Części i regeneracja

Praca silników samochodowych opiera się na procesie spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. W celu zapewnienia jego poprawnego przebiegu, czyli uzyskania maksymalnej sprawności i możliwie najniższej emisji toksycznych substancji chemicznych, zawartych w spalinach, konieczne jest dostarczenie do komór spalania odpowiednich ilości tlenu zawartego w zasysanym powietrzu.

Najkorzystniejsze warunki spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrach silnika występują przy tzw. stechiometrycznym jej składzie, w którym na każdy kilogram paliwa przypada 14,7 kg powietrza. Niestety, w czasie eksploatacji pojazdów, czyli w warunkach rzeczywistych (drogowych), ilość podawanego paliwa, a tym samym i skład mieszanki paliwowo-powietrznej ulega istotnym dla funkcjonowania silnika zmianom wynikającym z konieczności zapewnienia najbardziej optymalnego dla aktualnych warunków pracy silnika procesu spalania. Rozbieżności w stosunkach ilościowych paliwa do powietrza, w zależności od obciążenia silnika i warunków otoczenia, są bardzo duże (przy uruchamianiu silnika w ujemnych temperaturach otoczenia potrzebna jest od 17 do 21 razy większa dawka paliwa niż w przypadku rozruchu nagrzanego silnika).

Warunkiem zapewnienia samochodowym silnikom spalinowym właściwych warunków pracy, a tym samym uzyskania niskiego zużycia paliwa oraz spełnienia norm dotyczących emisji szkodliwych substancji zawartych w spalinach, jest stosowanie elektronicznych systemów sterujących wtryskiem paliwa, otrzymujących w czasie rzeczywistym informacje z wielu czujników. W elektronicznych systemach sterujących tego typu dobór składu mieszanki paliwowo-powietrznej sprowadza się do określenia ilości (masy) zasysanego w danym cyklu pracy przez silnik powietrza i przeliczenia oraz dostosowania dawki paliwa niezbędnej do spalenia. Zadaniem sterownika systemu sterowania silnika, po otrzymaniu informacji o chwilowej ilości i temperaturze zasysanego powietrza, jest dobór (z zapisanej w swojej pamięci tzw. mapy) czasu otwarcia wtryskiwaczy zapewniającego podanie ilości paliwa koniecznej do uzyskania w komorach spalania mieszanki o składzie stechiometrycznym.

Dokonywanie pomiaru ilości powietrza dostarczanego do komory spalania realizowane jest w sposób pośredni w czasie rzeczywistym. Powietrze podawane do komór spalania przepływa przez czujnik przedstawiający chwilową wartość sygnału odpowiadającą masie powietrza przypadającej na jeden cykl pracy w postaci elektronicznej (zmiany napięcia, natężenia prądu, zmiany oporności elementów mierzących lub częstotliwości sygnału).

W pojazdach samochodowych stosowane są różne sposoby pomiaru ilości powietrza dostarczanego do komór spalania. Wyróżnić wśród nich należy kilka.

Pomiar mechaniczno-elektryczny – stosowany w starszych konstrukcjach pojazdów. Przy tej metodzie czujnik przepływu powietrza ma postać przepustnicy zamykającej rurę dolotową, na osi której zamocowany jest potencjometr. Przepustnica wychylana jest w zależności od intensywności przepływu powietrza. Obrót osi przepustnicy powoduje zmianę oporności potencjometru. Przy zastosowaniu tej metody pomiaru przepływu powietrza konieczny jest ponadto ciągły pomiar temperatury powietrza opływającego czujnik, umożliwiający obliczenie jego gęstości w celu wprowadzenia poprawek do obliczenia dawki paliwa.
Pomiar ciśnienia w kolektorze ssącym z jednoczesnym odczytem temperatury powietrza przepływającego w pobliżu czujnika ciśnienia.
Pomiar z wykorzystaniem ultradźwięków – w którym w strumieniu przepływającego powietrza umieszczony jest generator drgań wywołujących drobne zawirowania (za generatorem znajduje się nadajnik ultradźwiękowy, a naprzeciwko niego umieszczony jest mikrofon). Wartość natężenia przepływu powietrza i powodowane w zależności od tej wartości zawirowania wywoływane przez generator mają bezpośredni wpływ na kształt fali ultradźwiękowej docierającej do mikrofonu. Większe natężenie przepływu powietrza powoduje zwiększoną amplitudę fali ultradźwiękowej.
Pomiar z wykorzystaniem elementu grzejnego – wykorzystujący czujnik elektroniczny odczytujący różnicę przepływu prądu w przewodniku oporowym, wokół którego przepływa powietrze w zależności od jego temperatury. Stosowane czujniki mają dwa zasilane elementy oporowe, z których pierwszy mierzy temperaturę przepływającego powietrza, stanowiąc zarazem punkt odniesienia dla drugiego, który jest dynamicznie rozgrzewany zasilającym go prądem i zmienia swoją temperaturę w zależności od natężenia przepływu powietrza. Pomiar realizowany jest poprzez określenie wielkości prądu niezbędnego w danej chwili do utrzymania temperatury drugiego elementu oporowego na poziomie pierwszego.
Tego typu zasada działania wykorzystywana jest w przepływomierzach:
- z gorącym drutem (HLM),
- z gorącą warstwą (HFM).

Konstrukcje przepływomierzy z gorącym drutem charakteryzują się następującymi zaletami:

- dokładnym pomiarem przepływającego powietrza,
- stosunkowo szybką reakcją na wahania strumienia powietrza,
- dobrym przystosowaniem się do warunków eksploatacyjnych silnika,
- znikomym zużyciem mechanicznym w trakcie eksploatacji,
- właściwym pomiarem przy różnicach temperaturowych zasysanego powietrza,
- możliwością montażu w dowolnym położeniu.

Przepływomierze powietrza tego typu odporne są na jakiekolwiek usterki. Do ewentualnych wad tej konstrukcji zaliczyć trzeba delikatność żarnika oraz czułość pomiaru na nieszczelność kolektora dolotowego, a także zakłócenia powstające przy dłuższym okresie eksploatacji, spowodowane osadzeniem się zanieczyszczeń na żarniku.