Gyújtásvezérlés vezértengely-jeladó nélkül

A szikragyújtású motoroknál már csak elosztó nélküli gyújtórendszerrel (DIS) találkozhatunk. A gyújtáselosztó elhagyását páros hengerszámú motoroknál, egyféle megoldásként a parazitaszikrás vagy kétszikrás gyújtás teszi lehetővé. A rendszer vázlatos felépítése – négyhengerű motor esetében – az ➊. ábrán látható. A megoldás lényege, hogy a gyújtótrafó szekunder tekercsére csatlakozó gyújtógyertyák ellenfázisban működő hengerekhez tartoznak. Ennek megfelelően, ha az 1-es henger dugattyúja a sűrítési ütem végén a felső holtpont közelében van, akkor a 4-es henger éppen a kipufogási ütem végénél tart ➊.

➊

➋

Amennyiben a gyújtószikra ebben az időpontban képződik, akkor az 1-es hengernél (sűrítési ütem vége) tényleges gyújtás, míg a 4-es hengernél (mivel nincs gyújtható keverék) a képződő gyújtószikrán kívül semmi sem történik. A leírtak igazolására a ➋. ábra szolgál, ahol látható, hogy az 1-es hengernél a gyújtáshoz ~ 10 kV szükséges, míg a 4-es hengernél (nincs kompresszió) már ~ 5 kV is létrehozza a szikraképződést. Ugyanez az állapot két főtengelyfordulat után megismétlődik, csak most a 4-es henger sűrítési végfázisa miatt itt szükséges ~ 10 kV, és az 1-es hengernél elégséges ~ 5 kV-nyi feszültség, ahogy ez a ➌. ábrán is látható. A gyújtószikraképzéshez a szekunder tekercsen mindaddig növekszik a feszültség, míg a két gyertyán az ív létrejöttéhez szükséges feszültségösszeg értékét el nem éri.

➌

➍

Természetesen a folyamatos motorműködéshez úgy a megfelelő fázisú tüzelőanyag-befecskendezést, mint a (szabályozott előgyújtással megvalósított) gyújtószikra létrehozását biztosítani kell ➋ ➌.

A megfelelő hengereknél időben képzett gyújtószikra létrehozásához többek között a főtengely- (fordulat) és a vezértengely- (felső holtpont) jeladó jeleit használják. A lejátszódó folyamatok tanulmányozása után több gyártó is arra a következtetésre jutott, hogy a DIS-rendszer gyújtótranszformátoráról nyerhető olyan információ, amely a vezértengely-jeladó elhagyása mellett is biztosítja a megfelelő működést. Az egyik elképzelés megvalósítható a gyújtótrafó minimális átalakításával és egy egyszerű elektronika beépítésével, melynek működését a továbbiakban ismertetjük.

A megoldás első részének vázlata a ➍. ábrán látható, amiből kitűnik, hogy a gyújtótrafó „átalakítása” mindössze a szekunder tekercs középkivezetésének létrehozásából áll, melyet ki sem kell vezetni, hiszen a beépített elektronika használja.

Annál érdekesebb a szekunder tekercs középkivezetése és a testpont között gyújtószikra keletkezésekor létrejövő Uk feszültség nagysága és polaritása. Az ábrán az 1-es henger sűrítési fázisának végén, a gyújtószikraképzés időpontjában vagyunk, míg a 4-es henger a kipufogási ütem végén jár. A létrejött gyújtószikrák árama zárt áramkört képez, amely áramkörre érvényes, hogy benne az egyes tagokon fellépő feszültségesések összege zérus. Felvéve tehát egy tetszőleges (pl. az óramutató járásával ellenkező) körüljárási irányt, a szekunder tekercs középkivezetésétől indulva a külső körre felírható az alábbi egyenlet:

7,5 kV – 10 kV (U₁) – 5 kV (U₄) + 7,5 kV = 0 V

Az ábrát jobban megnézve az is meghatározható, hogy mekkora Uk értéke, ha az egyenletet az egyik belső körre írjuk fel:

7,5 kV – 10 kV (U₁) + U_k = 0 V, innét pedig U_k = + 2,5 kV (nyílirány +), vagyis a szekunder tekercs középkivezetése a testhez képest pozitív polaritású.

➎

Amennyiben azt a fázist vizsgáljuk, amikor a 4-es henger jut sűrítési végfázisba és ekkor képződnek a gyújtószikrák, akkor a részfeszültségek átrendeződnek, ahogy ez az ➎. ábrán látható. A felírható egyenlet:

7,5 kV – 5 kV (U₁) – 10 kV (U₄) + 7,5 kV = 0 V

Ebben az esetben is meghatározható Uk értéke és polaritása:

7,5 kV – 5 kV (U₁) + U_k = 0 V, innét pedig U_k = –2,5 kV (nyílirány -), vagyis a szekunder tekercs középkivezetése a testhez képest negatív polaritású.

Tapasztalatként leszűrhető, hogy a szekunder tekercs középkivezetése és a test közötti feszültség értéke mindkét esetben 2,5 kV nagyságú, de polaritása megváltozik attól függően, hogy az 1-es henger vagy a 4-es henger sűrítési végpontjánál (gyújtási időpont) tartunk. Ezen egyszerű tényből következik, hogy nem kell mást tenni, mint egy polaritásérzékeny elektronikát a trafóba beépíteni, és máris megvan az 1-es henger felső holtponti (pontosabban holtpont közeli) helyzetét azonosító jeladónk.

➏

A ➏. ábrán látható egy elvi megoldás, ami azért a lényeget megmutatja. A szekunder tekercs középkivezetése és a test közé beköthető egy fotodióda, méghozzá olyan polaritással, hogy a fotodiódán csak az 1-es henger gyújtásakor kialakuló +Uk tudjon áramot indítani ➐. Természetesen a valódi megoldás lényegesen komplikáltabb, de itt csak az elvet vizsgáljuk. Amennyiben a gyújtószikra időtartamára (T <1 ms) felvillanó fotodióda fényét egy fototranzisztorral érzékeljük, ennek kimenetén a gyújtószikra időtartamának megfelelő impulzus keletkezik ➑.

➐

➑

A leírtakból az is következik, hogy a 4-es henger gyújtásakor kialakuló, az előbbi állapottal ellentétes polaritású – Uk nem indít áramot a fotodiódán, azaz a fototranzisztoron sem hoz létre kimenő impulzust ➒. A gyakorlatban a fotodióda–fototranzisztor párt egy közös zárt házban helyezik el, amit optocsatolónak neveznek. Ez a kialakítás egy bevált megoldás a kis- és nagyfeszültségű körök galvanikus szétválasztására.

➒

Befejezésül érdemes végiggondolni, hogy motorindításkor hogyan működhet a rendszer és mikor történik meg az 1-es henger kompresszió felső holtpontjának azonosítása. Indításkor, bármilyen helyzetben állt is meg a motor, az első gyújtásjelet (az 1–4 hengerpárra) a kombinált főtengelyjeladó küldi. Ha ekkor a 4-es henger kerül sűrítési véghelyzetbe, nincs kimenő jel, mivel Uk negatív polaritású. Az első kimenő jelet az 1-es henger sűrítési végfázisánál kapjuk, és ez az azonosító jel (ugyanúgy, mint a korábbi vezértengelyjeladó jele) megindítja a befecskendezést és ebből (meg a fordulatjelből stb.) már kiszámítható a következő hengerpár gyújtási időpontja is. A leírtak alapján az is meghatározható, hogy az 1–4 hengerekhez kialakított gyújtótrafó és beépített elektronika 4 ponton csatlakozik a motorvezérlőhöz, úgymint UT (fedélzeti tápfeszültség), test, gyújtótrafó primer tekercs és a hengerazonosító jelkimenet. Hibakeresésnél itt is érdemes vizsgálatot végezni.

A megoldás és a működés is viszonylag egyszerű, csupán az kérdéses, hogy a transzformátorba beépített elektronika (még ha megfelelő védelemmel látták el) meddig viseli el a magas hőmérsékletet és a nagyfeszültség okozta zavarokat meghibásodás nélkül, valamint az is, hogy a kiküszöbölt vezértengely-jeladó elkészítési és beépítési költsége hogyan aránylik az új megoldás költségeihez.