraz elementy wykonawcze (nastawniki).

Common Rail – przegląd systemu




Ciągły rozwój silników wysokoprężny opiera się na tym, by konstruować coraz to mocniejsze jednostki przy czym obniżać ich zużycie paliwa oraz emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Silniki z wtryskiem bezpośrednim upowszechniły się gdyż umożliwiają realizację znacznie wyższych ciśnień wtrysku w porównaniu do silników z wtryskiem pośrednim. W związku z lepszym tworzeniem się mieszanki oraz brakiem strat związanych z przepływem przez komorę wstępną lub wirową, zużycie paliwa uległo znaczącemu zmniejszeniu w porównaniu do silnika z wtryskiem pośrednim. Różnica ta wynosi od 10 do 20% na korzyść wtrysku bezpośredniego.

Aspektem poprawiającym jakość komfortu podróżowania bez wątpienia jest również hałas, generowany przez silnik wysokoprężny. Powoduje to znaczący wzrost wymagań od nowych silników wysokoprężnych takich jak np.:

- realizacja wysokiego ciśnienia wtrysku,
- odpowiednie kształtowanie przebiegu wtrysku,
- stosowanie wtrysku wstępnego i w niektórych przypadkach również dotrysku paliwa,
- dostosowanie dawki wtrysku, ciśnienia doładowania i początku wtrysku do warunków pracy silnika,
- stosowanie zależnej od temperatury dawki rozruchowej,
- niezależna od obciążenia regulacja prędkości obrotowej biegu jałowego,
- stosowanie regulowanej recyrkulacji spalin,
- dostosowanie do regulacji prędkości jazdy,
- ścisłe tolerowanie początku i dawki wtrysku podczas całego okresu eksploatacji silnika.

Mechaniczna regulacja prędkości obrotowej zapewnia co prawda bardzo wysoką jakość przygotowywania mieszanki w różnych warunkach obciążenia silnika ale nie jest w stanie uwzględnić wszystkich szybko zmieniających się charakterystyk. Z pomocą przychodzi elektroniczny układ sterowania EDC, który powstał w związku z coraz to większymi wymaganiami dotyczącymi silników wysokoprężnych. Zapewnia on przetwarzanie wiele danych w czasie rzeczywistym. Dzięki miniaturyzacji, układ EDC zajmuje małą powierzchnię.




Przebieg działania EDC




Nowoczesne elektronicznie sterowane układy, dzięki rozwojowi mikroprocesorów, mają znacznie większą moc obliczeniową co przekłada się korzystnie na rosnące wymagania dotyczące silników wysokoprężnych. W odróżnieniu do silników ZS wyposażonymi w konwencjonalne pompy wtryskowe z regulatorem mechanicznym, kierujący pojazdem wyposażonym w układ EDC naciskając na pedał przyspieszenia nie ma bezpośredniego wpływu na wtryskiwaną dawkę paliwa.

Jest ona bowiem określana przez EDC na podstawie różnych parametrów, takich jak:

- położenie pedału przyspieszenia,
- obciążenie silnika,
- temperatura silnika,
- sygnały z innych układów (np. ASR),
- emisja spalin itd.

Na podstawie tych czynników, elektroniczny układ sterowania oblicza dawkę wtrysku. Chwila wtrysku również podlega zmianie. Wynika to z konieczności zapewnienia poprawnego działania, w związku z którą najpierw powinno nastąpić rozpoznanie wykrytych błędów, a później wprowadzenie odpowiednich korekt sygnałów kierowanych do elementów wykonawczych (np. ograniczenie momentu obrotowego lub praca w trybie awaryjnym w zakresie prędkości obrotowej biegu jałowego). W związku z tym, układ EDC zawiera bardzo dużo obwodów regulacyjnych. Elektroniczny układ sterowania może ponadto komunikować się z innymi układami (np. ASR, ABS, ESP) wymieniając się z nimi danymi. Powoduje to, że cały układ sterowania pojazdem może zostać zintegrowany.


Schemat sterowania silnika Common Rail EDC:

Schemat sterowania silnika Common Rail EDC




Podstawowe funkcje i podział układu




Elektroniczny układ sterowania możemy podzielić na trzy bloki funkcyjne:

1. Czujniki i nadajniki wartości znamionowych, które określają warunki ruchu oraz wartości znamionowe. Przetwarzają one wielkości fizyczne w sygnały elektryczne.
2. Sterownik przetwarza sygnały otrzymane od czujników i nadajników określonych według przyjętych matematycznych procedur obliczeniowych (algorytmów). Przetworzone sygnały są zamieniane na rozkazy, które są przesyłane w postaci sygnałów elektrycznych do elementów wykonawczych (nastawników). Sterownik ma połączenie z innymi układami w samochodzie oraz z układem diagnostyki pojazdu.
3. Elementy wykonawcze (nastawniki) zamieniają elektryczne sygnały przesłane przez sterownika na wielkości fizyczne np. otwarcie elektromagnesu wtryskiwacza.




Sposób jaki przetwarzane są wszystkie dane




Głównym zadaniem elektronicznego układu sterowania EDC jest regulowanie dawką oraz chwilą wtrysku. W przypadku układu wtryskowego Common Rail, EDC steruje również ciśnieniem wtrysku. Funkcje oraz działanie elektronicznego układu sterowanie muszą być dostosowane pod konkretny model samochodu, by wszystko mogło współpracować prawidłowo. Sterownik przetwarza otrzymywane sygnały oraz ogranicza napięcie do poziomu dopuszczalnego. Dodatkowo wykonuje test niektórych sygnałów wejściowych. Na podstawie otrzymanych sygnałów, przyrównuje je do charakterystyk zapisanych w pamięci (wartości wzorcowe), po czym oblicza czas trwania i chwilę wtrysku. Ze względu na wymaganą dużą dokładność, dużą liczbę układów a także dużą dynamikę silnika wysokoprężnego wymaga się od elektronicznych układów sterujących coraz to większej mocy obliczeniowej. Sygnały wyjściowe sterują stopniami końcowymi, które dostarczają dostatecznej mocy dla nastawników. Funkcje diagnostyczne stopni końcowych zaworów elektromagnetycznych rozpoznają również wadliwe przebiegi sygnałów.




Dawka wtrysku - regulacja wtrysku paliwa Common Rail




Aby silnik mógł efektywnie spalać paliwo podczas pracy we wszystkich warunkach, sterownik musi obliczać każdorazowo odpowiednią dawkę wtrysku paliwa, uwzględniając przy tym różne wielkości. W niektórych sterowanych elektromagnetycznie rozdzielaczowych pompach wtryskowych, za otwieranie zaworów elektromagnetycznych, dawkę wtrysku i początek wtrysku odpowiedzialny jest oddzielny sterownik pompy, który współpracuje ze sterownikiem silnika.




Zimny silnik potrzebuje dawki rozruchowej




W trakcie doboru dawki rozruchowej, sterownik analizuje takie parametry jak temperaturę paliwa, cieczy chłodzącej oraz prędkość obrotową. Sygnały dla doboru dawki rozruchowej są przesyłane do sterownika od momentu przekręcenia kluczyka w stacyjce w położenie „start” aż do uzyskania minimalnych prędkości obrotowych przez silnik. Kierowca nie ma żadnego wpływu na dawkę rozruchową.




Optymalizacja dawki w czasie jazdy




Podczas normalnej pracy, dawka paliwa jest obliczana na podstawie położenia pedału przyspieszenia i prędkości obrotowej silnika, według charakterystyk zapisanych w pamięci sterownika, które uwzględniają również inne czynniki takie jak: temperaturę paliwa, cieczy chłodzącej i zasysanego powietrza. Sterownik analizując zachowanie kierowcy, dostosowuje możliwie najlepiej moc silnika.




Stabilizacja, regulacja biegu jałowego zadanie sterownika silnika (komputera)




Głównym celem regulatora biegu jałowego jest utrzymywanie znamionowej prędkości obrotowej w przypadku nie wciśniętego pedału przyspieszenia. Znamionowa prędkość obrotowa silnika może ulegać zmianie np. w przypadku zimnego silnika, prędkość obrotowa jest wyższa niż w przypadku rozgrzanego silnika. Dodatkowo na wpływ znamionowej prędkości obrotowej może mieć obciążenie instalacji elektrycznej poprzez włączenie nawiewu lub podłączenie urządzeń elektrycznych. W związku z tym, że w mieście często dochodzi do sytuacji postoju np. światła, korek, prędkość obrotowa na biegu jałowym musi być jak najniższa by silnik nie zużywał dużej ilości paliwa a także by zmniejszyła się emisja szkodliwych substancji. Negatywnym tego skutkiem jest pogorszenie zdolności do przyspieszania pojazdu. Jak widać więc, regulator biegu jałowego musi sprostać dużym wymaganiom. Regulator prędkości obrotowej biegu jałowego dostosowuje więc dawkę wtrysku do regulacji znamionowej prędkości obrotowej biegu jałowego, aż zmierzona prędkość obrotowa będzie równa wymaganej prędkości znamionowej.




Przebieg regulacji maksymalnej prędkości obrotowej




Celem stosowania regulatora maksymalnej prędkości obrotowej jest zabezpieczenie silnika przed zbyt wysokimi prędkościami obrotowymi. Każdy producent silnika określa maksymalną dopuszczalną prędkość obrotową, której nie można przekraczać przez dłuższy czas, gdyż mogło by to spowodować poważne uszkodzenie silnika. Gdy silnik przekroczy punkt maksymalnej mocy silnika, regulator maksymalnej prędkości obrotowej zmniejsza dawkę wtrysku paliwa. Regulacja ta musi odbywać się w sposób płynny, by uniknąć szarpania podczas przyspieszania pojazdu.




Samochody użytkowe dodatkowa regulacja pośrednich prędkości obrotowych CR




Regulacja pośrednich prędkości obrotowych jest zazwyczaj spotykana w pojazdach użytkowych lub małych ciężarówkach, które są wyposażone w różnego rodzaju sprzęt np. dźwig itp. Gdy ten regulator zostanie uaktywniony, ustawia silnika na pośrednich prędkościach obrotowych niezależnie do jego obciążenia. Regulacja pośrednich prędkości obrotowych może być uruchamiana tylko w momencie gdy pojazd nie porusza się. Za pomocą przycisku na konsoli rozdzielczej, z pamięci sterownika zostaje pobrana wartość znamionowa pośredniej prędkości obrotowej, która następnie zostaje zastosowana podczas pracy silnika. Dodatkowo, możliwa jest regulacja tej znamionowej prędkości pośredniej. Tego typu rozwiązanie można też spotkać w pojazdach osobowych wyposażonych w automatyczną skrzynię biegów (np. tiptronic) do regulacji prędkości obrotowej podczas zmiany biegu.




Wygodna i polepszająca komfort jazdy regulacja prędkości jazdy




Regulator prędkości jazdy (tempomat) pozwala na jazdę ze stałą prędkością. Reguluje on prędkością jazdy do zadanej przez kierowcę bez potrzeby naciskania na pedał przyspieszenia. Prędkość może być regulowana za pomocą dźwigi lub przycisku na kolumnie kierownicy. W tym samym momencie, dawka wtrysku jest odpowiednio zmniejszana lub zwiększana by dostosować prędkość do zadanej wartości. W niektórych pojazdach można poprzez naciśnięcie pedału przyspieszenia osiągnąć prędkość wyższą niż zadaną. Gdy nastąpi zwolnienie pedału przyspieszenia, regulator automatycznie dobierze dawkę wtrysku by uzyskać zadaną prędkość. W przypadku, gdy kierujący naciśnie na pedał sprzęgła lub hamulca, system regulacji prędkości jazdy zostanie wyłączony. Włączenie go odbywa się znowu za pomocą przycisku.




Prędkość maksymalna musi być ograniczona




Zadaniem ogranicznika maksymalnej prędkości jazdy jest jak sama nazwa wskazuje, ogranicza maksymalną zadaną prędkość pojazdu. Ma to na celu zapobiegnięciu niezamierzonego przekroczenia maksymalnej, dopuszczalnej prędkości pojazdu. Regulator zmniejsza więc dawkę w zależności od prędkości jazdy. Regulacja ta może zostać wyłączona poprzez dźwignię obsługową lub gwałtowną zmianę pedała przyspieszenia. Przez ponowne przestawienie dźwigni można ponownie powrócić do ostatnio ustawionego ograniczenia prędkości jazdy. Za pomocą dźwigni jest także możliwa bezstopniowa zmiana zadanej prędkości. W wielu krajach ustawodawca określa maksymalną prędkość jazdy dla pojazdów (zwłaszcza pojazdów użytkowych). Również producenci samochodów osobowych decydują się na stałe ograniczenie prędkości pojazdu. Tej regulacji kierowca nie może wyłączyć w żaden sposób. W pojazdach specjalnych, kierowca ma do dyspozycji takowy regulator, za pomocą którego może ograniczyć prędkość pojazdu w dowolny sposób.




Szarpanie silnika w czasie jazdy może być uciążliwe – sterownik to widzi




W momencie nagłej zmiany położenia pedału przyspieszenia (zwolnienie lub przyspieszenie), moment obrotowy wywołuje drgania w układzie napędowym pojazdu. Drgania te są odbierane przez pasażerów jako nieprzyjemne nagłe przyspieszanie bądź zwalnianie. Zadaniem aktywnego tłumika drgań jest zmniejszenie wahania przyspieszania.

Może się to odbywać na dwa sposoby:

- przy nagłych zmianach zadanego przez kierującego momentu obrotowego, dokładnie dostosowana funkcja filtrowania zmniejsza amplitudę drgań układu napędowego,
- drgania układu napędowego są rozpoznawane na podstawie sygnałów prędkości obrotowej i tłumione są przez aktywny układ regulacji, który zmienia dawkę wtrysku paliwa z tym samym okresem wahań: przy wzroście prędkości obrotowej wtryskuje się mniej, zaś przy jej zmniejszaniu, wtryskuje się więcej paliwa. Dzięki temu rozwiązaniowi, wahania prędkości obrotowej silnika są mocno stłumione.




Silnik na wolnych obrotach (bieg jałowy) – regulacja dawki powoduje równomierność pracy silnika




W związku z różnymi tolerancjami wykonania, stopniami zużycia, różnych sił tarcia i niejednakowych tolerancji hydraulicznych, nie wszystkie cylindry silnika wytwarzają taki sam moment obrotowy. Efektem tego jest nierównomierna praca silnika, zwiększone drgania a także zwiększony poziom emisji spalin. Regulator równomierności pracy silnika lub regulator wyrównania dawki wtrysku paliwa określają zmiany prędkości obrotowej silnika po każdym procesie spalania i porównują je wzajemnie. Na podstawie różnić prędkości obrotowych poszczególnych cylindrów, dobierana jest dawka wtrysku paliwa tak, by wszystkie cylindry generowały podobną wartość momentu obrotowego. Regulacja równomierności pracy silnika jest elementem komfortu jazdy, poprawiającym pracę silnika zwłaszcza na biegu jałowym. Oprócz zwiększenia komfortu jazdy, regulacja równomierności pracy silnika przyczynia się również do zmniejszenia emisji spalin poprzez precyzyjną regulację dawki wtrysku dla poszczególnych cylindrów.




Trudności z uzyskaniem odpowiedniej zadanej dawki paliwa (ograniczenia wtrysku paliwa)




Żądana przez kierującego lub fizycznie możliwa dawka paliwa może być nie zawsze wtryśnięta ze względu na:

- za dużą emisję spalin,
- za dużą emisję sadzy,
- przeciążenie silnika np. zbyt duża prędkość obrotowa,
- przegrzanie silnika,
- przeciążenie cieplne zaworów elektromagnetycznych wskutek długich czasów włączenia.

By zredukować te niepożądane skutki, dawka paliwa zostaje ograniczona na podstawie sygnałów wejściowych takich jak: masa zasysanego powietrza, prędkość obrotowa oraz temperatura cieczy chłodzącej co pociąga za sobą ograniczenie momentu obrotowego.




Hamowanie silnikiem




W momencie włączenia hamulca silnikowego w pojazdach użytkowych dawka wtryskowa paliwa ustalana jest do wartości zerowej lub dawki biegu jałowego.




Wysokość na poziomem morza ma duży wpływ na dawkę paliwa i jej korektę




Wraz ze wzrostem wysokości, zmniejsza się ciśnienie atmosferyczne powietrza, co z kolei przyczynia się do zmniejszenia współczynnika napełnienia cylindrów. W związku z tym, należy zmniejszyć dawkę wtrysku paliwa. Gdyby dawka paliwa nie została zmniejszona, na skutek mniejszej ilości powietrza w cylindrze doszło by do powstania bardzo dużej ilości sadzy.




W razie potrzeby istnieje możliwość wyłączania cylindrów przez sterownik silnika




Jeśli przy dużych prędkościach obrotowych wymaga się niskiego momentu obrotowego, stosuje się zmniejszanie dawki paliwa. Można też zastosować wyłączanie cylindrów z pracy. W tym wypadku, wyłączeniu ulegają wtryskiwacze połowy cylindrów w silniku, a reszta wtryskiwaczy podaje zwiększoną dawkę paliwa (z dokładniejszym wtryskiem), co powoduje że moment wyłączenia jak i włączenia cylindrów jest dla kierowcy nieodczuwalny.




Korekta dawki paliwa wtryskiwacza Common Rail CR (kod IMA)




By potrzymać poziom precyzji wtrysku paliwa w całym okresie eksploatacji silnika stosuje się dodatkową funkcję. W celu wyrównania dawki wtryskiwaczy podczas produkcji określa się szczegółowe parametry wtryskiwacza, które zostają zarejestrowane na korpusie wtryskiwacza w postaci kodu macierzy danych. Dla wtryskiwaczy piezoelektrycznych dodatkowo dołącza się informacje dotyczące skoku zaworu włączającego(składającego się z właściwego zaworu, przetwornika i siłownika). Te dodatkowe informacje zawierają tzw. klasę ISA i zapewniają dokładne sterowanie wtryskiwaczem poprzez indywidualnie dobranym napięciem dla każdego wtryskiwacza. W procesie produkcji, zostają one zapisane w sterowniku silnika. Podczas pracy silnika są one wykorzystywane do kompensacji odchyleń przy doborze dawki i sposobu włączenia wtryskiwaczy.




Dźwięki wynikające ze spalania wtryskiwacza (dawka pilotażowa, zerowa)




By zwiększyć komfort jazdy (zmniejszenie hałasu) oraz zmniejszyć emisję spalin realizowane są wtryski wstępne. W tym celu, w układach CR 2 i 3 generacji podczas hamowania silnikiem celowo wtryskuje się do cylindrów silnika małe dawki paliwa. Czujnik prędkości obrotowej odbiera wynikający stąd wzrost momentu obrotowego jako małą dynamiczną zmianę prędkości obrotowej. Ten nieodczuwalny dla kierowcy wzrost momentu obrotowego jest bezpośrednio związany z wtryskiwaną dawką paliwa. Proces ten przebiega w każdym cylindrze silnika w różnych warunkach jego pracy.




Dawka paliwa zależna od recyrkulacji spalin i ciśnienia doładowania




By móc precyzyjnie dostosowywać recyrkulację spalin i ciśnienia doładowania, niezbędna jest znajomość odchylenia rzeczywistej dawki wtrysku od jej znamionowej. W celu adaptacji średniej wartości dawki określa się uśrednioną wartość dawki wtrysku dla wszystkich cylindrów na podstawie sygnałów pochodzących z sony lambda i masowego przepływomierza powietrza. Porównując wartości rzeczywiste ze znamionowymi, oblicza się wartości poprawek.




Zmiana ciśnienia paliwa – efekt falowy




Wszystkie układy CR cechują się tym, że pomiędzy zasobnikiem paliwa a rozpylaczami powstają fale ciśnienia wywołane na skutek wtrysku paliwa. Wahania ciśnienia mają wpływ podczas wtrysku paliwa. Zmiany dawki późniejszych wtrysków zależą od wcześniej wtryśniętych dawek paliwa oraz od odstępu między wtryskami paliwa, ciśnienia paliwa w zasobniku i temperatury paliwa. Sterownik biorąc pod uwagę wymienione parametry oblicza na podstawie algorytmów korekcyjnych wartości poprawek. Opisana funkcja korekcyjna wymaga bardzo dużych nakładów aplikacyjnych, lecz ma zaletę polegającą na możliwości elastycznego dostosowania odstępu między wtryskiem wstępnym i zasadniczym w celu optymalizacji spalania.




Korekta dawki wtryskiwaczy Common Rail CR (IMA kody)




Jak i dlaczego stosuje się korekty pracy wtryskiwaczy




Wyrównanie dawki wtryskiwaczy (IMA) jest funkcją oprogramowania stosowaną w celu zwiększenia dokładności doboru dawki wtrysku paliwa i jednocześnie wykorzystania możliwości wtryskiwacza w silniku. Jej zadaniem jest indywidualna korekta dawki wtrysku dla każdego wtryskiwacza układu wtryskowego w całym zakresie pracy silnika. Zapewnia ona mniejsze wydzielanie się spalin. Wymagane dla IMA wartości odchyłek stanowią różnicę w stosunku do wartości znamionowej i są zakodowane na każdym wtryskiwaczu. Za pomocą mapy charakterystyki odchyłek, dzięki której na podstawie wartości wyrównawczych sterownik oblicza dawkę skorygowaną, jest dokonywana zmiana całego ważnego dla silnika zakresu pracy. Na końcu linii produkcyjne pojazdu wartości odchyłek zamontowanych wtryskiwaczy i ich przyporządkowanie do poszczególnych cylindrów są zapisywane w pamięci sterownika za pomocą programu EOL. Wartości korekcyjne są również programowane na nowo przy wymianie wtryskiwaczy w warsztacie naprawczym. Rosnące nakłady na ciągłe zawężanie tolerancji wykonawczych wtryskiwaczy są ekonomicznie nieuzasadnione. Korekta IMA przyczynia się do szerszego wykorzystania możliwości wtryskiwaczy i dokładniejszego dawkowania paliwa, co sprzyja ograniczeniu emisji spalin.




Nie jest możliwe wykonanie dwóch jednakowych pod kontem dawkowania wtryskiwaczy CR




W trakcie sprawdzania na taśmie produkcyjnej każdy wtryskiwacz podlega wielu pomiarom kontrolnym, charakteryzującym rozrzut wartości danego typu wtryskiwacza. Dla wartości kontrolnych oblicza się odchylenia od wartości znamionowych (odchyłki) i opisuje się je na korpusie wtryskiwacza.




W silnikach diesla występuje regulacja sondy lambda dla samochodów osobowych




Emisja, ekologia – poprawa czystości spalin realizowana przez lambda




Określone w przepisach graniczne wartości emisji szkodliwych substancji są cały czas zaostrzane, zwłaszcza dla silników wysokoprężnych. Sama optymalizacja spalania w silniku nie wystarcza, dlatego coraz większe znaczenie odgrywa regulacja funkcji odpowiedzialnych za czystość spalin. Duże możliwości zmniejszenia rozrzutu emisji spalin silników wysokoprężnych daje regulacja lambda. Umieszczona najczęściej w kolektorze wylotowym szerokopasmowa sonda lambda mierzy zawartość tlenu w spalinach, na podstawie której obliczany jest współczynnik λ. Sygnał sondy lambda jest ciągle korygowany podczas pracy silnika w celu zapewnienia jego prawidłowej wartości i dużej dokładności. Układ regulacji lambda są też wykorzystywane do regeneracji katalizatorów i filtrów cząstek stałych, jednocześnie chroniąc je przed szybkim zużyciem. Obecnie sonda lambda jest stosowana w każdym samochodzie.


Układ regulacji lambda dla silników ZS Common Rail:

Układ regulacji lambda dla silników ZS Common Rail




Praca sondy




Sygnał od sondy lambda jest zależny od stężenia tlenu w miejscu, w którym zamocowana jest sonda. Dlatego ważną rzeczą jest aby zlikwidować wpływ ciśnienia na ten sygnał. Funkcja kompensacji ciśnienia zawiera po jednej charakterystyce dla ciśnienia spalin w zależności od ciśnienia sygnału pomiarowego sondy lambda. Przy ich pomocy dokonywana jest korekta sygnału pomiarowego do danego punktu pracy silnika.




Funkcja adaptacji




Adaptacja sondy lambda polega na zmierzeniu różnicy tlenu występującego w spalinach do zawartości tlenu w atmosferze. Na tej podstawie zostaje dobrana wartość korekty, która ma wpływ na ocenę poprzedniego stanu zawartości tlenu w spalinach. Rozwiązanie zapewnia precyzyjny, skompensowany sygnał w trakcie całego okresu eksploatacji sondy lambda.




Recyrkulacja spalin, a sonda lambda




Określenie zawartości tlenu w spalinach jest możliwe dzięki wąskiemu pasmu rozrzutu tolerancji emisji spalin dla wszystkich pojazdów danego typu. Pozwala to na uzyskanie przyszłych wartości granicznych emisji spalin poprawę o 10-20%.




Skład spalin regulowany przez adaptację wtryskiwaczy CR




Dzięki procesowi adaptacji uzyskać można skorygowany sygnał, który dokładnie określa dawkę wtrysku i stanowi podstawę do prawidłowego działania obwodu regulowania składu spalin. Adaptacja średniej wartości dawki wtrysku paliwa jest dokonywana w dolnym zakresie obciążeń silnika. Określa ona średnie odchylenie dawki wtrysku dla wszystkich cylindrów. Na podstawie sygnału z sondy lambda oraz przepływomierza powietrza, obliczana jest rzeczywista masa dawki wtrysku. Obliczona masa paliwa jest następnie porównywana z wartością nominalną masy dawki paliwa. Różnica jest zapisywana w pamięci map charakterystyk w określonych punktach pracy silnika co zapewnia szybką, bez opóźnień korektę dawki wtrysku nawet podczas dynamicznych warunków pracy. Dawki korekcyjne zapisane w pamięci, mogą zostać natychmiast użyte po rozruchu silnika. Istnieją dwa tryby adaptacji średniej wartości dawki wtrysku, które różnią się zastosowaniem określonego odchylenia dawki.

Tryb regulacji pośredniej (Indirect Control)
W trybie regulacji pośredniej, dokładna wartość średniej dawki wtrysku stanowi wielkość wejściową dla różnych istotnych dla emisji spalin map charakterystyk znamionowych. Dawka wtrysku nie jest w tym wypadku korygowana.

Tryb regulacji bezpośredniej (Direct Control)
W tym trybie, odchylenie dawki wykorzystywane jest do korygowania dawki wtrysku co przekłada się na to, że rzeczywista dawka wtryskiwanego paliwa dokładniej odpowiada znamionowej dawce wtryskowej. W tym przypadku chodzi (w pewnym sensie) o zamkniętą pętlę regulacji dawki.




Dym z silnika może być korygowany elektronicznie przez zmianę parametrów




Regulacja dymienia odbywa się poprzez określenie maksymalnej dawki wtrysku, która może zostać wtryśnięta bez przekroczenia granicy dymienia. Na podstawie sygnałów z przepływomierza powietrza oraz z czujnika prędkości obrotowej silnika, charakterystyka dymienia określa znamionową wartość lambda, na podstawie której łącznie z masą powietrza jest obliczana wartość maksymalnie dopuszczalnej dawki wtrysku. Regulator lambda oblicza skorygowaną dawkę wtrysku z różnicy między wartością znamionową a rzeczywistą. Suma dawki wstępnej sterującej i dawki skorygowanej jest dokładną wartością maksymalnej dawki dla pełnego obciążenia. Dzięki wstępnej regulacji oraz zwiększonej dokładności dzięki regulacji lambda, można uzyskać dobrą dynamikę.




Spalanie stukowe, detonacyjne to częste niepożądane zjawisko w silniku Common Rail




Dzięki sygnałowi pochodzącego z sondy lambda można wykryć niepożądane spalania np. podczas hamowania silnikiem. Jest ono wykrywane, kiedy wartość sygnału sondy lambda znajduje się poniżej wartości programowej. W przypadku wystąpienia niepożądanego spalania, silnik można zatrzymać zamykając przepustnicę i zawór recyrkulacji spalin. Zatem zauważyć można, że wykrywanie niepożądanego spalania stanowi dodatkową funkcję, która zapobiega uszkodzeniu silnika. Dzięki opartej na pomiarze sondzie lambda można znacząco zmniejszyć rozrzut emisji spalin wynikający z tolerancji wykonawczych lub zużycia pojazdu. W tych przypadkach stosuje się adaptację średniej wartości dawki wtrysku, która dostarcza dokładny sygnał potrzebny do określenia wartości znamionowej dawki dla obwodów regulacji decydujących o emisji spalin. Dzięki zastosowaniu regulacji lambda można też określić dawkę dymienia przy maksymalnym obciążeniu oraz rozpoznać nieprawidłowe spalanie. Duża precyzja sondy lambda pomaga również w procesie regeneracji katalizatorów tlenku azotu.




Regulacja i sterowanie silnika układem Common Rail (Bosch podobnie jest w Denso, Delphi, Siemens)




Funkcje regulacji i sterowania mają dla wielu układów pojazdu podstawowe znaczenie. Nazwa sterowanie odnosi się nie tylko do samego procesu sterowania, ale także do całego urządzenia, w którym odbywa się sterowanie (stąd też ogólna nazwa sterownik). Sterowniki realizują procesy obliczeniowe zarówno dla sterownia jak i dla regulacji.

Regulacja jest to proces, w którym określana w sposób ciągły jest jedna wielkość, po czym porównywana jest do innych wielkości i zależnie od wyniku tego porównania, następuje zmiana wielkości regulowanej w celu zbliżenia obu tych wielkości. Cały proces odbywa się w zamkniętym obwodzie regulacji. Celem regulacji jest, mimo wpływu zakłóceń, zbliżenie wartości wielkości regulowanej do zadanej wartości wielkości wiodącej. Obwód regulacji stanowi zamknięty przebieg oddziaływania w określonym kierunku. Wielkość regulowana oddziałuje na siebie sama w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego. W przeciwieństwie do sterowania regulacja uwzględnia wpływ wszystkich czynników zakłócających w obwodzie regulacji.

Przykładami regulacji w pojazdach samochodowych są:

- układ regulacji lambda,
- układ regulacji prędkości obrotowej biegu jałowego,
- układy regulacji ABS, ESP, ASR,
- układ regulacji klimatyzacji.

Sterowanie jest procesem przebiegającym w układzie, w którym jedna lub więcej wielkości jaki wielkości wejściowe wywierają wpływ na inne wielkości według ustalonej dla tego układu własnej zasady. Cechą charakterystyczną sterowania jest otwarty przebieg oddziaływania obejmujący poszczególne człony układu lub łańcuch sterowania. Łańcuch sterowania stanowi zbiór członów układu oddziałowujących wzajemnie na siebie. Może on być jako całość wewnątrz nadrzędnego układu powiązany z dalszymi układami w dowolnym wzajemnym oddziaływaniu. W łańcuchu sterownia może być eliminowany wpływ tylko takich wielkości zakłócających, które są mierzone przez sterownik.

Przykładami układów sterowania w pojazdach samochodowych są:

- elektroniczny układ sterowania skrzynią biegów,
- układ wyrównywania dawki wtryskiwaczy i korekta fal ciśnienia przy obliczaniu dawki wtrysku.




Jak układ EDC ściśle jest powiązany z innymi układami elektronicznymi samochodu.




Sterowanie silnika jest coraz częściej powiązane z układami całego pojazdu. Układy odpowiedzialne za dynamikę pojazdu, komfort lub sterowanie skrzyni biegów za pomocą magistrali CAN, mogą wpływać na układ sterowania silnikiem EDC. Również wiele informacji określonych bądź obliczonych w układzie sterowania silnikiem, jest przesyłanych do układów pojazdu. W związku z dążeniem do jeszcze większej integracji pomiędzy układem sterowania silnika a innymi układami pojazdu, konstruktorzy zmuszeni byli do znacznego przeprojektowania układów nowej generacji. Sterowanie silnika wysokoprężnego zorientowane na moment obrotowy zastosowano po raz pierwszy w sterowniku EDC16. Główną cechą tego układu sterowania jest przestawienie sterowników na rzeczywiste wielkości występujące w pojeździe. Kierowca poprzez pedał przyspieszenia, wymaga odpowiedniego momentu obrotowego. Niezależnie od tego, inne układy również wymagają odpowiedniego momentu obrotowego np. klimatyzacja lub alternator. Układ sterowania oblicza żądany wynikowy moment obrotowy silnika i odpowiednio steruje nastawnikami układu wtrysku paliwa oraz układu doprowadzania paliwa.

Zaletami takiego rozwiązania są:

- Żaden układ zewnętrzny nie wpływa bezpośrednio na sterowanie silnikiem (ciśnienie doładowania, wtrysk, żarzenie świec żarowych). Układ sterowania silnikiem może uwzględnić zewnętrzne wymagania, nadrzędne kryteria optymalizacji przez co zapewnia optymalne sterownie silnikiem.
- wiele funkcji nie dotyczących bezpośrednio sterowania silnika może przebiegać tak samo dla silników wysokoprężnych jak i benzynowych.
- Istnieje możliwość o rozbudowywanie układu o nowe funkcje.

Kierujący poprzez nacisk na pedał przyspieszenia daje sygnał dla układu sterowania silnikiem o zapotrzebowaniu na moment obrotowy. W ten sam sposób są uwzględniane wymagania dotyczące regulacji i ograniczenia prędkości jazdy. Znamionowa wartość momentu obrotowego może ulec zmianie, na skutek zablokowania lub poślizgu kół napędowych. Powoduje to odebranie z układów jezdnych sygnałów o obniżeniu wartości momentu obrotowego. Automatyczne skrzynie biegów wymagają dostosowywania momentu obrotowego, chociażby podczas zmiany biegu. Dlatego w tym celu, pojazdy wyposażone w automatyczną skrzynię biegów posiadają sterownik do takiej skrzyni, który oblicza wymagany moment obrotowy potrzebny w trakcie zmiany przełożenia. Zapewnia to nieodczuwalną dla kierowcy zmianę biegów a także chroni przekładnię przed uszkodzeniem. Poza tym w ten sposób ocenie podlega zapotrzebowanie na moment obrotowy innych układów zewnętrznych, takich jak sprężarka klimatyzacji lub alternator. Układ sterujący silnika sumuje łączne zapotrzebowanie na moment obrotowy, co powoduje że warunki ruchu pojazdu są niezmienne pomimo zmiennych warunków pracy silnika. W tym zakresie występuje ingerencja regulatora biegu jałowego i aktywnego tłumika szarpnięć. By uniknąć niezamierzonego dymienia na skutek zbyt dużej dawki wtrysku lub mechanicznego uszkodzenia silnika, moment graniczny decyduje o zmniejszaniu w razie konieczności wewnętrznego zapotrzebowania na moment obrotowy. W porównaniu z wcześniej stosowanymi układami sterowania silnika, ograniczenia nie dotyczą tylko pola charakterystyki dawkowania paliwa, lecz także, zależnie od żądanego efektu, bezpośrednio danej wielkości fizycznej. Straty wewnętrzne również podlegają uwzględnieniu. Układ sterowania silnika może zrealizować te wytyczne zewnętrzne, ale tylko przez odpowiedni wtrysk paliwa w połączeniu z właściwą chwilą wtrysku oraz przez konieczne warunki brzegowe układu powietrza. Wymagana dawka wtrysku określana jest dokładnie do aktualnej sprawności spalania. Obliczona dawka wtrysku jest ograniczana przez funkcje ochronne jak np. przegrzanie silnika itp. W trakcie rozruchu silnika, dawka wtrysku jest określana nie przez wytyczne zewnętrzne (np. kierującego), lecz jest obliczana za pomocą odrębnej funkcji sterownika „dawka rozruchowa” Finalnie obliczona, znamionowa dawka wtryskowa stanowi podstawę do określenia danych ustawczych pompy wtryskowej i wtryskiwaczy a także do jak najbardziej optymalnego ustawienia pracy układu dolotowego.




Wymiana danych z innymi układami




Zużycie paliwa obliczane przez komputer (sterownik silnika)




Sterownik silnika oblicza zużywane paliwa a następnie za pomocą magistrali CAN, przesyła informację do tablicy zegarów lub komputera pokładowego. Taka informacja dostarcza kierowcy wiedzę o chwilowym spalaniu a nawet liczbie kilometrów, które może pokonać na pozostałej ilości paliwa.




Czas pracy rozrusznika regulowany




Rozrusznik może być sterowany przez sterownik silnika. Rozrusznik będzie pracował tylko tak długo, by silnik mógł uzyskać wymaganą ilość obrotów potrzebnych do rozruchu. Dzięki temu rozwiązaniu, można zastosować rozrusznik o mniejszej mocy.




Świece żarowe – odpowiedni czas grzania




Sterownik czasu żarzenia świec żarowych otrzymuje od sterownika silnika informacje o chwili włączenia i czasu trwania żarzenia świec. Sterownik żarzenia świec żarowych odpowiednio je uruchamia a następnie monitoruje pod kątem usterek, które w razie wystąpienia, wysyłane są do sterownika silnika. Kontrolka żarzenia jest najczęściej uruchamiana za pomocą sterownika silnika.




Elektroniczna blokada odjazdu immobilizer




By uniknąć nieuprawnionego użycia pojazdu, silnik może zostać uruchomiony dopiero wtedy, gdy dodatkowy sterownik (immobilizer) wyśle odpowiedni sygnał do sterownika silnika. Jeśli immobilizer prześle prawidłowy sygnał, sterownik silnika otrzyma potwierdzenie, że osoba jest upoważniona do prowadzenia tego pojazdu i pozwala na uruchomienie silnika.




Elektroniczne ograniczenia momentu obrotowego




Zewnętrzne wytyczne dotyczące momentu obrotowego są otrzymywane na ogół z takich układów jak ABS, ASR lub też ze sterownika skrzyni biegów. Mają one wpływ na dawkę wtrysku paliwa. Wymienione układy dostarczają sterownikowi silnika informację o tym, o ile należy zmienić moment obrotowy a więc dawkę wtrysku.




Pełna kontrola nad alternatorem na podstawie odczytów z czujników




Elektroniczny układ sterowania silnika może zdalnie sterować jak i nadzorować pracę alternatora za pomocą znormalizowanego złącza transmisji danych. Możliwa jest zmiana napięcia a nawet całkowite odłączenie alternatora. Na przykład, gdy akumulator jest rozładowany, sterownik zwiększa obroty silnika (zwiększa się wydatek alternatora – napięcie) co umożliwia szybsze ładowanie się alternatora. W związku z zastosowaniem złącza transmisji danych, możliwa stała się diagnostyka alternatora.




Klimatyzacja pod nadzorem sterownika – kiedy brakuje mocy silnika




Aby zapewnić wysoki komfort podróżowania w wysokich temperaturach zewnętrznych, stosowany jest nadmuch schłodzonego powietrza do wnętrza kabiny poprzez sprężarkę klimatyzacji. W zależności od wielkości silnika a także warunków jazdy i pracy, zapotrzebowanie sprężarki na moc może wynosić nawet do 30%. Gdy kierujący pojazdem wciśnie nagle pedał przyspieszenia w pozycję maksymalnego przyspieszenia, sterownik silnika może tymczasowo wyłączyć sprężarkę klimatyzacji w celu dostarczenia maksymalnej mocy silnika dla kierującego pojazdem. W związku z tym, że jest to krótki czas wyłączenia sprężarki klimatyzacji, we wnętrzu pojazdu temperatura nie zdąży wzrosnąć.




Wymiana informacji sygnałów - transmisja danych magistralą, szyną CAN




Nowe pojazdy samochodowe są wyposażane w coraz to większą liczbę układów elektronicznych. Wymagają one intensywnej wymiany danych i informacji przy coraz wyższych wymaganiach dotyczących liczby danych i szybkości ich przepływu.


CAN schemat budowy:

CAN schemat budowy


Magistrala CAN (ang. Controller Area Network) została specjalnie opracowana dla pojazdów samochodowych jako rozwinięta sieć szeregowej transmisji danych. Swoje zastosowanie znalazła również w innych dziedzinach jak np. budownictwo. Dane przekazywane są w sposób sekwencyjny (po kolei) Jednym przewodem, wspólną magistralą. Wszystkie węzły sieci mają do niej dostęp. Dzięki połączeniu sterowników elektronicznych z magistralą transmisji szeregowej możliwe jest wzajemne przesyłanie i odbiór niezbędnych informacji. Umożliwia to znaczne zmniejszenie liczby przewodów elektrycznych, ponieważ transmisja danych odbywa się jednym przewodem, podczas gdy we wcześniejszych rozwiązaniach każdemu sygnałowy był podporządkowany indywidualny przewód.


CAN w Audi A4:

CAN Audi A4

Dołącz do grona zadowolonych Klientów!

telefon: 601 856-277

ul. KEN 20
37-450 Stalowa Wola
województwo podkarpackie

pompy common rail

Roczna gwarancja
bez limitu kilometrów