Przetworniki ciśnienia

Elektropneumatyczne przetworniki ciśnienia są wykorzystywane w dużych ilościach w układach recyrkulacji spalin (EGR) i turbosprężarkach o zmiennej geometrii turbiny VTG („Variable Turbo Geometry”, turbosprężarki o zmiennej geometrii łopatek). Ich działanie jest podobne do funkcji „ściemniacza” w obwodzie elektrycznym: z podciśnienia i ciśnienia atmosferycznego przetwornik ciśnienia tworzy mieszaną wartość ciśnienia (ciśnienie sterujące), pozwalającą na płynną regulację nastawników pneumatycznych („puszek membranowych”).

W połączeniu z pneumatycznym nastawnikiem przetwornik ciśnienia można wywierać jednak znacznie wyższe siły, niż byłoby to możliwe w układzie elektrycznym ze „ściemniaczem” – i to przy znacznie mniejszy wymiarach. Niezbędne podciśnienie występuje w prawie wszystkich pojazdach (podciśnienie w kolektorze dolotowym albo pompa próżniowa).

Recyrkulacja spalin służy do redukcji zawartości substancji szkodliwych w spalinach. Do zasysanego przez silnik świeżego powietrza dodawane są przy tym spaliny. Powoduje to zmniejszenie ilości tlenu w komorze spalania i obniżenie temperatury spalania. Niższa temperatura spalania skutkuje zmniejszeniem emisji tlenków azotu (NOx).

Układ recyrkulacji spalin działa skutecznie tylko pod warunkiem jego precyzyjnego sterowania. W zależności od wykonania zawory EGR mogą być sterowane pneumatycznie lub elektrycznie. W przypadku sterowania pneumatycznego wymagana modulacja podciśnienia („ciśnienie sterujące”) jest zapewniana przez przetwornik ciśnienia.

Elektropneumatyczny przetwornik ciśnienia jest sterowany przez sterownik silnika na podstawie odpowiedniej charakterystyki. W zależności od współczynnika wypełnienia impulsów ustawiane jest ciśnienie sterujące, uruchamiające zawór EGR.

Osiągalny moment obrotowy silnika pojazdu z silnikiem spalinowym jest zależny od udziału gazu świeżego w wypełnieniu cylindra.

Turbosprężarki napędzane spalinami wykorzystują energię spalin w turbinie do poprawy jakości wypełnienia cylindrów za pośrednictwem sprężarki. Turbosprężarki o zmiennej geometrii turbiny zmieniają wymagane ciśnienie doładowania przez przestawienie łopatek kierujących turbiny. Regulacja ta musi być bardzo precyzyjna.

Przetwornik ciśnienia jest sterowany przez sterownik silnika na podstawie odpowiedniej charakterystyki. W zależności od współczynnika wypełnienia impulsów sygnału regulowane jest ciśnienie sterujące, które powoduje przestawienie łopatek kierujących turbiny przez puszkę membranową. Zmienna geometria turbiny umożliwia szczególnie szybką reakcję przy niskich prędkościach obrotowych oraz wysoką sprawność w górnym zakresie prędkości obrotowej.

TYPOWE PARAMETRY

PODSTAWOWA KONSTRUKCJA

Z podciśnienia (wytwarzanego np. przez pompę próżniową) i ciśnienia otoczenia przetwornik ciśnienia tworzy mieszaną wartość ciśnienia („ciśnienie sterujące”).
To ciśnienie sterujące pozwala na

• wysterowanie pneumatycznego zaworu EGR w układzie recyrkulacji spalin lub
• zmienianie ustawienia łopatek kierujących turbosprężarki o zmiennej geometrii turbiny za pośrednictwem puszki membranowej.

Do sterowania przetwornika ciśnienia przez sterownik silnika wymagany jest prąd sterujący. Nie jest to jednak prąd stały, lecz taktowany ze stałą częstotliwością prąd impulsowy („modulacja szerokości impulsów”). Czas aktywacji impulsu jest przy tym określany jako „współczynnik wypełnienia impulsów”. W zależności od tego, czy wielkością sterującą obwodu regulacyjnego jest natężenie prądu, czy współczynnik wypełnienia impulsów, elektropneumatyczny przetwornik ciśnienia jest określany jako „sterowanym prądem” albo „sterowany współczynnikiem wypełnienia impulsów” (lub „sterowany taktowo”).

W przypadku przetwornika ciśnienia z kompensacją temperatury siła magnetyczna jest utrzymywana w szerokim zakresie niezależnie od temperatury. Pozwala to na rezygnację ze skomplikowanej regulacji prądowej w sterowniku. Wysterowanie ma wtedy miejsce wyłącznie przez odpowiedni współczynnik wypełnienia impulsów. Przeważająca większość stosowanych przetworników ciśnienia jest sterowana współczynnikiem wypełnienia impulsów.

USTERKI
Na uszkodzenie przetwornika ciśnienia wskazują następujące objawy:

System EGR

• przełączenie na tryb awaryjny
• spadek mocy silnika
• recyrkulacja spalin nie jest już zagwarantowana
• szarpanie pojazdu
• czarny dym

Turbosprężarka o zmiennej geometrii turbiny

• spadek mocy silnika
• niski moment obrotowy przy przyspieszaniu z niskiej prędkości obrotowej („turbodziura”)

BADANIE
Przetwornik ciśnienia i EOBD
W pojazdach wyposażonych w system OBD przetworniki ciśnienia są monitorowane elektrycznie.

Sprawdzanie sygnału sterującego

W razie potrzeby można dodatkowo oscyloskopem sprawdzić sygnał sterujący sterownika silnika do przetwornik ciśnienia. Jest to sygnał prostokątny sterowany masą.

• Ponieważ przyporządkowanie styków wtyku przetwornika ciśnienia jest różne, należy najpierw sprawdzić, do którego styku podłączone jest zasilanie napięciem (patrz ilustracja 5).
• Drugi styk dostarcza sygnału masy na wejście oscyloskopu.
• Pozostawić nagrzany do temperatury roboczej silnik pracujący na biegu jałowym.
• Przy naciskaniu pedału gazu musi zmieniać się szerokość sygnału prostokątnego.

Wymagane narzędzia pomocnicze

• Multimetr
• Manometr lub ręczna pompa ciśnieniowa / podciśnieniowa Pierburg 12 00001 11 900
• Ewentualnie oscyloskop