Autóvillamosság mindenkinek 9639005991 [PDF]

Zitiervorschau

Martynn Randall

Maróti Könyvkereskedés és Könyvkiadó Kft. Budapest, 2009

1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 1.31 1.32 1.33

AZ ELEKTROMOSSÁG ÉS AZ ELEKTRONIKAALAPJAI 51 Bevezetés ...................................................... 7 Az atom az elektromosság forrása .......... 7 Szabad elektronok (vezetés) ....................... 8 Elektronáramlás = elektromos áram .......... 9 Az elektromos áramkör............................ 10 Alapvető mennyiségek ............................. 11 Ohm törvénye ........................................... 12 Soros és párhuzamos áramkörök ............ 12 Soros kapcsolás......................................... 13 Párhuzamos kapcsolás ............................. 14 Energia és teljesítmény............................ 14 Feszültségesés a vezetékeken.. ... ... .... .... .. 15 Áraromérők és feszültségmérők .............. 16 Elektromágnesek...................................... 17 Elektromágneses jelfogák és behúzótekercsek ........................................ 18 A mágneses tér erőssége .. .... ... .... ...... .. .... . 21 Motorok és generátorok... .. ..... .. .... .... .... ... 21 A generátorszabály ... ... .... ... .... ... ..... ... .... ... 22 Amotorszabály ......................................... 23 A huzal ellenállása ... .. .... ... ... ..... ... ... .... ..... . 25 Az ellenállás hőfokfüggése ....................... 25 Kapacitás................................................... 25 I~duktivitás ............................................... 26 RC tag töltése és kisütése ......................... 26 A P-N átmenet. A dióda ........................... 27 A tranzisztor ... .... ... ... ... .... ... .... ... .... .... .... ... 28 A térvezérlésű tranzisztor (field effect transistor, FET) .......................................... 30 Teljesítmény-MOS eszközök ................... 30 Teljesítmény meghajtófokozatok ............ 31 Zener-dióda............................................... 32 A tirisztor.................................................. 32 Analóg és digitális jelek............................ 34 Szenzorok (érzékelők) és beavatkozó tagok. ...................................... 35

2.

MŰSZEREK ÉS KIJELZŐK ••.• 36

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

A műszerfal............................................... 36 Analóg mérőműszerek ............................. 37 Lengővasas műszerek. ... ... .... ... ..... ... .... .... . 37 Bimetál műszerek ..................................... 39 Lengőtekercs es műszerek. ... ..... ... .... .... .... 40 Feszültségstabilizátor (IVS, instrument voltage stabiliser) ......... 41 Hőmérséklet-jeladók és műszerek .......... 41 Nyomáskapcsolók és nyomásjeladók. ... . 43 Sebességmérők ......................................... 46 Fordulatszámmérők ................................. 4 7 Digitális hűtőközeg-hőmérséklet mérés. 48 Digitális tüzelőanyagszint-mérés ............ 49 Fedélzeti számítógépek (trip computer) 49 A gépkocsi állapotfigyelése (VCM, vehicle condition monitoring) ...... 50 A visszajelzők működése .......................... 52 Elektronikus kijelzők................................ 55 Műholdas navigációs rendszerek ............ 59

2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17

3.

A GÉPKOCSIK TÖLTÉSI RENDSZEREI....................... 60

A 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

GENERÁTOROK ••.••••.••.••..•...•.•••.••• 60 A generátorak - bevezetés ... ... .... .... ... ... ... 60 A generátor előnyei................................... 60 A generátor működési elve....................... 63 Egyfázisú és háromfázisú generátor....... 64 Egyenirányítás: a váltakozóáram egyenárammá alakítása ............................ 66 Gerjesztés.................................................. 71 Öngerjesztés ....... .... ... .... ... .... ... .... ........ ... .. 73 Külső (akkumulátoros) gerjesztés ........... 74 A töltés-visszajelző lámpa vezérlése ....... 75 Feszültségszabályzók ............................... 75 Rezgőérintkezős feszültségszabályzó ..... 79 Hőmérséklet-kompenzáció ...................... 82

3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12

3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 B 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33

83 85 87 89 Hőleadás.................................................... 90 A generátor lehetséges meghibásadásai. 92 A generátor hibájának behatárolása........ 92 Generátorak javítása................................ 97 DINAMÓK .................................. 102 Működési elv ........................................... 102 Az akkumulátor töltése.......................... 108 A vísszáramkapcsoló ........ ........... ....... .. .. 109 A feszültségszabályzó.. .. ... ........ .... ... ....... l l l Kompenzált feszültségszabályzó .......... 112 Terhelésfüggő szabályzás ....................... 112 Teljesen kompenzált feszültségszabályzó ... ....... ..... .... ... ....... .... ....... ........ . 113 Áram-feszültség szabályzó ..................... 114 Áramtekercs ............................................ 115 Dinamós rendszerek ellenőrzésének

Feszültségérzékelés .................................. Csatlakozások ........................................... A generátorak felépítése .......................... Leadott teljesítmény ....~...........................

~o;rn~~=~k::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: ::: A dinamó javítása ................................... 119 Átállás dinamóról váltakozóáramú generátor használatára........................... 121

4.

INDÍTÓMOTOROK ••••••••••.. 124

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Bevezetés .... .... ... ..... ... .... ... .... ... .... ... .... ... . 124 Az indítómotor működésének alapelve 124 Fordulatszám és forgatónyomaték ....... 127 Energiaátalakítás ................................... 128 Amotorok csoportosítása ..... ..... ... .... .... 128 Az indító fogaskerék és a lendkerék (fogaskoszorú) áttételi viszonya ..... ...... 130 Az elektromágneses behúzótekercs ..... 131 Az elektromágnes működése ................ 133 Tehetetlenség elvén működő indítómotorok .. .... ........ .... ........ ... ........ ... 135 Megengedett hézag kikapcsolt állapotban .... .... ..... .... .... .... .... .... ... .... ....... 136 Kapcsalóvillás indítómotorok ... ....... .... 137 Az indítómotorok felépítése ................. 140 Állandómágnesű, áttételezett indítómotorok ........................................ 142 Az indítómotorok vizsgálata ................. 143 Hibakeresés és javítás ............................ 145

4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15

5.19

Az akkumulátor töltőárama .................. Az akkumulátor elektrolittal való feltöltése ..... ........ ........ .... .... .... ... .... ....... .. Üresjárási feszültség .............................. Belső ellenállás ... .... ............ ....... .... ...... ... Az akkumulátor kiválasztása .... ....... ..... Hőmérsékleti hatások az aklmmulátor fagyása ..................................... Ellenőrző szenzorral szerelt akkumulátorok ...................................... Szárazon kapható akkumulátorok ....... Önkisülés ................................................ Szulfátosodás ......................................... Az akkumulátorvezeték csatlakozói .... Az akkumulátor ellenőrzése .. ... .... ... ..... Az akkumulátorok gondozása .............. Kis karbantartás-igényű akkumulátorok ...................................... Gondozásmentes akkumulátorok ........

6.

A GYÚJTÁS RENDSZER •..•••. 175

6.1

A gyújtószikrával szemben támasztott követelmények ....................................... 175 A benzin-levegő keverékelégetése ...... 177 Gyújtásrendszerek ... ..... ... ....... .... ... ..... ... 184 Akkumulátoros, gyújtótekercses gyújtás ... .... ........... .... ........ .... ... .... ... ... ..... 185 A kondenzátor ....................................... 187 Előtétellenállás a primer körben ..... .... . 189 A gyújtásmegszakító ............................. 191 Zárásszög .... .... ..... ... .... ........ .... ... .... ... .... .. 192 A gyújtáselosztó ..................................... 195 Az előgyújtás mértéke ........................... 197 Depressziós (vákuumos) előgyújtásvezérlő .................................................... 199 Kettős depressziós előgyújtás-beállító egység ..................................................... 202 Aszikrafeszültség palaritása ................ 203 Polaritás-vizsgálat ................................. 205 A gyújtótekercs p olaritása .... ........ ... ..... 205 Karbantartás, javítás .. ... ........ ....... .... .... . 205 Ellenőrzés ....... .... .... ... ...... .. ........ ....... ...... 209 Az akkumulátoros tekercsgyújtás hátrányai .... ..... .... .... ... ..... ... .... ... .... ......... 212 Félvezető-alapú rendszerek .................. 213 Az elektronikus gyújtásrendszerek fajtái .... ... .... .... .... ........ ... .... .... ... .... .. .. 213 Megszakítókapcsolós, tranzisztoros gyújtásrendszer (TAC- Transistor Assisted Contacts) .. 213 Egyszerű, tranzisztoros gyújtóáramkör felépítése, működése ............................. 216 Kéttranzisztoros gyújtóáramkör felépítése, működése ............................ .

5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18

6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13 6.14 6.15 6.16 6.17 6.18

6.19 6.20 6.21

5. 5.1 5.2 5.3 5.4

""'"'""""'··········· 149

Bevezetés ................................................ Felépítés ................................................. Töltés és kisütés ..................................... Az akkumulátor kapacitása ...................

149 151 154 159

6.22 6.23

160 162 163 163 164 165 166 166 167 168 168 164 171 172 172

Lambda-szonda (OS, Oxygen sensor) . Amotor meghibásadásai ...................... A tüzelőanyag tartályszellőztetés (benzinpárolgás) szabályzása (aktívszenes szűrő és szabályzószelep) A kipufogógáz összetétele ... .... ..... ... ...... Kipufogógáz-visszavezetés (EGR, exhaust gas recirculation) .......... Dízelmotorok részecskeszűrője ............

Kapacitív kisüléses (CDI) gyújtásrendszer .. .. .... ... .......... ............. .... ....... ..... 220 Akkumulátoros CDI rendszerek ........... 222 "Mobelec" CDI rendszer ........................ 224 CDI gyújtás állandómágneses generátorral .... .... .. .... ... ... .... ...... .... .... ... ... 225 A gyújtásmegszakítót kiváltó impulzusjeladók ..................................... 225 Elektronikus gyújtásrendszer megvalósítása állandómágneses (reluktancia) impulzusjeladóval .................................. 232 Állandó energiájú gyújtásrendszer mágneses impulzusjeladóval .... ....... ..... 239 Elektronikus gyújtásrendszer Hall-generátorral .. ... ... ... .... .. .... ....... ... ... . 242 Állandó energiájú gyújtásrendszer Hall-generátorral .. .... ... ... ... ... .... ... ....... ... 243 Digitális gyújtásrendszerek .................. 245 Az előgyújtás mértéke és amotor üzemállapota közötti összefüggések ... 246 A számítógép-vezérelt gyújtás működése ............................................... 248

8.6 8.7 8.8

7.

A TÜZELŐANYAG-ELLÁTÁS. 263

10. FÉNY- ÉS HANGJELZŐ

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

A tüzelőanyag (benzin) adagolása .... .... 263 Benzinbefecskendezés .... ... .... ... .... ... ..... . 264 Torlócsappantyús légmennyiségmérés 265 Forró huzalos légtömegmérő ................ 267 Forró fémréteges (forrófilmes) légtömegmérő ........................................ 269 Vastagréteg (membrános) nyomásszenzor ... ... ........... ... ... ... .... .. .... ....... ... .... . 269 Hengerenkénti, elektronikus benzinbefecskendező rendszer......................... 272 Az elektronikus vezérlőegység (ECU, electronic control unit)................ 278 Központi befecskendezés ....................... 285 A Lambda-érték zárthurkú szabályzása 287 A lambda-szonda működése .................. 289 Elektronikusan vezérelt porlaszték ..... . 293 Bosch-Pierburg elektronikus vezérlésű porlasztó (Ecotronic)......... ... ....... .... ... .... 264 Közvetlen benzinbefecskendezés .. ... .... . 297

6.24 6.25 6.26 6.27 6.28 6.29

6.30 6.31 6.32 6.33 6.34 6.35

7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14

8.9 8.10 8.11

321 322

323 324 327 328

9.

GYÚJTÓGYERTYÁK ••••••••••• 330

9.1 9.2 9.3 9.4

A gyújtógyertya ..................................... Felépítés ................................................. Hőérték ................................................... A gyújtógyertyák vizsgálata ....... :.......... Gyújtásidőzítés ....... .... .... ... .... .... .... .... .... A gyújtógyertyák típusai ... ..... .... .... .... ... Koronakísülés és áthúzás ........ ... ..... ... ... A gyújtógyertya karbantartása ............. Dízel izzító gyertyák .... .... .... .... ..... ... ..... .

9.5

9.6 9.7 9.8 9.9

330 331 332 336 336 337 339 340 342

BERENDEZÉSEK, ABLAKTÖRLŐK ••••••••••••••••• 343 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 10.10 10.11 10.12 10.13 10.14 10.15

Irányjelzők ... .... .... .... .... .... ....... .... .... .... .... Termikus irányjelző ütemadók ..... .... .... Elektronikus irányjelző ütemadók .... ... Kürtök .................................................... Ablaktörlő és mosó berendezések ........ Ablaktörlőmotorok ................................ Az ablaktörlő alaphelyzetbe való visszatérítése .......................................... Szakaszos ablaktörlés (intervallumkapcsoló) ................................................ A szakaszos ablaktörlés gyakorlati megvalósítása ......................................... Szélvédőmosó és -törlő berendezés ..... Az ablaktörlő javítása ............................ Ablaktörlőlapátok .................................. Az ablaktörlőmotor ellenőrzése ........... A központi időzítő egység ..................... Esőérzékelő ............................................

343 345 346 349 352 353 357 361 361 363 363 366 367 367 369

8.

MOTORMENEDZSMENT ÉS KÖRNYEZETVÉDELEM • 298

ll.

VILÁGÍTÁS ••••••••..•••••.••••.•• 371

8.1

A gyújtás és a tüzelőanyag-ellátás kombinált vezérlése ............................... A jellegmezők ......................................... A motormenedzsment rendszerek ....... A motormenedzsment működése ......... A katalizátor és a környezetvédelmi rendszerek ..............................................

11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7

Világítóberendezések ............................ A világítás áramkörei, kapcsolói .. .. .... .. . Nappali világítás .................................... Izzók ....................................................... A különálló reflektor és izzó hátrányai Az izzók élettartama és fényereje ......... Wolfram-halogén izzók .........................

8.2 8.3 8.4 8.5

298 298 301 308 318

371 372 374 374 376 377 378

11.8 11.9 11.10 11.11 11.12 11.13

Lezárt lámpatestek ................................ Az izzók típusai ...................................... Fényszórók ............................................. Négyfényszórós világítás ...................... A fénysugár beállítása ............................ Gázkisüléses xenon fényszórók (HID, high intensity discharge, nagyintenzitású kisülés) .......................

380 381 381 386 386

13.9 Elektromos szerszámkészlet ................ 436 13.10 Mérőműszerek és mérések .................... 436 13.11 A jel-multiplexelés elve és a hálózatok . 411

14.

ELEKTROMOS

387

FELADATOK•••••••••••••••••••••• 448 14.1

•••••••••••••••••••••••••• 389 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11 12.12 12.13

Az interferencia ..................................... A zavarszűrésre vonatkozó előírások ... Rádiókészülék beszerelése .... .... ... .... .... . A gyújtásrendszer zavarszűrése ... .... .... A vezetékezésben terjedő zavarok elnyomása .............................................. A zavar továbbsugárzása ..... .... .... .... .... .. Egyéb alkatrészek zavarsugárzásának elnyomása .............................................. URH/FM adások .................................... CB-rádió .................................................. Üvegszálas gépkocsi-karosszériák ........ Az elektronikus gyújtásrendszerek zavarsugárzásának elnyomása ... ........ ... Fénycsövek zavarsugárzásának elnyomása .............................................. Elektromágneses összeférhetőség (EMC, electromagnetic compatibility) .

389 391 391 392 393 393 394 397 400 401 402 402

14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 14.11 14.12 14.13

ELEKTROMOS

13.4 13.5 13.6 13.7 13.8

Vezetékek, kábelvégek ........................... A vezetékek méretezése ........................ Feszültségesés és névleges áramerősség ........................................... A vezetékek színkódjai .......................... Huzalozási rajzok ................................... Csatlakozások és csatlakozók ............... Biztosíták ............................................... Fogyaszták utólagos beszerelése ..........

458 460 461 463 465 468 469 4 71 472 477

HIBAELHÁRÍTÁS •••••••••••••• 482

15.1

404 13.1 13.2 13.3

448 452 454

402

15.

13.

Blokkolásgátlás fékrendszer (ABS, anti-lock braking system) ........... Kipörgésgátló (ASR vagy TCS) .............. Biztonsági és riasztóberendezések ....... Sebességtartó berendezés ("Cruise control") ................................... Abroncsnyomás-figyelő rendszer ......... Követési távolság tartó rendszer (APC, automatic proximity control) ..... Hangjelzések .......................................... Légzsákok és biztonsági öv előfeszítők Elektromos ablakemelő ......................... Központi zár ........................................... Parkolást (manőverezést) segítő rendszer .......... .... ........ ...... ... .... .... .... ... .... Elektromechanikus és elektrohidraulikus kormány-rásegítés ........................ Menetstabilizáló rendszer (ESP, electronic stability program) .......

404 406 407 408 411 426 429 432

A hibabehatárolás során használt eszközök ................................................. 15.2 Hibakeresési módszerek ....................... 15.3 Műszerhasználat ................................... 15.4 Indítómotorok ....................................... 15.5 Generátorak és dinamók ....................... 15.6 Irányjelzők és elakadásjelző .................. 15.7 Féklámpák .............................................. 15.8 Kürt ......................................................... 15.9 Elektromos ablakemelők ....................... 15.10 Fűtött hátsó szélvédő (párátlanító) ..... 15.11 Ablakmosó .............................................. 15.12 Ablaktörlő ...............................................

482 484 487 493 499 501 503 503 505 506 507 508

1 Az elektrotechnikában járatos Olvasó átlépheti ezt a fejezetet. Azok számára, akik nem kaptak legalább alapfokú képzést a témában (vagy tudásuk frissítésre szarul) megtérül az elolvasásba fektetett idő. 2 A gyártók által kiadott javítási útmutatók megértéséhez elengedhetetlen, hogy jól ismerjük az elektromos rendszerek működé­ sének alapjait és a szakkifejezések, a terminológia helyes használatát. Ez az Olvasó szellemi szerszámkészlete, amely minden szempontból épp annyira fontos, mint a valós szerszámkészlet.

atc>m - az el~!k1trc:•m.ossász ...~,..""' ~"~ Cl!~ 1

1.1 Egyszerű

atommodellek (Simple atomic systems)

1 Az anyagok atomokból állnak. Az atomok három fő építőeleme a proton, a neutron és az elektron. Az atom úgynevezett atommaggal (nucleus) rendelkezik, amely protonokból és neutronokból áll. Az atommag körül az elektronok keringenek. A keringés pályája adott távolságokat vehet fel az atommagtóL

8 neutron Atommag (Nucleus)

~~:-=-~:,'/

.l.. l

l ,• (,..... ~ \\ Elektron l • \ 1• 1 .__ \\ ', ' - _.. • l ~(E/ectron)

(Shells)

" •.... '"

(Oxygen atom)

-•·/~Eiektronhéjak /

(Si/icon atom)

(Shells)

Ezeket az adott sugarú pályákat elektronhéjaknak nevezzük. Az 1.1 ábra két egyszerű atomot mutat be, melyekkel később még találkozunk. A proton pozitív töltést hordoz, az elektron negatív töltéshordozó, míg a neutron nem rendelkezik töltéssel. Az atom kifelé legtöbbször semleges töltésű, ami azt jelenti, hogy az atommag (pozitív töltésű) protonjainak száma megegyezik az atommag körül keringő (negatív töltésű) elektronok számávaL Az alábbi táblázatban látható, hogy az elektronok és a protonok száma azonos: Atom

Protonok száma

Neutronok száma Elektronok száma

Hidrogén

l

Oxigén

8

29

Réz

14.

A neutronok és protonok közötti összetartó erő igen nagy az atommagon belül. Amikor szétválasztjuk őket - ez a maghasadás - óriási mennyiségű energia szabadul fel. Ezt a jelenséget használják ki az atomreaktorokban illetve az atombomba esetében. 3 Szilárd anyagokban az atommagot-viszonylagosan nagy tömege miatt - rögzített helyzetűnek tekinthetjük. Az elektronok kevésbé szarosan kapcsolódnak az atommaghoz, bizonyos körűlmények között pedig el is hagyhatják azt. 4 Az atom igen kis méretű, a hajszál vastagságának milliomod részével mérhető össze. Az atomon belüli méretkülönbségek még szembetűnőbbek Ha az atommagot egy alma méretére nagyítanánk, a teljes atom nagyságát egy koncertterem méretében kellene elképzelnünk, melyet megtöltenek az atommag körül keringő, rezgő elektronok. ....... q;JIIolillll>l!•-

eJLek·tr«JIDOk (vezetés)

1 Az atomok a gyakorlatban bonyolult felépítésűek A legkülső elektronhéj elektronjai gyakran igen lazán kapcsolódnak csak az atommaghoz, akár egy naprendszer legkülső bolygója a napjához. Az elektronok egymásnak ütközhetnek, melynek hatására az elektron elhagyja pályáját, és az anyag kristályrácsa mentén sodródni kezd (1.2 ábra). Ezeket az elektronokat szabad elektronnak nevezzük. Egyes anyagokban sok a szabad elektron, másokban kevés, míg vannak anyagok, amelyekben egyáltalán nem találhatóak szabad elektronok. A sok szabad elektront tartalmazó anyagok a vezető anyagok. A szabad elektron nélküli anyagok a szi.J?:eitel~ok.

az elektronika at~!Jmn

( o O t-'0 ', -.: . Anyaghatár (Material boundary)

Atommagok

Elektron

(Eiectron),. ~---.... '

nem mozdu1na k)

(Fixedatoms)

O? ___, /O1 l

l

, ,. ,

1.2 Szabad elektronok áramlása (Free elektron drift)

'-- _ l "''*

/

1(./

1'--........

,,.....

~

/

,

""

,'

o

L

Szabad elektron pályája (Random path of electrons)

2 A réz vezeték tulajdonképpen nehéz rézatomok tömegeként és a közöttük lévő üres térben található elektronok sokaságaként képzelhető eL Az elektronok kicsinyek, az atommagok között méretükhöz viszonyítva nagy tér áll rendelkezésre, mozgásuk ugyanakkor állandóan és véletlenszerűen változtatja irányát.

1.4 Elektronáramlás =elektromos áram 1 Ha egy elektromos cella, vagy akkumulátor (mely több cellából áll) két kivezetését réz vezetékkel kötjük össze, a szabad elektronok a vezetőben egyirányú áramlást mutatnak. Ez hasonló ahhoz, amikor szivattyú segítségével folyadékot áramoltatunk a hozzá kapcsolt csöveken keresztüL 2 Fontos annak megértése, hogy az akkumulátor nem hoz létre elektromosságot, ahogyan a szivattyú sem hoz létre folyadékot. Az akkumulátor és a szivattyú is olyan rendszerelemként fogható fel, amely mozgásba hoz egy rendelkezésre álló közeget. 3 Az analógiát továbbgondolva azt mondhatjuk, a folyadékot nem maga a szivattyú áramoltatja, hanem a mozgása általlétrehozott nyomáskülönbség. Ez nagyon lényeges gondolat, hiszen azt látjuk, hogy a nyomáskülönbség mindig létre fogja hozni az áramlást, a létrehozásának gyakorlati módjától és megvalósításától függetlenül. Ugyanez a gondolatmenet érvényes az elektromosság esetében is. Bármely olyan egység (akkumulátor, dinamó, generátor), amely potenciálkülönbség létrehozására képes egy áramkörben, elektromos áramot is létrehoz. 4 A szivattyú általlétrehozott nyomáskülönbségnek megfelelő elektromos tulajdonság az elektromotoros erő, azaz a potenciálkülönbség. A potenciálkülönbség (feszültség) mértékegysége a Volt (V).

9

1. Azt a felfedezést, miszerint az elektromos áram hátterében az elektronok áramlása áll, jóval a megegyezés szerinti áramirány meghatározása után tették. Ez a megegyezés szerinti áramirány az áramforrás pozitív pólusától a negatív pólus felé mutat. Az elektronok a valóságban ezzel ellentétes irányban mozognak, így különös fontossággal bír, hogy a megegyezés szerinti, vagy a valós áramirányra hivatkozunk. A külön jelzett esetektől eltekintve szinte mindig a megegyezés szerinti ("+"-tól a "-" felé) használjuk.

1 Az áramkör, amint a neve is mutatja, egy teljes, megszakításIDentes kör, melyen keresztül az elektromos áram folyhat. 2 Az akkumulátor vagy a generátor, amely az elektromos áramot létrehozza, hasonló a gépkocsi olajszivattyújához. Az olaj folyamatosan kering az olajkörben, így látva el elsődleges feladatát: a csapágyak kenését. 3 A megértésben segíthet, ha összehasonlítjuk az elektromos áramkör és a kenési rendszer felépítését (1.3 és 1.4 ábrák). 4 Az olajszivattyú nyomáskülönbséget hoz létre A és D pontok között. Ennek hatására az olaj áramolni kezd a B csőben a forgatytyús tengely csapágya felé, ahol nyomásesés következik be. Ennek oka a forgattyús tengely csapja és csapágya közötti szűk áramlási keresztmetszet. A szivattyú energiája nagyrészt arra fordítódik, hogy az olajat itt keresztüljuttassa. Az olajcsőben ideális esetben nem lép fel energiaveszteség.

1.3 Olajszivattyú és olajzás (Oilpump and feed)

Nyomás (Pressure)

Kis nyomásesés (Sma/1 pressure drop)

J

Olajcső

B

(Feed pipe)

T

Forgattyús tengely csapágya (Main N , , b . ) yomaseses _e~!2n.91 (Pressure drop)

----------- ------Olajteknő (Oil sump)

t

Szivattyú (Pump)

~

c

' ll

1--_----_---__ ----__----_---_----__ ----__ ----,

----=---=- -----=--- -=- _-::.- --=-.::--=-J

__l__

Kapcsol ó Tápvezeték (Switch)

Kis feszültségesés A L-rsma// voltage drop}----1 B

(Feed wire)

,.-..;._-

Terhelő

+ _

ellenállás

(Load Resistor) Akkumulátor

(Battery)

I

F~ fes:ültsegeses (Main voltage drop)

c

D

1.14aAkkumulátor és terhelés (Battery and load)

+

Akkumulátor, 12 V (12 V Battery) Terhelés

'-----------~(izzó)

Testvezeték (Return wire)

(Lamp load)

1.4b Egyszerű áramkör a gyakorlatban, különálló testvezetékkel (Simple practical circuit with insulated return)

+

Akkumulátor, 12 V

(12 V battery)

1.4cA jármű karosszériája, mint testvezeték (Us e of vehicle body as earth return)

5 A fenti elrendezésnek megfelelő elektromos áramkörben az akkumulátor hozza létre az A és D pontok közötti potenciálkülönbséget. A B jelű vezetéken és a terhelő ellenállásan elektromos áram folyik, a terhelő ellenállásan feszültség esik. Ennek oka, hogy a terhelő ellenállás nagy ellenállású huzalból épül fel, és az akkumulátor energiájának nagy részét arra használjuk, hogy ezen az ellenállásan áram folyjon. Az összekötő vezetékeken ideális esetben nem vész el energia (nem esik feszültség), a valóságban azonban van energiaveszteség, feszültségesés.

1 Az áramforrás által mozgásba hozott elektronok száma csillagászati léptékű, ezért kézenfekvő, hogy kényelmesen használható mennyiséget egy egységnek nevezzünk el. Ez az egységnyi töltés az l Coulomb (C). 2 Az áramkörben nem az elektromos áram mennyisége, hanem az áramlás erőssége fontos számunkra. A vezető keresztmetszetén neidőegység alatt átáramló töltésmennyiséget (A). amper az mértékegysége I, jele vezzük,

az elektronika att4fPJ•~~

Áramlási rendszer Men.nyiség Nyomás; nyomáskülönbség

Elektromos áramkör Coulornb Volt C/s =Amper

1

Az elektromos áram a terhelésen hozza létre az áramkör terveáltal kívánt hatást. Például egy elektromos fűtőtestesetén a terhelés egy nagy ellenállású huzal (a fűtőhuzal ellenállása sokkal nagyobb, mint a hozzávezetéseké). zője

l= 1 A +

-~~--U

R_=_1_Q~

__ =_1_V__________

1.5 A feszültség, áramerősség és az ellenállás közötti összefüggés (The relationship between volts, amperes and ohms)

2 Azt a jól ismert hatást, hogy a terhelésen hő fejlődik, később részletesen tárgyaljuk A gépkocsi fényszóróizzója is terhelő ellenállás, és itt is hő fejlődik. A termelt hő mértéke olyan nagy, hogy az izzószál izzásba jön, így az izzó világítani kezd. Az ellenállás mértékegysége az Ohm (O), melyet Georg Simon Ohm német felfedezőről neveztek el. l O az az ellenállás, amelyen l V feszültség l A áramot hoz létre (1.5 ábra).

Georg Ohm arról a megállapításáról híres, miszerint az áramerős­ ség a feszültséggel egyenesen arányos, azaz a feszültség az áramerősség és az ellenállás szorzatával egyenlő: U= I· R. Ez ma már alapvető ismeretnek számít, azonban 1826-ban Ohmnak az állásába került, mivel a felfedezés a tudomány akkori elveinek nem felelt meg.

3 Példa: Egy 12 V tápfeszültséggel működtetett fényszóróizzó 3 A áramot vesz fel. Mekkora az izzószál ellenállása?

U=I·R 12

3·R 12 R= =40 3 =

1 Igen ritka eset, amikor egy áramkör az áramforrásból és egyetlen fogyasztóból épül fel. Általában két vagy több fogyasztóról van szó. Ezek az 1.6 ábra elrendezésében sorosan, az 1.7 ábra szerinti elrendezésben pedig kapcsolódnak.

1. Az elektromosság és az elektronika attliJ1JC:ll 1.6 Soros kapcsolás (Voltage drop) A soros kapcsolású áramkör egyes feszültségeséseinek összege a tápfeszültséggel egyenlő.

u

+

1.7 Ellenállások párhuzamos kapcsolása (Resistors in parallel)

u

+

Akkumulátor (Battery voltage)

1.9 Soros kapcsolás 1

Az 1.6 ábrára Ohm törvényét felírva: U= I· (R1 + R2 + R3).

Fontos: Hibakereséskor a segítségünkre lehet, ha tudjuk: soros kapcsolásnál az eredő ellenállás az egyes ellenállások összegével egyenlő, továbbá az egyes ellenállásokon eső feszültségek összege a tápfeszültséggel egyezik meg. 2 Példa: Az egyenlet valós alkalmazására példaként nézzünk egy esetet, amikor a három ellenállás értéke: R1 =3 O, R2 =4 O, R3 =5 O. Mekkora áramot vesz fel az áramkör, ha az akkumulátor U= 12 V kapocsfeszültségű?

12 V= I· (3 O+ 4 O+ 5 O) 12 V=I·12 O I=1A 3 A gyakorlatban az akkumulátor jelentős belső ellenállással bír, különösen, ha már elhasználódott. A vezetékek és csatlakozások is - nem kívánt ellenállásként lépnek fel az áramkörben. Ezeket a nem kívánt ellenállásokat figyelembe kell venni, amikor az Ohmtörvényt alkalmazzuk. (Lásd később.)

elektronika alt4tpjtlí

1 Az 1.7 ábrát tekintve világos, hogy az áramkör mindhárom ágát az áramforrás látja el elektromos árammal, így a teljes felvett áram az egyes ágak részáramainak összegévellesz egyenlő: I= I1 + I2+ I3 . Minden ágra a teljes U tápfeszültség kapcsolódik, így az egyes ágak áramai könnyen kiszámolhaták és összegezhetők. 3 A gépkocsik elektromos rendszereiben a párhuzamos kapcsolás a leggyakoribb. Például R1 lehetne a fényszóróizzó, R2 a kürt, R3 a gyújtás. A gépkocsi elektromos rendszere iránt támasztott áramigény pedig a három fogyasztó által felvett áramok összegével egyezik meg.

4 Példa: Tekintsük meg az 1.8 ábrát, a tápfeszültség ismét legyen 12 V, a terhelő ellenállások értékei pedig: R1 = 6 O, R2= 3 O, R3 =4 O. Ekkor: U 12V I1 =-=--=2A R1

+

9A

3A

12 v

40

1.8 Párhuzamosan kapcsolt ellenállások áramviszonyai (An example of current drain by resistars in parallel)

60

I2 = _:Q_ = 12 V = 4 A R2 30 U 12V I3 =-=--=3A R3 40

Az akkumulátorból felvett áram I= 9 A. Ismét Ohm törvényét felhasználva láthatjuk, hogy a három párhuzamos ág eredő RT ellenállása kiszámolható: U =I·RT

12V=90·RT 12 RT=-=1333 o

9

'

5 A párhuzamos kapcsolás a gyakorlatban úgy valósul meg, hogy minden fogyasztó az akkumulátorra kapcsolódik. Például, ha a fényszóró és a hátsó világítás izzója 5 A illetve 0,5 A, a gyújtótekercs pedig 1,5 A áramot vesz fel, akkor a felvett eredő áram I=5A+0,5A+1,5A=7 A.

1 Az energia más néven a munkavégzés mértékegysége a Joule (J). 1 J a munkavégzés, ha 1 V feszültség 1 másodpercen át 1 A áramot hajt át a fogyasztón.

az elektronika altArJ:m:zt

E=U·I·t

Példa: Mekkora a felhasznált energia mértéke, ha a fényszóróizzó egy 12 V-os akkumulátorból 20 percen keresztül 3 A áramot vesz fel? E=U·I·t E=12·3 ·20·60 E=43200 J =43,2 kJ A Joule-lal, mint mértékegységgel ritkán találkozunk az elektromos szerelési munkálataink során. Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy a mechanikai munkavégzés SI mértékegysége is a Joule. 2 A teljesítmény a munkavégzés (energiafelhasználás) sebessége. Jele P, mértékegysége a Watt (W). E P=t

Mivel az energia: E =U · I ·t, így: P=_E_= U·I·t=U·I. t

t

Azaz egyenáramú áramkörben P= U· I. A fenti példában az akkumulátor 12 V kapocsfeszültség mellett 3 A áramot szolgáltat, ami 12 V· 3 A= 36 W teljesítményt jelent.

1.12 Feszültségesés a vezetékeken A gépkocsik vezetékezési rendszereit, kábelkötegeit vizsgálva láthatjuk, hogy a vezetékek különböző keresztmetszetűek, az egyes vezetékek pedig többnyire nem egyetlen tömör vezetékből, hanem elemi vezetékszálak sodratából állnak. A tervezés során úgy határozzák meg a vezetékek keresztmetszetét, hogy az áramforrás és a fogyasztó között folyó áram számára ne jelentsen túlságosan nagy ellenállást. Fontos megjegyezni, hogy bár a gépkocsik vezetékei rézből készülnek, amely jó vezető, ezek a vezetékek mégis bizonyos véges ellenállással rendelkeznek. Ez az ellenállás hőveszteséget illetve feszültségesést okoz. Ez azt jelenti, hogy a fogyasztóra kisebb teljesítmény jut, azaz a rendszer hatásfoka csökken. Az 1.9 ábrán az akkumulátorra egy izzó kapcsolódik. Az akkumulátor kapocsfeszültsége 12 V. Ideális esetben ugyanennek a feszültség-értéknek kellene jelentkeznie az izzólámpa csatlakozásain. Látható azonban, hogy a vezetékeken 0,2 V feszültség esik, így az izzólámpára jutó feszültség 11,6 V.

az elektronika al.t4!'PJ4ll

1.9

(A két vezeték azonos hosszúságú) (Assume cables to be of aquallength)

Feszültségesés az összekötő vezetékeken (Volt-drop in connecting cables)

2 A fenti jelenség hatása az izzó fényerejének csökkenése, mivel a vezetékeken teljesítményveszteség lépett fel. Jobb eredményt kapnánk nagyobb keresztmetszetű vezeték alkalmazásával, ennek azonban határt szab a magas költség (a réz ára) illetve a vastagabb vezeték merevsége és nagyobb tömege.

Árammérők és feszültségmérők 1 A mérőműszerek használatához nem szükséges ezek műkö­ désének mélyebb ismerete, a használat alapvető szabályai pedig viszonylag egyszerűek. Az árammérő műszerek az áramkörön átfolyó áramot mérik. A méréshez az áramnak a műszeren is át kell folynia, azaz a műszert a terheléssei sorosan kapcsoljuk az áramkörbe (1.10 ábra). Árammérő (a terheléssei sorba kapcsolva)

(Ammefer [in series with load])

+

Akkumulátor

.....=_ (Battery)

1.10 Árammérő és feszültségmérő műszer bekapcsolása a mérendő áramkörbe (Connections for ammeterand voltmeter)

Feszültségmérő (a terheléssei párhuzamosan) (Voltmeter [in parallel with load])

1. Az elektromosság és az elektronika altJ.rpj(li árammérő műszer tervezője a műszer belső ellenállását a legkisebbre tervezi. Ha a műszert véletlenül nem sorosan, hanem kapcsoljuk az áramkörbe, az a műszerre nézve katasztrofális következményekke l jár. A kis belső ellenállás miatt nagy áram fog átfolyni a műszeren, ami a műszer tönkremenetelét és egyes esetekben a mérőzsinórok szigetelésének megalvadását okozza.

2

Az

lehető

3 Szerencsére a feszültségmérő műszer nem ilyen érzékeny, mivel nagy belső ellenállással tervezik. A feszültségmérő a potenciálkülönbséget méri, és párhuzamosan kell a mérendő terhelésre kapcsolni. Az 1.9 ábra szerinti elrendezésben az a és d pontok között az akkumulátor kapocsfeszültségét, az a és c pontok között az izzólámpára jutó feszültséget, míg d és c (illetve a és b) között a vezetéken eső feszültséget mérhetjük. 4 Egyes műszereken kapcsolóval állíthatunk be különböző méréshatárokat. Ilyenkor a mérést végző személynek kell beállítania a megfelelő méréshatárt, mégpedig úgy, hogy mérés közben a műszer mutatója a skála felső felében-harmadába n legyen. 5 A műszerek által mutatott értékeket sohasem szabad abszolút pontos értékként elfogadni. Az olcsó műszerek rossz beruházást jelentenek a leolvasott értékek pontossága szempontjábóL 6 A többcélú mérőműszerek ("multiméterek") hasznosak a mindennapi munka során, ám kezelésük több figyelmet igényel. Mindig a megfelelő méréshatárt kell kiválasztani, méréshatár-váltás közben pedig a műszert le kell kapcsoini a mérendő áramkörrőL Ennek oka, hogy a forgókapcsolás méréshatár-váltó többféle üzemmódon és méréshatáron keresztül jut a kívánt állásba. A köztes állapotok ideiglenes bekapcsolása - élő áramkörben - tönkreteheti a drága műszert.

7

A legtöbb analóg mérőműszer lengőtekercses kivitelű. Az ilyen csak egyenfeszültség (egyenáram) mérhető.

műszerrel

8 A lengőtekercses műszer alkalmassá tehető váltakozó áram (feszültség) mérésére, ha megfelelő egyenirányítóval építik egybe. Ennek megvalósítása legtöbbször egyenirányító-híd.

1 Az állandó mágnesű dinamók és egyéb elektromos gépek teljesítményét nagyban határolja az állandó mágnesek mágneses mezejének gyengesége. A megoldást az elektromágnesek használata jelenti. Az elektromágnes lágyvas magból és a köré tekercselt tekercshuzalból áll.

1.

A mágneses térerő egyenesen _arányos a tekeresre kapcsolt árammal és a menetszámmal (Magnet field strength is Egyenáram proportional to amperes x (Direct current) no ofturns)

(Magneti/f

Mágneses

Mágneses indukció (Magnetic

fiu x density)

mező

Mükődési

tartomány

-----:~o~k~[nge) Áramerősség

(Current)

Az egyenáram mal átjárt tekercs a vasban mágneses mezőt hoz létre, amely erős hasonlóságo t mutat az állandó mágnesekkel, a következő különbsége k mellett:

a) A mágneses mező erőssége (bizonyos korlátok között) az átfolyó áram erős­ sége által szabályozható; b) A mágneses mező az áram kikapcsolása után elvben teljesen megszűnik. 3 Az 1.11 ábrán egy egyszerű elektromágnest láthatunk. A grafikon a mágneses térerősséget mutatja a tekeresre kapcsolt áram erősségének függvényéb en. Vegyük észre, hogy egy bizonyos határon túl az áram erősségének növelésével már nem növekedik tovább a mágneses mező térerej e. Ekkor a vasmag mágnesesen telítetté válik. 4 Az elektromág nest a gépkocsik elektromos rendszerébe n számtalan helyen alkalmazzák. Az elektromág neses gerjesztésű generátorok ban illetve dinamókba n lehetőség nyílik a leadott teljesítmén y szabályzásá ra (a gerjesztő áram erősségé­ nek változtatásá val).

1.11Az elektromágnes (The electromagnet)

1 A jelfogó segítségével nagy áramerősségű áramkörök ki- és bekapcsolását valósíthatju k meg viszonylag kis áramfelvéte lű, úgynevezett kapcsolókör segítségével (1.12 ábra). Ennek jellemző példája az indítómotor , ahol a felvett áram néhányszáz amper mértékű is lehet. Ezt a nagy áramot nagy keresztmetszetű vezetékkel kell az akkumuláto rról közvetlenül az indítórooto rra vezetni. A vezetéknek a lehető legrövidebb nek kell lennie, a feszültséges és minimalizálása érdekében. Az ilyen nagy keresztmetszetű vezetéket nem lehet a műszerfalon elhelyezett indítókapcs oláig vezetni (és onnan vissza), mivel a vezeték vastag, nehéz és merev. A jelfogó megoldja ezt a problémát, mivel az akkumuláto r és az indítómotor között he-

az elektronika altl!pjtli

+

5

3

1.12 A jelfogó működési elve (Principle of the relay)

1 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 2 Kis áramigényű (kapcsoló) kör (Light current path) 3 Mozgóérintkezö (Armature) 4 Tekercs (Coil) 5 Jelfogó (behúzótekercs) (Relay {or solenoid]) 6 Indítómotor (Starter motor) 7 Nagy áramigényű (kapcsolt) kör (Heavy current path) 8 Akkumulátor (Battery)

lyezkedik el. A műszerfalhoz csak egy kis keresztmetszetű vezetéket kell bekötni, melyen csak a jelfogó árama folyik keresztül. 2 Jól ismert hatás, hogy a mágneses mező a közelébe helyezett vas illetve acél tárgyakra vonzóerőt fejt ki. Ezt a hatást használják ki a jelfogókban, ahol az áram bekapcsolásakor a vasmagban létrejövő mágneses mező egy vaslemezt húz magához. A lemez (az úgynevezett mozgóérintkező) elektromos érintkező­ ket nyithat vagy zárhat, amelyek változatos felhasználású kapcsolókként alkalmazhatók. Ezek némelyikét könyvünk később részletesen ismerteti. 3 Az 1.3 ábrán látható egyszerű jelfogó mozgóérintkezőjét a lemezrugó tartja alaphelyzetben mindaddig, amíg a tekercsáramot be nem kapcsoljuk. A tekercs által a vasmagban létrehozott mágneses térerő a mozgóérintkezőt a vasmag középpontja felé vonzza, a mozgóérintkező így zárja a kapcsolt áramkört. Amikor a tekercsáramot kikapcsoljuk, a mágneses térerő megszűnik, a mozgóérintkező a rugóerő hatására alaphelyzetbe tér vissza, a kapcsolt áramkör megszakad. Az ilyen típusú jelfogókat széles körben alkalmazzák a gépjárműiparban.

4 A behúzótekercseket általában az indítómotorokban alkalmazzák Ennek működése azon alapul, hogy a (szabadon mozgó) vasmagot az árammal átjárt tekercs a középpontjába vonzza (1.14 ábra). A vasmagra kifejtett húzóerő olyan nagy lehet, ami alkalmas az indítómotor fogaskerekének elmozdítására (a fogas koszorúval

elektronika atil!'PJ•U

A jelfogó működtetésekor az érintkezök záródnak (Eiekctric contacts close when relay operates)

Kapcsolt áramkör (To external circuit)

!

Rugalmas lemez (Fiexible strip acting as hinge)

A fluxus itt légrésen halad át (F/ux jumps gap here)

A fluxus itt légrésen halad át (No te f/ux jumps gap here)

00

A nyilak a fluxus úlját jelzik (Arrows indicate path of magnetic flux)

00 00 00 00

Lemezrugó (Fiat spring) Tekercs A fluxus a vasban halad hozzávezetése i (/ron path for flux) (Coil supply) A tekeresre kapcsolt áram hatására mágneses indukció jön létre (Coil producing iron core magnetic 1.13 Mágneses jelfogó flux when curret is switched on) (Magnetic relay)

Az indítómotor fogaskerekét mozgató kapcsalóvillát a rajzon nem ábrázoltuk (Lever to starter pinion not shown)

Elektromágnes tekercse (So/enoid winding)

Az akkumulátortól (From battery)

Visszahúzó rugó (Return spring)

\

) ~ Nagyáramú • ~z elmozdu- érintkezök (Heavy current ~ás iránya /

Elektromágnes tekercsének hozzávezetése i (Solenoid terminals) 1.14 Indítómotor behúzótekercsének vázlatrajza (Diagrammatic representation of a starter solenoid)

)

(Motion of plunger)

contacts)

Az indítómotorhoz (To starter)

1. Az elektromosság és az elektronika alt4rpjtzi

való fogkapcsolat létrehozására) és kapcsalójának működtetésére.

egyidejűleg

a motor nagyáramú

1 Azt tapasztaljuk, hogy a vaskörben (mágneskörben ) kialakuló mágnesesség több tényezőtől is függ, melyeket a tervezőknek figyelembe kell venniük: a) a tekercs menetszámától; h) a tekercsen átfolyó áram erősségétől; c) a vaskör fizikai jellemzőitől (alak, méret, anyag, sth.).

2 Általánosságba n elmondható, hogy a mágneses fluxus számára kisebb ellenállást jelent a vas, mint a levegő. Erős mágneses mező létrehozásához ezért nagy keresztmetszetű vasmagra van szükség. A tekereset úgy kell megtervezni, hogy a tekercs menetszáma és a tekercsen átfolyó áram erősségének szorzata a lehető legnagyobb legyen (1.15 ábra).

1.15 Vaskör (mágneskör) tervezési szempontjai (Design factars for iron circuits) 2A

10 A

~

3 menet (3 turns)

,""---- ........ ,

" ..

-- - .. - -- _,

c

range) (°C)

(Air intake temperature oc)

igénynek (világítás, fűtés, fűtőventilátor stb). R7 visszacsatoló ellenállás T3 kollektorfeszültségének változásait táplálja vissza a bemeneti fokozatra. Ez a tranzisztorok kapcsalási sebességét javítja, így pontosabbá teszi az áramkör működését. A hibrid feszültségszabályzókban az ellenállásokat, kondenzátorokat és tranzisztorokat vastagréteg technológiával viszik fel a

3.

kerámia hordozóanyagra. Ennek előnye a méretcsökkenés, az alkatrészek és a csatlakozások számának csökkenése (3.22 ábra). Ezen egységek működésének alapja a megismert áramköréhez hasonló. A hibrid feszültségszabályzák egyre elterjedtebbek RELT GE:NERA'TOROK

6 Egyes modernebb gépkocsikan a generátor kapocsfeszültségét a motormenedzsment rendszer vezérli. Bizonyos esetekben (például hidegindításkor) a generátor meghajtása olyan terhelést jelent a motor számára, amely hatással van 1 Integrált áramkör, vezérlőfokozat a kipufogógázok károsanyag-tartalmára. (Integrated circuit control stage) Ilyenkor a motormenedzsment letiltja 2 Teljesítményfokozat (Power stage) 3 Soros ellenállások (Series resistors) a generátor működését, egészen addig, 4 Védődióda (Protection diode) amíg a motor fel nem melegszik annyira, 5 Csatlakozások kivezetései hogy csökkenjen a károsanyag-kibocsátás, (Connection leads) a katalizátor elérje üzemi hőmérsékletét. Egyes rendszerek a generátort akkor is 3.22 Hibrid generátorfeszültség-szabályzó kikapcsolják, ha a vezetőnek nagy mctor(Hybrid regulator for alternator) teljesítményre van szüksége. Amodern gépkocsik elektromos rendszereinek teljesítményfelvétele olyan nagy, hogy az ekkora teljesítményt biztosító generátor meghajtása jelentős motorteljesítményt emészt fel. Azaz, ha a generátort kikapcsoljuk, nagyobb motorteljesítmény áll rendelkezésre a gépkocsi gyorsításához. Amikor a motor terhelése csökken, a rendszer visszakap~solja a generátort.

3.11

Rezgőérintkezős

feszültségszabályzó

1 Bár az elektronikus feszültségszabályzó már nagyrészt leváltotta ezt a típust, mégis érdemes megismerni, hiszen az utakon futó gépkocsik egy részén még megtaláljuk Kétféle típusa van: az egy- és a kétérintkezős szabályzó. 2 Az előbbi esetében a forgórész gerjesztőtekercse közvetlenül a generátor kimenetére kapcsolódik, egy egyszerű érintkezőpáran keresztül. Amikor az érintkezők nyitnak, egy ellenállás kapcsolódik az áramkörbe, így a gerjesztőáram (s így a generátor kapocsfeszültsége) csökken. A kapocsfeszültség elér egy alsó határt, amikor az érintkezők rugóerő ellenében ismét zárnak, kiiktatva az ellenállást az áramköből.

3.

Elektromágnes (Eiectromagnet)

l l

Rezgő­ érintkező

(Vibrating contacts)

l ~

SzabályzóI ellenállás l (Regu/ator l resistor)

l

l l l l

l

l l

l Tokozás

r- (Enclosing

L~+f-- ·.P=--

l

~

box)

A generátor kimenetéről

(From alternator output)

Jelölések (NOTE):

Generátor forgórésze (Alternator rotor)

g; } 0_

Bosch jelölés. (Bosch notat10n)

3.23 Rezgőérintkezős (egy érintkezős) feszültségszabályzó (Single contact regulator)

3 Mindkét típusnál fontos kérdés a forgórésztekercs önindukciója. Az induktivitás a tekercsek azon tulajdonsága, mely nem enged azonnali, hirtelen áramváltozásokat érvényesülni, csak folyamatos növekedést illetve csökkenést tesz lehetővé. A vasmagos tekercsek induktivitása nagyobb a légmagos tekercsekénéL Az induktivitás definíció szerint a tekercsen áthaladó 1 A erősségű áram által létrehozott mágneses mező. A nagyobb induktivitású tekercsben az áramváltozás sebessége kisebb. 4 A 3.24 ábrán vasmagos tekereset látunk, mely az akkumulátorra egy érintkezőpáran keresztül kapcsolódik. Az érintkező kialakítása olyan, hogy az áramerősség (növekvő görbe) i 1 felső határértékéig nyitva, majd az áramerősség i 2 alsó határértékéig (csökkenő görbe) zárva legyen. Amikor az érintkező nyitott állapotú, az áramerősség csökken, mivel ekkor R ellenállás a gerjesztőtekerccsel párhuzamosan kapcsolódik. Fontos tulaj-

Rezgőérintkező

(Vibrating contact)

Vasmagos tekercs (/ron cored cai/)

Akkumulátor (Battery)

Érintkező nyitva (Contacts open)

l 3.24 A gerjesztőáram rezgőérintkezős

szabályzása (Vibrating contact control of coil current)

l

(gerjesztőáram)

(Cai/ current l)

Érintkez~ zár::-cözépérték

(Contacts c/osed)i {Average va/ue)

t1 '--tz

Idő (Time)

3.

donsága ennek az elrendezésn ek az áramerősség csökkenési illetve növekedési időtartamának rövidsége. Ha az érintkezök viszonylag gyorsan (nagy frekvencián) működnek, az áramerősség kis szélső­ értékek között fog ingadozni. 5 A kétérintkezős feszültségsz abályzó több előnnyel is rendelkezik az egyérintkezős feszültségsz abályzóhoz képest. A feszültségszabályzák számára előnyös, ha a beszerelt ellenállás kis ohmos értékű, így a rezgőérintkezőn kisebb áram folyik, ami hosszabb élettartamo t jelent. Ugyanakkor nagy generátor-fo rdulatszám esetén nagy ellenállásra van szükség, hogy az érintkezök nyitásakor a gerjesztőáram gyorsan csökkenjen. Nehéz olyan ellenállásér téket találni, mely mindkét feltételt kielégíti. Ezért egy második érintkezőt építettek be, amely a felső feszültségh atárt elérve testeli a forgórésztekercset. 6 Előny, hogy a generátor kapocsfeszültsége gyorsan esik, ugyanakko r kis ohmos értékű ellenállás alkalmazha tó. Ennek következmé nye, hogy az érintkezökön nagyobb gerjesztőáram folyhat, ami szükséges a generátorak megfelelő üzem éhez.

6 1 Tokozás (Enclosing box) 2 Elektromágnes (Eiectromagn et) 3 Szabályzóellenállás (Regu/ating resistor)

4 5 6 7 8 9

Rezgőérintkező

(Vibrating regulator contacts) Bosch jelölések (Bosch terminal markings) A generátor kimenetéről (From alternator output) Generátor forgórésze (Alternator rotor) Magas fordulatszám (High) Alacsony fordulatszám (Law)

3.25 Kétérintkezős feszültségszabályzó kapcsalási vázlata (Double contact regulator outline circuit)

7 A 3.25 ábrán egy kétérintkezős feszültségsza bályzót látunk. Kis fordulatszámon a működés az egyérintkezős feszültségsz abályzóého z hasonló. Nagy fordulatszá mon a mozgó középérint kező testre csatlakozik , rövidre zárva a forgórészt, így gyors lemágneseződést és kapocsfeszü ltség-csökk enést okozva. Az egyérintkezős típushoz hasonlóan a mozgóérintkezőt rugóerő téríti vissza a D+ csatlakozásh oz, így a feszültség ismét növekedni fog. 8 Amikor az érintkező nyit, a generátor forgórészte kercse feszültségu grást indukál. Az egyérintkezős feszültségszabályzéb a a tranziens feszültsége k elleni védődiódát építenek be. A kétérintkezős feszültségs zabályzóba n a forgórésztek erccsel párhuzamo san kapcsolódó ellenállást találunk, amely elnyomja az érintkező szikrázását, így megnöveli az élettartamo t.

A feszültségszabályzák feszültségtekercsének hőmérséklete üzem közben, a rajta átfolyó áram és a külső hőmérséklet hatására változik. A hőmérsékletváltozás hatására a rézhuzal ellenállása, hőmérséklet függése (0,004 o;oc) miatt megváltozik Az ellenállásváltozás a feszültségszabályzó kapcsalási feszültségének megváltozását okozza. Ez a változás nem megengedhető. A villamos hálózat feszültség változásai (30% is lehet) miatt hőmérsékletkompenzá­ lást kell alkalmazni. 2 Ennek a hatásnak a csökkentésére kétféle megoldás létezik (3.26 ábra). a) A tekerecsel sorba kapcsolnak egy olyan ellenállást, amelynek hő­ fokfüggése OQ/oC. Ennek az ellenállásnak az ohmos ellenállása sokkal nagyobb, mint a tekercsé. Az ellenállás csökkenti a hőfok­ függési hatást, mivel a nagy eredő ellenállás mellett kevésbé érvényesül a tekercs ellenállásának megváltozása. A tekerecsel azonos értékű kompenzáló ellenállás felére csökkenti a káros feszültség növekedés mértékét.

2

1

1 Szabályzó (Regulator)

2 Kompenzáló ellenállás (Compensating resistor)

3 Szabályzó

4 5 6

7

8 9

10

3.26

l l

9

Kétérintkezős, hőmérséklet-kom-

penzált feszültségszabályzó (Double contact regulator with temperature)

+

l l

___ ._ _ j 11

11

érintkező

(Regulating contacts) Szabályzóellenállás (Regu/ating resistor) Szűrő (Filter) Töltés visszajelző izzó (Charge indicator /amp) Akkumulátor (Battery) Egyenirányító (Rectifier) Állórész háromfázisú tekercselése (Three-phase winding [stator]) Forgórész gerjesztőtekercse (Excitation winding [rotor]) Generátor (Aiternator)

3. b) A mozgóérintkező lemezrugóját, vagy a mozgóérintkezőt bimetálszalagból készítik, amely a hőmérséklet emelkedésével csökkenti az érintkező rugóerejét, vagy az érintkezők közötti távolságot. Mindkét megoldás bizonyos mértékben ellensúlyozza a hőmérséklet növekedés miatt bekövetkező gerjesztőáram-csökke­ nést. A kellően pontos szabályozás érdekében a különböző módszerek kombinált alkalmazása szükséges.

Feszültségérzé kelés

3.27 Akkumulátorfeszültség-érzékelés (Lucas) (Battery sensing connections - Lucas system)

1 A generátort és a feszültségszabályzó t rendszerint nem az akkumulátor közvetlen közelében találjuk A gépkocsi elektromos rendszerének terhelési viszonyaiból adódik, hogy a generátor kapocsfeszültsége eltérhet az akkumulátor kapocsfeszültségétőL Az eltérés mértéke és iránya a villamos hálózat pillanatnyi energiamérlegétől függ, amely lehet pozitív, semleges vagy negatív. 2

Az akkumulátor feszültségét az akkumulátor pozitív kivezeközvetlen vezetékkel a generátor feszültségszabályzó jára

tésétől

Forgórész-tekercs (Rotor windings)

Akkumulátor (Battery)

Fekete (Black)

-., ------Indítómoto r (Starter) r-~----~- Terhelés

.~~~~~--~~~~~--~~oa~

Akkumulátor (Battery)

3.

csatlakoztatják, ezt nevezzük akkumulátorfeszültség-érzékelésnek Ilyenkor a feszültségszabályzó B+ csatlakozáját használják (3.27 -ábra). Az ilyen szabályzás a generátor kapocsfeszültségét a terhelések hatására csökkenő akkumulátorfeszültséghez igazítja. 3 A másik lehetséges mód a feszültségérzékelés. Ilyenkor a feszültségszabályzó B+ kivezetéséta szabályzón belül a+ kivezetéshez csatlakoztatják Ez az a vezeték, amely a Zener-diódához kapcsolódik, így a feszültségszabályzásért felelős. A mai generátorok többségén a belső feszültségérzékelési módot alkalmazzák Ebből adódik, hogy a generátor kimeneti feszültsége az akkumulátor terhelési viszonyaitól függetlenül állandó. A 3.28 ábrán a Lucas ACR generátor látható, belső feszültségérzékeléssel. RS, R3, Cl és C2 visszacsatolókör a dariington tranzisztorpár T3 tagjának gyors KI-BE kapcsolásáért felel. Erre a melegedés elkerülése érdekében van szükség: a tranzisztornak a lehető legrövidebb ideig kell nagy teljesítmény-disszipációs üzemmódban lennie. 4 A 3.28 és 3.30 ábrákon túlfeszültség-védő diódát is látunk, amely a generátor kapocsfeszültségét határolja abban az esetben, ha járó motor mellett lekapcsolódna az akkumulátor az áramkörrőL Üzemszerű működés esetén az akkumulátor "szűri" az elektromos rendszer tranziens impulzusait, melyeket főként a tekercseket (induktív elemeket) tartalmazó rendszerelemek - pl. gyújtásrendszer +

6

5 ';"

7

R1

R2

3.28 LucasACRgenerátor 14TR típusú, belső feszültségérzékelésű

feszültségszahályzóval (Lucas ACR alternator with 14TR machine sensing regulator)

1 Állórész (Stator) 2 Figyelmeztető (töltés visszajelző) lámpa (Warning light) 3 Gyújtás-áramkör terhelései (lgnition loads) 4 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 5 Túlfeszültség-védő dióda (Surge protection diode) 6 Egyéb terhelések (Other loads) 7 Akkumulátor (Battery) 8 Gerjesztőtekercs (Field) 9 Test (Earth return)

3. A gépkocsik töltési rendszerei

- hozzák létre. Ha az akkumulátor bármilyen okbóilekapcsolódik a rendszerről, a tranziens feszültségimpulzus ok tönkretehetik a feszültségszabályzó és a villamos hálózat félvezető elemeit. Ilyenkor van szerepe a védődiódának A védődióda nélkül az akkumulátor lekapcsalódása esetén nemcsak a tranziens feszültségimpulzus ok jelentenének problémát, de a generátor kapocsfeszültsége is túlságosan megnövekedne.

Csatlakozások 1 A csatlakozások és azok bekötés ei különbözőek lehetnek, néhányat a 3.29 ábrákon mutatunk be: 3.29a: ACR akkumulátorfeszültség-érzékelős rendszer 3.29b: ACR belső feszültségérzékelős rendszer 3 .29c: ACR és AllS/133 európai rendszer (belső feszültségérzékelés) 3.29d: A127 generátor. 1

Figyelmeztető

(töltés lámpa) (Warning light) Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) Indítómotor (Starter) Terhelés (Load) Elektromágnes (Solenoid) Akkumulátor (Battery) visszajelző

2 3 4

5

1 6

6

3.29aACR szabvány csatlakozásokakkumulátorfeszültség-érzékelés (ACR standard terminations - battery sensing)

1

5 2 3 4

1

5 6

3.29b ACR szabvány csatlakozásokbelső feszültségérzékelés (ACR standard terminations - machine sensing)

Figyelmeztető

(töltés lámpa) (Warning light) Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) Indítómotor (Starter) Terhelés (Load) Elektromágnes (Solenoid) Akkumulátor (Battery) visszajelző

3.

1

Figyelmeztető

(töltés lámpa) (Warning light) Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) Indítómotor (Starter) Terhelés (Load) Elektromágnes (So/enoid) Akkumulátor (Battery) visszajelző

2 3 4

5 6 "=" 3.29cACR és A115/133 európai csatlakozásokfeszültségérzékelés (ACR andA115/133 European terminations -machine sensing)

belső

2

3

5 1 2 3

4

5

Zavarszűrő

kondenzátor (Supression capacitor) Fáziskivezetés (Phase terminal) Fő"+" csatlakozó (tőcsavaros) ("+"Main stud terminal) Szerelt feszültségszabályzó a kefetartóval (Regulatorlbush box assembly) Testcsatlakozás a házon és a konzolon keresztül (Earth via mounting)

3.29d Jellemző generátor-csadakozások (A 127) (Typical alternator termina ls [A 127])

1

Túlfeszültség-védő

dióda (Surge protection diode)

3.30 Bosch tőcsavaros csatlakozók és jelöléseik (Bosch stud terminal markings)

A 3.29c és d ábrákon a kettős "+"késes csatlakozósaru elsősorban a kellően szaros csatlakozást szolgálja, de a 35 A névleges áramerősségű generátor esetében kettős"+" vezetéket használnak.

A Lucas A127 generátorak kivétel nélkül belső feszültségérzékelésűek, és késes vagy tőcsavaros "+"csatlakozóval rendelkeznek. A Lucas és Bosch generátorak W jelölésű kivezetése 7-8 V feszült-

3. A gépkocsik töltési rendszerei

fáziskivezetés, amelyet kisfeszültségű fogyaszták használnak (pl: fordulatszámmérő, automata hidegindító berendezés fűtése).

ségű

2 A Bosch generátorak rendszerint tőcsavaros, ritkábban késes csatlakozókkal rendelkeznek, jelölésük B+, D+, DF és D-. A jelöléseket a generátor fedélhe öntik (3.30 ábra). Az ábrán jóllátható a túlfeszültség-védő dióda.

3.15

generátorok felépítése 1 A részletek természetesen eltérhetnek. Jellemző Bosch és Lucas generátorokat mutat be a 3.31, 3.32 és 3.33a ábra. A Lucas generátorok hosszú időn át sikeres ACR sorozatát az A sorozat váltotta fel. Ezek egyik újabb változata az A127, melynek fő tervezési szempontjai a kis karbantartásigény és a kis tömeg voltak. A nagy névleges áramerősség érdekében az állórésztekercsek delta kapcsolásúak A feszültségszabályzó és a kefetartó egyetlen egységet alkot, melyet a csúszógyűrű-oldali tartókonzolra szerelnek kívülről (3.33a ábra). Ez gyors hibabehatárolást és javítást tesz lehetővé, melyhez nem szükséges a generátor szétszerelése. A túlfeszültségvédelmet az elektronikus feszültségszabályzó áramkörbe építették be. 2 A nagyteljesítményű (közös nyomásterű) dízelmotorok megjelenésével egyre elterjedtebb az a megoldás, amikor a generátort szabadonfutó tengelykapcsolóval szerelik fel. Erre a forgattyús tengely hirtelen sebességváltozásai miatt van szükség. Az ilyen terhelés-

1 Hátsó oldali fedél 1

2 --+-:-'r

9

3 -+HII:....~-!i!t''"'-

8

4 ~~~--T

--+t+---- 6

3.31 Bo sch generátor felépítése (construction ofBosch alternator)

(Colleetor ring end shield) 2 Egyenirányító (Rectifier) 3 Teljesítménydióda (Power diode) 4 Gerjesztötekeres diódája (Field exciter diode) 5 Feszültségszabályzó, kefetartó és szénkefék (Regulator, brush holder and carbon brushes) 6 Állórész (Stator) 7 Forgórész (Rotor) 8 Ventilátor (Fan) 9 Hajtó ékszíjtárcsa (Drive pulley) 10 Csúszógyűrű-oldali fedél (Drive end shield)

3.

Meghajtás-oldali tartókonzol (Drive-end bracket)

Zavarszűrő

kondenzátor (Supression capacitor) ~~®'Ita

' .'

..... .

Túlfeszültség-védő

Csúszógyűrű-oldali

fedél (Slip-ring end cover)

dióda (Surge protection diode)

3.32 LucasACR sorozatú generátor (Lucas ACR series alternatorJ

változások átvitele nagy ékszíj-terheléshez, az ékszíj csúszásához, gyors ékszíjelhasználódáshoz, szélsőséges esetben ékszíjszakadáshoz vezet. A szabadonfutó tengelykapcsoló egy egyirányban záró tengelykapcsoló, amely védelmet biztosít a hirtelen fordulatszám (terhelés) változásokkal szemben. Ez nagymértékben növeli az ékszíj élettartamát.

3. A gépkocsik töltési rendszerei

Meghajtás-oldali fedél és konzol (Drive end bracket)

Csúszógyűrű-oldali

fedél és konzol (Slip ring end bracket) Zavarszűrő

kondenzátor (Supression capacitor) ~

Feszültségszabályzó a kefetartóval (Regulator/brush box assembly) 3.33a Lucas Al 27 generátor (LucasA127 alternator)

3.33b Generátor szabadonfutó (egyirányú) tengelykapcsolója (Alternator overrun pulley [one-way clutch])

3.16 Leadott teljesítmén y 1 A generátorokat a felhasználási területnek megfelelően többféle változatban, 28 A maximális áramerősségtől (Lucas 15ACR) 75 A maximális áramerősségig (Lucas24ACR) készítik. Az A sorozat 2875 A közötti, míg az A127 sorozat 35 A-70 A közötti áramerősség leadására képes. A generátorak 1000 1/min fordulatszámo n kezdenek tölteni, a fordulatszám függvényében leadott áramerősséget a 3.34 ábra mutatja be. ABoscha generátorait adattáblával szereli, amely a 10-jegyű cikkszámon túl tartalmazza a méretet, kapocsfeszültséget, maximális terhelőáramot, névleges fordulatszámo t és egyéb információkat is (3.35 ábra).

3.

~l'-

1

--,

1 Legnagyobb generátor a sorozatban (Largest in range) 2 Legkisebb generátor a sorozatban (Smallest in range) 3 Lucas A127 generátorak (Lucas a127 alternators)

~ (2.1·:-- ~

/

i.,)

/v

....

~ ~'t.f•0-'

l

....._.

l l/

~

....

-

~

~

v 1OOO

~~

200 0

300 0

400 0

500 0

Forgórész fordulatszáma, 1/min (Alternator speed revlmin)

3.34A127 generátor kimeneti jelleggörbéi (A127 alternator output curves)

A típuskód magyarázata (példa) (Example of a type code) 55 A

3. 35 Bosch adattábla jelölésrendszere (Bosch nameplate coding)

25

©BOSCH

TL---J Fordulatszám (1000 1/min) a névleges áramerősség 2/3-ánál. 1

(Speed [min- 1 hundredsl at 213 rated current)

Névleges

áramerősség

(A) (Rated current [AJ)

'-------- --l Névleges feszültség* (V) (Rated voltage [V*]) '------- ----1

Forgásirány az ékszíjtárcsa felől nézve. (Direction of rotalion [/ooking onta drive end.] (-).vagy R: óramutató járásával egyező (orR clockwise rotation) (+--),vagy L: órajárásával ellenkező (or L counterclockwise rotation) (-),vagy RL: óramutató járásával egyező vagy ellentétes forgásirány (or RL clockwise and counterclockwise rotation) 1. Fogazott pólusrészek (C/ow-po/e alternator)

'------- -------1 2. Kiálló pólusrészek (Salient-po/e alternator)

3. Tekercs nélküli forgórészű generátor (Alternator with windingfess rotor) Forgórész

' - - - - - - - - - - - - - - - - l G: 100 ...

külső átmérője

109 mm K: 120 ... 129 mm N: 130 ... 139 mm

(Stator O. D.)

T: 170 ... 199 mm U: 200 mm felett

*A névleges feszültség (14 vagy 28 V) a generátor megengedett feszültség-tűrésének középértéke. A generátorfeszültséget a feszültségszabályzó a fordulatszámtól és a terheléstől függetlenül, de a beszívott levegő hőmérsék­ letétől függően tartja. A generátor kapocsfeszültsége nem összetévesztendő az akkumulátor legkisebb névleges kapocsfeszültségével, mely a jármű egyéb fogyasztóit (indítómotor, elektromos motorok stb.) táplálja.

Hőleadás

1 A generátorak szélsőséges körűlmények között működnek. Ennek egyik jellemzője a magas hőmérséklet. Nagy fontosságga l bír a motorblokk tól és a kipufogó gyűjtőcsőtől való távolság (azaz a generátor elhelyezése), valamint a környezeti hőmérséklet. A generátorokat általában 70-80 oc üzemi hőmérsékletre tervezik. A gép-

3. A gépkocsik töltési rendszere i

kocsik generátor aira (a hajtó ékszíjtárcsa mögött) ventiláto rt szerelnek , mely a hűtésről gondosko dik (3.36 ábra). Újabb gépjárműveknél a generátor t a motor hű­ tőközegével hűtik, így nincs szükség ventilátorra. Ennél a megoldás nál csökken a zajszint és amotor terhelése is. 2 A félvezető diódák különösen érzékenyek a magas hőmérsékletre. A félvezetőkben termelődő hőt valamilye n módon el kell vezetni, ezért ezeket hőelvezető fémlemez ekre (hűtőbordára) szerelik. 3.36 Generátor hűtőventilátorának működése (Alternator cooling fan) A hűtőbordák nagy felületűek és jó hő­ vezető képességűek általában alumíniokon általában kettős hűtőbarclát generátor A . umból készülnek isú egyenirán yító-híd egyenáram ú háromfáz a alkalmazn ak, melyet ra három teljesítmé nydióhűtőbordá oldalán helyeznek el. Az egyik da katódja csatlakozik, mely az akkumulá tor "+" kivezetésével van összekötte tésben. A másik hűtőbordára is három teljesítmé nydióda van szerelve, de fordított polaritáss al, a testpontta l összekapcsolva. 3.37 A gerjesztődiódák (melyek kisebb hőt termelnek ) saját különálló Generátordiódák hűtőbordával rendelkez nek. A 3.37 ábrán egy lehetséges elrendekettős hűtőbordája zést mutatunk be. Vessük össze ezt a kapcsalás i rajzot a 3.15 ábra (Dual heat sink kapcsalási vázlatával! to cool alternator diodes)

1

2 1

1

1

1

1

3

1

3

3

1 Teljesítménydiódák (Po wer diodes) 2 Gerjesztőköri diódák (Field exciter diodes) 3 Hűtőborda (Heat sink)

1

3

1

A generátor ak leggyakoribb meghibáso dásai:

JI.'II.JI.'c;::.•= ...... tö.lté!S-11Tis:sza)E!lzö izzó. Ebben az esetben a generátor lehetséges, hogy nem kezd tölteni .

.n.~.~~.~.~". A kefék a kefetartób an megragad hatnak (a szennyeződések illetve a kopás során létrejövő grafitpor hatására). A kefék elkapnak, elhasznál ódnak, így elfogynak . A csúszógyűrűk felülete olajos, zsíros, szennyeze tt lehet.

Dióda hiba. A diódák tönkreme neteléhez vezethet: • laza akkumulá tor-csatlak ozás, vagy rossz minőségű testelés; • az akkumulá tor-csadak ozások véletlen felcserélése (akár csak egy pillanatra is); • ha a generátor t vagy az akkumulá tort járó motor mellett lekötjük az elektromo s rendszerről; • külső indítóakk umulátor használat a helytelen polaritás sal; • ívhegeszté si munkálat ok a gépkocsin (a generátor t ilyenkor minden esetben le kell kapcsoini az elektromo s rendszerről).

Csapágya k tönkreme netele. Általában a túl feszes ékszíj a hiba oka. A csapágyak ba került szennyeződések berágódá st okozhatnak. Ékszíj. Ellenőrizzük, hogy terhelésre nem csúszik-e meg az ékszíj. Erre utal a magas, sivító hang. Az ilyen hang nemcsak laza, hanem kopott ékszíjra is utalhat. Ilyenkor az ékszíj az ékszíjtáre sán az elő­ írtnál mélyebb pályára került, és profiljána k alja felfekszik az ékszíjtárcsára. (Ahelyett, hogy a V-alakú oldalsó profilok feküdnéne k fel.) 2 A generátor hibáinak megismer ése után célszerű a töltésrend szer hibabehat árolásána k logikai sorrendjét felállítan unk A következőkben leírtak bármely generátor ra érvényese k. A régebbi, akkumuláto ros gerjesztésű rendszere kre vonatkozó megjegyz éseket külön jelöltük.

1 A generátor ak kis karbantartás-igényűek, ugyanakk or érdemes a kefék és a csúszógyűrűk állapotát rendszere sen ellenőrizni. A töltési rendszer hibái a következők lehetnek: a) Hibás akkumulátor. b) Szakadáso s vezetékek, hibás csatlakozá sok a kábelvégek nél, csúszósaruknál. c) Generátor meghajtó ékszijának lazasága.

3. d) A generátor tekercselésének vagy diódahídjának hibái. e) Hibás feszültségszahályzó. f) A kiegészítő egységek hibái (gerjesztőköri jelfogó, töltés-visszajelző izzó, visszajelző izzó jelfogója).

2 Hiba esetén a részletes átvizsgálás előtt érdemes szemrevételezni a rendszer fontosabb részeit. Ellenőrizzük az ékszíj feszességét (3.38 ábra), a csatlakozók tisztaságát (látunk-e korróziót?). Figyeljük meg, hogy történik-e gázképződés a töltés alatt álló akkumulátor-cel lákban. Ha semmi gyanúsat nem tapasztalun k, az alábbi logikai sorrendet érdemes követni. 3

A következő műszerek szükségesek : a) Lengőtekercses egyenfeszültségmérő 20 V méréshatárral (24 V-os elektromos rendszereset én a méréshatár legyen 40 V). h) Lengőtekercs es egyenáram-mérő 10 és 100 A méréshatárral. c) Akkumulátor -elektrolit sűrűségmérő. d) Ellenállásmérő (alacsony és magas méréshatárokkal). e) Nagyáramú akkumulátorkisülés-mérő.

4 Járó motornál ügyeljünk a mozgó alkatrészekr e. A hőkapcsoló által vezérelt hűtőventilátor kikapcsolt gyújtás esetén is elindulhat ha lehetséges, bonstuk a ventilátor csatlakozásá t. A gyújtást mindig kapcsoljuk ki, mielőtt az elektromos rendszer vezetékezés ét bárhol megbontan ánk A generátor fővezetékének le- vagy visszakötése előtt mindig bontsuk az akkumulátor negatív csatlakozásá t. Ékszíjfeszesség (Belt drive tension) 6 mm körülinek kell lennie, és az ékszíj nem lehet kopott, elhasznált. (Shou/d be 6 mm [114"] and belt not excessíve/y worn.)

Nyomjuk be ujjunkkal, közepes (Maderate finger pressure.)

erővel.

3.38Az ékszíj feszességnek mindenkor az előírtnak kelllennie (Drivebelt tension must be corrected)

5 A szabványos jelölések táblázatát a 3.39 ábra mutatja be. A HIBABEHAT ÁROLÁS MENETE A mérési elrendezése k áhráit a Lucas Automotive Ltd. engedélyével közöljük.

Az akkumulát or állapota. Az akkumulátor ellenőrzésének egyszerű módja, ha kikapcsolt gyújtás mellett bekapcsolju k a fényszóróka t. Az akkumuláto r kapocsfeszültsége ennek hatására nem eshet 12 V alá. Ellenkező esetben töltsük fel az akkumulátort. Vezetékek folytonoss ága. Ellenőrizzük a generátorho z vezető kábelek állapotát. Csatlakozta s suk le a vezetékeket . Mindhárom vezetéken az akkumuláto r feszült-

l. "Euro" csatlakozó (~]Euro terminations)

ll. Tőcsavaros csatla~kozó ([ii] Stud terminations) .O

(!)+ IS

Lucas jelölés (Lucas) IND

+

3.39 Generátor-kivezetések (Alternator terminations)

Funkció (Function) Figyelmeztető

(töltés visszajelzö) lámpa (Warning light) Fővezeték

További lehetséges jelölések (Others) D+, 61, L, lamp, N B, B+, Bat, 30

(Main output)

s

Akkumulátorfeszültség-érzékelés (Battery sense)

Batt

ségét kell mérnünk bekapcsolt gyújtás és ÁLLÓ motor mellett (3 .40 ábra). Ha az IND vezetéken nem mérhető feszültség, az a töltésviszszajelző lámpa izzójának meghibásodásá ra utal. A generátor kimenetei. A generátor működését egyszerűen ellenőrizhetjük, ha az akkumulátor pólusaira egy 20 V méréshatárba kapcsolt egyenfeszültség-roérőt csatlakoztatun k Kapcsoljuk be a fogyasztókat: a fényszórót, a hátsó ablak fűtését stb. (Az ablaktörlőt ne, mivel szárazon üzemeltetve ez a szélvédő karcosadását okozhatja). 3-5 perc eltelte után közepes fordulatszámo n (kb. 3000 1/min) járassuk a motort. Ezután a motort állítsuk le, a fogyasz-

W/L

3.40 A vezetékek ellenőrzése

(Checking cables)

Figyelmeztető

(töltés lámpa IGN/SW Gyújtáskapcsaló Batt +VE Akkumulátor"+" visszajelző)

3. tókat kapcsoljuk ki. Az akkumulátor kapocsfeszültség ének a motor néhány perces járása után 13,5 V körüli értéken kell lennie. Ha az akkumulátor jó állapotú, és a feszültség nem éri el a 13,5 voltot, a generátor hibájára kell gyanakodnunk . Ennek a mérésnek az alternatívájak ént megmérhetjük a generátor általleadott áramerősség maxumumát. Kössük le az 3.41 Teijes terhelés mérése (Full-load testing) akkumulátor-k ábeleket. A"+" vezetékbe iktassunk áramerősség-mérőt. Fontos a csatlakozások jó minősé­ ge: amint már kor~bban leírtuk, a rossz minőségű csatlakozások a generátor diódáinak tönkremenetel ét okozhatják. Az IND csatlakozót egy egyszerű hosszabbító vezetékkel kapcsoljuk a sorcsatlakozó megfelelő érintkezőjére (3.41 ábra). Csatlakoztassu k újra az akkumulátorká beleket. Kapcsoljunk be fogyasztókat, hogy az akkumulátor részben kisüljön, majd járassuk a motort 3000 1/min fordulatszámon . Az árammérőn az adott generátor maximális névleges áramerősségét kellleolvasnun k A mérés után állítsuk helyre az eredeti csatlakozásoka t. (Előtte természetesen ismét kapcsoljuk le az akkumulátort a gépkocsi elektromos rendszeréről!) Ha a leolvasott érték jelentősen alacsonyabb az elvárt áramerősségnél, a generátor javításra (cserére) szorul.

Feszültséges ések az árantkörben .

W/L

Figyelmeztető

(töltés visszajelző) izzó IGN/AUX Gyújtáskapcsaló "+" +VE "-" -VE 3.42 Feszültségesés mérése (Volt-drop test)

A feszültségesése k leggyakrabban szenynyez ett vagy korrodált csatlakozókon jönnek létre. Csatlakoztass unk feszültségmérőt az akkumultátor és a generátor "+" csatlakozója közé. Járassuk amotort közepes fordulatszámo n és kapcsoljuk be a fogyasztókat (az ablaktörlő kivételével). A műszer a feszültségesést mutatja, amely nem lehet több, mint 0,5 V. Ha ennél nagyobb feszültséget mérünk, keressük meg és javítsuk ki a meghibásodot t csatalkozásoka t. Hasonló módon mérjük meg a feszültségesés t az akkumulátor negatív pólusa és a generátor fém háza között. Ez az érték sem haladhatja meg a fél voltot. Ellenőrizzük a akkumulátor negatív kábelcsatlakoz óját, valamint a testkábelek állapotát. Ilyeneket találunk az akkumulátor és a karosszéria, illetve a motor és a karosszéria között (3 .42 ábra).

3A13 Generátor oszcilloszkópos mérése (Volt-drop test)

•~~~~~"'

J árassuk a motort közepes fordulatszám on, bekapcsolt terhelések mellet! (Run engine at charging speed -loads on)

Nem

Já rassuk a motort 300 0 1/min fordulatszámon. Kapcsoljuk be a fényszórókat, a hátsó ablak fűtését, a fűtöventil átort. Az akkumulátor kapocsfeszültsége nagyobb, mint 13,5 V? (Run engine at 3000 rpm. load wíth head/ights, rear screen, he ater fan. above 13,5 vo/ts?)

Csúszik az ékszíj, vagy hibás a feszültségszabályzó (Drive belt slipping. Voltage reg

(Yes) Járassuk amotort 3000 1/min fordulatszámon, kapcsoljuk Kl a fogyasztókat A feszültség 14,5 V (illetve a gyártó elöírása) alatti? (Run engine at 3000 rpm. Loads off. be/ow 14,5volts or makers figura?)

Nincs kimeneti jeL Ellenörizzük a csatlakozásakat, a keféket, a feszültségszabályzót (No output. Check connec-

Hibás a feszültségszabályzó (Voltage reg. fau/ty)

A feszültség sza.bályz ó ellenőrzése. Járassuk a motort 3-5 percen keresztül 3000 1/min fordulatsz ámon, eközben pedig folyamatosan mérjük az akkumulá tor kapocsfeszültségét. A mért feszültség 13,6 és 14,4 V közötti értéket vehet fel. Ha a feszültség túl magas, túl alacsony, vagy folyamato san változik, cseréljük ki a feszültségszabályzót. Az alsó és a felső határérték gépkocsin ként és generátoronként eltérő. Minden esetben a gyártó által előírt értékeket vegyük figyelembe. Oszdllos zkópos mérés. Oszcillosz kóppal a"+" töltővezetéket vízsgáljuk. A 3.43 ábrán a megfelelő és a hibás működés képe:rnyő­ ábráit láthatjuk.

3.20 Generá:torok javítása 1

a) Egyenirányító diódák, gerjesztőkört diódák; b) forgórész-tekercsek; c) állórész-tekercsek; d) csapágyak; e) kefék.

'' ll

l!

A generátor következő fő alkatrészei hibásodhatnak meg:

2 Mielőtt bármilyen javítási munkába fognánk, érdemes átgondolni a költségeket. Lehetséges, hogy egy új generátor olcsóbb, niinf a cserealkatrész és a rászánt munka összes költsége. Mérlegeljük az új generátorra érvényes garancia előnyeit is. A diódákat a méréshez le kell forrasztanunk az állórésztekercsekrőL Ügyeljünk arra, hogy a dióda a lehető legkisebb hőterhelést kapja kiforrasztás közben. A dióda kivezetéseit csipesszel fogjuk meg. A diódára kapcsoljunk 12 V egyenfeszültséget, egy 12 V l 5 W izzólámpán keresztül. A diódát az egyik irányban az áramkörbe kapcsolva az izzó világít, míg a dióda megfordítása után kialszik. Ha az izzó mindkét esetben világít, a dióda zárlatos. 3

4 Az állórész-tekercseknek három kivezetése van csillag- és deltakapcsolás esetén egyaránt. Az egyes kivezetés-párok között azonos Generátor

Generátor állórésze (Alternator stator)

Ellenállásmérő

(Ohmmeter) 3.44 Állórész ellenállásának mérése. Minden kivezetés-pár között azonos értéket kell mérnünk, 0,1 D nagyságrendben. (Stator winding resistance test. Should be identical between leads- expect about 0.1 ohms.)

Max. 110 V(110V AC max) 3.45 Az állórész és a generátor háza közötti szigetelési ellenállás ellenőrzése (Stator-to-frame insulatlan test)

forgórésze (Alternator rotor)

Ellenállásmérő

(Ohmmeter)

A várt érték 3-4 Ohm. (3 to 4 ohms is norma/.) 3.46 Forgórésztekercs ellenállásának mérése (Rotor winding resistance check)

3.47 Forgórész és vas közötti szigetelés mérése (Rotor-to-frame insulation test)

ellenállásértéket kell mérnünk. Az egyes kivitelek eltérőek, a várt érték 0,1 Ohm körüli (3.44 ábra). A tekercsek és az állórész vasmagja közötti szigetelési ellenállás nagy értékű (l MO körüli). Ellenállásmérő műszer hiányában használjunk egy 25 W-os izzót 110 V (vagy kisebb) váltakozófeszültséggeL Az izzó nem világíthat. Ha világít (vagy halványan izzik), az állórésztekercs testzárlatos (3.45 ábra). 5

A forgórész ellenállását a

csúszógyű­

rűkön tudjuk megmérni. Értéke gyártó-

tól függően 3-4 O. Ha az ellenállásmérő túlságosan nagy értéket mutat, a tekercs szakadásos (3.46 ábra). A szigetelési ellenállást az ellenállásmérő magas méréshatárában, az egyik csúszógyűrű és a forgórész pólusaközött mérjük. Ez utóbbi mérést elvégezhetjük 110 V váltakozó feszültségre kapcsolt 25 W izzólámpával is (3.47 ábra). Az izzólámpának is 110 voltosnak kell lennie, de ennek hiányában egy otthoni, 230 V névleges feszültségű izzó is megteszi. Tekercszárlat esetén a 230 voltos próbalámpa is észrevehető mértékben felízzik. 6 Ha a kefék mérete az előírt méret alá csökkent, ki kell őket cserélni (lásd a táblázatot). Az elterjedtebb típusok: Lucas A, AC és ACR, Ducellier, Bosch, Paris-Rhone, Femsa, Hitachi, AC Delco, Marelli, Denso, Delco Remy és Mitsubishi. A kefék cseréje általában igen egyszerű. Sajnos a Denso, AC Delco, Delco Remy és Mitsubishi generátorokat annyira szét kell szedni a kefecseréhez, hogy érdemes lehet az egész generátort cserélni. Ha mégis a javítás mellett döntünk, az csak szakszervizben végezhető el.

Keressük meg a keféket és ellenőrizzük a hosszukat. Ezután vizsgáljuk meg a csúszógyűrűket. A csúszógyű­ rűk igen ritkán hibásodnak meg (kopnak el, rágódnak be). Érdemes megtisztítani a felületüket. Ha berágódásokat találunk a csúszógyűrű felületén, szabályoztassuk fel (vagy cseréljük a forgórészt),

3.

mivel a berágódás ok igen hamar elkoptatnák az új keféket. Az egyes típusok keferögzítése eltérő. Egyes esetekben a kefék csak forrasztással távolíthaták el, illetve szerelhetők be.

AKKUMULÁTOROS GERJESZTÉSŰ GENERÁTOROK (LUCAS 10/1-:J. RENDSZER)

Egyes mérések megegyeznek az ACR jellegű generátorak méréseivel. Ezek: az akkumulátor állapota, az ékszíjfeszesség és a vezetékek folytonossága. Mivel a 10AC és a 11AC generátorak akkumulátoros gerjesztésűek, itt további mérésekre van szükség. Ezek a mérések a gerjesztőköri jelfogó és a visszajelző lámpa működését vizsgálják.

1. mérés: a gerjesztőköri jelfogó Nézzük meg újra a 3.16 ábrát. Látható, hogy a jelfogó feladata, hogy a cl és c2 kivezetéseire kapcsolt gerjesztőtekereset és akkumulátort összekapcsolja. Ha a generátor nem tölt, kapcsoljunk áraromérőt a generátor fővezetékébe, a 3.48 ábrán látható módon. Először kössük le a negatív akkumulátor-csatlakozást. Bontsuk a C1 és C2 kivezetések csatlakozóit, majd kössük össze ezt a két vezetéket. Csatlakoztassuk az akkumulátor-kábelt. Járassuk amotort 1500 1/min fordulatszámon. Ha a generátor tölt, a hiba a gerjesztőköri jelfogóban, vagy annak vezetékeiben rejlik. A W1 és W 2 pontok közé kapcsolt feszültségmérőnek az akkumulátor kapocsfeszültségét kell mutatnia. Ha ez nem így van, ellenőrizzük W 2 kapcsalódását testre, illetve W1 kapcsalódását a tápfeszültségre.

3.

0~-=1-=-lll-­

lndítómo~jelfogója'-'+....____ -_,! (Starter solenoid)

Akkumulátortól (From battery)

Áthidalás. ~~~~~~~~~-------- Gyújtáskapcsolától A feszült(From ignition switch) ségmeres._._ _ _ _ _ _ _ _ _ Feszültségszabály-

idejére kössük vissza a vezetékeket C1 és C2 csatlakozókra. (Reconnect with Ct & C2 for voltmeter testing) 3.48 A gerjesztőköri jelfogó ellenőrzése (Checkingthe field relay)

zóhoz/gerjesztéshez (To regulatori alternator field)

2. mérés: a gerjesztőáramkör A gerjesztés ellenőrzésének legegyszerűbb módja, ha bontjuk a 4TR feszültségszabályzó csatlakozásait, majd az "F" és a"-" csatlakozó vezetékeit árammérővel összekötjük (3.49 ábra). Bekapcsolt gyújtás mellett az árammérő 3 A áramerősséget kell, hogy mutasson. Ha nem mérhető áram, a gerjesztőáramkör valahol szakadásos. 3. mérés: legnagyobb leadott áramerősség Ismét bontsuk a feszültségszabályzó csatlakozásait. Az "F" és"-" csatlakozó vezetékeit kössük össze, ahogyan a 3.50 ábrán is látha-

Gyújtáskapcsolóhoz (To ignition switch) Indítómotor jelfogójához (To starter solenoid)

3.49 A gerjesztőáramkör ellenőrzése (Checking the field circuit)

3. A gépkocsik töltési rendszerei

Gyújtáskapcsolóhoz (To ignition switch) - - - Indítómotor jelfogójához (To starter solenoid)

3.50 A legnagyobb leadott áramerősség (10/llAC) (Checkingthe alternator maximum output -10/llAC) ellenőrzése

tó. Az árammérőt a generátor fővezetékébe iktatjuk 3000 1/min motorfordulatszám mellett a következő áramerősségeket kell mérnünk:

3.51 Feszültségszabályzó mérési elrendezése (Checking the 4TR voltage regulator setting)

Ha O, vagy nem megfelelő áramerősséget mérünk, az állórész, vagy az egyenirányító diódahíd hibásodott meg.

4. mérés: a feszültségszabályzó A 4TR feszültségszabályzót feltöltött akkumulátorral, normál üzemi hőmérsékleten mérjük. A töltés mértéke (áramerőssége) nem 1 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 2 Gyújtás (lgnition) 3 Indítómotorhoz (To starter) 4 Indítómotor jelfogója (Sterter so/enoid) 5 Figyelmeztető (töltés visszajelző) lámpa (Warning light) 6 Feltöltött akkumulátor (12 V) (12 volt battery wel/ charged)

~. ~~1

3.52 Figyelmeztető

töltés-visszajelző

l

lámpa jelfogójának

l

.

ellenőrzése

(Checking the 3AW warning light control)

.

' i'

függ a motor fordulatszámátóL Terheljük az áramkört a helyzetjelző világítással és járassuk amotort 3000 1/min fordulatszámon. A mérési elrendezést a 3.51 ábra mutatja. A feszültségszintek a következők:

Feszültségszabályzó működési tartománya 24 V

Ha a generátor tölt, a lámpa azonban nem működik, az izzót kell Ha az izzó hibátlan, mérjünk feszültséget az AL csatlakozó és a test között. 12 voltos rendszer esetén 6-8 voltot kell mérnünk, 24 voltos rendszerben pedig 14-15 voltot. Nem megfelelő feszültség az egyenirányító diódák hibájára utal. Ezután ellenőrizzük a visszajelző lámpa vezérlő jelfogóját: húzzuk le az E és a WL csatlakozók vezetékeit, és kössük össze őket (3.52 ábra). Bekapcsolt gyújtás mellett a visszajelző lámpának világítani kell - ha nem így működik akkor a jelfogó hibás. elsőként ellenőriznünk

1 A gépjárműveket hosszú időn át egyenáramú generátorral, azaz dinamóval szerelték Mára a dinamót teljes mértékben leváltotta a generátor. A generátor több előnnyel is rendelkezik, melyeket a fejezet elején már ismertettünk Ennek ellenére ma is róják útjainkat dinamóval szerelt járművek, így a dinamó működésének és javításának ismerete továbbra is elengedhetetlen.

3.

Szinuszhullám jellegű impulzusok (Half sine-wave pulses)

Egymenetes forgórész egyenáramú kimenete (Uni-directional [dc] output from single-coi/ armature) Az áramirány minden félfordulatnál megfordul (Dircetion of current flow reverses every 1/2 revolution) 0 Mechanikai meghajtás (a motorról) /-./(Engine drive)

A külső áramkörben az áramirány nem változik (Current flow is always in the sa me direction in the external circuit) 3.53 Egyszerű

kommutátor egyenirányító hatása (Rectifi.cation by a simple commutator)

2 Érdekes tény, hogy a dinamó forgórészében váltakozó áram jön létre, amint a mágneses pólusok között forog. A kommutátor azonban egyfajta egyenirányítóként viselkedik. Az áramirány megfordulásakor a dinamó kivezetései az ellentétes kommutátorszegme nsekkel érintkeznek. 3 A 3.53 ábrán közelebbről szemlélhetjük a fenti folyamatot. Az ábrán egyetlen, téglalap alakban meghajlított vezetődarabot - azaz forgórészt - látunk, amely az északi és déli mágneses pólusok között forog. A folyamat megértését könnyíti, ha a pólusok közé képzeljük az erővonalakat. Amikor az a-val jelölt vezetékrész lefelé (az erővonalakat metszve) mozog, a b-vel jelölt vezetékrész felfelé halad. A két vezetékrészben indukált feszültség összeadódik és megjelenik a kivezetéseken. Az áramirány a B1 szénkefétől a külső áramkörön át az B2 szénkefe felé mutat.

:~.

3.54 Töhhtekercses forgórész kimeneti hullámformája (1\/Iulti-coil arrnature output)

4 Amikor a forgórész 90°-ban elfordult, az és "b" jelű vezetékrészek éppen a legalsó a legfelső pontban vannak. A kefék ekkor az ellentétes kommutátorszegmenssei kerülnek érintkezésbe. "b" szakasz lefelé fog haladni (az északi pólus mentén), a benne indukált feszültség éppen ellentétes lesz az előző feszültséggel (amikor még a déli pólus mentén haladt felfelé). Az "a" vezetékrész feszültsége ugyanígy változik. Mivel azonban a kefék már ellentétesen kapcsolódnak a kommutátorszegmensekre, a kimenet olyan szinuszgörbe lesz, melynek negatív félperiódusa is a pozitív tartományban jelenik meg. A külső terhelésen folyó áram nem vált irányt, így egyenáramnak nevezzük, és bár impulzussorozatok formáját veszi fel, az akkumulátor töltésére alkalmas.

5 A gyakorlatban a dinamó forgórészén több tekereset és ennek megfelelően több kommutátorszegmenst alakítanak ki. A mágneses mezőt így jobban kihasználjuk, és nagyobb teljesítményt kapunk. A kimeneti feszültség (áram) hullámformája is finomabb (3.54 ábra),

:li.55 Jellemző dinamó-forgórész a kommutátorral (Typical dynamo arrnature and commutator)

6 A tekercseket lemezelt (laminált) vasmagban alakítják ki, a vasmagot az acél tengelyen rögzítik (3.55 ábra). Ez még nagyobb leadott teljesítményt jelent, mivel a vasmagban a kisebb légrésnek köszönhetően erősebb a mágneses mező. 7 A vasmag egymástól elszigetelt lemezekből épül fel. Ha a vasmag egyetlen tömbből készülne, az végtelen, számú., egymással rövidzárként összekapcsolt vas vezetékként viselkedne. A mágneses mezőben végzett forgómozgás ezekben az elemi vezetékekben feszültségeket indukálna és áramokat hozna létre. Az összeadódó áramok nagy áramerősségű, körben keringő áramot (úgynevezett ö~rvéltyá~r< 20

Megszakiló zárása (Points close)

Tranzisztoros gyújtásrendszer (Transistor aided system)

Idő (ms) (Time-miflisecs)

5

10

15

20

Zárási idő-~ tartomány (Dwe/1)

Megszakiló nyitása (Points open)

6. A gyújtásrendszer

6.48 Hagyományos és elektronikus gyújtásrendszerek teljesítményének összehasonlítása (Performance comparisan between conventional and electronic systems)

100

200

300

400

500

600

700

Szikrák száma másodpercenként (Sparks per second)

A primer áram felépüléséhez szükséges idő behatárolja az elérhető legnagyobb szikra-gyakoriságot, így az elérhető legnagyobb mctor-fordulatszámot is. (Magas fordulatszámon előfordulhat, hogy a gyújtás pillanatában még nincs megfelelő áramerősség a primer körben, így a szikra nem megfelelő minőségű.) A gyújtótekercs primer induktivitásának csökkentése nagyban javítja a gyújtásrendszer teljesítményét. Ez a 6.47 és 6.48 ábrákon látható jelleggörbéken követhető. A magas motorfordulatszám mellett is erős szikrát biztosító rendszer javítja a motor hatásfokát. 6

7 A tranzisztoros gyújtásrendszer előnyei tehát a magasabb motorfordulatszámok biztosítása, a gyertyalerakódások hatásosabb "leverése", illetve a gyújtásmegszakító hosszabb élettartama. Hátránya, hogy továbbra is megmarad a mechanikus gyújtásmegszakító. Bár az autógyártók nem hoznak forgalomba ilyen gyújtásrendszerrel szerelt típusokat, utólag beszerelhető "csináld-magad" készletben máig népszerűek az ilyen áramkörök. Egyszerű,

felépítése,

tranzisztoros gyújtóáramkör működése

1 A 6.46 ábrán látható áramkör hátránya, hogy a bázis előfe­ szítését külön teleppel oldottuk meg. A gyakorlatban a bázis- és a kollektor-áramkör tápfeszültségét is ugyanaz az akkumulátor szolgáltatja. A tápfeszültség és a test közé két ellenállásból álló feszültségosztót kapcsolunk, melyet úgy méretezünk, hogy középső megcsapolása éppen a kívánt bázisfeszültséget adja. A tranzisztoros gyújtóáramkör egy egyszerű megvalósítása a 6.49 ábrán látható. A rajzon megfigyelhető a feszültségosztó.

6. A gyújtásrendszer

6.49 Egytranzisztoros gyújtáselektronika (Single transistor TAC ignition circuit)

1

Tápfeszültség, 12 V (12 Volt battery supply)

1 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 2 Gyújtásmegszakító (Contact breaker) 3 Gyújtógyertya (Spark plug)

4

400:1 Viszonyú gyújtótekercs (lgnition coíl 400:1 ratío) 5 15 A, 150 V (záróirányban) (15A 150volt peak ínverse)

áram erősségét. A 6.49 ábra egy gyakorlati kapcsolást mutat be, 400:1 viszonyú gyújtótekerccsel. Az indukált tranziens feszültségektől Zener-dióda védi a tranzisztort. Amikor a Zener-diódán eső feszültség eléri a letörési feszültségét (56 V), a Zener-dióda vezetővé válik, így a tranzisztort kis ellenállású vezetőként hidalja át, mindaddig, amíg a túlfeszültség fennáll. 3 A gyújtásmegszakító zárásakor R2 és R3 feszültségosztóként viselkedik és előfeszíti - így bekapcsolja - a tranzisztort. D1 diódán R1 ellenállásan keresztül áram folyik a fő áramkörben. Ez az áramkör a tranzisztororr és a gyújtótekercsen záródik test felé. A megszakítás pillanatában R2-R3 ága megszakad, a tranzisztor a tranzisztor kikapcsol. D1 diódán és R4 ellenálláson keresztül kis erősségű áram folyik, ami azt eredményezi, hogy az emitter kb. 0,7 volttal negatívabb a bázishoz képest. Ez biztosítja a tekercsáram kikapcsolását, amely létrehozza a szekunder áramkörben a szikrafeszültséget. Az áramkört alumínium hűtőbor4

előfeszítése megszűnik,

Kéttrta:!l1lJl::i~ztoro!l gy~jtóáramkör felépíté~e,

llltÍU1!:ödél!ile Egyetlen teljesítménytranzisztor is kielégitő eredményt ad, de megoldás a két tranzisztor használata: az egyik tranzisztor veszi a megszakítá érintkező KI-BE jeleit, és vezérli a második tranzisztort. Ez a második tranzisztor kapcsolja a primer áramot. Az ilyen elrendezés fő előnye a gyors kapcsolás, illetve a kisebb hődisz­ szipáció. 1

2 A 6.50 ábrán látható kapcsolásban két tranzisztor szerepel. Az emittereik nyilazása a típusukra utal: T 1 PNP, míg T 2 NPN típusú. (Ismételjük át: a PNP tranzisztor akkor "BE" állapotú, ha az emitter feszültség pozitívabb a bázisfeszültségnéL Az NPN tranzisztor akkor "BE" állapotú, ha az emitter feszültség negatívabb a bázisfeszültségnél.) 3 Amikor a megszakítá érintkezői zártak, áram folyik az R1 - R 2 feszültségosztón, és ez a 6.50 ábra szerínti feszültségeséseket hozza létre. R2-n eső feszültség nyitja (bekapcsolja) T 1 tranzisztort. T 1 kollektor áramának hatására R3 -on és R4 -en feszültség esik. R4 feszültségesése bekapcsolja T2 tranzisztort. 4 Amikor a megszakítóérintkezők nyitnak, megszűnik T1 előfe­ szítés e, így T 1 lezár (kikapcsol). Emiatt T 2 előfeszítése is megszű­ nik így ez is lezár. A kollektoráram - azaz a primer tekercs árama - megszűnik. A szekunder tekercsben indukált feszültség a gyújtáselosztó megfelelő szegmensén keresztül a gyújtógyertyára kerül és szikrát hoz létre. 5 A gyújtás pillanatában néhányszáz voltos nagyságrendű feszültség indukálódik a primer tekercsben, amely károsíthatná T 2 tranzisztort. ZD Zener-diódát úgy választják meg, hogy 100 V feszültség környékén váljon vezetővé, így védve a tranzisztort. Az R1 -R2 ellenállásosztót úgy méretezik, hogy megfelelően előfeszítse T1 tranzisztort. A megszakítá érintkezőin folyó áram kb. 250 mA, ami elegendő a szennyeződések és a korrózió "leverésére" (ezt tisztítóáramnak nevezzük). R5 előtétellenállás a primer áramerősséget korlátozza. 6 Az áramkör több változata ismert. Vitathatatlan előnyei ellenére az elrendezés nagy hátránya, hogy jeladóként továbbra is a mechanikus gyújtásmegszakítót használja. A hátrányok:

a) A követőbütyök kopása miatt rendszeres utánállitásra van ség;

6. A gyújtásrendszer

+12V

ZD Zener-dióda (Zener diode)

" Gyújtásmegszakító (Contact breaker)

-=-

6.50 Komplementer tranzisztorpárra épülő tranzisztoros gyújtóáramkör (TAC circuit using complementary transistors)

A tranzisztoros gyújtásrendszerek fejlő­ désének következő állomása a mechanikus megszakítá elhagyása volt. 7 A Sparkrite 2000 olyan átalakító készlet, amely az eredeti megszakítá kapcsolót és gyújtótekereset használja (6.51 ábra).

6.51 Sparkrite SX2000 gyújtáselektronika (Sparkrite SX2000 ignition set)

Ez a berendezés kapacitív és induktív energiát is használ a szikra létrehozásához, így a hagyományos induktív és a kapacitív kisüléses rendszerek előnyeit ötvözi: gyorsan felépülő primer áram haszszan tartó nagy energiájú szikra mellett. A kapacitív kisüléses gyújtásrendszereket a következő szakaszban ismertetjük.

8 'A rendszer biztos gyújtószikrát hoz létre szegénykeverékes üzemben, magas fordulatszámokon, nagy terhelésen is. A vezető egy kapcsaló segítségével bármikor visszaállíthatja az eredeti akkumulátoros tekercsgyújtást, az áramkört kiiktatva. Erre az áramkör meghibásadása esetén lehet szükség. 9 A diagnosztikai műszerekkel történő gyújtásbeállításhoz a fenti kapcsolóval kapcsoljuk át hagyományos üzemmódba a gyújtásrendszerünket, végezzük el a szükséges beállításokat, majd kapcsoljuk vissza az áramkört. Az elektronikus áramkör működése mellett az oszcilloszkópos gyújtófeszültség-vizsgálat nem vezet eredményre,

219

6. A gyújtásrendszer

mivel a gyújtógyertya elektródájának kezdeti pozitív ionizációja megzavarja a mérést. n.apa4Cll:llV

kisüléses (CDI) gyújtásrendszer

Ebben a rendszerben egy kondenzátor tárolja az elektromos energiát, és ez az energia a primer gyújtótekercs áramkörén keresztül kisülve a szekunder áramkörben létrehozza a gyújtófeszültség-impulzust. A többi (ebben a könyvben ismertetett) gyújtásrendszer a gyújtótekercs mágneses terének energiáját használja szikraképzésre. Itt azonban a kondenzátorban tárolt energiát használjuk ki, amely leírható: E=l/2 C· U2, ahol: C a kondenzátor kapacitása farádban (F), U a kondenzátor feszültsége voltban (V). Ahhoz, hogy a kondenzátorban megfelelő mennyiségű energiát tárolhassunk, magas töltőfeszültségre van szükség. A gyújtótranszformátor itt annyiban eltérő tervezésű, hogy a kondenzátor segítségévellétrehozott impulzust kell transzformálnia. Természetesen primer és szekunder tekercsekkel rendelkezik. 2 A kapacitív kisüléses gyújtásrendszer alapelvét a 6.52 ábrán mutatjuk be. Tegyük fel, hogy az egyenáramú tápegység a kondenzátort 350 voltos egyenfeszültségre képes tölteni. Az elektronikus kapcsaló bekapcsolásakor a kondenzátor a primer tekercsen keresztül kisül. A létrejövő áramimpulzus a szekunder tekercsben 40 kilovoltot meghaladó feszültségimpulzust hoz létre. Ez rövid ideig tartó, nagy intenzitású szikrát eredményez. 3 Az elektronikus kapcsaló a gyakorlatban legtöbbször egy tirisztor (vezérelt egyenirányító). A tirisztorról részletesen lásd az 1. fejezetet. Ez az eszköz alapvetően egy négyrétegű félvezetőeszköz, amely az áram útját egészen addig elzárja, amíg a kapuelektródára ún. indítóáramot nem kapcsolunk (6.53 ábra). Amikor az indítóáram megjelenik, a tirisztor vezetni kezd (nyit), akár egy kapcsoló. Ha a tirisztor anódja és katódja közötti feszültség adott küszöbfeszültség alá esik, a tirisztor ismét lezár (kikapcsol). A tirisztor bekapcsolásához szükséges kapuáram igen alacsony, és ezen indítójel rövid időtartamú is lehet. A tirisztor a fentiekből kifolyólag igen hatékony elektronikus teljesítménykapcsaló eszköz. Tekintsük meg ismét a 6.52 ábrát. Felmerülhet a a kapcsaló (a tirisztor) miért nem zárja rövidre a

J.'-"''-'-~-"'0·

6. A gyújtásrendsze r

1

6.52 Kapacitív kisüléses rendszer működési elve (Principle of capacitor discharge)

2

1 350 V egyenáramú tápegység (DC Supply 350v) 2 S (elektronikus kapcsaló) (Electronic switch S)

Kapcsolt áramkör áramiránya (Main current flow)

Kapuáram (vezérlőáram,

indítóáram) (Gate control current)

6.53 Tirisztor áramkört rajzjele (Ihyristor symbol- silicon-controlled recti(ler [SCR])

3 Kisülés áramiránya (Discharge path) 4 Gyújtógyertya (Spark plug) 5 Gyújtótekercs (lgnition cai/)

elhanyagolhat ó a kondenzátor kisülése pillanatában a tekercsen átfolyó áramhoz képest. 5 Az indítójel származhat mechanikus gyújtásmegsza kítóról, de ennél sokkal előnyösebb a mágneses, Hall, vagy optikai jeladó használata (lásd később). Ha mechanikus megszakítót használunk, az érintkezök "pattogásából" adódó felesleges impulzusokat ki kell szűrnünk (pergésmentesítés). Bármi is legyen az indítójel forrása, impulzusformá ló áramköröket kell alkalmaznunk, hogy a tirisztor kapuelektródá jára kerülő jel tiszta négyszögjel legyen.

6 A kondenzátor feltöltési ideje rendkívül rövid, 250 mikroszekundum körüli. Ez azt jelenti, hogy zárásszög vezérlésére nincs szükség, mivel a fordulatszámtó l való függést kiküszöböltük A gyújtótekercsek a CDI és a hagyományos gyújtásrendsze rek között nem cserélhetőek fel, mivel a CDI rendszer gyújtótekercsé nek primer induktivitása igen alacsony (a gyors kisütés érdekében). 7 A CDI rendszerben aszikrafeszült ség meredeksége (létrejöttének sebessége) nagyjából tízszeres az akkumulátoros tekercsgyújtás lehetőségeihez képest. A szikrafeszültsé g gyors felépülésének előnyei:

a) A szekunder kör kúszóáramai nem jelentenek veszteséget, mivel a kúszóáram létrejöttére nincs elegendő idő. Vagyis a nedvességből

6. és egyéb szennyeződésekből adódó vezető útvonalak nem játszanak szerepet. b) A kapacitiv kisülés hirtelen felépülő magas feszültsége megtisztitja a gyújtógyertya-elektr ódákat az esetleges lerakódásoktól. Ennek eredményeképpen a gyújtógyertyák szervizintervalluma megnövekedik. A gyújtógyertya teljes élettartama szintén növekedik: akár 75 OOO kilométeres élettartam is elérhető.

8 A tejes szikrafeszültség elérése rövid időn belül megtörténik, ugyanakkor a szikra teljes időtartama rövid, 100 és 300 mikroszekundum közötti. Ez az időtartam túlságosan rövid a benzin-levegőkeverék megbízható begyújtásához. Ez a tulajdonság részben ellensúlyozható a megnövelt gyertyaelektróda-h ézaggal, vagy több egymás utáni gyújtászikra alkalmazásával. Így a keverék és aszikra nagyobb területen érintkezik egymással, illetve a több gyújtászikra összegzett időtartama elegendő a benzin-levegő keverék megfelelő begyújtásához. A CDI gyújtásrendszerek alulmaradtak az induktív kisüléses rendszerekkel szemben, így nem terjedtek el. Ugyanakkor megtaláljuk egyes verseny-alkalmazá sokban (pl. Porsche) és egyedi tervezésű motorokon.

rendszerek 1 A 6.52 ábrán látható elrendezésben az akkumulátor töltéséhez egy 350 voltos egyenáramú tápegységre van szükség. Ennek az egyenfeszültségnek az előállítására oszdliátort használnak. Az oszcillátor a 12 voltos akkumulátorfeszültségből váltakozó feszültséget hoz létre, amelyet transzformátor segítségével megnövelnek Az így létrejött nagyfeszültséget egyenirányítják A rendszer vázlata a 6.54 ábrán látható. 2 Az oszcillátor egy vagy több tranzisztorból áll, amelyet a transzformátorra kapcsolnak A kapcsolásban a tranzisztoros erő­ sítő kimenetét a bemenetre csatolják vissza. Az áramkör kimenete szinusz hullámformát vesz fel. A visszacsatoló transzformátornak egy harmadik tekercse is van, ez transzformálja a váltakozó feszültséget a C kondenzátor töltéséhez alkalmas szintre. Természetesen a kondenzátor töltéséhez egyenfeszültségre van szükség, ezért egyenirányítást alkalmaznak. Lásd a 6.55 ábrát. A tápellátás céljaira egyenfeszültségből váltakozófeszültség et előállító (és azt transzformáló) áramkört inverternek nevezzük. 3 Az oszcillátor frekvenciáját az áramkörben használt kapacitás és induktivitás határozza meg. Alacsony frekvenciához túl nagy tekeresre és kondenzátorra van szükség, míg a nagyobb frekvenciák elektromágneses zavarást okoznak. A gyakorlatban a működési

6.

6.54 CDI rendszer, inverteres tápellátással (DC inverter CDI system)

3

4

5

6

l l

l

l

/

l

l

l

8

l

11

l l l

L----{~}-----0 10 Akkumulátor, 12 V (Battery 12v DC) Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) lnverter (lnverter) Egyenirányító dióda (Rectifier) Ucsúcs= 350 V- (350 V peak) Elektronikus kapcsoló (tirisztor) (Thyristor switch)

1 2 3 4 5 6

7 Kondenzátor (Discharge capacitor) 8 Gyújtótekercs (lgnition cai/) 9 Gyújtáselosztó (Distributor) 10 Gyújtásmegszakító vagy egyéb jeladó (Contact breaker or pick up) 11 Jelformáló áramkör (Pulse shaper and thyristor diode)

6.55 CDI inverter vázlatos felépítése (Schematic diagram of a CDI inverter)

5

l

l l l L 1 lnverter (vázlat) 2

3 4 5

(lnverter [ schernatic only]) Egyenirányító dióda (Rectifier) Kapacitás (kondenzátor) (Discharge capacitor) Kapcsaló tirisztor (Thyristor switch) Szikrafeszültség (Spark vo/tage)

6 Gyújtótekercs (lgnition cai/) 7 Pergésmentesített és jelformált indítójel a gyújtásmegszakítóról vagy egyéb jeladóról (Trigger pulse from contact breakers or pick up after shaping and antibounce filtering)

6. A gyújtásrendszer

frekvenciát a hangfrekvenciás sávban választják meg. Az oszcillátor működése gyakran emberi füllel is hallható, 500 Hz körüli. 4 A CDI egységeket általában beépített zavarszűréssellátják el. A gyújtótekeresre kapcsolt további (zavarszűrő) kondenzátorok az áramkör tönkremenetelét okozhatják. CDI gyújtásrendszerben

soha ne alkalmazzunk zavarszűrő kondenzátort!

"Mobelec" CDI rendszer 1 Ez a készlet a meglévő hagyományos gyújtásrendszer leváltására illetve kiegészítésére alkalmas. A gyújtásmegszakító helyére egy egyedi impulzusjeladó egységet kell szerelni, amely a gyújtáselosztó tengelyén kialakított bütykös profilt (vezérlőbütyköket) használja a jelgenerálás céljára. Ez az egység a Lucas négy- és hathengeres motorokhoz való gyújtáselosztóiba szerelhető be. Az alkatrészt a megszakítá-alaplapra kell felszerelni, miután az eredeti gyújtásmegszakítót és kondenzátort eltávolítottuk 2 A 6.56 ábrán ennek a rendszernek az elvi vázlatát láthatjuk. Fontos a bütykös profil és az impulzusjeladó közötti hézag beállítása. A bütykök csúcsai nem érhetnek hozzá az impulzusjeladó felületéhez. 1 Áramköri doboz (Mobelec black box) 2 Kis primer induktivitású gyújtótekercs (Speciallow inductance coil) 3 Vörös (Red) 4 Sárga (Yellow) 5 Zöld (Green) 6 Gyújtáselosztó bütykös profilja ( Distributor lobe) 7 Impulzus jeladó (Triggerhead) 8 Hézag (0,2-0,3 mm) (Gap) 9 Kék (Blue)

1

10 Fordulatszámméröhöz (ha van) (To fachometer-if fitted) 11 Gyújtáselosztó (Distributor) 12 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 13 Akkumulátor (12 V) (12 volt battery)

11

13 6.56 "Mobelec" CDI rendszer (Mobelec CDI system)

6. A gyújtásrendszer

3 A gyors kapacitív kisülés érdekében a készlet egy alacsony primer induktivitású gyújtótekereset is tartalmaz. Menetszáma a hagyományos gyújtótekercsénél nagyobb. A kétféle gyújtótekercs nem cserélhető fel!

6.27 CDI gyújtás állandómágneses generátorral 1 A CDI gyújtásokat előszeretettel alkalmazzák motorkerékpárokon, fűnyírókon, láncfűrészeken és egyéb kisebb motorokon. Ezekben az esetekben nem áll rendelkezésre akkumulátor, ezért a kondenzátor feltöltésére lendkerék-mágneses generátort (6.57 ábra) alkalmaznak. A jeladó tekercs bizonyos esetekben állítható, a pontos gyújtás-időzítés érdekében. 2 Ilyen rendszereket hoz forgalomba a Hitachi, a Femsa és a Motoplat. A rendszereik között több hasonlóság is van. A szikraképzés a 200-500 1/min fordulatszám elérésekor kezdődik meg (gyártótól függően). Működésükhöz különösen fontos az elektromos csatlakozások hibátlansága. A gyújtómodul általában a CDI rendszer alkatrészeit és a gyújtótekereset is magába foglalja. 6.57 Egyszerűsített CDI áramkör lendkerék-mágneses generátorral (Simplified CDI circuit using a flywheel generator)

3

1 Pozicionálható jeladó-tekercs

(Movable pulse coil) 2 Gyújtás 3

4

5 6 7

töltőtekercse

(lgnition charge coil) CDI áramkör (CD/ unit) Töltőáram egyenirányítája (Capacitor charge rectifier) Kondenzátor (Capacitor) Tirisztor (Thyristor) Egyenirányító dióda (Pulse rectifier)

9

7

8 Gyújtótekercs (lgnition coil)

9 Gyújtógyertya (Spark plug)

6.28 A gyújtásmegszakítót kiváltó impulzusjeladók 1 A szikraképzés indításához a szikra kívánt időpontjában indítójelet kibocsátó jeladóra van szükségünk. A gyújtásmegszakító ennek egy durva megvalósítása. Az érintkezőpár nélküli impulzusjeladók számos előnnyel bírnak a gyújtásmegszakítóhoz képest: a) Az érintkező felületek kopás ának, az érintkező pattogásának és lebegésének, különhöző holtjátékainak kiküszöbölése;

Impulzusgenerátor (Pulse generator) 1

-)»>

Jelformáló áramkör ~ (Pulse shaper)

6o5ilS Indítóimpulzussal inditott elektronikus gyújtás blokkvázlata (Pulse-triggered electronic ignition)

Erősítő

áramkör (Ap!ifier)

---!J»

Gyújtótekeres (lgnition

co í/)

l-ll>

Gyújtáselosztó (Dísirib uto r)

_____".

Gyújtógyertyák (Spark Plugs)

h) Az előző ponthól adódóan a gyújtásidőzítés sokkal pontosabbá vá-

lik; c) Az elektronikus vezérlésnek köszönhetően a gyújtásidőzítés a teljes fordulatszám-tartományban, minden terhelési állapot mellett pontos marad; d) A zárásszög elektronikus vezérlésének köszönhetően a fordulatszám emelésével tapasztalható szikraenergia-csökkenés szintén kiküszöhölhető.

Az érzékelő egységet impuizu.sjeladónak, vagy impulzusgenerátoll:'nak nevezzük. :2

Az impulzusgenerátorok három fő típusba sorolhatók be: a) Optikai (optoelektronikai);

b) Hall; c) Induktív (reluktancia).

A 6.58 ábrán látható blokkdiagram bemutatja, hogy milyen állapotokon megy keresztül az indítójel, mielőtt szikrafeszültséget hozna létre a szekunder tekercsben (vagy tekercsekben). OPTOELEKTRONIKAI IMPULZUSJELADÓ

A gyújtáselosztó tengelyére szegmentált tárcsát (rotort, triggerkereket) szerelnek, amely a fototranzisztorra fókuszált infra-LED fényét szaggatja (6.59 ábra). Amíg a fény útja szabad, a tekercsen áram folyik. Amikor a triggerkerék szárnya megszakítja a fény útját, a primer áram megszűnik, a gyújtószikra létrejön. Az infravörös fényt gallium-arzenid félvezető LED hozza létre. Az elrendezésnek több változata ismert: a gyújtászikra létrejöttét a fény útjá(Beam nak szabaddá válásához is igazíthatják chopper"Fototranzisztor helyett alkalmazhatnak disc) ' fotodiódát. Infravörös fény helyett láthaJelimpulzus (Signal putsej tó fény is használható. A 6.60 ábrán egy létező (Lumenition márkanevű) készletet mutatunk be, amely hagyományos gyújGyújtáselosztó tengelye tótekerccsel használható. (Distríbutor shaft) 16.59 Optoelektronikai impulzusjeladó ( Optical pulse generator)

A 6.61 ábrán nyolchengeres n1.otor gyújtáselosztójába beszerelt szegmentált tár-

1 Gyújtókábel {H. T. cabfe) 2 Kábelszigetelés (Cap) 3 Eredeti kábel (előtétellenállás, ha van) (Existing wíre or black ballast resistor [íf fittedj) 4 12 V (az akkumulátorról) (12 Volt positive battery terminal) 5 Gyújtáskapcsaló (lgnition switch) 6 Beállító csavar 5 +__,----,---L- --------,. (Screw positioned 4 to limit of slot) 7 Gyújtáselosztó (Distributor) 8 Az optoelektronikai egység felszereJt állapotban 8 (Lensed unit mounting i position) 9 Szegmentált triggerkerék (szaggató) (Segmented disc (chopper) 10 A-A nézet (View on A-A) 11 A hűtőbordát négy önmetsző csavarral rögzítsük (Four heat sink mounting pointsfor self tapping screws) 6.60 "Lumenition" gyújtásrendszer 12 Szerelt hűtőborda (Heat sink assembly) (Lumenition ignition system)

csa (triggerkerék) és optoelektronikai impulzusjeladó látható. A 6.62 ábra az impulzusjeladó által kibocsátott jel jelformáját szemlélteti. Az ilyen jeladók állandó zárásszöggel üzemelnek, de nem rendelkeznek a mechanikus gyújtásmegszakító ismert magas fordulatszám tartománybeli hátrányaivaL A szegmentált tárcsa nagy fordulatszámon is megfelelő zárásszöget biztosít. HALL .JELADÓ

2 Optoelektronikai jeladó (Lens unit)

Ez az eszköz olyan szilíciumlapkára alapul, amelynek szemközti oldalai közt kis áramot hajtunk keresztül. Ha a lapka felülete előtt mágneses mező halad el, a lapka másik két éle között feszültség mérhető (6.63 ábra).

6.6Jl Optoelektronikai jeladóval szere/t gyújtáselosztó (Distributor fitted wi th optical pulse generator)

Ez a feszültség a Hall-feszültség, amelyet a gyújtás indítójeleként használhatunk fel. Az indítóimpulzus akkor keletkezik.,

__ ....... --..._ ,

1 Szegmentált tárcsa (triggerkerék) (Segment Disc)

Mágneses mező (Magnetic fíeld) 6oi)2 Optoelektronikai jeladó kimeneti jelformája

(Trace produced by optical generator)

Hall-feszültség (Hall voltageJ

6.63 A Hall-feszültség létrejötte (Illustrating Hall effect voltage)

\

\\\li ~

6.64 Hall-generátor gyakorlati kivitele (Pratical Hall generator arrangement)

1 Triggerkerék a szegmensekkel

3 Érzékelő lapka

(Trígger va ne segment) 2 Állandómágnes (Pern1anentmagneV

4 Elektromos hozzávezetések

(Sensor eleme nt) (Sensor wires)

6.65 A triggerkerék szárnyainak hatása a mágneskörre (Effect of trigger vane on magnetic {leld)

A Nincs megszakítás, a mágneseskör áthalad az érzékelő lapkán. "BE" állapot. (No interruption - magnetíc tieid passes through sensor. Switch is on.)

B A szárny megszakítja a mágneses mezőt. "Kl" állapot. (Vane ínterrupts magnetic tieid. Switch is off)

amikor a mágneses mező megváltozik. Ezt könnyen elérhetjük egy fémes anyagú triggerkerék (jeladótárcsa) segítségéve!, melyet a gyújtáselosztó tengelyéhez rögzítünk (6.64 ábra). A mágneses mezőt állandómágnes szolgáltatja. A triggerkerék a mágnes és a lapka közötti légrésben forog. A lapka jellemzően 30 mA áramot vesz fel, és 2 mV amplitúdójú feszültséget szolgáltat. A jelfeszültség pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik, vagyis a hőmérsék­ let emelkedésével a Hall-feszültség növekedik. Az érzékelő lapkát többnyire integrált áramkörbe építik, amely az erősítő és jelformáló áramköröket is tartalmazza. A 6.65 ábra "X' rajzán a mágneses mező áthalad a légrésen, mivel az szabad. A Hall-lapka kimeneti feszültségszintje magas. A "B" rajzon a triggerkerék szárnya a légrésben van, így a mágneskör a triggerkerék anyagán keresztül záródik. Az érzékelő lapkát nem járja át mágneses mező, a lapka jelfeszültsége zérushoz közeli (6.66 ábra). A jel hullámformája közel négyszögjelhez hasonló, melyet integrált áramkörrel dolgoznak fel a meredekebb jelváltás (gyorsabb KI-BE kapcsolás) érdekében. A Bosch triggerkerék szárnyainak és hasítékainak szögtartománya 70:30 arányú, ami a zárásszöget határozza meg. Ezt az alap zárásszöget a gyújtómodul elektronikája módosíthatja. Amikor a Hallfeszültség magas szintű, a primer áram kikapcsolt állapotú. Ez azt jelenti, hogy a szikra akkor jön létre, amikor a triggerkerék szárnya kilép az impulzusjeladó légrés éből. A Hall-jelenségen alapuló impulzusjeladók (Hall-generátorok) nagy megbízhatóságúak. Az optoelektronikai jeladóhoz képest nagy elő­ nyük, hogy a szennyeződésekre érzéketlenek. (Ha a LED-re, vagy a fototranzisztorra (fotodiódára) szennyeződés kerül, a fény útja megszakad.)

"A" '""''''""'"' a légrés üres = BE (Aon-no vanein gap)

A triggerkerék szárnya és hasítéka 70:30 arányú (Bosch) (Vane: gap ratio 70:30 [Bosch])

=

---,,"B" helyzet a légrést a triggerkerék megszakítja =Kl (B- switchoff-vanein gap)

Idő (Time)

G\.66 A Hall-generátor kimeneti jelalakja (Output w aveform of Hall pulse generator)

FONTOS! A Hall-generátoros gyújtásrendszer álló motor mellett is képes szikraképzésre. A létrejövő szikraenergia veszélyes! lNDUKTÍV (ÁLL.ANDÓMÁGNE§HBS, VÁLTOZÓ RJelLUKTANCIÁJ'Ú) llMIP'ULZUSJ'ELADÓ

Térjünk vissza egy pillanatra az elektromágnesesség alapjaihoz. A változó mágneses térnek kitett tekercsben feszültség indukálódik. A feszültség a következő tényezőktől függ: a) A mágneses mező változásának sehességétől; b) A tekercs menetszámától; c) A fluxusváltozás irányától (csökken, vagy növekedik).

-1---D

s-~rv~=-2 1 Állandómágnes

c~-: 'V

(Permanent magneí)

2 Vasmagos tekercs

(lnductive winding on iron care) 3 Változó légrés (Variable air gap) 4 Triggerkerék (reluktor) whee! 5 Váltakozó hullámforma (kimenet) (Aiternating pulse output) 6.67 Állandómágneses impulzusgenerátor vázlata (Schematic permanent magnet pulse generator)

Könnyen tervezhető olyan gyújtás-jeladó, amely a fenti jelenségen alapul, és amelyben a mágneses tér változását a mágneskör reluktanciájának változásai okozzák Az elvi elrendezést a 6.67 ábrán láthatjuk. Amikor a triggerkerék (rotor) foga az impulzusjeladó tekercsét hordozó vasmaghoz közeledik, a mágneses fluxus gyorsan növekedik, majd a fog elhaladása után hirtelen meg is szűnik. Az indukált feszültség pozitív (és negatív) csúcsértéke a fognak a vasmaggal szemközti pozídója előtt (és után) alakul ki. Az indukált feszültség hullámformáját jelformáló áramkörön keresztül kapcsolják a gyújtómodul teljesítrnény tranzisztorára. Az impulzusjeladó gyakorlati kivitele a 6.69 ábrán látható. A kimeneti feszültség

I!J\.68 Állandómágneses impulzusgenerátor kimeneti hullámformája (Variable-reluctance pulse generator output)

a fordulatszám emelkedésével kétféle jellemzőjében is megváltozik: a) A frekvencia nő; b) Az arnplttudó néhánytized voltról100 voltig is emelkedhet.

Mindkét jellemző változását feldolgozhatja a vezérlőelektronika. A Bosch az alapelv eltérő gyakorlati megvalósítását alkalmazza. Az álló helyzetű alaplapra (négyhengeres motor esetén) négy lágyvas pólust szerelnek, melyeket a velük egybeépített erős állandómágnesek mágneseznek fel. A gyújtáselosztó tengelyére csésze alakú triggerkereket szerelnek, melynek szárnyai illetve rései az álló pólusvasaktól kb. 0,5 mm távolságban forognak. Az így változtatott mágneses térerő impulzusokat hoz létre a gyújtáselosztó tengelye körül kialakított (egyetlen) tekercsben. Az elrendezés előnye az egyetlen, tengelyre koncentrikus. tekercs, illetve a pólusvasak szimmetrikus elrendezése.

1 Tekercs

2 Állórész

3 Jeladó 4 Triggerkerék

6.69 Lucas állandómágneses impulzusgenerátorral szere/t gyújtáselosztó (Typ i cal Lucas permanent magnet pulse generator distributor)

Más elrendezésekben nincs gyújtáselosztó, ilyenkor a lendkerékre csavaroznak egy szegmentált tárcsát. Az állandómágnesből és impulzusjeladó tekercsből álló jelgenerátort úgy helyezik el, hogy a tárcsa hasítéka a szikraképzésnek megfelelő pillanatban haladjon el a légrésben. Emellett az a megoldás is használatos, amikor a lendkerék fogaskoszorúja maga a triggerkerék. A vezérlő mikroszámítógép a jeladó előtt elhaladó fogaknak megfelelő im.pulzussorozatot számolva határozza meg a motor fordulatszámát, ennek megfelelően pedig a szükséges előgyújtást.

231

6. A gyújtásrendszer

6. 70 Bosch állandómágneses (reluktancia) impulzusgenerátor (Bosch-type variable re luctan ce. ignition pulse generator)

2

1

,--- --. __ l l l l

l l l l

l

l

2

5

7 A mágneses fluxus két légrésen halad át (Note that magnetic flux jumps 2 gaps) 1 Gyújtáselosztó rotor (Distributor rotor) 2 Forgó csésze (triggerkerék) (Rotating vane) 3 Pólusvas (Po/e piece) 4 Légrés (Fiux gap) 5 Állandómágnes (Permanent magnet) 6 Impulzusjeladó tekercs (a tengely körül) (Pulse pickup cai/ is eireu/ar round the distributor shaft)

Négyhengeres motor esetén 4 hasíték (4 Rotating van es for 4 cylinder engine etc.)

7 Vákuumos

előgyújtás-állító

rúdja

(Vacuum advance rod) 8 Gyújtáselosztó tengelye ( Distributor shaft) 9 A mágneskör útja (Magnetic Flux path)

6 . 29 Elektronikus gyújtásrendsz er megvalósítása állandómágne ses (reluktancia) impulzusjeladóval 1

A rendszer jellemzően a következő részekből épül fel:

a) Gyújtótekercs, melynek primer tekercse alacsony induktivitású, ellenállása pedig l ohmnál kisebb. b) Előtétellenállás, mely a primer körben hely[;!zkedik el (az akkumulátor és a primer tekercs között). Az előtétellenállás hőfokfüggő, feladata pedig a primer kör áramkorlátozása. Hidegen az ellenállás kis értékű, így nagy áram folyik, nagy energiájúszikra jön létre. Magas fordulatszámon a primer áram csak rövid időre kapcsolódik be, így az ellenállás a hideg értéken marad, a szikraenergia nagy.

6. A gyújtásrendszer A motor inditásakor az előtétellenállás áthidalódik, igy alacsony akkumulátorfeszültség mellett is megfelelő a szikraképzés. c) Gyújtáselosztó, mely a hagyományos elosztófedél illetve a cent~ rifugális és a depressziós előgyújtás-állitó szerkezetek mellett az impulzusjeladót is tartalmazza. d) Elektronikus vezérlőegység (ECU, Electronic Control Unit). Az ECU jelformáló és zárásszög-vezérlő áramköröket, illetve a primer áramot vezérlő elektronikus kapcsolót tartalmaz.

A modern rendszerek a zárásszög és a primer áram zárthurkú szabályzását valósítják meg, ezeket később részletezzük JELFORMÁLÁS

2 A jelformálás célja, hogy az impulzusgenerátor által szolgáltatott jelformát négyszögjellé alakítsuk Ezt az elektronika egyik gyakran használt építőelemével, a komparátorral tehetjük meg. A gyakorlatban a komparátor az egyetlen küszöbfeszültség miatt a feszültségingadozásokra és tranziens jelekre igen érzékeny. Emiatt a komparátor speciális változatát, a Schmitt-triggert alkalmazzák A Schmitt-trigger (hiszterézises komparátor) olyan komparátor, amelynek két küszöbfeszültsége van. A két küszöbfeszültség külön vezérli a KI- és a BE-kapcsolást. Ezáltal a Schmitt-trigger zajokra és tranziensekre érzéketlen. Bár jelformálásra klasszikusan a Schmitt-triggert alkalmazzuk, itt azonban az egyszerűsége (és részben hasonló működési elve) miatt az egyszerű komparátort mutatjuk be. A komparátor két tranzisztort tartalmaz. A második tranzisztor kimenetét visszacsatolják az első tranzisztorra, amely az átkapcsolás meggyorsítását eredményezi. A 6.71 ábrán látható kapcsolási vázlat működése a következő: Stabilizált tápfeszültség (Stabi/ised supp/y voltage)

+

6.71 Impulzusjeladó és jelformáló áramkör (komparátor)

o

6. a) Amikor nem érkezik impulzus az impulzusjeladóról, T 1 tranzisztor bekapcsolt állapotú. Bázisáramát R 1 ellenállás biztosítja. T 1 kollektora T 2-t kikapcsolt állapotban tartja. Mivel T 2-n nem folyik kollektoráram, R 5 ellenállásan nem esik feszültség, vagyis T 2 kimenetén a tápfeszültség mérhető. b) Amikor T 1 tranzisztor házisa -O, 7 voltnál negatívabb potenciálra kerül (például-0,8 voltra), megszűnik a kollektorárama. Ez a 6. 72 ábra "A"-val jelzett pontjában történik. T1 tranzisztor lezár, ezzel T 2 tranzisztort nyitja (bekapcsolja). R 5 -ön eső feszültség a kimeneti feszültség csökkenését okozza. T 2kollektoráramának növekedése feszültségesést hoz létre R4 ellenálláson, amely T 1 tranzisztor kikapcsolásának folyamatát gyorsítja. Ez a visszacsatolás elve. c) Amikor az impulzusjeladó kimeneti feszültségszintje T 1 tranzisztor küszöbfeszültségét (-O, 7 V) ismét eléri, áram fog folyni a tranzisztoron. R 3 ellenállásan eső feszültség csökkenti T 2 áramát. R[ en eső feszültség csökken, így T 1 tranzisztor bekapcsalási folyamatát gyorsítja. Amint T 2 lezár (kikapcsol), az áramkör kimeneti feszültségszintje ismét a tápfeszültség értékére ugrik.

A komparátor a bejövő impulzusokkal azonos frekvenciájú négyszögjelet állít elő. D1 dióda a pozitív félperiódusban érkező csúcsokat levágja (nem engedi T1 bázisára). D2 a túlságosan nagy amplitúdójú negatív impulzusok ellen véd, magas fordulatszámon. Egyes

6.72 Komparátor he- és kimeneti jelformái

Impulzusjeladó kimeneti jelalakja (Pulse generator outputvoltage)

_l_

rt

B /r T1 küszöbfeszültsége (-0,7 V) t\ (-e, 7V threshold :\ 1 t voltag,e of transisto r) : '-""'

j:

l

l

Komparátor kimeneti jelalakja

T BE 1 T Kl 2 2 \:

T1 BE (T1 turns on)

ov

~

1\l

l\

/'

l

l .....,/ l

l

l

: l

A jelmeredekség a vis~zacsa'tolás miatt · an d n 11 d t n db ack) nagy (R apJ·d nse

'v

uki

--r-= ,,

_

T2 kimeneti feszült~~sége = uki (T2 output voltage)

..'o ee

l : a~f\

-"'

Idő

(Time)

6. A gyújtásrendszer

6. 73 A szekunder feszültségjelleggörbéje (Coil secondary voltage)

'-2

1 Feszültség, kV (Voltage kV)

2 Szikraképzéshez szükséges fe-

3

4 1

5

6 7

7 8

8

szültség (szikrafej) (Voltage needed to initiate spark) A szikra időtartama (Spark period) A szikra megszűnik (End of spark) Szórt energia a kábeleken és a tekercsen (Energy dissipation in coil and HT wiring) Primer áram bekapcsolása (Primary coil current switched on) Jellemző zárási időtartam (Typical dwe/1) Maximálisan elérhető zárási idő­ tartam (Maximum dwe/1)

impulzusjeladók impulzusainak csúcsértéke akár 100 V is lehet, mivel a jeladó vasmagjára ható mágneses tér megváltozása magas fordulatszámon igen gyorsan megy végbe. (Az indukált feszültség a mágneses tér megváltozásának sebességével arányos.) A valós áramkörök R1 ellenállással sorba kapcsolt diódákat is tartalmaznak, melyek hőmérsékletkompenzálást végeznek ZÁRÁSSZÖG-VEZÉRLÉS

3 A zá.rásszög az az elfordulási szögtartomány, amely alatt a megszakítá érintkezői zártak, és a primer áramkörben áram folyik. A gyújtásmegszakítás rendszerekben a zárásszög állandó, mértéke pedig a bütyökprofil kialakításától és a megszakítáhézagtól függ. A zá.rási időtartam azonban nem rögzített, és a fordulatszám emelkedésével csökken. Ugyanakkor éppen az időtartam az, ami meghatározza, hogy fel tud-e épülni a megfelelő mértékű primer áramerősség a következő szikra időpillanatáig. A sokhengeres motoroknál magas fordulatszámon ez az idő már nem elegendő a szikraképzéshez. A 6.73 ábrán a szekunder feszültség egyszerűsített jelleggörbéje látható. A magas csúcsfeszültség a szekunder tekercsből származik. Az ezután következő feszültségszint a szikra fenntartásához szükséges feszültséget jelenti. Az ezután látható csökkenő amplitudójú oszcilláló feszültség a nagyfeszültségű vezetékek szórt kapacitásán és a tekercs induktivitásán keletkező maradék energiából származik. Az "N.' pontban a primer tekercsen áram kezd folyni, és megkezdődik a zárási időtartam. A zárási időtartam növelhető, ha ezt az "N.' pontot balra mozgatjuk. Ennek a határa a szikra megszűnésének pontja.

6.

+12 V stabilizált feszültség (Stabilised supply +12 V)

+12 V stabilizált feszültség (Stabilised supply +12 V)

l l l

OR·

A tekercsáram kapcsalófokozatához (To coil driver stage)

l l l

---t>

l

l

,; -{ T2 •"J l l l

l l l

T2 lezár (T2 switches off) T 3 nyitva (be) (T3 is on)

6.74 Zárásszög-vezérlő áramkör (Dwell control)

6.75 Zárásszög-vezérlés működése, T 2 éppen lezár (Dwell control operation T 2 just switching off)

T3

Be (On) ;......---.L.Zárás ------~-1 (D wel/)

Uc (a kapacitás

6.76 Zárási időtartam alacsony motorfordulatszámon (Dwell at low speed)

feszültsége) o-+------1--~r-----r-----; (Capacitor voltage Vc)

+

A zárásszög vezérlése egyszerű áramkörökkel megoldható, a 6.74 ábra ennek egy példáját mutatja be. Itt a korábban megismert komparátor áramkör T2 tranzisztorára C csatolókondenzátoron keresztül egy újab b (T3) tranzisztor kapcsolódik. Az egyszerűbb megértés kedvéért tekintsük úgy, hogy T 2 bázisa testpotenciálon van. A cél, hogy T3 tranzisztor magas motorfordulatszám esetén tovább maradjon nyitva (bekapcsolva). Így az ábrán nem látható gyújtótekercs

6. A gyújtásrendszer

számára több idő áll rendelkezésre a primer áram felépítésére, azaz nagyobb szikraenergiát kapunk. A szikraképzés T3 lezárásakor (kikapcsolásakor) következik be. Az áramkör működése: a) Tegyük fel, hogy T2 éppen lezár. Kis fordulatszám mellett C kondenzátor majdnem a tápfeszültség feszültségszintjére töltődik, R 5 ellenállásan és T 3 házis-emitter átmenetén keresztül. Mivel a házisa és az emittere között áram folyik, T3 bekapcsolt állapotú, így a primer tekercsen áram folyik. Lásd a 6.76 ábrát. b) T 2 nyit (bekapcsol), ez aszikraképzés időpillanata. Amikor T 2 bekapcsolt állapotú, testre kapcsolja C kondenzátort, amely így kisül (6.77 ábra). Ha T 2 kollektora és emittere közötti kicsiny feszültségesést nem vesszük fzgyelembe, a kapacitás feszültsége T 3 házisára és emitterére kerül, mégpedig T 3 -at kikapcsoló palaritáss al. A gyújtás bekövetkezik. c) T3 bekapcsol (6. 76 ábra, P1 pont). Amint C kapacitás R 8 ellenállásan és T 2 tranzisztoron keresztül kisül, zérus feszültséget ér el, majd ellentétes irányban töltődik.

+12 V stabilizált feszültség (Stabilised supp/y +12 V)

l

l l

)

n

R5 l l

y l

-c.... T2 T2

T3

Be (On)

-

Ra

+

(Uc)

Be (On)

Ki (Off)

6. 77 Zárásszög-vezérlés működése - T2 bekapcsol (Dwell control operation- T 2 switches on)

T2 bekapcsolásának pillanatában a kapacitás feszültsége megjelenik T3 bázisán, így T3 kikapcsol, a gyújtészikra létrejön. (T 2 kollekto ra és emittere között eső feszültségtől eltekintettünk)

T 3 akkor kapcsol be, amikor C kapacitás T 3 -ra kapcsolódó fegyverzete pozitív töltésű lesz. (T3 goes on, as C plate goes +) 6. 78 A zárási időtartam akkor kezdődik, amikor C palaritása megváltozik (Dwell startsas C reverses polarity)

6.

Ki (Off) Be (On)

Be (On) Ki

l

l

Ki (Off) Be (On)

Szikra (Spark)

-12V

+

6.79 Zárási időtartam magas motorfordulatszámon (Dwell at high speed)

i

Alacsony fordulatszámon itt kezdődne Uc (a kapacitás feszültsége) (lntercept at /ow speed) (Capacitor voltage Vc) Of-:rt'----__;,-==--4,....-1t:::---,;t:------t

l l /

A zárási időtartam korá (Dwe/1 starts ear/ier)

Kevéssel a zérus elérése után T3 nyit (bekapcsol), a primer tekercsben így ismét áram folyik (6. 78 ábra). Ez az állapot T 2 lezárásának pillanatáig fennmarad. d) T 2 lezár. A folyamat ezzel lezárul. C kapacitás 12 V feszültségre kezd töltődni, T3 vezet, T2 ismét bekapcsol. e) Magas motorfordulatszám esete. C kapacitásnak nincs ideje az alacsony fordulatszámon elért szintre való töltődéshez. Mivel T 3 korábban nyit, a kapacitás hamarabb sül ki (éri el a zérus potenciált). f) A szikraidőtartam korlátozása. Sokhengeres motoroknál, magas fordulatszámon előfordulhat, hogy a megismert áramkör annyira kitalja a zárási tartományt, hogy a tekercsáram bekapcsalási időpontja az előző szikra időtartamának közeléhe kerül. A szikraidőtartam ugyanakkor nem csökkenhet 500 mikroszekundum alá. A hemutatott 1 Meghajtó (vezérlő) tranzisztor egyszerű áramkört ezért olyan határoló (Driver transistor) áramkörrel egészítik ki, amely csak egy 2 Teljesítménytranzisztor határig növeli a zárási időtartamot. Ezt a (Po wer transistor) határt elérve a fordulatszám emelése nem okoz további zárási időtartam növelést. 6.80 Dariingtor-pár (D ariington pair package)

6. A gyújtásrendszer

+ Gyújtótekercs

+ v

(lgnition coil) Primer (Primary)

A zárási

időtartam

vezérlőáramkörétől

(From dwe/1 control)

Befu

Dariington-kapcsolás (erősítőfokozat) (Darlington amplifier)

"

j II_ J

Szikrafeszültség (Spark voltage output) Szekunder (Secondary)

r----1

l

Ki (Off)

6.81 Meghajtófokozat és teljesítményerősítő

(Final drive and power amplifier)

A TEKERCSÁRAM TELJESÍTMÉNYKAPCSOLÓJ A 4 A kis bemeneti ellenállás és a nagy áramerősítés kritériumának a Dariington tranzisztorpár felel meg.

A Dariington-kapcsolás két, közvetlenül összekapcsolt tranzisztorból áll. A második tranzisztor teljesítménytranzisztor. A két tranzisztor közös tokozásban kerül forgalomba (6.80 ábra). Az elő­ zőekben megismert zárásszög-vezériő fokozat T3 tranzisztora T4 meghajtó tranzisztort kapcsolja ki és be (6.81 ábra). Az emitterekre kapcsolódó ellenálláslánc biztosítja a Dariington-pár első tranzisztorának áramát, így az átkapcsolás igen gyors lesz. A bemutatott kapcsolás egy egyszerűsített vázlat. A valós áramkörökben az indukált feszültségimpulzusok elleni védődiódát, illetve rádió-interferenciás szűrőkondenzátort is találunk. Egyes áramkörökben visszacsatoló ellenállással növelik a Dariington-pár jelváltási meredekségét.

6.30 Állandó energiájú gyújtásrendszer mágneses impulzusjeladóval 1 Az "állandó energiájú" kifejezést a primer áram szabályzásának bonyolultabb formájára értjük. Ilyenkor zárthurkú feszültségvisszacsatolás segítségével a Dariington tranzisztorpár biztosítja, hogy a motor üzemállapotától és a tápfeszültség ingadozásaitól függetlenülmindig a megfelelő erősségű áram folyjon a primer körben. Ennek továbbfejlesztéseként olyan védőáramkört is beépítenek, amely álló motor és bekapcsolt gyújtás mellett kikapcsolja a primer áramot.

6.

15 9

4

16

14

10

o

~ 1

5

(i_

(i

1 Állandómágneses (reluktancia) jeladó (Variable reluctance pulse generator) 2 Zárási tartomány vezérlése (Dwe/1 control) 3 Impulzus-jelformáló (Pulser shaper) 4 Jelformáló kimenete (Pulses from pulse shaper) 5 DC előfeszítés (DC bias) 6 1. hurok (Loop 1) 7 2. hurok (Loop 2) 8 Érkeznek impulzusok? (Pulses received?) 9 Igen- nincs beavatkozás (Yes- no action)

10 Nem - meghajtófokozat tiltása (No - switch off driver)

11 Meghajtófokozat (Driver) 12 Dariington teljesítményfokozat 13 14 15 16 17 18

(Dariington power switch) Primer (Pry) Szekunder (Secy) Gyújtótekercs (lgnition coil) Szikrafeszültség (Spark output) Komparátor (Comparator) Referenciafeszültség-előállító

(Standard reference voltage) 19 Áramérzékelő visszacsatoló-ellenállás (Current sensing feedback resistor)

6.82 Állandó energiájú rendszer mágneses impulzusjeladóval (Constant energy system with magnetic pulse gen erator)

ÁRAMSZABÁLYZÁS

2 A primer tekercs és a test közé kis ellenállású ellenállást iktatnak be, amely lehetövé teszi a primer áramerősség érzékelését. Ohm törvénye alapján az ellenállásan eső feszültség az átfolyó árammal arányos. Ezt a feszültséget egy áramkör összehasonlítja a referenciafeszültséggeL A referenciafeszültség az ideális primer áramnak megfelelő mérendő (elvárt) feszültséggel egyezik meg (6.82 ábra). Ha a mért feszültségesés alacsonyabb a referenciafeszültségnél, akkor a feszültségkülönbség pozitív. Ennek megfelelően avatkozik be a Dariington-pár meghajtófokozata, több áramot hajtva át a teker-

6. A gyújtásrendszer

csen. Negatív feszültségkülönbség esetén az szetesen csökkenti.

áramerősséget

termé-

ZÁRTHURKÚ ZÁRÁSIIDŐTARTAM SZABÁLYZÁS

Ebben az esetben a zárási időtartaroot vezérlő áramkör a követparamétereket érzékeli:

3

kező

a) A primer áram megfelel-e az elvárt értéknek; b) Az impulzusjeladó jelének frekvenciáját, mely a motor fordulatszámával arányos.

6.83 Zárthurkú zárási időtartam szabályzás (zárásszög szabályozás) (Closed loop dc bias dwell control)

5

\ 6

A két paraméter együttes eredményeként a szabályzóáramkör a jelformáló áramkör előfeszítettségét módosítja, amely így az egyenáramú összetevő változtatása alapján előbb vagy később vált jelszintet (6.83 ábra). Az ábrán látható, hogy a ki- és bekapcsaláshoz tartozó feszültségszintek eltérnek. Ez a Schmitt-trigger már említett hiszteréziséből adódik, melynek a zárási időtartam szabályzása szempontjából itt nincs jelentősége.

7

8

_==z[_jj_j/' [_ ldő(Time)

1 Bekapcsalási küszöbfeszültség 2 3 4 5 6

(Trigger level on) Kikapcsolási küszöbfeszültség (Trigger level off) DC szint = O V (Zero bias) DC szint (előfeszítés) (DC bias) Megfelelő érték (Correct value) Primer áram (Coil primary current)

7 Áramhatárolás. Az időtartam megfelelő. (Current limit time correct) 8 Nem megfelelő. Az áram nem éri el az elvárt áramerősséget (lncorrect- current does not reach idea/ value) 9 Túl hosszú (Too long)

6. 4 A rendszert a megismert előnyeinek köszönhetően széles körben elterjedt a modern gépkocsikban: a) A motor fordulatszámától és a tápfeszültség ingadozásaitól függetlenül ideális energiát szalgáltat a gyújtótekercs. h) A vezérlőfokozat tiltása lehetővé teszi, hogy bekapcsolt gyújtás (de álló motor) mellett kikapcsolják a primer áramot.

A gyújtásáramkörre kapcsolt fogyasztókat így anélkül használhatjuk, hogy az akkumulátor lemerülne.

Elektronikus gyújtásrendszer Hall-generátorral 1 Elvben a Hall-generátor kimenete az induktív jeladó kimenetéhez hasonló módon használható fel. A Schmitt-triggeres jelformálás után kapott négyszögjel megfelel a primer áram ki- és bekapcsolásának vezérlésére. 2 A Hall érzékelőlapka kimeneti jelfeszültsége alacsonyabb, mint az induktív jeladóé. Emiatt a jelet erősíteni kell. A jelformáló és jelerősítő áramkört általában az impulzusgenerátorral építik egybe, az ezt megvalósító integrált áramkört a gyújtáselosztóban helyezik el (6.84 ábra). Az integrált áramkör egyben a stabilizálja a tápfeszültséget és hőmérséklet-kompenzálást is megvalósít. A 6.85 ábrán a triggerkereket is láthatjuk, a rajz utólagos átalakító készletet mutatbe.

+ Tápfeszültség (Vehicle supply voltage)

o o==\ '----"' Triggerkerék forgásiránya (Vane rotation) 6.84 Hall generátor kimeneti jelformája (Hall generator and output voltage waveform)

Kimeneti feszültség Ug (Output voltage)

= Erősitett és jelformált Hall-feszültség

Ug

(=Hall voltage x amplification with pulse shaping)

J1fliL Idő

(Time)

Hall-generátor (Hall generator)

3 A zárásszög állandó, mértékét a triggerkerék osztásai állítják be. A nagy teljesítményű (magas fordulatszámon üzemelő) motorok esetén a fix zárásszög nagy hátrány. Ugyanakkor a gyújtásmegszakítás rendszerekhez képest előnyt jelent, hogy a zárásszög a teljes élettartam során állandó, karbantartást a rendszer nem igényel.

6. A gyújtásrendszer

UG

1 A triggerkerék szárnya (Vane with width W) 2 Lágyvas (mágnesesen vezető) részek (8oft magnetic conductíve e/ements) 3 Hall integrált áramkör (Hall IC) 4 Légrés (Air gap)

UG= A Hall-generátor kimeneti feszültsége ~

~

6.85 Gyújtáselosztóba szerelt Hall-generátor (Hall generator in the distributor)

lz Idő

_lz (Time)

6.32 Állandó energiájú gyújtásrendszer Hall-generátorral 1 Ahogy korábban már megismertük, az állandó energiájú rendszerek előnye, hogy a primer áramerősség minden körülménytől függetlenül a kívánt értéken tartható. a) A primer áram a maximumát elérve nem növekedik tovább. b) A szikrafeszültség a motor üzemállapotától függetlenül közel állandó. c) Előtétellenállásra nincs szükség.

Emellett lehetőség nyílik a gyújtás letiltására, ha a gyújtásáramkör bekapcsolt állapotú, de a motor áll. A fenti három tulajdonság a zárási időtartam és a primer áram zárthurkú szabályzása által valósítható meg. ZÁRTHURKÚ ZÁRÁSI TARTOMÁNY VEZÉRLÉS

2 Az indukciós (reluktancia) impulzusgenerátor kimeneti jelformája szinte kínálja magát, hogy az egyenszint eltolásával módosíthassuk a kapcsalási időpontokat. A Hall-generátor kimenetének négyszögjel impulzussorozata erre nem alkalmas. Az analóg vezérlési rendszerekben (a KI és BE állapotokat megkülönböztető digitális rendszerekkel ellentétben) a különböző kapcsalási pontok esetén különböző küszöbfeszültségeket alkalmaznak. A Hall-

6.

6.86 Állandó energiájú, Hall-generátoros gyújtásrendszer zárási időtartamá­ nak szabályzása a küszöhfeszültség változtatásával (Trigger level control of dwellin constant energy Hall generator ignition)

generátor kimenetén a Hall-lapka erősített (és egyes esetekben az időtengelyre tükrözött, azaz invertált) jelformáját kapjuk, amely négyszögjeL A négyszögjelből megfelelően méretezett RC tag segítségével háromszögjel állítható elő (6.86 ábra). A korábban megismert szabályzóáramkör komparátorának DC szinteltoló kimenete így már felhasználható a primer kör kapcsolási időpontjainak eltolására. A küszöbfeszültségeket úgy választják meg, hogy a primer áram a kívánt időpontban kapcsolódik be, ezután növekedik, majd t időtartamra állandósult értéket vesz fel. Ezt a t időtartamot a motor üzemállapotától függetlenül tartani kell. A bekapcsalási időpil­ lanat a zárási időtartam kezdete, a kikapcsolási időpillanat pedig a szikra létrejöttét jelenti.

t

_3

___ 2-

1

4

t

5

l

l

1

l

6

*

7

1 2

3 4

5

l l l

Ul

Megfelelő zárási időtartam (Dwe/1 correct) Túl rövid zárási időtartam (Dwe/1 too short) Túl hosszú zárási időtartam (Dwe/1 too long) Hall-generátor kimeneti feszültsége (Hall generator voltage) Primer áram bekapcsalási küszöbszintje (Coil current frigger level)

* 7

.LVL * 7

6 Primer áramerősség (lgnition coi/ primary current) 7 Szikra (Spark) 8 Megfelelő időtartamú állandósult érték (Correct dynamic lead) 9 Túl alacsony primeráram-csúcsérték (Coi/ current peak too low) 10 Túl hosszú ideig vesz fel állandósult értéket (Current limiting time too low)

6. A gyújtásrendszer

A lehetséges állapotok: a) a zárási időtartam túl rövid a megfelelő primer áram felépüléséhez, vagy: b) a zárási időtartam túl hosszú.

Az (a) esetben a komparátor kimenete a küszöbfeszültséget úgy tolja el, hogy a zárási időtartam korábban kezdődjön, míg (b) esetben késlelteti azt. ÁRAMHATÁROLÁSZÁRTHURKÚSZABÁLYZÁSSAL Az áramérzékelő visszacsatoló ellenállás által szolgáltatott jel (azaz a rajta eső feszültség) információval szolgál a primer tekercs áramának pillanatértékérőL A komparátor ezt a pillanatnyi értéket összehasonlítja a referenciafeszültséggel, és a meghajtó fokozatot vezérelve beavatkozik. Ha a primer kör árama elérte a szükséges csúcsértéket, a komparátor csökkenti a meghajtó fokozat kimenetét, így kikapcsolja a Dariington tranzisztorpárt. Ez a fajta viszszacsatolás tehát zárthurkú szabályzást valósít meg, és biztosítja a megfelelő áramkorlátozást.

6.33 Digitális gyújtásrendszerek 1

A gyújtásrendszerek terén a digitális technika bevezetése nagy hiszen lehetőséget adott a röpsúlyos (centrifugál) és a depressziós gyújtásvezérlő szerkezetek elhagyására. A gyújtótekereset megtartva a rendszer állandó energiájú és áramhatárolt. előrelépésnek bizonyult,

A megfelelő gyújtásidőpont kiszámítására mikroszámítógépet alkalmaznak, amely figyelembe veszi a többi között amotor fordulatszámát és terhelési viszonyait. 2 A mikroszámítógép rendkívül rugalmasan alkalmazható, ez pedig a fordulatszámon és a terhelésen kívül a motor és a jármű egyéb paramétereinek figyelembe vételét teszi lehetővé. Az eredmény: a) A modern szegénykeverékes üzemű motorok minden üzemállapotáhan, a teljes fordulatszám-tartományhan állandó energiájú a gyújtószikra; b) Az előgyújtás egészen a kopogáshatárig növelhető. Ezen a ponton a legjobb a motor teljesítmény leadása.

3 Mivel a rendszer az előgyújtás értékét a fordulatszám, motorhő­ mérséklet és terhelés függvényében állítja be, a motor gazdaságosan üzemel és károsanyag-kibocsátása alacsony. Mozgó alkatrészek hiányában nincs szükség időszakos karbantartásra. A rendszer bonyolultabb ugyan, ezért azonban bőven kárpótol a stabil alapjárati üzem és a szélsőséges körülmények között is biztos hidegindítás.

6. A gyújtásrendszer

A mikroelektronikai eszközök ára folyamatosan csökken, így mára már bizonyossá vált, hogy a mikroszámítógépes gyújtás egyeduralkodóvá válik a járművekben.

4 Itt kell megjegyeznünk, hogy bár a digitális gyújtásrendszer teljesen önálló rendszerként is működhet, a fejlődési irány a tüzelőanyag-ellátó rendszerrel való egybeépítés felé mutat. Ezt motori:nenedzsmentnek nevezzük, és könyvünkben később részletesen tárgyaljuk l

6.34 Az előgyújtás mértéke és· amotor üzemállapota köztiösszefüggések

6.87

A hagyományos gyújtórendszerek jelleggörbéje az ideálishoz viszonyítva (A shortcoming of distributor advance mechanisms)

1 A motorok prototípusát a gyártók próbapadon járatják, a teljes terhelési és fordulatszám-tartományban. Minden terhelési és fordulatszámbeli lépésben meghatározzák és feljegyzik az optimális előgyújtási értéket. Az értékekből grafikanak (jelleggörbék) rajzolhaták. Akiválasztott előgyújtás-érték minden.esetben kompromiszszumot jelent, amely figyelembe veszi a tüzelőanyag-fogyasztást, a kopogáshatárt, a károsanyag-kibocsátást, a forgatónyomatékot és a motorhőmérsékletet is. Ezek után nem meglepő, hogy a kapott görbesereg igencsak egyenetlen felületű. Az ilyen görbék csak távolról hasonlítanak a röpsúlyos és depressziós s~erkezetek által előállított görbére (6.87 ábra). / . 2 Ha az előgyújtást a terhelés és a fordulatszám függvényében ábrázoljuk, három ábrázolási tengelyre van szükségünk, így háromdimenziós úgynevezett jellegmezőt (vagy jellegfelületet) kapunk (6.88 ábra). A terhelés és a fordulatszám bármely tetszőleges értéke egy pontot határoz meg. Ebben a pontban merőlegest állít-

Ideális előgyújtási jelleggörbe (Actual advance requíred [typícal only])

Előgyújtás szöge (lgnítion advance angle)

l l

l

l

1 l ( '" /

/

__,-----------. - - -

Megszakítás gyújtásrendszer által megvalósított jelleggörbe (Advance províded by mechanícal means ín dístríbutor)

l Fordulatszám (Engine speed)

246

16.88 Digitális gyújtásrendszer optimalizált jellegfelülete (balra) és a mechanikus rendszerek által megvalósított jellegfelület (jobbra) (OpÚmized electronic ignition advance map [left} compared with the ignition advance map of a mechanical spark advance system [right]

6.89 Gyújtás-jellegfelület, illetve az információtárolás elve (Ignition map and stared information concept)

A jellegfelület metszete (Section through igniton map)

6. A gyújtásrendszer

va a vízszintes síkra, megkapjuk a jellegfelület adott pontban mért magasságát. Ez a magasság adja az előgyújtás értékét. Az ilyen jellegmezőn alapuló gyújtást jellegmezős gyújtásnak nevezzük. A háromtengelyű, háromdimenziós koordinátarendszer vízszintes síkján a fordulatszámok és terhelési értékek metszéspontjai helyezkednek el. Ezekhez a metszéspontokhoz egy és csakis egy előgyúj­ tási érték tartozik (6.89 ábra). A metszéspontokhoz tartozó értékeket a számítógép memóriájában tárolják. A gyakorlatban a jellegmező 1000-4000 szabadon lekérdezhető előgyújtás-értéket tárol.

3 A gyártónak lehetősége nyílik arra, hogy a névleges alapjárati fordulatszám alatti fordulatszámokon megnövelje az előgyújtást, az így megnövelt forgatónyomatékkal stabilizálva a motor járását. A motorféküzemi állapotot külön programozzák, figyelembe véve a károsanyag-kibocsátást, illetve a jármű vezethetőségét. A motorfék-üzemet a fojtószelep-állító szerkezetébe épített kapcsaló jelzi a számítógép számára. A teljes terhelés melletti előgyújtás-görbe a kopogáshatár közelét követi.

6.35 A számítógép-vezérelt gyújtás működése A mikroszámítógép speciális, a gépjárműipari igényeknek megfelelően kialakított számítógép, melynek memóriájába a megfelelő adatokat előre beprogramozzák (tárolják) -lásd az előző szakaszt. A számítógép a következő jellemzőknek megfelelő jellegmezőket tárolhatj a:

1

l. Motorfordulatszám, 2. Motorterhelés, 3. Hűtőfolyadék hőmérséklete, 4. Kopogásérzékelő jele, 5. Forgattyús tengely helyzete (elfordulási szöge), 6. Akkumulátorfeszültség és további aktuális üzemi paraméterek. 2 A számítógép számára a különböző fizikai mennyiségekről (hő­ mérséklet, nyomás, fordulatszám, stb.) különböző jeladók szaigáltatnak információt. Ezek a jeladók általábanamért értékkel arányos elektromos jelet biztosítanak. A jeladókat szenzornak is nevezzük. 3 A szenzorok által szolgáltatott információt a mikroszámítógép (más néven az ECU) dolgozza fel. A mikroszámítógép központi és legfontosabb alkatrésze a mikroprocesszor. A számítógépek csak digitális jeleket képesek feldolgozni. A számítógép ezért először digitális formára (azaz digitális jelsorozattá) alakítja a szenzorok analóg jeleit. Egyes jelek (mint például a forgattyús tengely hely-

6. A gyújtásrendszer

zete, vagy a fordulatszám) már digitális formában állnak rendelkezésre, míg más jeleket (mint például a szívótér nyomása, vagy a hőmérséklet) digitális formára kell alakítani. Az analóg-digitális (A-D) átalakítókat később részletesen ismertetjük. A korszerű járműveken az A-D átalakítókat egybeépítik aszenzorral és digitális rendszeren át jut el az információ az ECU-hoz. 4 Vegyük sorra a 6.90 ábrán látható blokkvázlaton bekarikázott számmal jelölt bemenő jeleket:

6.90 Digitális elektronikus gyújtásrendszer vázlata (Schematic Zayout of digital electronic ignition system)

(1) Terhelés. A motor terheléséről a szívótér abszolút nyomása ad információt. Ennek mérésére aneroid szelencét, vagy félvezető piezo elemet használnak. Ez az információ közvetve a beszívott levegő mennyiségével, ígyamotor terhelésével van összefüggésben. A beszívott levegő hőmérsékletét is mérik, ami további információval szolgál a számítógép számára, lehetővé téve a levegő hőmér­ séklet változásával járó sűrűségváltozás miatti korrekciót. Erre különösen a benzinbefecskendező rendszerek esetén van szükség. A fenti szenzorok helyett forró huzalos vagy forró filmes légtömegáram-roérőt is alkalmaznak. Ezek az eszközök nem igényelnek +

® 0

1

9

8

10

7

1 Tápfeszültség az akkumulátorról (Vehicle battery supply) 2 Szívótér-nyomás és hőmérséklet (lntake manifold pressure and temperature sensors) 3 Kopogásérzékelő (Knock sensor) 4 H ütőfolyadék hőmérséklet-érzékelője (Engine water temperature sen sor) 5 Akkumulátorfeszültség (Battery voltageJ

6 Forgattyús tengely helyzetének és fordulatszámának érzékelői (Fiywheel speed and position sensors) 7 Fojtószelep kapcsolója (Throttle va/ve switch) 8 Analóg-digitális (A-D) átalakító (Analoge to digital converter [AID]) 9 Elektronikus vezérlőegység (ECU) (Electronic control unit [ECU]) 10 Gyújtótekercs (lgnition coil) 11 Gyújtáselosztó (Distributor)

6.

6.91 Piezo-kristályos kopogásérzékelő (Knock sensor using piezo srystal)

Piezoelektromos kristály (műanyag hővédő burkolattal) (Piezo-electric crystal [plastic-coated to give thermal barrier]) Szeizmikus tárcsa (Seismic disc) Csavar, mely előfeszíti a kristályt (Bolt with correct torque to pre-stress piezo-srystal)

•&o---- Elektromos hozzávezetések

(Pieyo crystal output leads)

korrekeiét a levegőhőmérséklet illetve a sűrűség tekintetében . Az összes említett szenzor analóg jelet szolgáltat, amit A-D átalakító segítségével digitális jelek sorozatává kell alakítanunk .

(2) Kopogás, detonáció. A kopogásos égés állapotát piezo érzékelő érzékeli. Ehhez piezo elemet szorítanak a motor megfelelő részére. A piezo elemhez egy szeizmikus (azaz jelentős tömegű) tárcsa csatlakozik (6.91 ábra). A piezo kristály az átellenes oldalain a kristály lapját érő nyomással arányos feszültséget hoz létre. A kopogáshat ár közelében a motor strukturális rezgései mozgásba hozzák a szeizmikus tárcsát, amely nyomást fejt ki a kristályra. A létrejövő elektromos jelet speciális áramkör értékeli ki. Minden hengerre külön határértéke t számol a rendszer, figyelembe véve a megelőző hasznos munkaütem ek átlagát. Ez a határérték folyamatosa n változik, az aktuális üzemállapo tnak megfelelően. A számítógép összehasonlítja a mért értéket a számított határértékk el, és ha szükséges, beavatkozik: az adott henger előgyújtását egy előre meghatároz ott értékkel (pl. 1,5°) csökkenti. A folyamat minden henger esetében lezajlik. Ha a kopogás megszű­ nik, a számítógép apró lépésekben ismét növeini kezdi az előgyúj­ tást, lassan közelítve a jellegmezőben tárolt, adott üzemállapo tnak megfelelő értékhez. Így minden henger külön-külön és folyamatosan megfigyelés alatt áll, ami optimális hatásfokot és gazdaságosságat eredményez (ismerve, hogy ehhez a kopogáshatá r-közeli legnagyobb előgyújtásra van szükség, lásd: 6.92 ábra). A bemuta-

6. A gyújtásrendszer

Ez a tűréshatár csökkenthető a zárthurkú kopogásérzékeléses szabályzás megvalósításávaL Ez további teljesítménynövelést jelent. (This gap may be reduced if closed-loop knock control is used. lncreased performanoe will be achieved.)

Digitális elektronikus gyújtás-jelleggörbe egyetlen terhelési állapotra, kopogásérzékeléses szabályzás nélkül. (Digital electronic ignition advance curve for one load condition without knock control.)

6.92 Kopogásérzékeléses szabályzás általi teljesítménynövelés (Inereased performance with knock control)

Motor fordulatszáma (Engine speed)

6.93 Zárthurkú kopogásérzékeléses szabályzás (Knock control elosed loop system)

~ rM-;mória~ l 8 L(Memory) JI

--r-

' l

Kopogásérzékelő jelének .-------.-.----+--~kiértékelése

(Evaluate knock signal)

Motor (Engine)

Elektronikus vezérlés (Electronic control)

l l l

L __ ~

tott rendszer a 6.93 ábrán látható zárthurkú szabályzás gyakorlati megvalósítása. Áramköri meghibásodás (például vezetékszakadás) esetén az előgyújtást a rendszer az előre meghatározott biztonsági érték alá csökkenti. Ezzel egyidejűleg világítani kezd a műszerfal megfelelő visszajelző lámpája.

Ellenállás (Resistance)

o 3~

l

~~

10 4

6 4

'

~

10 3

8 6 4 3 2

6.914

~

102

~

8 6 4 3 2

Negatív hőfok­ függésű ellenállás (termisztor) jelleggörbéje (Resistance change with temperature of NTC bead [negative temperature coefficient])

101

-20

o

20

40

60

80 100 120 oc IClBOSCH

Hűtőfolyadék hőmérséklete

(Coolant temperature)

(3) Motorhiimérs éklet. A hőmérsékletérzékelők általában félvetípusúak (vagyis termisztorok), melyek 200 oc alatti mérési

zető

tartományban mára teljesen leváltották a hőelemeket. A termisztor félvezetőanyaga negatív hőfokfüggésű ellenállással rendelkezik (6.94 ábra). A használható hőmérséklet-tartomány -20 és +130 oc közötti, emiatt a termisztor kiválóan alkalmazható a hűtőfolyadék hőmérsékletének érzékelésére. A szenzort menetes, a motor vízterébe csavarható patron formájában hozzák forgalomba (6. 95 ábra). A szenzor érzékenysége 0,05 oc pontosságú mérésekhez is megfelelő.

A hűtőfolyadék hőmérsékletét a számítógép az előgyújtás-jellegfe­ lület korrekciós értékeként veszi figyelembe a terhelés függvényében (6.96 ábra). Hideg motornál a hidegindítás és a vezethetőség előbbre valóak, mint a gazdaságosság , vagy a hatásfok.

(4) J.rkl!umulát@rfeszüJtségo Ez egy korrekciós mennyiség. Ha az akkumulátorfe szültség eltér az előírt értéktől, a primer tekercs áramának felépüléséhez hosszabb (vagy rövidebb) zárási időtartamra van szükség. Csak így tartható az állandó energiájú gyújtászikra követelménye.

c-----1 '----------2

hőfokfüggésű

(NTC) félvezető alapú ellenállás (Negative temperature coeficient semiconductor resistor [NTC bead]) 2 Szigetelés (lnsulation) 3 Szigetelőanyag (Sealing compound) 4 Elektromos csatlakozó (Eiectrical connectíon)

1 Negatív

6.95 Motorhőmérséklet-érzékelő szenzor (Engine temperature sensor)

.i

6.9'7 Indukciósimpulzus jeladó és a forgattyús tengelyre szere/t fogazott tárcsa (Induction pulse sensor on crankshaft toothed wheel)

6.96 Egyszerű jellegmező: az előgyújtás a terhelés és a motorhőmérséklet függvényében (Simple matrix map Ignition advance map for load and temeprature variables)

Gyakran a 6.67 ábrán látható indukciós jeladóhoz hasonló impulzusjeladót használnak. A 6.97 ábrán ennek gyakorlati megvalósítása látható. Fontos egy kijelölt forgattyústengely- helyzet ismerete, legyen az a felső holtpont, vagy 90o a felső holtpont előtt. Ezt a jelet gyakran egy második jeladó szolgáltatja, amely a fogazott tárcsa belső oldalán lévő egyetlen fog elhaladását figyeli. A fogazott tárcsa helyett gyakran közvetlenül a lendkerék fogaskoszorújának fogait használja a jeladó. A fordulatszám- és a helyzet-információ elméletileg a gyújtáselosztó Hallgenerátorának jeleiből is származhatna, de ez kevésbé pontos megoldás, így nem használják. Két különálló szenzor helyett egyetlen szenzor is alkalmas a forgattyús tengely fordulatszámának és helyzetének az érzékelésére. Ilyenkor a kitüntetett pozíciót a fogazott tárcsa valamilyen egyedi jelével, például hiányzó foggal jelölik. Bár az induktív jeladó széles körben elterjedt erre a célra, megvan az a hátránya, hogy

6. az általa szolgáltatott jel amplitúdója fordulatszámfüggő. Emiatt a nagyon kis fordulatszámok nem mérhetők

(6) Fojtószelep-állás kapcsolója. Ez a kapcsolójelzia számítógép számára a teljesen nyitott vagy zárt fojtószelep-állást, így a számítógép a teljes terhelés gyújtás-jelleggörbéjére vagy tolóüzem állapotra tud átkapcsolni. Amint később látni fogjuk, egyes rendszerek motorféküzemben kikapcsolják a benzinellátást. A fojtószelep-állás kapcsolója ennek az alrendszernek is bemenő jelet képes szalgáltatni (6.98 ábra). Az ELEKTRONIKUS VEZÉRLŐHGYSÉG (ECU, ELECTRONIC CONTROL UNIT)

5 A 6.90 ábrán látható, amint a szenzorok bemenő jeleket szalgáltatnak az ECU számára, amely ezek ismeretében kiszámítja a gyújtás ideális időpontját és energiáját. A vezérlőegység felépítését a 6.99 ábra mutatja be. Az ECU egyes részeinek feladata a következő.

Interfész. A szenzorokról beérkező jeleket a számítógép által fel-

6.98 Fojtószelepálláskapcsaló (Throttle valve switch)

dolgozható jellé, azaz KI és BE állapotok sorozatává alakítja. Ezekhez az állapotokhoz a Oés l szimbólumokat rendelik: BE = l, KI = O. Az ily módon ábrázolt számokat bináris (kettes számrendszerbeli) számnak nevezzük Az analóg formában érkező jeleket (például az akkumulátorfeszültséget) az analóg-digitális átalakító hozza digitális formára. Az interfész a kopogásérzékelő jeleit feldolgozó, azt az előző munkaütemek átlagértékével összehasonlító áramkörrel is rendelkezik

4 ---li.f--·te:.~... ,...,__, 5 -----l,...___---11-':::' \ llllilL 6 -----l,.___, 7--~.,.---\-

BOSCH

1 Fojtószelep (Throttle va/ve) 2 Kapcsoló (Throttle-valve switch) 3 ECU 4 Teljes terhelés érintkezője (Fu/l-load contact) 5 Alakos kapcsalóprofil (Contoured switching guide)

6 Fojtószelep tengelye (Throttle-va/ve shaft) 7 Alapjárati érintkező (ld/e contact) 8 Elektromos csatlakozó (E/ectrical connection)

8

6. A gyújtásrendszer

Ki- és bemeneti egység (BIK, liO). Az IlO egység fogadja a bejövő jeleket azok sebességétől függetlenül, majd a feldolgozási sebességnek megfelelő gyorsasággal és sorrendben továbbítja őket. Ideiglenes tárolás céljából az adatokat a RAM-ban tárolhatja. Órajel-generátor. A számítógép az adatokat sorban dolgozza fel, ennek ütemezéséhez úgynevezett órajelre van szükség. A kristályvezérelt órajel-generátor egy nagy pontosságú digitális ütemadó. Sin. A számítógép részegységeit úgynevezett sínek kötik össze. A sínek adatokat, címeket, vagy vezérlőjeleket továbbíthatnak Ennek megfelelően elnevezésük: adatsín, címsín, vezérlősín (adatbusz, címbusz, vezérlőbusz). Mikroprocesszor vagy központi feldolgozó egység (CPU, Central Processing Unit). Ezt az egységet ALU-nak (Aritmetikai és logikai egységnek, Arithmetic and Logic Unit) is nevezik. Itt hajtódnak végre a különböző számítások. Az elemi számítások, melyek elvégzésére képes: összeadás, kivonás, szorzás, osztás. Minden bonyolult problémát ezen alapműveletekre kelllebontani ahhoz, hogy a CPU végrehajthassa. A CPU emellett logikai (ÉS, VAGY stb.) műveletekre is képes, lásd az 1. fejezetet. Az ALU a műveletvégzés közben egy ideiglenes tárolót használ. A számításokat a vezérlő­ egység irányítja, melynek során a számítógép egyes részegységei közötti adatmozgást vezérli, az ALU műveletvégzési sorrendjét is vezérli és irányítja.

Csak olvasható memória (ROM, Read Only Memory). Ez egy olyan memória, amely bármikor kiolvasható, de tartalma át nem írható, és ezt a tartalmat a memória a tápfeszültség kikapcsolása esetén is megőrzi. A ROM bármilyen információt tartalmazhat, beleértve a jellegmezőket (táblázatos formában), kódtáblázatokat, vezérlőprogramot stb. A ROM tartalmát a gyártó alakítja ki. A ROM-ok közé tartozik a REPROM (újraprogramozható ROM) és az EPROM (törölhető ROM). Az autóiparban ezeknekjelentőségük van, ugyanis segítségükkel a gyártó (a szerviz) megváltoztathatja a tárolt adatokat.

Közvetlen hozzáférésű memória (RAM, Random Access Memory). A szenzorok jeleinek digitális értékeit a számítógép további felhasználásiga RAM-ban tárolja. A RAM-ban tárolt adatok bármikor felülírhaták A RAM tartalma a tápfeszültség megszűnésével örökre elvész. A MIKROSZÁMÍTÓGÉP-VEZÉRLÉSŰ GYÚJTÁSRENDSZER MŰKÖDÉSE

6

A motor paramétereinek előre meghatározott jellegmezőit letáblázatos formában tárolja a számítógép memóriája.

kérdezhető,

1 Ki- és bemeneti egységek, melyek a kiés bemeneti jelforgaimat dolgozzák fel (Input-output units-handie ali in and out signal traffic) 2 A sínek kapcsolják össze a számítógép részegységeit (Buses- links between al/ units) 3 Órajel-generátor, mely a műveleteket időzíti. (Ciock for timing al/ operations) 4 Szenzorok jelzik a motor üzemállapotát (Sensors - signal engine conditions) 5 Intrertész (Interface unit) 6 Órajel 6 MHz (Ciock 6 MHz) 7 Fojtószelepállás-kapcsaló (Throttle switch) 8 Forgattyústengely-helyzet jeladója (Crank position) 9 Fordulatszám (Speed) 10 Szívótérnyomás (Manifold pressure) 11 Motorhőmérséklet (Engine temp) 12 Akkumulátorfeszültség (Battery voltage) 13 Jelformálás (Pulse shaping) 14 Jelformálás és A-D átalakítás (Pulse shaping and A-D conversion) 15 Komparátor (Comparator) 16 A-D átalakító (AD conv.) 17 Zajszűrés (Noise filter) 18 1/0 egység (1-0 unit) 19 Kezeli a ki- és bemenő információkat A bejövő információkat a feldolgozás sorrendjébe rendezi. (Hand/es al/ in and out information. Input signals fetched for computing in sequence.)

35

34

28 29 30 31 32 33

27

26

25

24

23

22

21

továbbküldhető a 36 A kitüntetett jelek (referenciajelek) alapsebességgel, vagy átmenetiján határozza meg az ECU a forgattyús leg tárolható. tengely helyzetét (Output is either sent out at correct (Reference mark pulse receíved from speed or stared temporarily) flywheel sensor- telis ecu crankshaft Kimeneti (gyújtó )teljesítmény figyelése position angle.) (Power output storage) 37 A lendkerék fogaskoszorújának fogai A részegységek közötti kommunikációs által létrehozott impulzussorozatból csatorna (Communication channels meghatározható az 1. sz. jel óta végzett between al/ units) elfordulási szög. Mikroprocesszor, mely tartalmazza: (Pulses from flywhee/ teeth giving speed (Microprocessor, including:) and angle turned since pulse 1 above.) • Aritmetikai és logikai egység (ALU) 38 A referenciajel indítja a fűrészjelet (Arithmetic + logic unit) (Reference pulse triggers off saw tooth • Tároló áramkör (Accumulator) wa ve.) • Vezérlőegység (CU) (Control unit) 39 Az adott üzemállapotnak megfelelő előROM, csak olvasható memória gyújtás- és zárásszög-érték az átmeneti (ROM Read Only Memory) memóriába kerül. Állandó információtárolás (Value in the intermediate memory, (Permanent information store) calculated from ignition and dwe/1 for the RAM, közvetlen hozzáférés ű memória instantaneous operating condition.) (RAM Random Access Memory) 40 Az ECU összehasonlítja elfordulás szöAz információ beírható és kiolvasható, a gét és a kiszámított értékeket. Ha az tartalom folyamatosan frissíthető összehasonlítás egyenlőséget jelez, a (Information put in and taken out, primer áramot be- illetve kikapcsolja. continuously updated) (Va/ues from the angle counter and Gyújtótekercs (lgnition coil) intermediate memory are compared. Kopogásérzékelő (Knock sensor) If values are equal, signal to switch Gyújtáselosztó (Distributor) ignition coil on or off is sen t to ignition Gyújtógyertyák (Spark plugs) output stage.) Motor (Engine) 41 A gyújtás teljesítmény-végfokozatát veA forgattyús tengely forgása zérlő jel (Crankshaft rotation) (Signals to ignition po wer stage) Zárási tartomány (Dwe/1) 42 Primer áram Szikra (Spark) (lg nition coil primary current)

megfelelő

20 A kimenet azonnal

~

"":

ft)

Llil

~

~

~

til

$:::1,

l"t-

.s~

~

:ta.

6. A jellegmezők többféle paraméter szerintiek lehetnek, de a fő szempontok a fordulatszám, a szívótér nyomása, a motor hőmérséklete és az akkumulátorfeszültség. Minden jellegmező egy előgyújtás­ értéket ad vissza. Több jellegmező esetén az előgyújtás-értékek elő­ jeles összege lesz a megkívánt előgyújtás-érték. A zárásszög (zárási időtartam) meghatározása hasonló elveken alapul. A számítógép bekapcsolásakor a mikroprocesszor meghatározza, hogy honnan indul a program végrehajtása. Ezután meghatározza az adatirányt (ki vagy be), és az adatforgalom időpontját. Végül az adat elküldésre kerül a mikroprocesszor felé (vagy tőle a számítógép más részegysége felé). Mindezek az események a memóriában tárolt utasítások sorának (a programnak) megfelelően történnek. A mikroprocesszor működése nem más, mint a programból (és az adatokból) származó vezérlőjelek egymásutánjának folyamatos végrehajtása. Az adatok feldolgozása (a számítások) után a mikroprocesszor vezérlőjeleket küld a gyújtás teljesítményfokozatának, amely a primer áramot kapcsolja BE és KI, mégpedig a megkívánt pillanatban és az ideális zárási időtartam mellett. A kopogásérzékelő nélküli rendszerekben az ECU olyan gyújtásjelleggörbét alkalmaz, amely biztonsági tartalékkal követi csak a kopogáshatárhoz tartozó ideális jelleggörbét (6.92 ábra). Az ilyen jelleggörbe az új gépkocsi esetén még megfelelő, de a kopásból és elhasználódásból adódó későbbi eltérésekhez nem tud alkalmazkodni. Más szóval: nincs visszacsatolás a gyújtás és a zárásszög-vezérlés eredményéről. A kopogásérzékelős rendszerekben a gyújtásrendszer visszacsatolást kap a kopogás tényéről, így korrigálhatja a kiszámított értéket, vagyis zárthurkú szabályzásról beszélünk. Később megismerkedünk a károsanyag-kibocsátás szabályzásával, ahol az ECU újabb visszacsatolt bemeneti jelet kap (a lambda-szenzor jelét).

Gyújtáselosztó nélküli gyújtásrendszerek 7 A gyújtásrendszerek fejlődésének során az első kiküszöbölendő alkatrész a mechanikus gyújtáselosztó volt. Ezt követte a röpsúlyos előgyújtás-vezérlő szerkezet elhagyása. A gyújtáselosztónak egyetlen feladata maradt: a szikra továbbítása a gyújtógyertyák felé. Ezt azonban könnyen megoldhatjuk hengerenként különálló szekunderkörök segítségéveL A Ford 1989 óta alkalmaz ilyen megoldást a HCS Valencia motorokon, melyeket az Escort és Orion macleliekbe szereltek A négy nagyfeszültségű kört két darab kettős szekunder kivezetésű gyújtótekercs segítségével valósították meg. Az elgondolás nem újkeletű, mivel a Citroen 2CV és Visa roatorokon is elő­ fordult már, de elektronikus vezérléssei ott még nem találkozhattunk. Ahányszor valamelyik tekercs primer köre gyújtásjelet kap,

6.

6.100 Gyújtáselosztó nélküli gyújtásrendszer (Ford) (Distributorless ignition system)

2

No1

8 l l

1

7

110 l l

No4

4

No 2

7

l l

110 l

No 3

3 1 Indukciós jeladó, melyet a lendkeréken kialakított jeladó mintázat hoz működésbe. (Variable reluctance sensor- activated by toothed pattern on the flywheel) 2 36 db négyszögletes furattal ellátott lendkerék. Két furatot összenyitn ak, ez jelöli az FHP előtti 90°-0S helyzetet. (Fiywheel with 36 slots- Iess one for sensing reference point of 90° before top dead centre)

3 A jeladó hullámformája a kitüntetett helyzet jelével (Sensor waveform wa ve form showing putseat missing totth position) 4 Elektronikai egység(ek) (Eiectronics module[s]) 5 Tápfeszültség (Supply voltage) 6 Primer (Primary) 7 Szekunder (Secondary) 8 A gyújtótekercs (Coil A) 9 B gyújtótekercs (Coil 8) 10 Közös visszatérő ág (Return path)

két gyújtógyertyán (melyek a két szekunder kivezetésre csatlakoznak) jön létreszikra (6.100 ábra). Az egyikszikra hasznos munkaütemet végző hengerben keletkezik, míg a másik kipufogóütemet végző hengerben jön létre. Ez utóbbiszikra nem hasznos, mivel a henger éppen kipufog. (Innen a név: parazitaszikrás gyújtásrendszer.) A Fordnak ez a gyújtása 37 kV szikrafeszültséget hoz létre, ami több mint elegendő a két sorba kapcsolt gyújtógyertya biztos szikraképzéséhez. Vegyük észre, hogy a szekunder áram az egyik gyertyán az előírt irányban folyik, míg a másik gyújtógyertyán az előírttal ellentétes irányban (6.101 ábra). Ennek a fejezetnek a 13. szakaszában már volt szó arról, hogy ideális esetben a középelektródának kellene negatívabbnak lennie a megfelelő elektródakopás érdekében. Amotor gyújtási sorrendje 1-2-4-3, és hagyományos gyújtógyertyákat alkalmaznak, melyeket azonban 20 OOO kilométerenként cserére ír elő a gyártó. A primer gyújtótekercs 0,5 ± 0,05 O ellenállású, míg a szekunder tekercs ellenállása 11-16 O közötti. A mikroprocesszor a bemeneti jelek alapján számolja ki az előgyújtás értékét. A bemeneti jelek: szívótér nyomása, motor-

1

·1 Meghajtás a gyújtómodulról 2

3

4

5

6

(Drive from ignition system) szekunder tekercs (Double-ended secondary of coil used for distributor-fess ignitionj Pillanatnyi szekunder polaritás (fnstantenous secondary voltage polaríty) Elektronáram iránya (Electron flow directíon) Itt az elektronok a testelektródáról indulnak ki, ez a megfelelő üzemmód. (Here electrons jump gap from earth efectrode to centre efectrode ie ,incorrect' way) Itt az elektronok a középelektódáról indulnak ki, ez a fordított üzemmód. (Here electrons jump gap from centre electrode ie ,correct' way) Kettős kivezetésű

6.101 Szekunder áramirány gyújtáselosztó nélküli rendszerben (Plug current flow in distributor/ess ignition system)

LJ 9

====-=----------2

fordulatszám, forgattyús tengely helyzete, hűtőfolyadék hőmér­ séklete. A kiszámított érték alapján a számítógép jelzi a megfelelő gyújtótekercs meghajtófokozatának, hogy szűntesse meg a primer áramot. Ha a mikroszámítógép meghibásodik, a rendszer automatikusan 10° előgyújtásra áll át, amely lehetővé teszi, hogy gépkocsival az első szervizig eljussunk. Az újabb károsanyag-kibocsátási normáknak való megfelelőség érdekében az 1.3 HC 2V Valencia típusú motort a légszűrőházban (a szűrőn belülre) elhelyezett termisztoros hőmérséklet-szenzorral szerelték A rendszer nagy terhelésen nemcsak magas motorhőmér­ séklet, de a beszívott levegő magas hőmérséklete esetén is csökkenti az előgyújtást. A gyújtás csökkentésének mértékét a számítógép a fordulatszám, a terhelés és az adott hőmérsékleti szenzor jeleinek alapján számítja ki. GYÚJTÓGYERTYÁNKÉNTIGYÚJTÓTEKERCS 8 Amodernebb gépkocsik esetén minden gyújtógyertya különálló gyújtótekereset kap. Az így elért előnyök: pontosabb gyújtásvezérlés, csökkenő károsanyag-kibocsátás, csökkenő benzinfogyasztás, illetve növekvő teljesítmény (6.102a és b ábrák).

A rendszer

lehetővé

teszi, hogy a motormenedzsment rendszer a

6. A gyújtásrendszer

Gyújtótekercs (Coil assembly)

Nagyfeszü lts ég ű csatlakozó (HTcap)

6.102b Közvetlenül a gyújtógyertyákra szerelt gyújtótekercsek (nyíllal jelölve) (Ignition coils (arrowed) mounted directly over the spark plugs)

Gyújtógyertya (Spark plug)

6.102a Gyújtógyertyánkén ti gyújtótekercs (1 dh) (single spark coil-per-plug)

6.103 Gyújtógyertyánkénti gyújtótekercsek, VWVRS motor (Coil-per-plug system Zayout- VW VR5 engine)

2

l

3 1 ECU (Engine management ECU) 2 Kimeneti teljesítményerősítő fokozat (Output stage amplífíer) 3 Szerelt gyújtótekercs, 5 db (!gnition coif assembly) 4 Gyújtógyertyák (Spark plugs)

1 _~.------,,

l

l

4

261

szikra időpontját és időtartamát minden henger hasznos munkaütemére külön határozza meg. Ehhez figyelembe veszi a kopogásérzékelő, a forgattyústengelyhelyzet érzékelője, a légmennyiségmérő, a fojtószelephelyzet-érzékelő és a hűtő­ folyadék-hőmérséklet érzékelő jeleit. A kimeneti teljesítmény-meghajtófokozatot és a gyújtótekereset egyetlen közös egységbe építik be, mely közvetlenül az adott gyújtógyertyára csatlakozik, a illeszthető módon. Ez vezérműfedéibe 6.1@4 Vauxhall (Opel) Z22SE motor szereltgyújtómodulja a nagyfeszültségű elhagyja a megoldás (The ignition moudle assembly fitted to a Vauxhall gyertyakábeleket, hiszen a nagyfeszültZ22SE engine) ségű szekunder csatlakozó közvetlenül a gyújtógyertyára kapcsolódik. Egyes rendszerekben a gyújtótekercsek egyetlen szerelt egységet képeznek, amit a gyújtógyertyától távolabb helyeznek el. Itt hagyományos gyújtókábeleket alkalmaznak (6.103 ábra), vagy a gyújtógyertyák felett elhelyezkedő, egy egységet képező, szerelt gyújtókábel-köteget használnak (6.104 ábra).

262

7. A TÜZELŐANYAG-ELLÁTÁS 7.1 A tüzelőanyag (benzin) adagolása 1 A benzinüzemű (Otto-) motor működéséhez olyan keverékre van szükség, melyben a levegő és a benzin tömegaránya 12:1 és 17:1 érték között mozog. Az előbbi arány a dús, míg az utóbbi a szegény keveréket jelenti. Az előírt keverési arányú benzin-levegő keveréket a motorizáció kezdete óta - több-kevesebb sikerrel- a porlasztó (karburátor) állította elő. A modern károsanyag-kibocsátási előírások miatt, különösen olyan rendszerekben, ahol katalizátort is alkalmaznak, sokkal pontosabb benzin-adagolásra van szükség: 2 Bár léteznek elektronikusan szabályozott porlasztók, ma már széles körben elterjedt a benzinbefecskendezőrendszerek használata. A benzinbefecskendezés fő előnyei: a) Nagyobb fajlagos teljesítmény; b) Nagyobbforgatónyomaték alacsony fordulatszámokon; c) Biztosabb hidegindítás,· kedvezőbb üzem. htcJ.eg motoreset~ri; d) Alacsonyabb károsanyag-kibocsátás; .. · · . e) Alacsonyabb tüzelőanyag-fogyasztás. A parlaszták hátrányai: a) A volumetrikus hatásfoko t* behatárolja a légtorok (ven turicső) felépítése, illetve a keverék előmelegítésének szükségessége. A volumetrikus hatásfok a ténylegesen beszívottkeverék térfogatának és a teljes lökettérfogatnak az aránya. Hagyományos porlasztás, atmoszferikus (nem feltöltött) üzem mellett ez általában 70%. b) Elméletben sem lehetséges a keveréket egyenlően elosztani a hengerek között. Ennek elkerülésére a keveréket dúsabbra állítják, így a legszegényebb keverékhez jutó hengerek is megfelelő benzin-levegő keveréket kapnak. Erre a kopogásos és detonációs égés elkerülése érdekében van szükség. c) Hidegben a benzin lecsapódik a szívócső belső falán, ami a motor egyenetlen járásához vezet. *A volumetrikus hatásfok helyett elfogadottabb a töltési fok kifejezés használata.

263

7. Tüzelőanyag-ellátÍís

7.2 Benzinbefecskendezés 1 A benzin befecskendezésének többféle módja létezik. Az első szempont, amely alapján különbség tehető, a befecskendezés helye: a befecskendezés történhet az égéstérbe (közvetlen, azaz direkt befecskenaez;és), vagy a szívószelepek előtt aszívócsőbe (közvetett, azaz indirekt befecskendezés).

A direkt benzinbefecskendezés az autóiparban az utóbbi években jelent meg. A benzint közvetlenül az égéstérbe fecskendezik, nagy nyomáson, melyet a motor által meghajtott benzinszivattyú állít elő (GDI-rendszer). A befecskendezést vezérlő elektromos impulzusokat a motor egyes hengereinek hasznos munkaütemeivel szinkronizálják. Az eredmény: csökkenő károsanyag-kibocsátás, alacsonyabb benzinfogyasztás és nagyobb teljesítmény. Lásd a 14. szakaszt. Az indirekt befecskendezé$ esetén a benzint egy vagy több ponton fecskendezik i szívócsőbe. Ehhez alacsonyabb üzemi nyomás is 7.1a Közvetlen benzinbefecskendez::.=é=-s_ __ (Direct petral injectian)

1 Nagynyomású befecskendezőszelep

(Hígh-pressure ínjector)

2 Szívóoldali csappantyú (lntake manifold flap changeover mechanísm) 3 Egyedi kiképzésű dugattyútető (Píston crown recesses)

1

elegendő. A befecskendezőszelepek mű­ ködhetnek egyszerre, vagy külön-külön (az egyes hengerek hasznos munkaütemeihez szinkronizált módon).

2 Az indirekt befecskendezésnek két módját alkalmazzák

Polyamatos befecskendezés. A benzint

7.1b Közvetett benzinbefecskendezés (Indirect petral injectian)

264

folyamatosan fecskendezi a rendszer, mindaddig, amíg a motor jár. A benzin mennyiségét a benzin nyomása határozza meg. Az alapjárati és a teljes terhelési tü-

7. Tüzelőanyag-ellátás

7.2 A befecskendezőszelepek elhelyezkedése (Positions for petrol injectors) Szívócső

Hengerenként egy-egy befecskendezőszelep

r-----\Separate injectors)

(ln/et manifold)

Beszívott

Hengerek (Cylinders)

levegő

(Air intáke) levegő

(Airintake) Központi (fojtószelepház-) befecskendezés (Single point [throttle body injection])

Hengerenkénti befecskendezés (Multipoint injection)

zelőanyag fogyasztás aránya akár 1:60 is lehet (hatvanszoros menynyiség az utóbbi javára). Az alapjárati és alacsonyterhelési üzemben különösen fontos a mennyiség pontos beállítása. A károsanyagkibocsátás és a gazdaságosság kicsivel jobb, mint porlasztó alkalmazása esetén.

Szakaszos befecskendezés. A benzint állandó nyomáson, szakaszosan fecskendezik a szívócsőbe. A benzin mennyiségét a befecs.kendezés időtartama határozza meg. A befecskendezés történhet a hengerek működésétől függetlenül (egyszerre), vagy az adott henger szívószelepének nyitásához képest időzítve (külön-:külön). 3

Abefecskendezőrendszert szerelhetik henger~nkéhtegy-egy

befecskendező szeleppel (multi point injection) , vagyegyetlen,

központi (single point injection) befecskendezőszeleppel.A 7.2 ábrán a központi és a hengerenkénti befecskendezés összehasonlítása látható. 4 A központi befecskendezőrendszer befecskendezőszelepe a fojtószelep felett helyezkedik el. Ezek olcsó rendszerek. A befecskendezőszelep elhelyezkedése miatt ezt a rendszert fojtószelepház-befecskendezésnek is nevezzük (TBI, throttle body injection). A legtöbb gépkocsit azonban hengerenkénti befecskendezéssei szerelik, különösen azokban az esetekben, ahol a költség nem minden egyebet felülbíráló tényező. A rendszer felépítésétől független elvi működés a 7.3 ábrán látható.

7.3 Torlócsappantyús·légmennyiségmérés 1

Ahhoz, hogy az elektronikus vezérlőegység a megfelelő menybenzint adagolhassa a keverékhez, ismerni kell a mo-

nyiségű

265

7.3 A benzinbefecskendezés elve

Légmennyiség-mérő

(Principle of (uel injection)

(Airflow sensor)

Beszívott levegő . . ~ 1'"':1----------t------i (Airintake) ~

~-.-.-JI

r-..."~.....__,Vezérlőegység

(Control unit) Levegő

(Air)

Benzin (Fuel) Benzinszivattyú (Fuel pump)

Befecskendezőszelepek

(Fuel injector va/ves)

Motor (Engine)

7.4 Torlócsappantyús légmennyiség-mérő szenzor (Air flow sensor [air flap type])

1 Megkerülő csatorna (Bypass) 2 Torlócsappantyú (Airflow sensor flap) 3 Visszacsapó szelep (Non-return va/ve) 4 Csillapító csappantyú (Compensation flap) 5 Hőmérséklet-érzékelő (Temperature sensor) 6 Potenciométer áramköre (Potentiometer circuít) 1 Csillapítókamra (Damping chamber) 8 Kerámia hordozó az ellenállásokkal és a vezetőcsíkokkal (Ceramic substrate with resistors) 9 Potenciométer pályája (Wiper track) 10 Csúszóérintkező kivezetése (Wiper trap) 11 Csúszóérintkező (Wiper) 12 Benzinszivattyú biztonsági kapcsolója (0 0= Kl) (Safety switch for the fuel pump. Off position at a= 0°) 13 A rugót előfeszítő fogasív (Ring gear for spring preloading) 14 Visszahúzó rugó (Retum spring)

266

1

2

3 4 5

10 11 12

14 13

l

"

i

tor által beszívott levegő mennyiségét. A 7.4 ábrán bemutatott torlócsappantyús érzékelőt éveken keresztül használták erre a célra. Az érzékelőt a szívószakaszban helyezik el. A (2) csappantyú a légáramlás hatására rugóerő ellenében elfordul. A szerkezet egy második, úgynevezett csillapító csappantyúval is rendelkezik. Ez a csillapítókamrában található, és nemcsak a hirtelen változások csillapításáról, de a nem kívánt oszcillációk (lengések) kiküszöböléséről is gondoskodik. A csappantyúkat közös tengelyre szerelik. A tengely egyik végén potenciométert találunk a tengelyre szerelt csúszóérintkezővel (7.5 ábra). A csúszóérintkező általleosztott feszültség megfeleltethető a csappantyú elfordulási szögének, így a beszívott levegő mennyiségének. Ezt a jelet (és egyéb szenzorok jeleit) használja fel a központi vezérlőegység a benzin pontos menynyiségének meghatározására. A potenciométer a gyakorlatban az R0 -R10 ellenállások sorából épül fel. A kerámiaellenállásokat keskeny vezetőszakaszok kapcsolják össze a csúszóérintkező pályájával. A pálya magas impedanciájú és jó kopásállóságú. A kimeneti jel feszültségszintje (a Q-val jelölt légmennyiség függvényében) a 7.5 ábrán látható. 2 A torlócsappantyús szenzor olcsó és megbízható, de nagy hátránya, hogy a levegő térfogatát méri. A keverék ideális aránya azonban tömegarányra vonatkozik. A torlócsappantyús szenzor által szolgáltatott jelet ezért a levegő sűrűségének függvényében kompenzálni kell. A torlócsappantyús szenzor szívóoldalán ezért léghő­ mérséklet-mérő szenzort helyeznek el, melynek jeleit a vezérlőegy­ ség feldolgozza. 3 A torlócsappantyús szerkezet megkerülő-csatamája az alapjárati üzemet biztosítja. Az alapjárati keverék minőségét beállító csavarral állíthatjuk be (7.4 ábra).

7.4 Forró hu.zalos légtömegmérő 1 A torlócsappantyús szenzor egyértelmű hátránya, hogy a levegő térfogatát méri, miközben a pontos benzinadagoláshoz a beszívott levegő tömegének ismeretére van szükség. A tengerszint feletti magasság (azaz a levegő sűrűsége) szerinti korrekcióra van szükség, nem beszélve a csappantyús mechanizmus lengésekre való hajlamáról. Idézzük fel az összefüggést: tömeg = térfogat · sűrűség. 2 A megoldást a forró (hő-) huzalos légtömegmérő jelenti, amely közvetlenül a levegő tömegével arányos jelet szolgáltat. A mérést a sűrűség változásai nem befolyásolják. Ezáltal megszabadulunk aszívóoldali légáram pulzálásából adódó lengésektől is (7.6 és 7.7 ábrák). Ebben az érzékelőben 70 f.lm átmérőjű fűtött huzalt használnak. A huzalt a beszívott légáramba (a fojtószelep elé) helyezett mérőcsőbe szerelik.

267

7.5 Légmennyiség-mérő karakterisztikája (Air flow meter output characteristic)

A potenciométer áramköre és a légmennyiség-mérő feszültség-karakterisztikája. A görbe hiperbola, mivel a feszültség a légmennyiséggel fordítottan arányos.

S:

érintkezők

U8 : tápfeszültség Us: megcsapolási pont (csúszóérintkező) feszültsége.

©BOSCH

0~------~----~~------~~

o

1000

200 0

Légmennyiség (Q) (Air quantity Q)

3 A forró huzalos légtömegmérő az állandó hőmérséklet alapelvén működik. A légáramba helyezett forró (100 oc körüli) platinahuzal egy Wheatstone-hí d egyik ága. A hidat a fűtőáram változásai tartják egyensúlyban. A légáram növekedésével a huzal kihűl, ellenállása csökken, ami a hidat kibillenti az egyensúlyi állapotból. Az A és B pont közötti feszültséget erősítőfokozatra kapcsolják, az erősítő kimenete pedig a hidat táplálja. Ezáltal a huzal felfűtődik, így ellenállása megnövekedik , a híd ismét egyensúlyi állapotba kerül. A fűtőáram 500 és 1200 mA közötti lehet. A töltőáram átfolyik R3 nagy pontosságú ellenálláson, így az ezen eső feszültség az ECU által bemeneti jelként felhasználható . 4 A levegő hőmérsékletének változásait Re ellenállás kompenzálja. Ez az ellenállás fémréteg (platina) ellenállás, amely kb. 500 Q körüli értékű, és szintén a légáramban helyezik el. A levegő hőmér­ sékletének megváltozásai Re-re és a huzalra is hatással vannak, ily módon megvalósul a hőmérséklet-kompenzáció. 5 Használat közben a fűtött huzalra szennyeződések rakódnak le. Ennek kiküszöbölésér e a huzalt a motor leállításakor a rendszer egy másodpercre izzásig hevíti (1000 OC). Ez leégeti a szennyeződé­ seket a huzal felületérőL Az "égetőáramot" a vezérlőegység szabályozza. 6

A LucasEFI és a Bosch LH Jetronic rendszerek fűtött huzalos

légtömegmérőt használnak.

7. Tüzelőan:yag-ellátás

7.8a Forró huzalos légtömegmérő elektromos kapcsalási rajza (Hot wi re air mass meter electricai circuit)

l fűtőáram tartja fenn a huzal állandó hő­ mérsékletét. U0 az ECU számára előállított jelfeszültség.

fűtött

7.5 Forró fémréteges (forrófilmes) légtömegmérő 1 Ezt a fajta légtömegmérőt a Bosch fejlesztette ki, és máraszéles körben elterjedt. Itt fűtött fémréteget (filmet) használnak ellenállásként. Ezt egészíti ki a hőmérséklet-kompenzáló áramkör és a nagy pontosságú mérőellenállások áramköre. Ezeket vastagréteg technológiával alakítják ki (7.8b ábra). Az egység strapabíróbb és olcsóbb a fűtött huzalos légtömegmérőnél.

Kiértékelő elektronika (Eva/uation e/ectronics) 2 Mérőcsatorna (Measuring channel) 3 Érzékelőelem (Sensor element)

1

7.8b Forró fémréteg (forrófilmes) légtömegmérő (Hot film air mass sensor)

A működési elv nagyon hasonló a fűtött huzalos légtömegmérőéhez, azzal a különbséggel, hogy a huzal helyett itt egy vékony fémréteget (filmet) helyeznek a légáramba. A fémréteget állandó hő­ mérsékletűre fűti a vezérlőelektronika. A hőmérséklet fenntartásához szükséges fűtőáram arányos a körülötte beáramló levegő tömegével. Az áramot mérve a szenzor a légtömeggel arányos jelet szalgáltat az ECU számára.

Vastagréteg (membrános) nyomás-szenzor 1 Ez a légáramlásmérő eszköz kerámia hordozórétegen kialakított vastagréteg membránból áll. A membrán felületére a megnyúlást mérő elemeket visznek fel ragasztássaL A membránt alkotó "buborék" tágulása vagy összehúzódása a szívócsődepresszióval

7. Tüzelőanyag-ellátás

7.8c Légtömegáramlás mérésére alkalmas nyomás-szenzor (vastagréteg légnyomás érzékelő) (Pressure sensor for air mass fiow measurement [thickfilm air pressure sensorJ)

Jelfeldolgozó és kiértékelő áramkör ,-------,-w="'""=.",..,_~.# (Evaluation circuit)

AlzOa hordozóréteg Mérőelem Buborék (Bubble) (Measuring (A/2 0 3 substrate) element) 7.8d Légtömegáramlás mérésére alkalmas nyomás-szenzor (Pressure sensor for air mass fiow measurement)

-

- - - - - - 5 mm---------+1

arányos. Az elektronikai áramkörrel kiegészített érzékelő a 7.8c és d ábrán látható. A membránt a szívócsőben helyezik el. A nyomásviszonyok változását igen gyorsan képes követni.

2 További módszerek is léteznek a légtömeg mérésére, ezeket azonban teljesen kiszorították a forrófilmes és a forró huzalos szenzorok. Egy példa a kevésbé elterjedt szenzorok köz ül a szívócső­ depressziót érzékelő aneroid kapszula. Egy másik megoldásban a légáram útjába háromszög-profilt helyeznek, amely a légáramban örvényléseket ho'z létre. Az örvénylés nem állandó, a változás frekvenciája pedig arányos a légáram sebességéveL A frekvenciamérés-

270

7.

Tüzelőanyag-ellátás

7. 9 Bosch L Jetronic rendszer (B osch L Jetronic svstem)

BOSCH 1 Benzintartály (Fuel tank)

2 Elektromos benzinszivattyú (Eiectric fuel pump) ,3 Finom hálós szűrő (Fine-mesh filter) 4 Elosztócső (híd) (Distribution pipe) 5 Nyomásszabályzó (Pressure regulator) 6 Torlócsappantyús légáramlásmérő a (6a) torlócsappantyúval (Air-flow sensor with flap [6a]) · 7 Vezérlőegység (Control unit)

B

Hőmérséklet-érzékelő

(Temperature sensor)

9

Befecskendezőszelep

(lnjection va/ve) i 10 Szívócső (lntake manifold) 11 Hidegindító szelep (Cold-start va/ve) 12 Fojtószelep a (12a) kapcsolóval (Throttle va/ve with switch [12a])

13 Pótlevegő-szelep (Auxiliary air va/ve) 14 Időzített hőmérséklet-kapcsaló (Thermo time switch) 15 Gyújtáselosztó (lgnition distributor) 16 Jelfogó (Relay set) 17 Gyújtáskapcsaló és indítókapcsaló (lgnition starting switch) 18 Akkumulátor (Battery)

Az L Jetronic rendszer nyomásviszonyai illetve részei Rendszernyomás Szivattyú szívóoldala illetve a Visszafolyó ág Légköri nyomás

c=J

Szívócsődepresszió

271

hez ultrahang-generátorra is szükség van: az örvény frekvenciái az ultrahangot modulálják. A modulált hullámformát egy érzékelő veszi, ennek kimeneti jeleit pedig jelátalakító áramkörök dolgozzák fel, így számítják ki a frekvenciát.

1 A szakaszos, hengerenkénti befecskendezés elvét a Bosch L Jetronic rendszeren keresztül mutatjuk be. A 7. 9 ábra mutatja be a vázlatos elrendezést. A torlócsappantyús légmennyiségmérőn kívül megfigyelhető, hogy a rendszer időzítésére a gyújtáselosztóból származó gyújtás-impulzusokat használják fel. 2

Az L Jetronic rendszerhez hasonló LH Jetronic, ahollégmennyiségmérésre forró huzalos szenzort használnak. felépítésű az

7.10 Hengerenkénti befecskendezés (Multipoint indirect petral injection)

7.11 Görgőcellás benzinszivattyú (Roller cell fuel pump)

2

8

9

4

3

10

D

5

Szívóoldal (Fue/ supply) Nyomóoldal (Fue/ under supp/y)

1 Szívóoldal (lntake {suction] side) 2 Nyomáshatároló szelep (Pressure limiter) 3 Görgőcellás benzinszivattyú (Roller-cel/ pump) 4 Motor forgórésze (Motor arrnatureJ 5 Visszacsapó szelep (Non-return va/ve) 6 Nyomóoldal (Pressure side) 7 Szívónyílás (lntake [suction]) 8 Forgótárcsa (Rotor disc) 9 Görgő (Roller) 10 Szivattyúház (Pump housing) 11 Nyomóoldal (Pressure side)

7.

Tüzelőanyag-ellátás

7.12 Bosch L Jetronic benzinbefecskendező rendszer vázlata

(Diagrammatic Zayout of fuel injection system [Bosch L Jetronic])

1 Benzintartály (Fue/ tank)

2 Benzinszivattyú (Fuel pump) 3 Benzinszűrő (Fuel filter) 4 Elosztócső (Distributor pipe) 5 Nyomásszabályzó (Pressure regu/ator) 6 Benzinbefecskendező-szelep (Fue/ injection va/ve) 7 Hidegindító szelep (Start _va/ve)

3 Tekintsük meg ismét a 7.3 ábrán látható blokkvázlatot. Amotor minden üzemállapotban ideális benzin-levegő keveréket kap, melyet a befecskendezőszelepeket nyitó impulzusok megfelelő időzí­ tése illetve időtartama biztosít. Hengerenkénti befecskendezés esetén minden hengerhez külön befecskendezőszelep tartozik, melyet a szívószelep előtt helyeznek el. Amikor a szívószelep nyit, az elporlasztott benzin a bejövő légáramlattal együtt az égéstérbe kerül, ahol az örvénylés hatására megfelelően eloszlatott hengertöltetet képez (7.10 ábra). MŰKÖDÉSI ELV

1 Benzin bevezetése (Fuel connection) Benzin-visszavezetőcső csatlakozása (Fue/ retum connection) 3 Szeleptányér (Va/ve p late) 4 Szelepülék (Va/ve ho/der) 5 Membrán (Diaphragm) 6 Rugó (Compression spring) 7 Sz ívócső (depresszió) csatlakozása (Vacuum connection)

2

7.13 Nyomásszabályzó (Pressure regulator)

4 A tüzelőanyagot görgős benzinszivattyú szállítja (7.12 ábra). A rendszernyomás 2,5 bar. A benzin a benzinszűrőn keresztül jut az elosztócsőbe, amelynek végén nyomásszabályzó szelep biztosítja az állandó nyomáskülönbséget. A nyomásszabályzó szelep rugókamráját és a szívócső fojtószelep utáni szakaszát egy csővel kötik össze (7.13 ábra). Ez biztosítja, hogy az elosztócső és a befecskendező­ szelepek nyomása a szívócső nyomásnál állandó, kb. 0,5 bar értékkel nagyobb legyen. Aszivattyú a szükségesnél több benzint szállít. A nyomásszabályzó a felesleget egy csövön keresztül visszaengedi a tartályba. Ez egyúttal a benzin hűté­ sét is jelenti, így kiküszöböli a légbuboré-

1 Papír szűrőbetét (Paper filter) 2 Szita (Strainer) 3 Tartólemez (Support plate)

7.14 Benzinszűrő (Fuel filter)

1 Benzin bevezetése (üzemi nyomáson) (Fuel in/et) 2 Elosztócső (Fue/ rail) 3 Csőcsatlakozás a hidegindító dúsítószelephez (Connection for start va/ve) 4 Nyomásszabályzó (Pressure regu/ator) 5 Visszavezető ág (Return line) 6 Befecskendezőszelepek (lnjection va/ves)

1 Szűrő (Filter) 2 Elektromágnes tekercse (So/enoid winding) 3 Elektromágnes mozgórésze (mozgó vasmag) (So/enoid arrnatureJ 4 Tűszelep (Need/e va/ve) 5 Elektromos csatlakozás (Eiectrical connection)

7.16 Befecskendezőszelep (Injection valve)

7.15 Benzinelosztó cső (Fuel rail)

kok kialakulását. A szűrésre az esetleges szennyeződések miatt van szükség. A szű­ rő papírbetétje tíz mikronos pórusokkal rendelkezik, élettartama pedig 35- 90 OOO km, mérettől függő en. Az elosztócső táplálja tüzelőanyaggal a befecskendezőszelep eket.

A.

befecskendezőszelepeket

(7.16 ábra) elektromágnesek Minden hengerhez egy befecskendezőszelep tartozik. A befecskendezőszelepeket a vezérlőegység által kibocsátott impulzusok nyitják. Nyugalmi helyzetben a szeleptűt rugó szorítja a szelepülékre (a szelep zárt). Amikor az elektromágnes tekercsét áram járja át, a szelep nyit (0,1 mm), és elporlasztott benzin jut az égéstérbe a nyílás(ok)on keresztül. A tűszelep csúcsának kialakítása (szeleptű) segíti a benzin tökéletesebb porlasztását. A szelepnyi5

működtetik.

7.

Tüzelőanyag-ellátás

1--1

2

3

3 4

'-----5

1 Elektromos csatlakozás (E/ectrical connection) 2 Ház (Housing) 3 Birnatálszalag (Bimetal strip) 4 Fűtőtekercs (Heating winding) 5 Kapcsaló (Switch contact)

7.17 Időzített hőmérséklet-kapcsaló

1 Benzin bevezetése (Fue/ in/et) 2 Elektromos csatlakozás (Eiectrica/ connection) 3 Elektromágnes mozgórésze (Solenoid armature) 4 Elektromágnes tekercse (So/enoid winding) 5 Örvényfúvóka (Swirl nozzle)

7.18 Hidegindító szelep (Start valve)

(Th errnotime switch)

tási (behúzási) és zárási (elengedési) ideje 1-1,5 ms közötti. A nyitva tartás az ECU vezérlőjele alapján általában 1,5-10 ms közötti. A szelepek hőszigetelő gumiágyazásúak, amire a benzin túlhevülése (buborékosodása) és a jobb hidegindítás miatt van szükség. 6 Hidegindítás. A porlasztó hidegindító dúsító berendezéséhez ("szivató") hasonlóan a benzinbefecskendezőrendszerek is rendelkeznek valamilyen dúsító berendezéssel. A hidegindítási dúsítást az időzített hőmérséklet- kapcsaló vezérli (7. 9 és 7.17 áb rák). A szenzor a hűtőfolyadék hőmérsékletét érzékeli, bimetál kapcsaló segítségével. A kapcsolónak saját fűtőtekercse is van, amelynek segítségével a dúsítás időtartama korlátozható (-20 oc hőmérsékleten például 8 másodpercre). Ez védi a rendszert a túldúsulás ellen. Amíg a kapcsaló bekapcsolt állapotú, a szívócsőben elhelyezett hidegindító szelep többlet-tüzelőanyagat adagol (7.9 és 7.18 ábrák). A későbbi változatokban a külön hidegindító szelepet elhagyták, ehelyett a befecskendezőszelepek nyitási időtartamát növelik a hőmérséklet­ nek megfelelő mértékben (hőmérséklet korrekció).

1,75

30 Idő

60 (Time)

90

s

A dúsítás az "a" szakaszban elsősorban az idő függvénye, míg "b" szakaszban elsősorban a motorhőmérséklet függvénye.

7.19 Hidegindítási dúsítás jelleggörbéje (Warm-up enrichment curve)

1

2

3

1 Elzáró szelep lapja (tolattyú) (8/ocking plate) 2 Bimetálszalag (Bimetal strip) 3 Elektromos fűtés (Eiectric heating element) 4 Elektromos csatlakozás (Eiectrical connection)

7 üzem. Hidegindítás után továbbra is szükség van a keverék dúsítására, amivel a hideg szívócső- és hengerfalra kicsapódó benzin okozta keverék-szegényedést kompenzáljuk A hidegindítás utáni dúsítás az idő függvényében változik. Az első 30 másodpercben 30-60%kal több benzinre van szükség (7.19 ábra). A vezérlési folyamatot a motor hőmér­ séklete határozza meg. A szükséges jelet a motorblokkba csavarozott és a hűtőfo­ lyadékkal érintkező hőmérséklet-szenzor szolgáltatja. A hőmérséklet-szenzor valójában egy negatív hőfokfüggésű félvezető ellenállás (termisztor).

8 Az alapjárati fordulatszám szabályzása. Amotor hideg állapotban nagy belső súrlódásokkal rendelkezik. Ezt legyőzendő egy pátlevegő-szelepet szerelnek be, amely többlet-tüzelőanyaghoz többlet-levegőt biztosítamotor számára. Ily módon a motor hideg állapotában az alapjárati fordulatszám megemelkedik A pátlevegő-szelep bimetál-szalagra épül, amely fokozatosan zárja el a pátlevegő útját (7.20 ábra). A pátlevegő-szelep egyrészt maga is úgy helyezkedik el, hogy érzékelje a hőmérsékletet, másrészt saját fűtőtekerccsel is rendelkezik. A saját fű­ tésre a működési időtartomány korlátozása miatt van szükség.

TERHELÉSIÜZEMÁLLAPOTOK 9 Alapjárati üzemben a túl szegény keverék gyújtáskimaradáshoz vezethet. Ebben az üzemállapotban tehát a keverék 7.20 Pátlevegő-szelep (Auxiliary air device) dúsítása válhat szükségessé. Az alapjárati keverék minőségét a torlócsappantyús légmennyiségmérő megkerülő csatornájában lévő csavar segítségével állíthatjuk be (7.21 ábra). A fűtött huzalos légtömegmérő es etén ilyen lehetőség nincs, itt az ECU állítja be a megfelelő alapjárati benzin-levegő arányt.

Részterhelés. A használat során a motor többnyire részterhelésen üzemel. A szükséges benzinmennyiséget az ECU határozza meg a benne tárolt adatok (jellegmezők) alapján. Ezeket a jellegmezőket

1. Tüzelőanyag-ellátás

1

3

2

4

1 Fojtószelep (Throttle va/ve) 2 Légmennyiségmérő (Airflow sensor) 3 Pátlevegő-szelep (Auxílíary air device) 4 Alapjárati keverékbeállító csavar (ld/e mixture adjusting screw)

7. 21 Alapjárati fordulatszám szabályzása (Idle speed control)

1 Fojtószelep (Throttle va/ve) 2 Fojtószelepállás-kapcsoló (Throttle va/ve switch) 3 Vezérlőegység (Control unit)

7.22 Alapjáratilteljes terhelési korrekció (Idle/fullload correction)

az alacsony benzinfogyasztás és károsanyag-kibocsátás szerint optimalizálják

Teljes terhelés. A maximális teljesítmény érdekében teljes terhelésen a motornak dúsabb keverékre van szüksége, mint részterhelésen. Az ECU számára a teljes terhelés állapotát a fojtószelepálláskapcsaló jelzi (7.22 és 7.23 ábrák). 1---t+----IIQ

2--1-l~-~~'YII

3

1 Teljes terhelés kapcsolója (Fui/load contact) 2 Bütykös profil (Contact path) 3 Fojtószelep tengelye (Throttle va/ve shaft) 4 Alapjárati kapcsoló (ld/e contact) 7.23 Fojtószelepállás-kapcsaló (Throttle valve switch)

Gyorsítás. Gyorsításkor többlet-tüzebefecskendezésére van szükség. Amikor a gázpedált lenyomjuk, a fojtószelep nyit, a torlócsappanytús légmenynyiségmérő csappantyúja szintén nyit. A csappantyú rövid időre túllendül, melynek következtében a keverék rövid idő­ re túldúsul. Ez biztosítja a gyorsításhoz szükséges keverékminőséget. Hideg mator esetén ez a kismértékű dúsítás nem bizonyulhat elegendőnek Az ECU ezért figyeli a fojtószelepállás-változás sebességét, és annak megfelelően gondoskodik többlet-benzinrőL Lassításkor a folyamat ellenkezője játszódik le, a keverék szegényedik, illetve motorfék-üzemben a benzinadagolás teljes mértékben szünetelhet. lőanyag

10 Amint a 3. szakaszban említettük, a torlócsappantyús légmennyiségmérő által szolgáltatott jel függ a hőmérséklettől, míg a fűtött huzalos légtömegmérő független tőle. A légcsappantyús légmennyiségmérőket ezért a szívóoldalukon hőmérséklet-érzéke­ lővel egészítik ki. A hőmérséklet-szenzor jelének segítségével az ECU korrigálni tudja a légmennyiségmérő által szolgáltatott adatokat. EGYÉB ÜZEMÁLLAPOTOK

Tiltott fordulatszám tartomány. Amotor túlpörgetését az ECU tiltja, a fordulatszámot korlátozza. A gyújtás megszüntetése nem megengedhető a feladat megoldásához, hiszen akkor elégetlen tüzelőanyag kerülne a környezetbe. Katalizátorral szerelt gépkocsik esetén ez egyúttal a katalizátor tönkremenetelét is okozná. A fentiek miatt a fordulatszám-korlátozást az ECU a befecskendezőszelepek tiltásával (azaz benzin elzárásával) végzi. Motorféküzem (tolóüzem). Ez az üzemállapot akkor fordul elő, amikor a vezető teljesen leveszi a lábát a gázpedálróL Ebben az esetben, ha a motor fordulatszám egy hőmérséklettől függő meghatározott fordulatszámérték felett van, akkor az ECU az emisszió csökkentése érdekében letiltja a befecskendezést (gyújtást). Ez az üzemállapot akkor jön létre, ha a következő körűlmények együttesen fennállnak (az adatok közelítőek és hőmérsékletfüggőek): a) A fojtószelep teljesen zárt állapotú. b) Amotor fordulatszáma nagyobb, mint 1200 1/min. c) A hűtőfolyadék hőmérséklete nagyobb, mint (kb.) 25 °C. (Hideg motor esetén magasabb fordulatszámon következik be a kikapcsolás.)

Motorféküzemben a fojtószelep zárt állású, ezért a szívócsőben és így az égéstérben is nagy depresszió keletkezik. A keveréket ezért nehéz meggyújtani. Az égés tökéletlen, ami a kibocsátott elégetlen szénhidrogének és szénmonoxid mennyiségének növekedéséhez vezet. A tüzelőanyag-ellátás szüneteltetése ezt megakadályozza. Ha a motor fordulatszáma az előre meghatározott érték alá csökken, vagy a fojtószelepállás-kapcsaló nyit, a benzinellátás ismét visszaáll.

elektronikus vezérlőegység (ECU, electronic control unit) 1 Az ECU a szenzorok jeleit kiértékelve meghatározza a befecskendezés időpontját és időtartamát. A befecskendezett benzin mennyisége ettől a két tényezőtől függ. 2 A 7.24 ábrán a vezérlőegység blokkvázlata látható. Öt egység közös nyomtatott áramköri lapon helyezkedik el, amely integrált

7.

Tüzelőanyag-ellátás

n= Forgattyús tengely fordulatszáma, 1/s (Crankshaft speed, revlsec) Q= Beszívott levegő mennyisége (Air intake quantity)

8

1 1 Motorfordulatszám (a gyújtásmegszakító jele, vagy a gyújtótekercs "1" ("-") kivezetése) (Engine speed [contact breaker or if breaker/ess system, termina/1 oron ignition coil]) 2 Jelformáló áramkör (Pulse shaper) 3 Frekvenciaosztó (Frequency divider) 4 Osztóáramkör (multivibráto r) (Division control multivibrator)

10

11

5 Szorzóáramkör (Multiplier) 6 Teljesítményfokozat (Power stage) 7 Befecskendezőszelepek elektromágnesei (Fue/ injector solenoids) 8 Alapjárat/teljes terhelés (fojtószelepállás) (ld/elful/ load [thrott/e opening])

12 9 Légmennyiség (torlócsappantyús szenzor) (Air intake [air flap sensor]) 10 Motorhőmérséklet (Engine temperature) 11 Levegőhőmérséklet (Air temperature) 12 Akkumulátorfeszültség (Supply voltageJ

7.24 L Jetronic befecskendezőrendszer

elektronikus vezérlőegysége (ECU) (Operation of Electronic control Unit [L Jetronic])

áramköröket is tartalmaz. A kimeneti teljesítmény-végfok ozatot külön szerelik, jó hőelvezetést biztosító fém házba.

3

A vizsgált áramkör a következőket valósítja meg: a) A forgattyús tengely minden fordulatára egy befecskendezés történik, függetlenül a hengerek dugattyúinak helyzetétől. Ha a befecskendezés zárt szívószelep mellett történt, az elporlasztott benzin a szívószelep következő nyitásakor kerül az égéstérbe. b) A befecskendezőszelepek működtetése lehet: -párhuzamos (egyszerre működik minden befecskendezőszelep a hengerek fázishelyzetétől függetlenül; -csoportos (a befecskendezőszelepek csoportokra vannak osztva és minden csoport egyszer fecskendez be munkaütemenként); - szekvenciális.(a befecskendezés hengerenként egyesével az adott henger fázishelyzetéhez igazodva történik, így a legkedvezőbb időpontra időzíthető.

c) A befecskendezés időtartama a beszívott levegő (mért) mennyiségétől és a motor fordulatszámától függ. Ezt az időtartamot a rendszer az egyéb (motor- és környezeti) körülményeknek megfelelően korrigálhatja.

MtJK()DJÍ!SI ELV

A jelalakok a 7.25 ábra táblázatában láthatók. A táblázat egyes soraiban szereplő jelalakok magyarázata a következő.

2. sor: Gyújtásimpulzusok A n10tor fordulatszámára utaló jel a gyújtásmegszakítóról származhat. Gyújtásmegszakító nélküli rendszerben a gyújtótekercs "1" (" -") csatlakozója felel meg erre a célra. Ezek az impulzusok nagy meredekségű rövid feszültségugrások, melyeknek lecsengése csillapítottan oszcilláló jellegű. A másodpercenkénti impulzusok száma négyhengeres motornál a forgattyús tengely fordulatszámának kétszerese, mivel a gyújtáselosztó tengelye a forgattyús tengely fordulatszámának a felével forog, de egy fordulat alatt négy gyújtásimpulzust ad (négyhengeres motor esetén). 7.25 Négyhengeres motor befecskendezésének időzztési diagramja (Time sequence for faur-eylinder injection)

1.

Henger! (Cylinder)

!

1 2.

4

3.

5

4.

6

1 A négy ütem (négyhengeres 2 3

4

5 6 5.

7

7

8 9 6.

9

7.

11

10

11 12 13

8.

13

motor) (Engine eye/e [4 cylinder]) Gyújtászikra (lgnition spark) Szívószelep nyitva (lntake va/ve open) Gyújtásimpulzus frekvenciája =2 n, ahol n= motorfordulatszám (lgnition pu/ses freq 2n n=engine rev/sec) Impulzus-jelformáló (f= 2 n) (Pulse shaper f=2n) Frekvenciaosztó (f= n) (Frequency divider f=n) Osztóáramkör (multivibrátor) (Division control multivibrator) Alap nyitási időtartam (Basic injection duration) Szorzófokozat (Multiplier stage) Tv tápfeszültségkompenzációja (Voltage compensation for Tv) Végfokozat (Final stage) Késleltetés (Response delay) Befecskendezőszelep műkö-

dé se (lnjector operation)

14

Befecskendezőszelep

(l nector on)

BE

7. Tüzelőanyag-ellátás

3. sor: Jelformálás A kis amplitúdójú feszültségtüskéket jelformáló áramkör segítségével alakítják azonos frekvenciájú négyszögjellé. A folyamat az elektronikus gyújtásrendszerekben használatoshoz hasonló. Ez az impulzussorozat határozza meg a benzinbefecskendezési folyamat időzítését.

4. sor: Frekvenciaosztó Az impulzussorozat frekvenciájának felére* van szükségünk ahhoz, hogy a befecskendezőszelepek a forgattyús tengely minden fordulata során egyszer lépjenek működésbe. A frekvenciaosztást bistabil multivibrátor segítségével valósítják meg, amely minden második bemeneti impulzus hatására hoz létre állapotváltást a kimenetén. 5. sor: Osztóáramkör (multivibrátor) Az áramkör eme részének két bemenő jele van: a frekvenciaosztó által előállított impulzussorozat és a légmennyiség mérő jele. Ez a fokozat a légmennyiségmérő feszültségszintjét olyan négyszögimpulzussorozattá alakítja, amelynek kitőltési tényezője (magas szintjének relatív időtartama) arányos a beszívott levegő Q menynyiségének és a motor n fordulatszámának a hányadosávaL Ez a hányados az egy szívási ütem által beszívott levegő mennyiségének felel meg. A Q/n hányadost elektronikai úton, egy kapacitás töltésének és kisütésének útján állítják elő. A töltés állandó áramerősséggel történik, a motorfordulatszámmal fordítottan arányos időtartamon keresztül. A kisütés a beszívott levegő mennyiségével szintén fordítottan arányos állandó áramerősséggel történik. Az eredmény egy olyan jelsorozat, amely a kisütés időpontjától kezdő­ dően a befecskendezés időtartamát adja meg - egyelőre bármilyen korrekció nélkül. Ez a tp időtartam a befecskendezés időtartamá­ nak kiindulási értéke. A fenti számítási módszer minden fordulatszám és terhelés mellett megfelelő benzin-levegő keveréket biztosít amotor számára. 6.sor:Szorzóáramkör Az előző fokozatban kiszámított befecskendezési alap-időtartaroot különböző körülményeknek megfelelően módosítani kell. Ilyen körűlmények: hidegindítás, bemelegítési szakasz, gyorsítás stb. A befecskendezési időtartam megfelelő módosítása a szorzó fokozatban történik meg, amely figyelembe veszi a hőmérséklet-szenzorok, a fojtószelepállás-jeladó és az indítókapcsaló jeleit. Az egység ezeknek a jeleknek megfelelően módosítja a befecskendezőszelepeket nyitó impulzusok időtartamát. Ez az áramkör is egy kapacitás töltésén és kisütésén alapul. A töltő- és kisütőáram az egyes szenzorok jeleitől (*)A felezés a 2. sor magyarázatában is szereplő négyhengeres motor példájára igaz.

függ. Például, ha hideg a hűtőfolyadék, megváltozik a kisütő áram, így az időtartam is. A különböző bemeneti jeleknek megfelelő befecskendezési időtartam-változás az alapértelmezett befecskendezési időtartamot módosítja. Az eredményül kapott időtartamot még egy paraméternek megfelelően korrigálni kell, ez pedig a tápfeszültség. A befecskendezőszelepek elektromágneseinek tekercsei bizonyos induktivitással rendelkeznek. Az induktivitás az áramváltozás ellen dolgozik, azaz a működésnél késleltetéssei kell számolnunk A késleltetési idő (különösen a behúzási késleltetés ideje) erősen függ a tápfeszültség szintjétől. Alacsonyabb akkumulátorfeszültség esetén megrövidül a befecskendezőszelep nyitott állapotának idő­ tartama. Az akkumulátorfeszültség is egy szorzóáramkört működ­ tet, amely az előírt feszültségszinttől való eltérések függvényében korrigálja a befecskendezőszelepeket nyitó impulzust (így kompenzálja a késleltetés megváltozását). Bár a befecskendezőszelepek a meghajtó áramimpulzus kezdetéhez képest késéssel húznak be, a befecskendezési időtartam nem változik (7.25 ábra). Ennek oka az, hogy a nyitási időtartamhoz egy, az akkumulátorfeszültségtől függő Tu idő adódik hozzá. Ez látható a 7. 26 ábrán. VÉGFOKOZAT (ELŐTÉTBLLENÁLLÁSOS TÍPUS)

A befecskendezőszelepek nyitásához lényegesen nagyobb áramerős­ ségre van szükség, mint amit a szorzóáramkör a kimenetén biztosítani képes. A teljesítményerősítő végfokozat aszorzóáramkör kimeneti jelének megfelelően hajtja meg a befecskendezőszelepeket. A befecskendezőszelepek egyszerre működnek, vagyis elektromos szempontból párhuzamosan kapcsolódnak egymással. A négy, párhuzamosan kapcsolt befecskendezőszelep gyors nyitásához 6 A nagyságrendű áramerősségre van szükség. 7.26 A befecskendezőszelepek tápfeszültség-kompenzációja (Voltage compensation for injectors)

---J Tv f..-l l

--...j Tu j...-

l l

l l

Befecskendező-

szelep árama (lnjector current

Tv Tu Ti

Tj

A befecskendezőszelep bekapcsalási késleltetése Kompenzációs idő (Tu=Tv) A befecskendezőszelep áramimpulzusának időtar­ tama A befecskendezés időtar­ tama

l l

Befecsken-

l

-til'-

...... Ti

~l

~·:::J

l J

dezőszelep

(lnjector operation)

-til'-til'-

l l l

működése

l l

Kl (OFF)

l Befecskendezől szeleoekBE (lnje-ctörs-oN)

Kl (OFF)

7. Tüzelőanyag-ellátás

L L

Befecskendezőszelep

elektro-

mágnesének tekercse A befecskendezőszelepek árama (időben változó) Rs Előtét ellenállás T1, T2Darlington teljesítményerősítő fokozat

14~--------~--r-~ 15~----~--~----l~~

32o-------~

38 o-_..___;;;;__---«

...,.. • _L 7.27 Négy befecskendező­ szelepet meghajtó végfokozat áramkorlátozó előtét ellenállásokkal (Final stage driving four injectors - ballast resistor current limiting)

L

Integrált áramkör (IC Chip) -----..._ _...;;;..._ __.

---·-·----~ A teljesítménymeghajtást Dariington tranzisztorpárral oldják meg, melyet egyetlen szilíciumlapkán alakítanak ki. A végfokozat bemenetére RK csatoló ellenállásan keresztül kerül az impulzussorozat (7. 27 ábra). IB bázisáram bekapcsolja T1 és T2 tranzisztorokat. (A két tranzisztor közül T2 a teljesítménytranzisztor.) Minden befecskendezőszeleppel Rs előtétellenállás kapcsolódik sorba, amely az áramot kb. 1,7 amperben korlátozza 14 V tápfeszültség es etén. T2-n eső feszültséget figyelmen kívül hagyva, mivel minden befecskendezőszelep elektromágnese kb. 2,4 n ellenállású, az előtétellenállások pedig 6 n értékűek: Imax

=

14 (2,4+6)

1,7 A befecskendezőszelepenként.

Ro ellenállás és C0 kapacitás a tranziens feszültségektől védik a meghajtó tranzisztorpárt. Hathengeres motorok végfokozata két teljesítményfokozatot tartalmaz, melyek 3-3 befecskendezőszelepet hajtanak meg. Minden befecskendezőszelep egy befecskendezést végez minden forgattyústengely-fordulat során, a hasznos munkaütemenként szükséges benzinmennyiség felét adagolva. ÁRAMSZABÁLYOZOTT VÉGFOKOZAT

A 7. 27 ábra kapcsolásában minden előtétellenállás on hasznos elektromos teljesítmény vész el. Az előtétellenállások elhagyhatók, ha a befecskendezőszelepeket a behúzás után (a nyitva tartás során) már csak egy kisebb tartóárammal tápláljuk Ennek megvalósítá-

7.

Tüzelőanyag-ellátás

DO Dióda /v Stabilizá/t áram Um Időfüggő feszültségje/ ZD Zener-dióda

-lv -lv -lv -lv

,. ·--,

~·, Kapcsolóüze- ·

szabályzó· egység (Switching mű

l j

_+ -,-

1--------+-ó~

!

-'--

! re~ulat~r) . _j Um M2

7.28 Négy befecskendező­ szelepet meghajtó végfokozat áramszabályzással (Final stage riving four injectors - electronic current limiting)

sához áramszabályzó áramkörre van szükség (7.28 ábra). Az áramszabályzó alkalmazása feleslegessé teszi az előtétellenállásokat. Ezen felül nagyobb meredekséget biztosít a kezdeti (behúzó-) áram bekapcsolásakor, mint az előtétellenállásos megoldás (7.29 ábra). A befecskendezőszelep nyitása (behúzása) után az áramerősség a tartóáram szintjére csökken. A szabályzóegység az áramot nagy frekvenciával be- és kikapcsolja, a létrehozott áramimpulzus-sorozat effektív értéke kb. 0,5 A befecskendezőszelepenként. A kapcsolóüzemű szabályzó működése hasonló a generátor feszültségszabályzójának működéséhez. A befecskendezési időtartam végén az áramerősség csökken. Amikor (befecskendezőszelepenként) 0,25 A alá esik, a szelepek elektromágnesei elengednek, a szelepek lezárnak. Az áramszabályzó előnyei: a) kisebb elektromos teljesítményfelvétel; b) a befecskendezőszelepek kisebb késleltetéssei működnek; c) a végfokozat akár 12 befecskendezőszelepet is működtethet egyszerre; d) a végfokozat 6-16 V közötti tápfeszültség-tartományban képes működni;

e) kevesebb alkatrész, vezetékezés és csatlakozás szükséges.

7. Tüzelőanyag-ellátás

7.29 A befecskendezőszelep működése

Előtétellenállás nélkül (Without ballast resistor) 2 Behúzási.késleltetés csökkenése (Puli-in time reduction) 3 Elötétellenállással (With ballast resistor)

1

(Injector operation)

Vezérlőimpulzus

(Control pulse)

Egyetlen befecskendezöszelep vezérlöárama, A (Single injector control current A)

3 2

Elötétellenállással (With ballast resistor) lmax _

3

-- 11 -

o

t- - -· -

Behúzási áram (Puli-in current) Elengedési áram (Release current)

- 12

Befecskendezöszelep vezérlöárama, A 2 (lnjector control current A)

Áramszabályzással (With current regu/ator) Tartóáram effektív értéke (Ho/ding current [average])

o (lnjector operation with current regulator) Áramszabályzás esetén

-~~~~~--

ldö(Time)~

7.9 Központi befecskendezé s 1 Az autógyártók olcsóbb befecskendezőrendszerek iránti igényének hatására a Bosch kifejlesztette a központi befecskendezőt. Ezt a rendszert 1985-ben a VW Polo-ba, 1987-ben pedig a Fiat 1000 köbcentiméteres FIRE (Fully Integrated Robotised Engine) rootorjaira (Panda, Uno) szerelték 2 A kutatások azt mutatták, hogy a befecskendezőszelep elhelyezése közvetlenül a fojtószelep fölött a legalkalmasabb, ahol a legnagyobb a légáramlás, és így a legtökéletesebb a benzin elporlasztása (7.30 ábra). 3 A fojtószelepház tartalmazza a nyomásszabályzót, amely állandó, kb. l bar üzemi nyomást tart fent. A légáram közepén helyezkedik el a speciális, gyors működésű befecskendezőszelep (7.31 ábra). A fojtószelepházban találjuk továbbá az alapjárati fordulatszám-szabá lyzót, a fojtószelepállás-ér-

Befecskendezö szelep (lnjector) --_____,

, - - - - - - Nyomásszabályzó (Pressure regulator)

_.. ., .,.__..-,_,' ?'

Levegőllőmér­ séklel-érzékelő

~

tempera ture sen sor)

FojtószelepállásérzélE 1000 "-'UL.LC:.l\.C:l.

9 A Brit járműgyártókat rendelet kötelezi arra, hogy a 40-250 MHz közötti frekvenciasávb an megfelelő zajsugárzás-el nyomást alkalmazzanak , megakadályoz va a TV és rádiókészüléke k , . . . t-", ..... t-.o_ renciáját. Ez a védelem elégségesnek tűnhet a CB-rádió 27 MHzes frekvenciája esetén is, ugyanakkor továbbra is szükséges lehet a generátor (dinamó), óra, feszültségszab ályzó, irányjelző, ablaktörlőmotor stb. egyedi zajelnyomása. A gépjárművek szórakoztató-elektronika i szűrőkondenzátorai és fojtótekercsei a CB-rádiók számára is megfelelőek. A részleteket lásd a fejezet korábbi szakaszaiban.

1 Az üvegszálas karosszéria a hagyományos gépkocsik fém karosszériájával ellentétben elektromágnes es szempontból nem árnyékoló. A motorház-fede let, a tűzfalat és a belső doblemezeket általában belső fémfólia bevonattallátj ák el. Erre a célra speciális alumíniumfóli a kapható a kereskedelemb en. Természetesen fontos az alumíniumfóli a felületek egymással és a testponttal való összekötése, testelése. A gépkocsi kábelkötegét szintén vékony fémfóliával vonják be (árnyékolják), amelyet testelnek Az antenna és a rádió testpontját nagy keresztmetszetű vezetékkel kell testelni. Az URH rádió hagyományos zajszűrése az üvegszál-karos szériájú gépkocsikban nem m1nd.en esE~tb1en vezet eredményre.

m1Jnar1e1) a gyártó tiltja a gyújtónY,"n'"'IDYKOJrenLeK ko:nd,em~átorc>s zajszűrését. Minden esetben előírásait, ellenkező esetben tönkremehetnek a 2:Vúlt:ón10---G---t--.....

(Power supply) 1 .---1 -C:: >--- --o· +

cz

1

l l

Kis vezérlőárom (kapcsoló kör)

Nagy terhelőáram (kapcsolt kör) (Large load current)

l

(Sma/1 control current)

l

...1--- ---- -o-- -'-- ...a

W1

L __ _ _jC 1

13.18 Jelfogó kive:z;etéseinek jelölése (Connections and markings ofrelays)

de a gyártók által nem szabványosított rajzjel

Jellemző,

Egyáramkörös záró érintkezős jelfogó DIN szabványú jelölése (DIN symbo/ for single conta ct relay [normal/yopen)]

13.19 Jelfogó áramköri rajzjelei (Relay symbols)

C1

W1

W2

C2

(Typica/ symbo/ but not standardised amon g vehic/e manufacturers)

zórók at, kürtö ket, okoz hatja . A nagy áram ú fogy asztó kat (köd fénys al csatl akoz tassu k tásáv eikta közb hátsóablak-fűtést) mind ig jelfogó a gépkocsi elekt romo s háló zatára. (lásd az 1. fejeze4 A jelfogó egy elekt romo s vezérlésű kapc saló kis áram ot vesz fel. tet). A jelfogó elekt romá gnes ének teker cse igen extra -fels zerel éTöbb gyár tó kész ít kifej ezett en utóla g beép ített ó áram köri vázla ta sekh ez terve zett jelfogót. A 13.1 8 ábrá n a jelfog jelölési rend szert etéskivez bb látha tó. A táblá zat néhá ny elter jedte rajzjeleit ábráköri áram muta t be. A 13.1 9 ábra a jelfogó lehet séges rtetü nk néisme sára mazá zolja. A következőkben a jelfogók alkal hány példá t. bizto sítan ak. Ezeket 5 A kiegészítő fénys zórók jobb megv ilágí tást átkap csolá skor kiúgy kell bekö tni, hogy tomp ított világ ításr a való zóró tápfe szült séfénys sági távol aludj anak . A fenti kívá nalo mnak a t (13.20 ábra). elege tünk ge által vezé relt (kapcsolt) jelfogóval tehe

13.

Biztosító, 15 A (Line fuse 15 A)

+12V

-K..1egesz1 \ 't"o f'enyszoro , 'k ~rivil {spot}/amps)

13.20 Kiegészítő

fényszórók vezetékezése, jelfogó alkalmazása (Wiring in driving lamps using a relay)

6 A hátsóablak-fűtés kb. 6 A áramfelvételű, így áramkörét jelfogóval kell ellátnunk A jelfogó kapcsolt körét a gyújtáskapcsolóról érdemes táplálni, így a fűtés nem marad bekapcsolva amotor leállítása és a gyújtás kikapcsolása után (13.21 ábra). 7 A kürtök utólagos felszerelésekor is jelfogót kell alkalmaznunk, mivel a kürtök áramfelvétele viszonylag nagy. A 13.22 ábrán látható, hogy a kürtgomb a testvezetékben került elhelyezésre. Ha a kürtök áramköre eredetileg is relézett volt, használhatjuk az eredeti jelfogót, vagy az eredeti jelfogóval kapcsolhatunk egy újonnan beszerelt jelfogót.

13.21 Jelfogóval kapcsolt hátsóablak-fűtés

(Circuit for a relay-operated rear window heater)

8 A vezetékek leágaztatása történhet erre a célra szolgáló speciális kábelvéggel, vagy öncsupaszító csatlakozóvaL Az öncsupaszító csatlakozó többféle méretben kapható, mindig az összekötendő vezetékek méretének megfelelő típust válasszuk! Az ilyen csatlakozók színe általában szabványos: a legtöbb gépkocsi-elektromos felhasználásra megfelel a kék, a vékonyabb vezetékekhez azonban

+12V

Biztosító, 15 A (Line fuse 15 A)

Visszajelző

izzó (Warning Iamp)

Hátsó ablak fűtése (Rear window heater)

13. A járművek elektromos hálózata és annak vizsgálóbere ndezései

+12V

Biztosító, 15 A (Line fuse 15 A)

A kürt meglévő tápvezetéke (To existing live horn supply wire) Kürtnyomógo mb (Horn button) Új kürt (New horn)

13.22 Jelfogóval kapcsolt kürtáramkör (Circuit for relayoperated horns)

pirosat, míg a nagyobb kell használnun k.

13.23 Utólag beszerelt biztosító-tábla bekötése (Auxiliary fusebox connections)

keresztmetszetűekhez

barnát, vagy sárgát

9 Különösen fontos, hogy ne terheljük túl a gépkocsi eredeti biztosítópaneljét. Több fogyasztó utólagos beszerelése kor érdemes ezeket új biztosítópan el vagy -doboz segítségével biztosítani. Az új biztosítópan el biztosítóina k tápellátását a gyújtáskapc solóról vezérelt jelfogóval oldhatjuk meg (13.23 ábra), de egyes biztosítóit közvetlenül az akkumuláto r áramkörére is kapcsolhatju k.

10 Az utólag beszerelt fogyaszták vezetékezés énél fontos szempont a megfelelő testcsatlako zás kialakítása. Az új testcsatlako zásnál a felületeknek fémtisztána k kell lenniük, ami a festékréteg lecsiszolásá t jelenti. A kábelvégződésnek tökéletesne k kell lennie. Az így kialakított testesadako zások korrózióra hajlamosak , amit megelőzhetünk, ha az elkészült csatlakozás t vékony rétegben korrózió gátló zsírral (akkumulát or pólus-zsírra l) kenjük be. biztosító-panel (Extra fus e box)

Kiegészítő

Akkumulátor, +12 V (Battery +12 V) Gyújtás, +12 V (lgnition controlJed 12 V supply_..-----+-~~~~~~~~

Állandó tápfeszültségű, biztosított áramkörök (Permanent live fused accessories) Gyújtáskapcs o lóról üzemelő, biztosított áramkörök >---+---11..,.. } (Jgnition-controlled accessories)

1 Előnyös, ha az elektromos szerelési munkálatokhoz külön szerszámkészletet tartunk, mivel az általános szerszám.készlet gyakran olajos, gépzsíros. Az elektromos és az elektronikai szereléshez tiszta szerszámokra van szükség. 2 A legtöbb elektromos szerelési feladatra alkalmas kisebb szerszámkészlet a következő szerszámokból állhat: ~ 111 ®

e ®

e~ ® fil

® ll)

ll

e e ®

"' "' "' fl

®

"' o e 111

e

13.10

kés ("tapétavágó"), az érintkezések megtisztitásához, gyújtógyertya-kulcs a gyertya felső részét védő gumi betéttel, műszerész csavarhúzó készlet, kereszthornyú csavarokhoz alkalmas csavarhúzó készlet, kombinált fogó, gyertyakábel-fogó oldalcsípő fogó hegyescsőrű fogó Seeger-gyűrű szerelő fogó kézi impulzuscsavarozó állítható vezetékcsupaszító kábelvégződés-sajtoló fogó ("krimpelő fogó") megfelelő kábelvégekkel hatlapú ("imbusz") kulcskészlet tűreszelő készlet mikrométer műanyag és acél tapintófejjel hézagmérő készlet (acél és műanyag) inditákábel jó minőségű krokodilcsipesz-kiképzésű csatlakozókkal multiméter (lásd a 10. fejezetet) átvezető gumigyűrű készlet akkumulátor-elektrolitmérő hygrométer forrasztópáka (legalább 65 W, de 150 W is szükséges lehet) ónszippantó pumpa (nyomtatott áramkörök javítás ához) kantakt-spray forraszanyag (fólyasztószerrel)

Mérőműszerek és

mérések

MULTIMÉTER!!!K

1 A kereskedelemben spedálisan a gépjármű-villamossági mérések céljaira fejlesztett multiméterek is kaphatók. Ezek természetesen feszültség-, áramerősség- és ellenállásmérőként is használhatók, az indítóáramot azonban csak néhány műszer képes mémi. Az alapméréseken túl ezek a műszerek egyéb mérésekre is alkalmasak, mint például a zárásszögmérés, a gyújtásmegszakító állapotának vizsgálata, vagy a fordulatszámmérés. A műszerek digitális vagy analóg kivitelűek lehetnek. A választás egyéni döntés kérdése. Adi-

436

13.'A}ármíivek'elektromos hálózata ésannak vizsgálóbere ndezései

gitális műszerek pontosabba k, strapabíróbbak, ugyanakko r nem drágábbak, mint az analóg mérőműszerek.

13.24 Gépjármű.--elektrmnossági méróműszer (Draper's Autoniotive Analyser)

2 A 13.24 ábrán könnyű, kézi, elektronikus digitális multiméter:t láthatunk, mely hét fő mérésre alkalmas. Ezek: egyenfeszül tség,-mérés , egyenáram mérés, fordulatszám mérés, ellenállásmérés, folytonosságvizsgálat (hallhat6 hanggal), dió~amé:rés, zárásszögm érés. A mérő~ műszer méréshatár - és funkcióváltó forgatógombját csak akkor használjuk, ha a métőzsinórokat leválasztott uk a mérendő áramkörről! Ellenkező esetben megtörténhet, hogy az áramlllérési ·funkciót kapcsoljuk egy külső áraD:ltorrásra, így műszerünkkel rövidzárlato t ~ko:zunk. Ez a műszer (és esetl~g ~ mérendő .itamkör) tönkremene telét okozhatja. A 13.25 ábrán egy olcsó és1hasinos láthatunk, amely ·a. régebbi gépkocsik megszakítá s gyújtásának m.éréséhez használható . E:z; a praktikus műszer feszültség, ellenállás, zárásszög, megszakíto'-állapot; gyüjtásidőzítés és akkumulát()rmérés ére alkalmas. Ezek közül két mérési 'Q,zemmódot kell kiemelnünk.

3

műszert

4 · A műs:ter a :iárás:Szögmérést a gyújtás tápvezétéke'és a gyújtáselosztó (meg13.~5 "Sparktune" méróműszer szakítá) közötti feszültség mérésével va(Sparktu.ne test meter) lósítja meg. A mutató nem képes követni a feszültség gyors változásait, ehelyett annak átlagértékér e áll be (13~26 ábra)~ Az ehhezamér éshez tartozó skála osztása a zárásszögnek felel meg, fokokban. 5 ·Arnúszert a ·zárásszögmérés előtt kalibrálnún k kell. Ennek menete a következő: a műszert a gyújtótekercs· tápvezetéke és a test közé kapcsoljuk; a gyújtásmeg szakító vezetékét lehúzzuk, az indítórootort bekapcsolju k (de aiéhúzott gyújtásmeg szakító miatt a motor nem indul be). Ekkor a műszernekvégkitérést kell mutatnia (13.27 ábra). Ha nem így van, állítsuk p.e: 6 Ezután a műsze:rt a gyújtótekercs· tápcsatlakozója és a gyújtáselosztó megszakító -kimenete közé kapcsoljuk. A gyújtásmegszakító vezetékét továbbra sem csatlakozta tjuk, így az indítómoto r

437

13!,26 Zárásszögmérés a feszültség átlagértéke alapján (The use of average voltage to measure dwell)

Tápfeszültség a gyújtáskapcsolóról (Live feed from ignition switch) 2 Gyújtótekercs (Coil) 11

( --"'\ ....

11

~·r\-- \ ~:;gl

~

~

ll

LJ

12V

l

2

-1 l

!

5

3

.

\\.

műszer

4 5 6

Négyhengeres motor (4 cylinder engine)

4

".... l

!

Zárásszögmérő

60° 30° 60° 30° 7

B

(Dwell meter) Gyújtáseloszió (Dístributor) Zárási tartomány (D wel!) Feszültség átlagértéke, mely a szárásszöggel arányos (Average vo/ts readas d wel!} Megszakítá zár (Points closed) Megszakítá nyit (Points open)

(60) 8 V Gyújtáselosztó tengelyének

-'---o;..,o--=g::;;o~o---==1=8::...0-o--===-o-........:===--o-~ helyzete, fokban 27 0 360

( Distributor cam ro.tation) működtetése közben a motor nem fog beindulni. Működtessük az indítómctort - a műszerről ekkor leolvasható a zárásszög értéke.

7 A korszerű műszerek ma már mikroprocesszoros vezérlésűek Ezek az összes eddig felsorolt paraméter (feszültség, áramerős­ ség, ellenállás, zárásszög, fordulatszám stb.) mérésére alkalmasak. A zárásszög mérése a fenti műszer használatához képest sokkal egyszerűbb, a mérőzsinórokat a gyújtásmegszakító és a test közé kapcsoljuk, és a zárásszög azonnal mérhető. Mivel a mérés járó motor mellett zajlik, a primer feszültség kiugró tranzienseit le kell vágni. A jelformálás folyamatát a 13.28 ábra mutatja be. S A hullámforma állandó amplitúdójának beállításáról Zenerdióda gondoskodik. A Zener-dióda a letörési feszültségének elérésekor nyit, ez biztosítja, hogy a feszültség soha ne haladja meg a kívánt maximumot. 9 A zárásszög mérésének csak mechanikus gyújtásmegszakítás rendszerek esetén van jelentősége. Bár az autóipar teljesen elhagyta a mechanikus gyújtásmegszakító alkalmazását, a forgalomban lévő régebbi gépkocsik egy részén még megtalálható ez a fajta gyújtásrendszer.

Tápfeszü Itség a gyújtáskapcsolóról (Live from ign. switch)

(Distributor) Fekete (test) ·O=ft==P(Biack to earth)

® Tápfeszültség a gyújtáskapcsolóról (Live from ígn. switch)

13.27 A" Sparktune" mű­ szer használata (Usingthe Sparktune)

(Red)

Műszer

(Sparktune)

Netatív testelés (Neg. earth)

A feszültség hullámformája (Voltage wavefarm)

13.28 Elektronikus vezérlésű zárásszögmérő

(The silicon chip dwell meter)

Műszer

Gyújtásmegszakító csatlakozójáról

Szűrő és feszültség-

o---4 határoló

(lnputfrom distributor LT terminal)

limiter)

(Filter and ----4 '-----

(Dwelf meter)

Négyszögjel-formáló és műszer-meghajtó (Squarer and meter driver

Ha a feszültség hullámformája állandó amplitúdójú, a műszer által mutatott értéket csak a négyszögjel ún. kitőltési tényezője (magas és alacsony szintjeinek időaránya) befolyásolja. the (When waveform has constant height [amplitude] the only factoraffecti ng the meter reading is proportion of time that the squared wave is ,on')

STROBOSZKÓPLÁMPÁK 10 A gyújtásve zérlés beállításá hoz használt stroboszk óplámpa nagy fényerejű, gyors villanások ra képes lámpa, amelynek begyújtását a gyújtászik ra vezérli. A stroboszk óplámpa fényét járó motor

439

R

c

1 1. sz. henger gyertyapipája (No1 plug cap) 2 Rugós adapter (toldat) (Spring adaptor) 3 MérőkapaCitás (Probe capacítor) 4 Indítóelektróda (rács) (Trigger electrode} 13.29 Stroboszkóplámpa működési elve (Operation of a typical stroboscope)

+

9

5 Villanócső (Flash tube) 6 Xenon vagy neon gáz (Xenon or neon gas) 7 Anód (Anode} 8 Katód (Cathode) 9 Kapacitás (Discharge capacitor) 10 300 V DC (300 V DC supply)

mellett a gyái-tó gyújtásbeállító jeleire irányítjuk (a lendkeréken, ékszíjtáresán stb.). A villogó fény hatására a jelölések állni látszanak. A rögzítőcsavar (anya, bilincs) fellazítása után a gyújtáselosztó házát addig forgassuk óvatosan, amíg az előírt jelölések egybe nem esnek. Ekkor a gyújtáselosztó t rögzítjük. Fontos megjegyezni, hogy a maclernebb gépkocsik gyújtását ilyen módszerrel nem tudjuk pontosan beállítani, hiszen a számítógépes vezérlés folyamatosan (és hengerenként) változtatja az előgyújtást az optimális égés érdekében. Ilyen esetben a gyújtástbeállít ást a diagnosztikai műszer segítségével végezhetjük el.

11 A 13.29 ábrán a stroboszkóplám pa elvi működési vázlata látható. Az 1. sz. henger gyújtófeszültsé gének töredéke arnérőzsinóron és a kondenzátoron keresztül a xenon- vagy neoncső vezérlőrácsára kerül. A villanócső fő elektródáit nagyfeszültségű tápegység tölti fel kb. 300 V feszültségre. A vezérlőrácsra kapcsolt vezérlőfeszült­ ség hatására a fénycsőben levő gáz átüt, és C kapacitás kisülésének ideje alatt áram folyik a fő elektródák között. Az áram hatására rövid (mikroszekund umos nagyságrendű) villanás látható. A xenonfénycső fehérebb és intenzívebb fényt ad, mint a neoncső, ez utóbbi azonban olcsóbb.

12 A gyártók általában a stroboszkópos gyújtásbeállítá s adatait adják meg. Előírják továbbá a fordulatszám függvényében mérendő előgyújtás-növekedést. A pontos méréséhez így fordulatszárnmérőre

13; A'}árm:űvek eleletromos hálózata es annak vizsgálóbérendezései 13.30 A digitális gyújtásbeállító stroboszkóplámpa kijelzője a kívánt előgyújtá~-értéket és a motor fordu-

latszámát mutatja (The Draper digital timing light with LCD screen showing thedegreesof ignition advance and the engine speed)

is. szükség van. Egyes stroboszkóplámpák beépített folyadékkristályos (vagy LED.es) .kij~lzővel r~ndelkeznek,. amely nem'csak élz élőgyli)t~s kivártt értékét, 'dé amotorfordulatszámot is kijelzik (13.30ábra).

13 F()NrOS! Stroboszkóplámpás gyujtásbeállítás során különösen legy4hk elővigyázatosak! A stroboszkóplámpa villogó fényében a hűtőventilátor állni látszhat, akkor is, ha forog. Ez a jelenségkülönösen balesetveszélyes. •

13.11 Ajelmultiplexelés elve és abálózatok M:VLTU•LEXELÉS

A gépkocsik elektromos hálózatának egyre bonyolultabbá válásával fontos szemponttá vált a vezetékkötegek mérete és· tömege. A vezetékek számának csökkentése a multiplexelés bevezetésével vált lehetővé.

Amultip,lexelt rends~erekben a beav~tkozó szyrvek, motorok és .vez~rlőegy~ége~ké~ y~gy h:á,rol':9yez~.ték~ő1Ml~ gyűrűre kapcsolód.·. pak /),~ egyi~ .yez~;Jt~k ~t~pf~szülts~g •. a. ma~j~ a test, a. harmadik pedig a jel vezetéke, · ·· · · · J

·

• ·

• •

• ·

Az egyes berendezések működtetésére a központi vezérlőegység adja ki a jelet. A berendezés jelfeldolgozó egysége felismeri a neki szóló jelet, és rákapcsalódik a tápvezetékekre. A kétvezetékes rendszerekben a vezérlőegység jelét a pozitív tápvezeték feszültségére szuperponálják. A jelkódolás frekvenciamodulált.

..l

HÁLÓZATOK

Az elvárások egyre szigorúbbak a gazdaságosság, a károsanyag-kibocsátás,. a szórakoztatóelektronikai felszerelések és a kényelem iránt. Emiatt a gépkocsi egyes vezérlőegységei köz;ötti kommunikáció egyre forttosabb szerepet kap. A vezérlőegységek összekapcsolásaszinte lehetetlen lenne (egyes vezérlőegységek 121~kivyzetéses csatlakozóval rendelkeznek!), ezért a Bosch olyan rendszert fejlesztett ki, ahol a kommunikáció egy, vagy két vezetéken zajlik. Eieket a vezetékeket adatsínnek (adatbusznak) nevezzük. Minden berendezésben megtalálható az ún. adatcsomagok adására és vételére alkalmas egység (13.31 ábra). Az adatbuszt minden berendezés figye-

441

13.

1 Startbit (1 bit) (Start tieid) 2 Státuszmező (11 bit) 13.31 Adatcsomag (CAN BUS) (Data ,packet' CAN data bus)

(Status tieid) 3 Nem használt (1 bit) (Unused) 4 Adatmező (max 64 bit) (Data tieid)

Jóváhagyás (2 bit) (Confirmation tieid) 6 Ellenőrző mező (6 bit) (Ceck tieid) 7 Biztonsági mező (16 bit) (Safety tieid) 8 Lezáró mező (1 bit) (End tieid)

5

li, és eldönti, hogy az aktuális adatcsomag neki szól, avagy sem. Ez a rendszer gyors és megbízható kommunikációt biztosít a vezérlő­ egységek és a hálózat között. A VW volt az első gyártó, amely sorozatgyártású gépkocsin alkalmazott ilyen rendszert. A rendszernek a CAN (controlled area network) Data Bus nevet adták. CAN Ebben a rendszerben a jármű egyes vezérlőegységeit egy, vagy két vezeték kapcsolja össze. Minden vezérlőegységet az adatcsomagok küldésére és fogadására képes adó-vevő egységgel szerelnek fel. Az adatbusz első változata 62,5 kbps (kilobit per szekundum) adatátviteli sebességre volt képes. Később ez 500 kbps sebességre növekedett. Az elektromágneses zavarásnak kitett területeken (például a motortérben) két vezetéket alkalmaznak. A két vezeték: CAN high (magas) és CAN low (alacsony). Adatforgalom hiányában mindkét vezeték kb. 2,5 V feszültségszinten van. Adatforgalom közben a

13.32 Adatátvitel esetén a CAN high vezeték jelszintje 1 volttal növekedik, a CAN low vezeték jelszintje 1 volttal csökken (When there's a data ,packet' to be transmitted, the CAN high voltage increases 1. OV and the CAN low voltage decreases 1.0 V)

Ü)'

g

"--

~ O) ·Q)

2

3,5 2,5

l l

ll

-

CAN high

CAL low

1,5

:sN (/)

Q)

LL

o

".

Adatcsomag (Data ,packet')

13. A járművek elektromos hálózata és annak vizsgálóberendezései

Ci;'

3,5

l l

::!::::

o

~2,5

13.33

~

A két je lszintet egymásból kivonva 2 V jelszintet kapunk (When the CAN low voltage is deducted from the CAN high voltage, the resulting data ,packet' voltage is 2.0V)

-

x

-~ 1 5 2 ' aN C/)