Dīzels. Kvēlsveču ''relejs''

2021.gada beigās es nolēmu kļūt labāks. Šo apņemšanos nesagraus pat Laura Reinika vokāls fonā, skanot filmas ''Ziemassvētku taksometrs'' ievadmelodijai.

Nē, mani nav sākuši interesēt dīzeļi. Iemels ir vienkāršs - 99% to lietotāju: ka tikai kaut kā pukst uz priekšu. 99% ''specu/diagnostu'' - ka tikai ''releju'' pamainīt. Pat ''vadošos'' diagnostus piemeklē smieklu lēkmes, kad sāku runāt par dīzeļu pāradaptēšanas nepieciešamību. Es vēl atceros tos laikus, kad LV parādījās pirmie M57 sērijas dzinēji E60/61 virsbūvē (jauni, tikko no salona). Toreiz es konstatēju - salonā nulle vibrāciju; ar neatvērtu motora pārsegu nav iespējams noteikt, ka auto ''sirds'' ir dīzelis. Mūsdienās šādu dzinēju vairs nav. Ir tikai normāli, ka/kad/ja dīzelis vibrē; kūp; smird; tarkšķ kā traktors. Tad nu nolēmu saveidot rakstus par pamatlietām, sak - no savas puses būšu izdarījis (gandrīz) visu, lai situāciju uzlabotu.

 

Pirmā raksta tēma šķietami vienkārša - kvēlsveču sildīšanas ''relejs''. Kādēļ pēdiņās? 

Es sākšu ''no otra gala'' - no šo ''releju'' funkcionalitātes apraksta. Tātad, apskatei - ''relejs'', ko BMW izmanto pēdējos gadus 17, jau gandrīz no M47/M57 sērijas dzinēju pirmssākumiem (sākot no DDE5).

No šī brīža vārdu ''relejs'' aizstāšu ar pareizu nosakumu: vadības modulis. Palasot šo ierakstu, arī jums (ceru) radīsies priekšstats, cik ļoti tālu no ''releja'' tas ir!

 

Vadības moduļa sirds: MCU (mikrokontrolieris/mikroprocesors), kura jauda ir nesalīdzināmi lielāka par tiem MCU, kas tika izmantoti, piem., pirmajos ''ciparu'' DME un DDE. Šis MCU prot rēķināt, analizēt, komunicēt. Tam ir sava operatīvā atmiņa, pastāvīgā (energoneatkarīgā) atmiņa. Operatīvajā atmiņā tiek glabāti ''dzīvie dati'' - mērījumi, aprēķini. Pastāvīgajā atmiņā - konfigurācijas dati; kalibrēšanas un adaptāciju dati. Konfigurācijas dati satur informāciju par dzinēja tipu, komunikācijas niansēm. Kalibrēšanas un adaptāciju dati satur sīkāku informāciju par katru no kvēlsvecēm.

 

Saziņas mezgls nodrošina komunikāciju ar DDE. Saziņa notiek pa virknes interfeisu LIN. Šis ir divvirzienu saziņas interfeiss:

a. DDE vadības modulim sūta vadības komandas; moduļa darbībai nepieciešamos live data (sīkāks info BMW dokumentā zemāk);

b. vadības modulis DDE sūta identifikācijas un statusa info; kļūdu info; atkarībā no SW relīzes - arī izmērītos live data (sīkāks info ierakstā zemāk).

Katru no svecēm vada savs/indivduāls IPS (Intelligent Power Switch). Katrs no IPS ''padod'' spriegumu/strāvu konkrētā cilindra kvēlsvecei:

a. IPS spriegumu/strāvu padod ''porcijās'' - ar frekvenci (''biežumu'') 30 impulsu sekundē. Variējot katra impulsa ''piepildījumu'' (tehniskajā literatūrā šo metodi sauc par PWM), IPS maina konkrētajai kvēlsvecei pievadāmo siltuma jaudu konkrētajā laika momentā;

b. IPS mēra strāvu caur patērēju (kvēlsveci);

c. IPS māk identificēt ķēdes pārtraukumu; īssavienojumu; neatbilstošu slodzi.

Galvenās PWM izmantošanas priekšrocības:

a. var izmantot zemāka sprieguma (kā 12V) kvēlsveces, tipiski: ar 5 .. 7V darba spriegumu;

b. kvēlsveces ar pazeminātu darba spriegumu var pilnvērtīgi izmantot (uzsildīt) pat situācijās, kad akumulatora darba spriegums ir pazemināts (normāla situācija ziemā, zemās temperatūrās, starta brīdī);

c. šādas kvēlsveces var ātrāk (''forsēti'') uzsildīt;

d. ar PWM var vadīt kvēlsveces - ''dozēt'' tām pievadāmo enerģiju dažādiem apstākļiem;

e. nepieciešamības gadījumā var atslēgt bojātu kvēlsveci, turpinot sildīt pārējās (''veselās'').

Atkāpe. Pirms aprakstu ''smalkākas prasmes'', īsi: minimālais nepieciešamais info par kvēlsvecēm. Kvēlsveču sildelementos izmanto vadītājus, kuru pretestība R (resistance) būtiski mainās atkarībā no temperatūras. Pieaugot temperatūrai, sildelementa pretestība (arī) pieaug. Senākos (''sensenos'') laikos šī īpašība ļoti labi noderēja sveces temperatūras ''pašstabilizēšanai''. Tajos laikos kvēlsveces tiešām aktivizēja ar releju. Un tad lieti noderēja šī sildelementa īpašība - kvēlsvecei uzsilstot, tās sildelementa pretestība pieaug. Strāva caur sildelementu samazinās. Siltumjauda - arī (relatīvi) samazinās. Kvēlsvece ''stabilizē'' savu darba temperatūru! Protams, šī ''stabilizēšana'' notika lēnām (te nebija runa par 1 .. 3 sekundēm - šāds ir moderno dīzeļu kvēlsveču uzsilšanas laiks), arī temperatūras uzturēšanas ''precizitāte'' bija ļoti zema. Taču pati sildelementa īpašība - noderīga arī mūsdienās.

Atgriežoties pie BMW kvēlsveču vadīšanas moduļa. MCU nepārtraukti: 

a. mēra strāvu caur katru kvēlsveci (šo informāciju ''reportē'' IPS);

b. mēra spriegumu, kas tiek pievadīts katrai kvēlsvecei (šo informāciju MCU saņem ''pa tiešo'' no moduļa izejām).

Šajā brīdī vietā atcerēties Oma likumu no pamatskolas fizikas: I=U/R jeb R=U/I. Tieši tik vienkārši: no šiem abiem zināmajiem/nomērītajiem mainīgajiem/parametriem varam aprēķināt kvēlsveces sildelementa pretestību!

Tā kā sildelementa pretestība ir atkarīga no temperatūras (to pieminēju nedaudz ''augstāk''), pašu sildelementu var izmantot kā temperatūras sensoru. Kvēlsveču modulis var izmērīt/noteikt katras kvēlsveces momentāno temperatūru!  

Spēja mērīt kvēlsveces temperatūru fundamentāli maina ''spēli''! Kāpēc?

a. vadības modulis spēj ļoti ātri uzsildīt kvēlsveci, visu laiku (precīzāk - šo īso laika mirkli) kontrolējot tās temperatūru (temperatūras izmaiņas/pieaugumu), tajā pat laikā - nepieļaujot sveces pārkaršanu. Modernāko dīzeļdzinēju kvēlsveces uzsilda sekundes desmitdaļās - kvēlsveces vadība jāveic ļoti precīzi!

b. vadības modulis spēj ''adaptēties'' konkrētajai kvēlsvecei - tās modelim/ražotājam, pat tipam (keramika vai metāls). Modulis adaptējas pat konkrētajam sveces eksemplāram un tās instalēšanas īpatnībām (termālajai pretestībai dzinēja bloks/kvēlsvece; uzdegumi; pieslēgkontakta pārejas pretestība un jaudas zudumi tajā);

c. vadības modulis māk uzturēt kvēlsveces temperatūru precīzi atbilstoši uzdotajai temperatūrai (kuru, savukārt, nosaka/uzdod DDE, atbilstoši situācijai - dzinēja temperatūrai, darba režīmam, utjpr.);

d. spēja noteikt kvēlsveces temperatūru paver iespēju mērīt degkameras temperatūru! Brīžos, kad modulis (papildus) nesilda kvēlsveci, tās temperatūra atbilst (laikā) vidējotai degkameras temperatūrai. Ja nepieciešams, modulis uz brītiņu var pat pārtraukt kvēlsveces sildīšanu (daļējas piesildīšanas režīmā, dzinējam strādājot), lai veiktu nepieciešamos mērījumus. Mazāk precīzi mērījumi ir pieejami pat nepārtraucot piesldīšanu!* Degkameras temperatūra sniedz ļoti svarīgu informāciju par sadegšanas gaitu. Vienkāršākajā scenārijā (vecākos dzinējos) DDE liek veikt ''piesildīšanu'' ne tikai pēc DDE komandām (balstoties uz enerģētiskā modeļa - matemātiska aprēķina datiem), bet - balstoties uz reālajiem konkrētā cilindra (tas ir būtiski!) konkrētā brīža degkameras temperatūras datiem! Vadības modulis (modernākās tā versijas) ''māk'' arī reportēt DDE katra cilindra degkameras temperatūru. DDE, savukārt, spēj izdarīt secinājumus par katra cilindra sadegšanas procesa efektivitāti - sprauslas atomizāciju; pre-injekciju atbilstību; gaisa pietiekamību, u.c. specifiskām lietām. Šī informācija, papildus katra cilindra ķīmiskajiem un mehāniskās efektivitātes testiem, sniedz pilnu un precīzu informāciju par degvielas sadegšanas procesu degkamerā.

*Piezīme. Degkameras temperatūru ir iespējams noteikt, salīdzinot:

a. kvēlsvecei nepieciešamās elektriskās jaudas pievadīšanu dzinējam esot OFF režīmā (zinot dzinēja bloka temperatūru) ar

b. kvēlsvecei nepieciešamās elektriskās jaudas pievadīšanu dzinējam strādājot.

Zinot kvēlsveces sildelementa pretestības raksturlīkni, viegli aprēķināt, cik lielu tās ''piesildīšanu'' veic sadegšanas kamera.

 

Nobeigumā par tehniskām lietām: no pamatskolas laikiem varam atsaukt atmiņā arī modificēto Oma likumu: P=I*U. Vadības modulim ir zināmi abi šie mainīgie/parametri, kas nozīmē:

a. vadības modulis var izrēķināt elektriski pievadīto siltumjaudu svecei un ''paredzēt'' tās temperatūru ''nākotnē'' - pēc brītiņa, kad savu ietekmi beigs ''izrādīt'' termālā inerce. Šis paņēmiens ļauj vēl vairāk minimizēt kvēlsveču uzsildīšanas laiku;

b. vadības modulis var novērtēt katras sveces ''efektivitāti'' (ekvivalento lietderības koeficientu), tās termālo inerci. Pēc šiem parametriem vadības modulis gan adaptē/optimizē sveces uzsildīšanas gaitu, gan (F sērijai) identificē kvēlsveces tipu. 

 

 

BMW rūpējas par tā dzinēju maksimāli klusu un vienmērīgu darbību, auto lietošanas komfortu, tādēļ:

a. DDE ''pavēl'' sākt kvēlsveču sildīšanu savlaicīgi (E sērijai - unlockojot auto/atverot vadītāja durvis; F sērijai - identificējot vadītāja apsēšanos sēdeklī). Tipiski - pagriežot atslēgu (vecākiem E sērijas modeļiem) vai nospiežot Start pogu (E sērija no LCI; F; G sērija), kvēlsveces jau ir uzsildītas, nav nekas jāgaida - dzinējs startējas nekavējoši;

b. uztur kvēlsveces ''pussildītā'' stāvoklī, ja vadītājs tomēr kavējas ar dzinēja iedarbināšanu, tajā pat laikā - maksimāli taupot akumulatora enerģiju;

c. kvēlsveces tiek sildītas (saskaņā ar DDE pieprasīto temperatūru) ne tikai dzinēja pirmsstarta un starta brīdī, bet arī līdz brīdim, kad dzinējs tiek pilnīgi uzsildīts;

d. kvēlsveces tiek piesildītas jebkurā dzinēja darba režīmā, ja DDE konstatē pazeminātu degkameru darba temperatūru;

e. kvēlsveces tiek izmantotas gan maksimāli klusas dzinēja darbības sasniegšanai (par atgāzēm pat nerunāju - Grētas tēmu nevienu neinteresē, būsim godīgi), gan tiek izmantotas tukšgaitas kvalitātes nodrošināšanai/cilindru mehāniskās efektivitātes izlīdzināšanai.

Raksta nobeigumā iekopēšu BMW dokumentu ar kvēlsveču moduļa funkcionalitātes aprakstu. Domāju, ka ar šo rakstu es jūs pārliecināju, ka šim vadības modulim nav NEKĀ kopēja ar releju. Tieši šī iemesla dēļ arī vārdu ''relejs'' ieraksta nosaukumā liku pēdiņās. Un, piedodiet, ja dīzeļauto ''meistars'' šo advancēto moduli sauc par releju - man ir diezgan skarbs viedoklis par šo ''meistaru''.