Z niedawnego artykułu na temat sterowania silnikiem dowiedzieliście się, że zarządzanie pracą silnika jest procesem niezwykle złożonym i pełnym niuansów.

Przejście od gaźnika do sterowników elektronicznych także nie było gładkim procesem, choć rewolucję ułatwiło kilka rozwiązań technicznych, w tamtym czasie uważanych za innowacyjne. Chodzi mianowicie o układy wtryskowe K- oraz KE-Jetronic, oba opracowane przez firmę Robert Bosch GmbH.

Opis ogólny

Aby zrozumieć różnicę między tymi dwoma systemami, należy je omówić osobno.

K-Jetronic to system sterowany mechanicznie, który nie wykorzystuje zewnętrznego napędu, a w którym ilość wtryskiwanego paliwa jest określana na podstawie objętości powietrza pobieranego przez silnik. Pomiar masy powietrza jest bezpośredni, a wtrysk odbywa się w sposób ciągły. Dzięki bezpośredniemu pomiarowi objętości powietrza, K-Jetronic podąża za zmianami stanu pracy silnika, będąc tym samym prekursorem katalitycznych urządzeń redukujących emisję spalin.

Po raz pierwszy zastosowano go w 1973 r. w systemach napędowych samochodów produkowanych seryjnie. Musiało minąć jednak około dziesięciu lat, aby na rynku pojawił się znacznie ulepszony i udoskonalony następca tego systemu, tj. KE-Jetronic, który obecnie działa w oparciu o sterowanie elektroniczne. Podstawowymi właściwościami obu systemów pozostały bezpośredni pomiar objętości powietrza i ciągły wtrysk paliwa z rury dolotowej do poszczególnych cylindrów po kolei.

Konstrukcja i działanie systemu K-Jetronic

Po tym, jak powietrze zassane przez silnik przejdzie przez filtr, trafia do przepływomierza, a następnie przepływa przez przepustnicę i rurę kolektora wlotowego.

Paliwo jest zasysane ze zbiornika benzyny przez pompę obrotową, a następnie przechodzi przez zbiornik ciśnieniowy i filtr do rozdzielacza objętościowego. Ciśnienie tłoczenia wynosi co najmniej 5 barów. Ciśnienie paliwa utrzymuje na stałym poziomie regulator ciśnienia w rozdzielaczu objętościowym.

Z rozdzielacza objętościowego benzyna trafia do rury dolotowej poszczególnych cylindrów, gdzie znajdują się zawory wtryskowe. Niewykorzystane paliwo, tj. jego nadmiar, spływa z powrotem do zbiornika paliwa. Ta ciągła cyrkulacja zapobiega przegrzaniu paliwa i tworzeniu się pęcherzyków pary.

Akumulator paliwa

Akumulator paliwa może mieć konstrukcję sprężynową lub membranową. Jego zadaniem jest utrzymanie ciśnienia paliwa przez określony czas po zatrzymaniu silnika, ułatwia to bowiem ponowne uruchomienie maszyny.

Regulator ciśnienia w układzie

W przypadku obu typów układów wtryskowych kluczowe znaczenie ma utrzymanie stałego ciśnienia paliwa. W przypadku wahań ciśnienia zmieniają się również proporcje mieszanki benzyna-powietrze. Regulator posiada konstrukcję sprężynową lub membranową.

Oprócz stałego ciśnienia, urządzenie zapewnia również, że po zatrzymaniu silnika ciśnienie w układzie spadnie do odpowiedniego poziomu dzięki całkowitemu zamknięciu zaworów wtryskowych, a ciśnienie w zbiorniku ciśnieniowym będzie miało zadaną wartość.

Przepływomierz powietrza

Przepływomierz składa się z precyzyjnie skonstruowanej rury zasysającej i umieszczonej w niej tarczy ograniczającej, przymocowanej do ramienia. Stałą pozycję tarczy zapewnia ciśnienie strumienia powietrza i hydrauliczne przeciwciśnienie tłoka regulacyjnego. Dzięki temu położenie tarczy w danej chwili jest zawsze proporcjonalne do ilości napływającego powietrza.

Rozdzielacz paliwa

Objętość paliwa, która ma być dostarczona do poszczególnych cylindrów, jest kształtowana poprzez sterowanie odpowiednimi elementami w rozdzielaczu objętościowym. Im więcej cylindrów posiada silnik, tym więcej szczelin regulacyjnych.

Rozmiar tych szczelin zmienia się w zależności od ruchu tłoka regulacyjnego, podążając za zmianą położenia tarczy przepustnicy. Każda szczelina jest również wyposażona w zawór różnicy ciśnień, którego celem jest, aby spadek ciśnienia przepływu przez szczelinę przyjmował stałą wartość.

Zawory wtryskowe

Ciśnienie benzyny jest jedynym czynnikiem, który determinuje otwarcie zaworów wtryskowych. Nie pełnią one bowiem funkcji regulacji ilości. Ich ciśnienie otwarcia wynosi w przybliżeniu od 3,5 do 3,8 bara.

Otwieranie jest szybko powtarzającym się procesem, podobnym do wibracji o częstotliwości około 1500 Hz. Dzięki temu atomizacja paliwa jest znacznie lepsza, nawet w przypadku stosunkowo niewielkich ilości. Zawory nie posiadają gwintu, ale ciasno dopasowane zamknięcie gumowe.

Regulator fazy rozgrzewania

Podczas fazy rozgrzewania regulator wzbogaca mieszankę poprzez zmniejszenie przeciwciśnienia tłoka sterującego. Odbiera on sygnał z elektrycznie podgrzewanej listwy złożonej z dwóch metali. Spadek ciśnienia powoduje większe otwarcie przepustnicy, wpuszczając większą ilość paliwa.

Zapasowy zawór suwakowy powietrza

Zaworem tym steruje sprężyna bimetaliczna lub wosk, a jego zadaniem jest dostarczenie dodatkowego powietrza do silnika z pominięciem przepustnicy podczas fazy rozgrzewania. Praca na biegu jałowym staje się wówczas bardziej równomierna, a obciążenie bardziej wydajne.

Elektryczny zawór rozruchowy, termiczny wyłącznik czasowy

Elektryczny zawór rozruchowy sterowany termicznym wyłącznikiem czasowym wtryskuje nadmiar paliwa do układu dolotowego. Sterowanie zaworem odbywa się na bazie temperatury silnika i czasu, jaki upłynął od uruchomienia silnika.

Sonda lambda

Nie jest możliwe utrzymanie proporcji mieszanki benzynowo-powietrznej z precyzją spełniającą najnowsze normy emisji za pomocą mechanicznego sterowania realizowanego przez system K-Jetronic. Rozwiązaniem tego problemu jest sonda lambda ze sterowaniem elektronicznym. Sygnałem wejściowym jest tutaj sygnał z sondy. Na tej podstawie zawór rozrządu modyfikuje wielkość szczeliny sterującej, a tym samym koryguje proporcje mieszania do wartości wymaganej przez katalizator.

Konstrukcja i działanie systemu KE-Jetronic

KE-Jetronic to zasadniczo ulepszona wersja sytemu K-Jetronic. Główną różnicą jest przede wszystkim zastosowanie sterowania elektronicznego.

Większość elementów układu sterowania jest całkowicie identyczna. Zasadnicza różnica polega na tym, że ilość paliwa przekazywana do wtrysku jest dodatkowo modyfikowana przez sterowanie elektroniczne.

Elektroniczna jednostka sterująca odbiera sygnały wejściowe z silnika i innych enkoderów pomocniczych. Na ich podstawie wysyła ona instrukcje do elektrohydraulicznego regulatora ciśnienia znajdującego się na kolektorze. Wewnątrz znajduje się membrana, a jej działaniem steruje elektromagnes.

Wzbogacenie mieszanki rozruchowej może osiągnąć nawet 2,5-krotność wartości stechiometrycznej, a stosunek ten zależy od temperatury płynu chłodzącego podczas fazy rozgrzewania. W przypadku przyspieszania, w zależności od prędkości przyspieszania, stopień wzbogacenia może wynosić 1,1-1,7.

Zastosowanie

Systemy K- i KE-Jetronic firmy Bosch były powszechnie stosowane w latach 80-tych. Większość europejskich producentów samochodów klasy premium stosowała to rozwiązanie w swoich samochodach (Audi, VW, Mercedes, Volvo, Saab itp.), ale można je było znaleźć również w modelach spoza kontynentu.

Były one niedoścignione aż do połowy lat 90-tych, do czasu pojawienia się elektronicznie sterowanych systemów wtrysku przerywanego (np. Bosch L-Jetronic), które odznaczały się znacznie wyższą wydajnością, a co za tym idzie szybko wyparły z rynku mniej wydolnego poprzednika.