Mamy tendencję do postrzegania parametrów pracy silnika w naszych samochodach jako stałych liczbowych, które nie zmieniają się wraz z warunkami pracy. Nic bardziej mylnego. Silniki spalinowe mogą dostosować się do skrajnie różnych warunków pracy, przy czym większość z tych warunków odbiega od wymarzonego ideału. Niemniej jednak źródło zasilania silnika i układ jego sterowania muszą być w stanie sprawić, aby samochód pełnił swoją funkcję w każdej sytuacji bez utraty funkcjonalności.

W dzisiejszym artykule omawiamy różne warunki pracy i reakcje silnika na poszczególne sytuacje robocze.

Uruchamianie silnika

Dla samego użytkownika jest to oczywiście nieistotne, ale sterowanie procesem uruchamiania silnika wymaga ogromnej liczby obliczeń. Inne jest taktowanie impulsów wtrysku w porównaniu z normalną jazdą po drodze. Wtryskiwana ilość paliwa jest zwiększana odpowiednio do zastanej temperatury silnika. Po pierwszych obrotach silnika system dostosowuje ilość wtryskiwanego paliwa do rosnącej prędkości obrotowej. Początkowa ilość wtryskiwanego paliwa zależy zatem od temperatury silnika i jego prędkości obrotowej.

Po uruchomieniu

Po wyłączeniu rozrusznika, w miarę, jak silnik się rozgrzewa, do przestrzeni cylindra trafia coraz mniej paliwa w rozbiciu na jednostkę czasu. Od momentu uruchomienia silnika rozpoczyna się etap, który trwa do osiągnięcia przez silnik temperatury roboczej.

Rozgrzewka

Mianem rozgrzewki określamy stan, w którym pojazd musi być gotowy do jazdy, nawet jeśli warunki techniczne są dalekie od idealnych dla ekonomicznego transportu. System musi znaleźć najlepszy możliwy kompromis między stanem roboczym a wymaganiami dotyczącymi emisji i zużycia paliwa.

Jeśli opóźniony zapłon jest połączony z trybem ubogiej mieszanki, temperatura spalin będzie wysoka. Wynik ten osiąga się poprzez wprowadzenie powietrza wtórnego do spalin. Ponadto mamy możliwość zwiększenia prędkości obrotowej na biegu jałowym dzięki odpowiedniej regulacji powietrza uzupełniającego.

Niezależnie od zastosowanej metody, temperatura robocza katalizatora z pewnością zostanie osiągnięta wcześniej. Gdy to nastąpi, nie musimy już stosować nadmiaru powietrza, a silnik może przełączyć się na wartość lambda 1, aby uzyskać jeszcze lepszą emisję.

Tryb jałowy

Wydajność i prędkość obrotowa na biegu jałowym znacząco wpływają na jednostkowe zużycie paliwa, dlatego zaleca się wybór najniższej możliwej wartości.

Jednocześnie ważne jest, aby prędkość pozostała stabilna nawet po wprowadzeniu dodatkowych obciążeń i odbiorników (klimatyzacja, wspomaganie kierownicy itp.). Ponadto należy wziąć pod uwagę wewnętrzne obciążenia silnika, takie jak pompa wody.

Do kontroli prędkości jałowej nie wystarczy sama prędkość obrotowa – musimy również wiedzieć, kiedy pedał gazu i przepustnica znajdują się w pozycji wyjściowej.

Aby utrzymać optymalną pracę na biegu jałowym, sterownik silnika musi ingerować w następujące trzy parametry:

• Objętość powietrza: problem ten rozwiązują kontrolowane systemy obejścia przepływu w korpusie przepustnicy lub kontrolowane otwarcie samego zaworu.
• Czas zapłonu: czas zapłonu można regulować w zależności od prędkości obrotowej silnika, tak aby zapłon wstępny rozpoczynał się wcześniej wraz ze spadkiem prędkości obrotowej silnika, dzięki czemu moment obrotowy silnika będzie wyższy.
• Skład mieszanki: ze względu na normy emisji i wynikające z nich ograniczone możliwości, skład mieszanki na biegu jałowym zwykle nie jest regulowany oddzielnie przez system.

Przyspieszanie, zwalnianie

Stopień pożądanego przyspieszenia jest zazwyczaj określany przez system na podstawie prędkości ruchu pedału gazu, tj. prędkości obrotowej przepustnicy, za pomocą sygnałów napięciowych z potencjometru przepustnicy. Oddzielne sterowanie nie jest jednak zawsze konieczne: bowiem gdy płytka przepływomierza przepustnicy nadmiernie się kołysze podczas przyspieszania, wywołuje to automatycznie natychmiastową zmianę sygnału, co wyzwala zwiększoną dawkę wtrysku.

Przy pełnym obciążeniu sygnał jest również generowany przez położenie przepustnicy. Następnie jednostka sterująca zwiększa czas wtrysku o około 8-10%.

Podczas zwalniania tj., gdy zdejmujemy nogę z gazu, dochodzi do odwrotnej sytuacji: wówczas ilość paliwa zostaje tymczasowo zmniejszona.

Po zdjęciu nogi z gazu rozpoczyna się nowy stan roboczy, znany jako hamowanie silnikiem. Tutaj wtrysk zostaje zatrzymany, a emisja jest praktycznie zerowa. Przed zatrzymaniem wtrysku sterownik opóźnia zapłon wstępny, aby zredukować nagły spadek momentu obrotowego.

Po osiągnięciu określonej prędkości obrotowej wtrysk jest ponownie przywracany. Zależy to od wielu parametrów, ale nadrzędnym celem przyświecającym konstruktorom tych układów jest zapobieganie szkodliwym wahaniom prędkości.

Ograniczenie prędkości i obrotów

Prędkości i obroty wyższe niż dopuszczalne prowadzą do uszkodzenia silnika. Ograniczenie maksymalnej prędkości i obrotów pozwala uniknąć tych usterek. Po przekroczeniu ustawionych maksymalnych obrotów i prędkości jednostka sterująca zatrzymuje wtrysk paliwa, co zmusza kierowcę do zdjęcia nogi z gazu. Gdy prędkość spadnie poniżej wartości granicznej, wtryskiwanie zostanie przywrócone.

Kontrola stuków

Ze względu na niezwykle szkodliwe skutki związane z tzw. spalaniem stukowym, parametry pracy silników są ustalane w taki sposób, aby w skrajnych przypadkach nie dopuścić do powstania warunków sprzyjających detonacji.

Pojawienie się niezwykle precyzyjnego elektronicznego sterowania silnikiem sprawiło, że silnik może być obciążony do poziomu tuż przed granicą spalania stukowego. Dzięki osiągniętemu w ten sposób znacznie wyższemu stopniowi sprężania i korzystniejszemu zapłonowi wstępnemu, zużycie paliwa zostało znacznie zmniejszone, a jednocześnie poprawiono moment obrotowy.

Czujniki spalania stukowego umieszczone w bloku cylindrów przesyłają sygnał napięcia elektrycznego do jednostki sterującej. Tam spalanie stukowe jest identyfikowane przy użyciu odpowiedniego algorytmu.

System próbuje zapobiec spalaniu stukowemu poprzez stopniowe opóźnianie zapłonu w cylindrach, które tego wymagają.

Gdy zagrożenie zostanie wyeliminowane, układ sterowania stopniowo przywróci pierwotny stan zapłonu.