A belső égésű motorok üzemállapotainak vezérlése és szabályozása

Az autónkban lévő motorra, pontosabban az azzal járó számszerű paraméterekre hajlamosak vagyunk úgy tekinteni, mint állandó, minden körülmények között fennálló tulajdonságok, holott ez egyáltalán nem fedi a valóságot. A belső égésű motorok számtalan üzemállapotban képesek működni, és ezek közül a legtöbb valamilyen szempontból távol tartózkodik az ideális működtetéstől. Ennek ellenére az erőforrásnak, és a motor vezérlőrendszerének meg kell tudnia oldani, hogy az autó ilyen helyzetben is képes legyen ellátni a feladatát funkcióvesztés nélkül.

Az alábbi cikkben a különböző üzemállapotokat taglaljuk, valamint kitérünk arra is, hogy a motorvezérlő rendszerek hogyan reagálnak ezekre az esetekre, tipikusan benzinmotorok esetén.

Motorindítás

A felhasználó számára nem tűnik fel ugyan, de a teljes indítási folyamat vezérlése rengeteg specifikus számítás alapján következik be. Az első befecskendezési impulzusok időzítése is eltér a normál üzemállapothoz képest. A befecskendezett mennyiség növelése a motor hőmérsékletének figyelembevételével történik. A motor első fordulatait követően a befecskendezett üzemanyag volumenének vezérlése a motor növekvő fordulatszámához igazodik. Az alkalmazott előgyújtás nagyságát a motorhőmérséklet és a fordulatszám együttesen határozza meg.

Indítás után

Az önindító kikapcsolását követően egyre kevesebb üzemanyag jut be a hengertérbe egységnyi idő alatt, ahogy a motor melegszik. Az előgyújtás a befecskendezett mennyiséghez igazodik. Innentől indul az a szakasz, amely addig tart, amíg a belső égésű motor el nem éri az üzemi hőmérsékletét.

Bemelegedés

Ez már az az állapot, amikor a járműnek menetkész állapotba kell kerülnie, noha még messze nem ideálisak a műszaki körülmények a gazdaságos közlekedéshez. A rendszernek meg kell találnia a működőképes állapotot és a károsanyag-kibocsátási, valamint fogyasztási követelmények közötti, lehető legjobb kompromisszumot.

Ha késői gyújtást kombinálunk szegény keverékes üzemmóddal, nagy lesz a kipufogógázok hőmérséklete. Szinten ezt az eredményt érjük el, ha dúsabb keverékhez szekunder levegőt vezetünk be a kipufogógázokba. Ezen kívül lehetőségünk van megfelelő pótlevegő-szabályozással megemelni az alapjárati fordulatszámot is.

Bármelyik módszert is alkalmazzuk, a katalizátor működési hőmérsékletét mindenképp hamarabb érjük el. Amint ez megtörtént, a légfelesleget nem kell tovább alkalmaznunk, és a motor áttérhet 1-es lambda értékre, hogy még jobb legyen az emissziója.

Alapjárat

Az alapjáratban elérhető hatásfok és fordulatszám jelentősen befolyásolja a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztást, ennélfogva célszerű minél alacsonyabbat választani.

Ugyanakkor lényeges pont, hogy a fordulatszámnak stabilnak kell maradnia a járulékos terhelések, fogyasztók (klíma, szervokormány stb.) belépésénél is. Ezen felül fel kell venni a motor belső terheléseit is, mint például a vízpumpa.

Az alapjárati fordulatszám szabályozásához nem elegendő a fordulatszám visszajelzése – azt is tudnunk kell, hogy mikor van alaphelyzetben a gázpedál, és egyúttal a fojtószelep.

Az optimális alapjárat fenntartásához a motorvezérlőnek három helyen kell beavatkoznia:

• Légmennyiség: ezt a fojtószelepházzal kialakított, szabályozható áramlású megkerülő rendszerekkel, vagy magának a szelepnek a szabályozott nyitásával oldják meg.
• Gyújtási idő: A gyújtási időpont a fordulatszámtól függő szabályozásával elérhető, hogy csökkenő fordulatszámmal az előgyújtást korábbra álljon, így nagyobb lesz a motor nyomatéka.
• Keverék összetétele: A emissziós normák, és az ebből fakadó korlátozott lehetőségek miatt az alapjárati keverék összetételét rendszerint külön nem szabályozza a rendszer.

Gyorsítás, lassítás

A kívánt gyorsítás mértékét általános esetben a gázpedál mozgási, azaz a fojtószelep elfordulási sebessége alapján azonosítja a rendszer, a fojtószelep potenciométeréről beérkező feszültségjelek felhasználásával. Ugyanakkor nincs mindig szükség külön vezérlésre: például a torlólapos légtömegmérő billenőlapja gázadáskor túllendül, és az ebből fakadó jelváltozás azonnal kiváltja a befecskendezési mennyiség növelését.

Teljes terhelésnél szintén a fojtószelep állása szolgáltatja a jelet. Ekkor a vezérlőegység nagyjából 8-10%-kal megnöveli a befecskendezési időt.

Lassításkor, azaz amikor elvesszük a gázt, fordított helyzet alakul ki: ekkor átmenetileg csökkenteni kell a tüzelőanyag mennyiségét.

Gázelvételkor egy új üzemállapot jön létre, az ún. tolóüzemi lekapcsolás, ismertebb nevén motorfék. Itt a befecskendezés szünetel, az emisszió gyakorlatilag nulla. A befecskendezés leállítása előtt a vezérlő későbbre állítja az előgyújtást, hogy a visszaállás közben kisebb legyen a nyomatékrúgás.

Egy bizonyos fordulatszámot elérve a befecskendezés újra helyreáll. Hogy ez hol van, az sok paraméter függvénye. Megállapításánál elsődleges szempont, hogy a káros fordulatszám-lengéseket megelőzzék.

A gyújtási időpont szabályozásával itt is segítik a rángásmentes visszaállást.

A sebesség és a fordulatszám határolása

A megengedettnél nagyobb fordulatszámok a motor károsodásához vezetnek, A maximális fordulat határolásával ezek a hibalehetőségek elkerülhetők. A beállított legnagyobb fordulatszám és sebesség túllépésekor a vezérlőegység leállítja a hajtóanyag befecskendezését. A gépkocsi vezetője a korlátozást észlelni fogja, és gázelvételre kényszerül. A határtérték alá csökkenéskor ismét helyreáll az eredeti állapot.

Kopogás-szabályozás

Az ún. kopogásos égés rendkívül káros hatásai következtében a motorok működési paramétereit úgy határozzák meg, hogy szélsőséges esetekben se alakulhassanak ki az ilyen jellegű detonáció feltételei.

Az elektronikus motorvezérlés megjelenése lehetővé tette, hogy ne kelljen jelentős távolságot tartani ezektől a paraméterektől, és a motor egészen a kopogáshatárig terhelhetővé vált. Az így elérhető sokkal nagyobb sűrítési viszonnyal és kedvezőbb előgyújtással jelentős mértékben csökkent az erőforrások fogyasztása és egyúttal javult a nyomatékossága.

A hengertömbön elhelyezett kopogásérzékelők a zajképnek megfelelő elektromos feszültségjelet továbbítanak a vezérlőegységhez. Ott a megfelelő kiértékelő algoritmus segítségével megtörténik a kopogásos égés azonosítása.

Amelyik hengernél szükséges, ott a gyújtási időpont lépcsőzetes késleltetésével próbál távolodni a rendszer a detonációs égéstől.

Amikor a veszély elhárult, a vezérlés szintén lépcsőzetesen visszaállítja az eredeti gyújtási állapotot.