Mecatronica

CAPITOLUL I

Introducere

Mecatronica tehnologie compatibila cu societatea informationala

Exemple de produse si sisteme mecatronice

CAPITOLUL II

2.1 Mecatronica in tehnologia auto

2.2 Principalele module care intervin in automobilul modern.

2.2.1 Sistemele ABS (anti-lock brake system)

2.2.2 SBC ( Sensotronic brake control)

2.2.3 Sistemul SAGE(de asistare si gestionare a traiectoriei)

2.2.4. Sistemul ASR(antipatinaj)

2.2.5 Sistemul ESP (Electronic Stability Control)

2.2.6 Sistemul de supraveghere a presiunii pneurilor.

2.2.7 Sisteme inteligente de securitate interactive

2.2.8 Sistemul anticoliziune

2.2.9 Sistemul de suspensie activa

2.2.10 Sistemul de vedere pe timp de noapte

2.2.11 Sistemul apel de urgenta

2.2.12 Deschiderea portierelor prin intermediul unui "CHIP

2.2.13 Sistemul de alarma auto

2.2.14 Sistemul de navigatie GPS (Global Positioning System)

2.2.15 Airbag-ul

2.2.16 Centura de siguranta

2.2.17 Sistemul de pilotare auto

CAPITOLUL III

Managementul motorului

3.1 Calculatorul de bord ECU (Elecronic Control Unit)

3.2 Sisteme moderne de injectie

3.2.1 Alimentarea cu combustibil.

3.2.2 Pompa electrica de combustibil.

3.2.3 Filtrul de combustibil

3.2.4 Rampa de alimentare

3.2.5 Regulatorul de presiune

3.2.6 Atenuatorul de presiune.

3.2.7 Injectia de combustibil

3.2.7.1 Injectorul electromagnetic

3.2.7.2 Pulverizarea combustibilului

3.2.8 Sarcina motorului.

3.2.9 Senzorul de masurare a debitului de aer

3.2.9.1 Senzorii de masurare a debituiui de aer admis

3.2.9.2. Senzorul de masurare a debitului de aer admis cu fir cald

3.2.9.3 Senzorul de masurare a debitului de aer admis cu film cald

3.2.9.4 Senzorul de presiune a aerului din galeria de admisie

3.2.9.5 Senzorul de masurare a unghiului de deschidere a clapetei obturator

3.2.10 Determinarea turatiei motorului, a pozitiei arborelui cotit si a arborelui cu came

3.2.11 Determinarea compozitiei amestecului aer-combustibil

3.2.12 Identificarea fenomenului de detonatie

3.2.13. Regimul termic de functionare

3.2.14 Procesarea datelor de la senzori

3.2.15 Calculul duratei de injectie

3.2.15.1 Modalitati de realizare a injectiei de combustibil

3.2.15.2. Controlul unghiuiui Dwell si a avansului la aprindere

3.2.16 Sisteme de recirculare a gazelor arse

3.2.17 Limitarea turatiei

3.2.18 Sistemul auxiliar de realizare a fazelor de distributie variabile

3.2.19. Galerii de admisie variabile

3.2.20 Sistemul de diagnoza integrat

3.2.21 Blocul de control electronic

3.2.21.1. Structura blocului de control electronic

3.2.21.2 Interfata cu alte sisteme electronice

3.2.22 Sistemul de injectie MONOMOTRONIC

CAPITOLUL IV

Elemente privind calculul sistemului de alimentare

4.1 Avansul ,aprinderea,carburatia si emisia gazelor.

4.2 Calculul si proiectarea unui sistem electronic care sa inlocuiasca aprinderea clasica a automobilului.

4.3 Calculul si proiectarea injectorului electromagnetic

4.4 Sonda lambda

4.4.1 Determinarea valorii coeficientului de dozaj (X)

bibliografie

pagini 110

=== PR0IECT ===

CAPITOLUL I

Introducere

1.1. Mecatronica tehnologie compatibila cu societatea informationala

Revolutia informatica (a doua revolutie industriala) a marcat saltul de la societatea industrializata la societatea informationala, generand un val de innoiri in tehnologie si educatie. Japonezii au definit sensul acestor miscari de innoire, brevetand termenul de mecatronica, la inceputul deceniului al 8-lea al secolului trecut. Termenul a fost utilizat pentru a descrie fuziunea tehnologica: mecanica-electronica-informatica.

Fig. 1 Conceptul de mecatronica

Din figura se observa ca integrarea componentelor principale se realizeaza in baza unui management performant, in acord cu nevoile pietei cu scopul de a produce.

Mecatronica este rezultatul evolutiei firesti in dezvoltarea tehnologica. Tehnologia electronica a stimulat aceasta evolutie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanica. In urmatoarea etapa, prin integrarea microprocesoarelor in structurile electromecanice, acestea devin inteligente si, astfel s-a ajuns la mecatronica, asa cum se arata in figura 1.2.

10

Fig. 1.2 Fluxul catre integrarea mecatronica

Tehnologia mecatronica aduce in centrul atentiei problema informatiei care, este
componenta datatoare de ton in raport cu materialul si energia. Aceasta pozitie a
informatiei este motivata de catre japonezi prin urmatoarele argumente :
– informatia asigura satisfacerea nevoilor spirituale ale omului; – numai informatia creste valoarea nou adaugata a tuturor lucrurilor; informatia inseamna cultura.

Promovarea legaturilor informationale in structura sistemelor tehnice le asigura flexibilitate si reconfigurabilitate .

Evaluarea cantitativa si calitativa a informatiei constitute o problema esentiala in educatie, cercetare si in activitatile de productie.

Informatia este deopotriva importanta in medicina, literatura, arta, muzica, sport etc. Comparatia: material-energie-informatie se prezinta in figural.3. Din aceasta comparatie rezulta ca mecatronica este o tehnologie nedisipativa si mai putin poluanta.

11

PR0IECT DE DIPLOMA

Fig. 1. 3 Relatia material-energie-informatie

1.2. Exemple de produse si sisteme mecatronice

Practic tot ceea ce numim produs de inalta tehnicitate este produs mecatronic. Automobilul modern, robotii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicatii, aparatura biomedicala, sistemele de transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura electrocasnica, aparatura cine-foto si audio-video, masinile agricole moderne etc., sunt exemple reprezentative de produse mecatronice.

In continuare se prezinta cateva exemple de astfel de produse :

12

Fig. 1.4 Produse mecatronice Iata cateva definitii ale mecatronicii: Mecatronica este:

" …sfera studiilor legate de regulile ingineriei mecanice, electrice si informatice " [Chicago State University]

"…o combinatie programatic-utilitara pentru proiectarea si analizarea sistemelor de comanda avansate. " [Clemeson University]

"… o combinatie intre ingineria de precizie, sistemele de comanda electronice si gandirea sistemica folosita la proiectarea utilajelor de productie. " [Journal of Mechatronics]

13

"…un domeniu interdisciplinar din inginerie, care se ocupa cu proiectarea utilajelor a caror functionare se bazeaza pe integrarea componentelor mecanice si electronice coordonate de sisteme de comanda informatice." [Introduction to Mechatronics and Measurement Systems-manual]

"…tehnologia care face legatura intre mecanica, electronica si tehnologia informatiei in scopul asigurarii integrarii si functionalitatii componentelor, modulelor, utilajelor si sistemelor." [ University of Twente(Olanda)]

In viziunea firmei Festo, mecatronica este o combinatie sinergica intre mecanica de precizie, sistemele electronice de control si comanda si informatica, ce serveste proiectarii, realizarii, punerii in functiune si exploatarii de sisteme automate inteligente.

Totusi, mecatronica nu este acelasi lucru cu automatica sau cu automatizarea productiei, acestia sunt termeni care apar si in afara domeniului MECATRONICA, dar sunt si inclusi in el. [7]

Mecatronica poate fi definita ca o conceptie novatoare a tehnicii de automatizare pentru nevoile ingineriei si educatiei.

Ca o concluzie, se poate spune ca mecatronica este o sfera interdisciplinara a stiintei si tehnicii care se ocupa in general de problemele mecanicii, electronicii si informaticii.

Totusi, in ea sunt incluse mai multe domenii, care formeaza baza mecatronicii si care acopera multe discipline cunoscute, cum ar fi: electrotehnica, energetica, tehnica de cifrare, tehnica microprocesarii informatiei, tehnica reglarii si altele.

lnteresant este faptul ca mecatronica s-a impus mai intai in viata reala (in industrie), dupa care a fost "identificata", definita si introdusa in tipare pentru a fi studiata si tratata corespunzator.

Se considera ca primul utilaj complet din punct de vedere al conceptului mecatronic a fost masina unealta comandata numeric(CNC) pentru productia elicelor de elicopter, construita la Massachusetts Institute of Technology din SUA, in 1952.

Dezvoltarea informaticii la inceputul anilor '70 a fost marcata de aparitia microprocesorului, caractenzata printr-o mare fiabilitate si o flexibilitate deosebita,

14

PROIECT DE DIPLOMA

oferind in acelasi timp gabarit si pret scazut, toate acestea au permis inlocuirea elementelor electronice analogice si de decizie clasice, sistemele electronice devenind astfel mai complexe dar in acelasi timp mai usor de utilizat Aceasta etapa poate fi numita a doua generatie a mecatronicii.[l ]

Mecatronica a inceput sa se dezvolte in mod dinamic dupa anii '80, perioada in care era deja proaspat definite,iar conceptul suferea permanent perfectionari.

A fost o perioada de dezvoltare in directia obtinerii elementelor integrate, menite sa asigure pe deplin controlul utilajelor, masinilor si sistemelor complexe.

Acesta a fost inceputul celei de-a treia generatii a mecatronicii, al carei obiect de interes sunt sistemele multifunctionale si cu o constructie complexa.

15

CAPITOLUL II

2.1 Mecatronica in tehnologia auto

Automobilul modern este unul din produsele mecatronice reprezentative si un exemplu de integrare software a componentelor mecanica, electronica, informatica. Importanta acestui produs in viata economica si sociala ca si aportul la poluarea mediului, au stimulat cercetarile in domeniu pentru imbunatatirea performantelor functionale si a conditiilor de trafic. Pe aceasta linie se inscrie si initiativa producatorilor de automobile din Europa, care din 1980, au lansat un program de cercetare comun numit Prometeu .

Obiectivele programului urmaresc sa creasca siguranta in exploatare a automobilelor cu 30% si sa eficientizeze traficul cu 20 %. Abordarea mecatronica s-a dovedit a fi solutia salvatoare.

Cateva solutii bazate pe tehnologia mecatronica sunt demne de mentionat. Astfel, imbunatatirea vizibilitatii pe timp de noapte sau pe timp de ceata, solutie bazata pe ultraviolete, controlul navigatiei, capabil sa mentina o distanta sigura intre masini, sistemul de evitare a coliziunilor, care preia controlul masinii in situatii de urgenta, afisarea indicatiilor instrumentelor de bord pe parbriz, sistemul automat de parcare, etc.

Tendinta actuala este de a construi sisteme informationale distribute in produse. Folosind retele de transmitere a datelor, toate activitatile inteligente pot fi integrate in produse.

De exemplu, sistemul de managementul automobilului integreaza in prezent toate functiile de monitorizare si control alta data independente: controlul injectiei combustibilului, servodirectia, controlul temperaturii motorului, detectarea obstacolelor, controlul transmisiei, etc.

Multe operatii executate anterior doar de sisteme mecanice, sunt acum controlate de microprocesoare, un exemplu reprezentativ in acest sens fiind si sistemul de suspensie activa.

Cresterea continutului de informatie integrata in sistemele mecanice are un avantaj suplimentar: permite interconectarea produselor in sisteme capabile sa ofere noi servicii clientilor. Astfel, daca in 1980 nu se putea vorbi despre software integrat, in 1990 existau

16

PR0IECT DE DIPLOMA

aproximativ 60Kb iar in 2000 cantitatea de software a ajuns la cativa Mb. Producatorii de calculatoare au fost primii care au realizat ca pot create simtitor valoarea nou adaugata, prin furnizarea de sisteme informationale complete in locul calculatoarelor individuale. Pentru a adopta o strategie asemanatoare, unii producatori de automobile au inceput sa colaboreze cu producatorii de echipament electronic. In urma acestei colaborari a aparut sistemul RACS (Road-Automobile Comunication Systems) capabil sa ofere conducatorilor auto informatii cu privire la trafic, starea vremii, afisarea traseului dorit, ghidarea spre o anumita destinatie, rezervarea si plata locului de parcare si a taxelor de drum, etc.

Este important de amintit faptul ca strategia de trecere de la vanzarea produselor (echipamente pentru automobile sau comunicatie) la instalarea de sisteme (de exemplu RACS) si furnizarea de noi servicii clientilor este posibila numai daca in produse este implementata, la un inalt nivel, tehnologia informatiei.

2.2 Principalele module care intervin in automobilul modern.

Sistemul de franare al automobilului mecatronic:

Sistemul de franare este un modul important, de care depinde siguranta in deplasare cu automobilul.

2.2.1 Sistemele ABS (anti-lock brake system) din componenta automobilului modern permite obtinerea unei distante minime de franare, si asigurarea unei stabilitati optime a autovehiculului pe orice tip de drum.

In timp ce primele variante de ABS erau construite ca module separate, ultimele generatii de ABS sunt incorporate in sistemul hidraulic de franare al automobilului. Astfel, sunt posibile atat franarea normala cat si cea in sistem ABS. In figura 2.1 se prezinta principalele elemente componente ale sistemului ABS. Acesta cuprinde doua subsisteme: hidraulic si electronic.

17

Fig2.1.Sistem ABS

Reglarea procesului de antiblocare se realizeaza in functie de deceleratia si acceleratia rotii si in functie de patinarea relativa a rotii.

In timp ce primele variante de ABS erau construite ca module separate, ultimele generatii de ABS sunt incorporate in sistemul hidraulic de franare al automobilului. Astfel, sunt posibile atat franarea normala cat si cea in sistem ABS.

In figura urmatoare se prezinta principalele elemente componente ale sistemului ABS. Acesta cuprinde doua subsisteme: hidraulic si electronic.

18

Senzor ABS

Fig.2.2 Principalele parti componente ale sistemului ABS

Componentele hidraulice pentru sistemele ABS sunt construite sub forma modulara fiind atasate cilindrului principal actionat, de pedala de frana. La capatul acestui cilindru este montat un servocilindru hidraulic alimentat cu lichid de frana, de o pompa electrica, la o presiune cuprinsa intre 140 si 180 bari. Un rezervor tampon acumuleaza lichidul si elimina variatile de presiune de la iesirea din pompa.

Fig.2.3 Unitatea hidraulica si senzorii ABS-ului

19

Fig. 2.4 Partile componente ale franei cu sistem ABS

Partea electronica este alcatuita din senzori si unitatea electronica de control

(ECU).

Fig. 2.5

Regimurile de functionare sunt dirijate cu o unitate centrala electronica in care la intrare intalnim semnalele provenite de la senzorii dispusi pe roti, semnalul ON/OFF

provenit de la intrerupatorul lampilor STOP 2 (la pedala de frana) si nivelul de tensiune

din circuitul de alimentare 3. Semnalele 1 trec prin blocul de triggerare si filtrare 4, si 20

blocul de intreruperi si ceas 5 al sistemului informatic si sunt procesate de microprocesorul 7. Tot la intrarea microprocesorului ajung semnalele de actionare a pedalei de frana 2 si tensiunea de alimentare 3, filtrata si reglata in blocul 6. Iesirile din unitatea centrala sunt comenzile catre blocul central de comanda hidraulica (pentru monitorizarea fiecarei roti in parte) 11 (amplificate in blocul 8 -la nivelul de comanda pentru electrosupapele hidraulice-) si iesirile de avertizare 10 avertizare angajare sistem ABS, avertizare avarie ABS, diagnoza-(semnale ce vin de la microprocesor si sunt trecute, prin blocul de amplificare 9).

2.2.2 SBC ( Sensotronic brake control)

Partile componente ale sistemului SBC (Sensotronic Brake Control) . La sistemul SBC, pedala de frana nu actioneaza o pompa de franare, ca la sistemele clasice ci, miscarea pedalei este interpretata printr-un senzor, de o unitate electronica de actionare (1). Informatia este apoi trimisa unitatii electro-hidraulice (2), formata dintr-un motor electric, o pompa si un rezervor de inalta presiune cu lichid de frana, care distribuie in sistemul de franare presiunea optima pentru fiecare roata. Din motive de siguranta, exista si un cilindru de frana care genereaza presiunea de franare in caz de defectiune a sistemului. Raspunsul de franare a sistemului SBC este mai rapid, scurtand distantele de franare, si ofera o mai mare acuratete a distributiei fortei de franare la fiecare roata, in comparatie cu ceea ce putea fece servo-frana clasica. SBC functioneaza coordonat cu sistemele de asistare a stabilitatii ESP si ABC, precum si cu dispozitivul anti-blocaj ABS.

21

Fig. 2.6

2.2.3 Sistemul SAGE(de asistare si gestionare a traiectoriei)

Are drept principal obiectiv mentinerea atentiei soferului: o micro-camera situata in fata vehiculului filmeaza soseaua, iar un sistem computerizat interpreteaza si analizeaza imaginile primite , monitorizand permanent pozitia vehiculului in functie de configuratia drumului. Daca sesizeaza o apropiere periculoasa de banda alba, nu-i ramane decat sa corecteze traiectoria si sa ,,traga de urechi" soferul prin intermediul unui vibraj a volanului (imprimata de un motoras legat la coloana de directie ) si sa- i arate acestuia cam pe unde ar trebui sa circule pentru a nu-si pune in pericol viata, familia si masina. Acest sistem este descris si in figura 2.7.

22

Fig.2.8 Sistemul ASR (antipatinaj)

Masoara permanent viteza rotilor spate si o compara cu cea a vehiculului. La identificarea unei scaderi a aderentei sau a unei acceleratii prea brutale (diferenta mare intre cele doua viteze determinate si tendinta de patinare ), ASR-ul impune o decelerare sau o franare pana in momentul in care motricitatea redevine compatibila cu aderenta pneurilor. Dupa cum se vede in figura 7 este prezentata utilitatea ASR-ului.

23

2.2.5 Sistemul ESP (Electronic Stability Control)

Gratie unor receptori specifici , computerul ESP-ului masoara unghiul de bracaj si viteza de rulare, ceea ce-i permite determinarea traiectoriei teoretice, imprimate de sofer In figura 2.9 vor fi relevate efectele sistemului ESP.

Masurand de asemenea , acceleratia transversala si viteza de rotatie a vehiculului in jurul unui ax ce trece prin centrul lui de greutate , ESP-ul identified rapid traiectoria reala urmata de vehicul.

Comparand cele doua traiectorii, minicomputerul va actiona, corijand semnificativ traiectoria reala, prin intermedml franarii (pe una/doua roti) si controland permanent cuplul motor.

Viraj strans

Viraj larg

Cu ESP –

Fara ESP –

Fig.2.9 Modul sistem ESP

2.2.6 Sistemul de supraveghere a presiunii pneurilor.

Dezvoltat in parteneriat de Renault si Michelin vine sa sporeasca accentuat securitatea activa a masinilor. Explozia pneurilor reprezinta in Franta 6% din cauzele accidentelor mortale pe autostrada (viteze mari de deplasare), iar principalii factori ce pot determina aceste explozii sunt gradul mare si inegalitatea uzurii pneurilor, precum si presiunea inadecvata de gonflare. 24

Fig. 2.10 Sesizorul de presiune a pneurilor

Prevenind permanent soferul despre nivelul presiunii in cele patru pneuri, se obtine scaderea considerabila a riscului accidentelor.

Pornind de la aceasta observare simpla, Renault va dispune pe plansa de bord a vehiculelor sale un sistem optic (secondat optional de un sintetizator vocal) de avertizare a soferului, care ii permite acestuia sa localizeze permanent si sa identifice natura unei presiuni inadecvate in pneuri.

Functionarea este perfecta gratie unui receptor plasat in ventil, care masoara permanent presiunea interioara, transmitand-o prin unde radio-codate unui calculator de

bord. Acesta gratie unui algoritm de calcul evoluat, permite diferentierea fina a unui

defect real de umplere, de simpla variatie a presiunii inerente racirii sau incalzirii pneurilor.

2.2.7 Sisteme inteligente de securitate interactive

Este cel mai nou concept de securitate dezvoltat de Renault pentru viitoarele sale modele. S-ar putea denumi regulator de viteza cu control al distantei, sistem dedicat cu prioritate confortului sofatului pentru ca asigura mentinerea unei viteze de croaziera, aplicand corectii permanente (computerizat), lucru ce tine permanent cont de conditiile rutiere si de vehiculele ce ruleaza in fata la o viteza inferioara. 25

Un radar instalat in fata analizeaza conditiile si pista de rulare astfel incat distantele si vitezele relative sunt permanent transmise computerului care poate actiona direct asupra franelor si motorului pentru a obtine o distanta optima (din punct de vedere a securitatii) de vehiculul anterior.

Controlul adaptarii vitezei

ECU [Electronic Control Unit]

Cablaje automatizate

Fig. 2.11

2.2.8 Sistemul anticoliziune Vizeaza detectarea tuturor obiectelor sau obstacolelor fixe, cu ajutorul unei camere de luat vederi ce va furniza calculatorului date pe care acesta sa le compare permanent cu cele furnizate de radar

Fig. 2.12 Functionarea sistemului anticoliziune

26

In cazul unei coliziuni iminente, computerul va avertiza prin mijloace specifice soferul, declansand automat o franare de urgenta.

Un radar, asociat cu o imagine prelucrata, captata de o camera video, detecteaza obstacolele aflate in fata sau in spatele autovehiculului, putand actiona franele, in caz de urgenta.

Se asigura practic, un co-pilotaj inteligent, in cazul lipsei de vigilenta a soferului. De exemplu, sistemul este eficient in cazul obstacolelor ,,rasarite" inaintea autovehiculului intr-un viraj abordat prea rapid, in cazul depasirilor si, nu in ultimul rand, pe timp de ceata.

2.2.9 Sistemul de suspensie activa

Ce este suspensia activa si prin ce difera de suspensia traditionala?

Cand spunem traditionala, sau conventionala, ne referim la un sistem pasiv, care de la instalarea pe masina, isi schimba foarte putin caracteristicile.

Acest lucru prezinta avantaje si dezavantaje. Avantajele sunt ca acest sistem este unul previzibil. In timp ajungem sa cunoastem ce poate masina echipata cu acest tip de suspensie, ii vom intelege performantele si limitele.

Pe de alta parte, odata ce sistemul a atins limitele proiectate, suspensia nu mai poate face nimic pentru situatiile care o solicita dincolo de parametrii proiectati. In acest

fel amortizoarele ating cele mai slabe performante.

O suspensie activa are capacitatea de a se adapta singura la conditiile de drum. El

"extinde" parametrii constructivi printr-o monitorizare constanta si ajustandu-se permanent, schimbandu-si caracteristicile. Avand senzori si microprocesoare care il alimenteaza cu informatie permanent el functioneaza fluid, armonios. Prin schimbarea raspunsului in functie de caracteristicile drumului, se ofera un control mai mare, iti permite sa simti drumul, ofera siguranta si este usor de controlat.

Acest tip de suspensie este disponibila in prezent numai pe masinile scumpe, dar datorita dezvoltarii IT, a microprocesoarelor, acest tip de suspensie va fi intalnit si pe alte tipuri mai ieftine de masini.

27

PR0IECT DE DIPLOMA

Suspensia activa este cunoscuta si ca Computerized Ride Control – sistem computerizat de control al suspensiei are urmatoarele componente:

-1 sau 2 calculatoare, numite si Electronic Control Unit (ECU)

-amortizoare reglabile

senzori pe fiecare roata si pe masina;

servomecanisme deasupra fiecarui amortizor

Functie de tip si producator aceste componente variaza foarte putin, dar in mare acestea sunt componentele sale. Dupa cum am aratat mai devreme functioneaza monitorizand permanent drumul. Din acest motiv putem sa asemuim functiile sale cu cele ale corpului uman:

senzorii sunt nervii care trimit informatia culeasa prin diferite metode la ECU

ECU este creierul care analizeaza informatia si trimite raspunsul la
servomecanisme (muschii)

Firele care leaga senzorii ECU si tot restul sunt sistemul nervos care
transmite informatia de la creier, servomecanismele sunt muschii care
executa comenzile primite

Sa presupunem ca ne aflam intr-o masina dupa un viraj stanga pe un drum plin cu gropi. In cazul in care masina are o suspensie conventionala aceste gropi reprezinta o adevarata incercare. Gropile din ce in ce mai mari pot imprima suspensiei o crestere a amplitudinii cursei amortizorului ceea ce face ca la un moment dat masina sa inceapa sa se miste in sus si jos din ce in ce mai tare si sa fie din ce in ce mai putin controlabila;

In cazul suspensiei active, senzorii montati in fata masinii pe partea dreapta incep sa monitorizeze drumul, culeg informatii privind inclinarea masinii stanga dreapta fata de verticala, precum si urcarea si coborarea masinii prin gropi si le trimite la ECU. De asemenea senzorii care controleaza pozitia si miscarea rotii si senzorul care controleaza directia culeg si ei informatii pe care le trimit la ECU.ECU primeste, citeste si analizeaza informatiile in aprox 10 milisecunde. El trimite un mesaj la servomecanismul de deasupra amortizorului rotii drepte sa rigidizeze

28

PR0IECT DE DIPLOMA

roata. Pentru a realiza asta o pompa creeaza o presiune de aprox 200 atmosfere, reducand astfel oscilatia masinii stanga dreapta fata de verticala si oscilatia amortizorului. Un mesaj identic dar de mai mica intensitate este trimis la roata dreapta spate. In acelasi timp un alt set de servomecanisme intra in functiune pentru a creste rigiditatea pe partea dreapta;

Trebuie sa recunoastem ca adaptabilitatea unui asemenea sistem este spectaculoasa. In continuare, se prezinta cateva masini echipate cu suspensie activa.

Cadillac’s fully active CVRSS

Fig. 2.13 Suspensia activa la Cadillac

Incepand din 1996, Cadillac incepe sa le ofere pe modele Eldorado touring coupe, deville concours Seville sts. Cunoscuta ca continuously variable road-sensing suspension (cvrss) -suspensie care variaza permanent functie de drum foloseste o serie de senzori care activeaza servomecanisme in cele 4 colturi ale masinii. Sistemul ajusteaza pozitia suspensiilor intr-o fractiune de secunda (la 65 mph ajustarea are loc cat masina parcurge 40 centimetri.)

29

Fig. 2.14

Un complicat sistem electro-hidraulic creste sau scade presiunea in acesti cilindri, iar pistonul se destinde sau se comprima. Rezultatul este ca in functie de stilul de condus, ruliul se reduce si masina tinde sa ramana cat mai aproape de pozitia orizontala. Un numar de 13 senzori masoara la fiecare sutime de secunda miscarile masinii. Astfel, cate doi senzori pe fiecare punte masoara miscarea pe inaltime a caroseriei; acceleratia verticala si transversala este detectata de un alt set de senzori plasati pe punti, in consola centrala si sub scaunul pasagerului din fata. Semnalele acestor senzori sunt receptionate de unitatea centrala compusa din doua microprocesoare foarte puternice.

Acestea compara datele primite cu cele inscrise in memoria lor si transmit comenzi pentru fiecare cilindru hidraulic in parte. Partea hidraulica a sistemului cuprinde o pompa, un rezervor principal la care sunt amortizate pulsatiile uleiului venit din pompa si in care presiunea este pastrata constant la 200 bari, un radiator de ulei care mentine temperatura la nivelul prestabilit cate un rezervor de presiune pentru fiecare punte in parte, cate un regulator de presiune si distributor de presiune pentru fiecare punte care dozeaza exact cantitatea si presiunea de ulei necesara fiecarui cilindru hidraulic.

Partea mecanica nu a fost eliminata complet, arcurile elicoidale si amortizoarele cu gaz clasice au fost pastrate, nu s-a renuntat decat la barele stabilizatoare care au devenit absolut inutile. Denivelarile drumului si oscilatiile datorate ruliului sau tangajului caroseriei au frecvente de raspuns mai mici de 5 Hz.

Rotile au in timpul mersului, chiar si pe suprafete perfect plane, vibratii cu frecvente cuprinse intre 4 si 20 Hz. Cilindrii hidraulici pot prelua numai vibratii cu

30

frecvente mai mici de 5 Hz. Celelalte oscilatii sunt amortizate de catre suspensia clasica. Un sistem complet activ se poate realiza spun specialistii, dar ar necesita un consum de energie mai mare decat pentru propulsia propriu-zisa a masinii.

0 alta calitate a sistemuiui ABC este ca la viteze mici garda la sol poate fi reglata manual de catre sofer in doua trepte: la nivelul 1 caroseria poate sa se ridice cu 25 mm fata de pozitia normala, iar nivelul al 2-lea se traduce printr-un plus de inca 25 mm. Pe masura ce viteza creste, caroseria coboara treptat pentru a reduce astfel rezistenta aerului.

2.2.10 Sistemul de vedere pe timp de noapte

Sofatul pe timp de noapte in conditii meteorologice rele este obositor si riscant: statisticile din Germania arata ca circa 40 % din accidentele grave de circulatie au loc noaptea, in ciuda faptului ca circulatia nocturna nu depaseste 20% din timpul de circulatie pe tara. Cauza principala a accidentelor din noapte este vizibilitatea redusa.

Farurile cu lumina conventionala nu asigura vizibilitate suficienta, si multi soferi au dificultati in aprecierea corecta a distantei.

Lumina farurilor orbeste soferii autovehiculelor care vin din sens contrar, limitandu-le abilitatea de a reactiona rapid in situatii periculoase, in mod deosebit pe carosabil umed.

Vizibilitatea redusa provoaca si oboseala prematura ceea ce poate fi cateodata fatala.

Cercetatorii Daimler Chrysler din Ulm, Germania, au dezvoltat un sistem de vedere pe timp de noapte infrarosu-laser care mareste semnificativ vizibilitatea soferului pe timp de noapte.

31

Fig. 2.15

Acest sistem permite soferului sa observe pietonii si ciclistii chiar daca acestia au o imbracaminte inchisa si sunt la o distanta mare.

De asemenea, el lumineaza drumul pe o distanta de circa 200m, fara sa orbeasca pe conducatorii autovehiculelor care vin din directie opusa.

Sistemul de iluminat de noapte este un progres mare pentru siguranta si confort; sistemul conventional de iluminat asigura o vizibilitate pe cel mult 50 m.

Acest sistem functioneaza in felul urmator: doua fascicole de raze laser din partea din fata a autovehiculului lumineaza drumul cu ajutorul luminii infrarosii care este invizibila penttu ochiul omului.

32

Display

Fig. 2.16

O camera video inregistreaza imaginea reflectata, care apare in alb-negru pe

monitorul amplasat in raza vizuala a soferului, sau altfel ca un asa numit "head-up display" pe parbriz.

Cercetatorii din Ulm, care au cucerit premiul Daimler Chrysler pentru inventiile lor, testeaza sistemul pe un autobus avand in vedere si alte prototipuri.

In paralel cu reglajul pe verticala a aparut preocuparea pentru o mai buna vizibilitate in curbe, deci necesitatea reglarii pozitiei farurilor si pe orizontala (figura alaturata).

33

2.2.11 Sistemul apel de urgenta

Utilizeaza, automat, un radiocasetofon GSM, pentru a da alarma in caz de accident.

Sistemul permite localizarea accidentului, chemarea ajutoarelor si avertizarea celorlalti participanti la trafic .

Fig. 2.18

2.2.12 Deschiderea portierelor prin intermediul unui "CHIP

Clasicile chei de contact si de inzavorare ale automobilului au evoluat. Mai intai a

fost sub forma unui ,,snop", care cuprindea: cheia de contact, cheia pentru deszavorarea portierelor si capotei portbagajului si, in sfarsit, cea a butonului de la rezervorul de carburant.

A urmat ,,cheia unica "cu care se desfacea ,,totul". Aceasta evolutie a continuat, astazi cheia devenind un produs high-tech, avand o electronica complicata.

34

Controller Chip

Fig. 2.19

Mercedes-Benz propune sistemul Etcod (Electronic Code System), la care ,,cheia" preia functiuni ca: incuierea usilor, deszavorarea volanului, dezactivarea sistemului antifurt si pornirea motorului. Principiul de actionare este acelasi, indiferent de rezultatul dorit. Printr-o apasare pe suportul cheii se trimite prin intermediul razelor infrarosii, un semnal catre un microcomputer, care comanda inchiderea/deschiderea portierelor, apoi deszavorarea volanului si ,firesc, pornirea motoruiui. La fel se intampla si in celelalte cazuri. Trebuie precizat ca sistemul este eficient pe o raza de maxim 30 metri.

La BMW, aspectele care tin de securitate au fost imbinate cu cele de confort.

Sistemul se numeste ,,Key Memory" si este cuplat de un ,,Car Memory Function". Cu acesta din urma, fiecare dealer poate programa, in functie de dorinta clientului, actionarea inchiderii centralizate, a instalatiei de climatizare sau de iluminare. Astfel, soferul poate decide daca doreste ca portbagajul masinii sale sa fie deschis sau nu, odata cu usile.

Un alt avantaj il constituie pasibilitatea programarii pozitiei scaunului, a aprinderii lampii interioare sau a instalatiei de climatizare. Se pot utiliza astfel, pana la patru chei diferite.

35

PR0IECT DE DIPLOMA

Fig.2.20

2.2.13 Sistemul de alarma auto

Statisticile arata ca in Statele Unite la fiecare 20 de secunde o masina este furata de la proprietarii lor de drept si acest fenomen ia o tot mai mare amploare.

De aceea producatorii de automobile au introdus in productie sisteme electronice sofisticate de prevenire a furturilor auto care cuprind numerosi senzori si care activeaza sirenele auto sau transmit semnale de avertizare prin intermediul undelor radio.

36

Partile Alarmei Auto

Lumina

Senzor interioara Senzor

Fig. 2.21 Partile componente ale sistemului de alarma

Partile cele mai importante ale sistemului de aiarma auto sunt: diferitele tipuri de senzori, ceasul temponzator, sirena, receptorul codului chei, bateri auxiliare(ca sa functioneze in cazul de intreruperi ale bateriei) si computerul de bord (ECU).

37

Facilitatile acestor alarme auto pot fi multiple: pornirea telecomandata de la distanta; un numar maxim admis de incercari de porniri cu sesizarea electronica a pornirii, posibilitatea pornirii automate in fiecare zi la aceeasi ora; telecomanda; armare silentioasa sau cu "bip", selectabile din telecomanda; armare automata dupa ultima usa inchisa; autotestarea senzorilor si anularea semnalelor de alarma false s. a.m.d.

Fig. 2.23 Senzorul de la usa Fig. 2.24 Sirena de alarma.

38

Fig. 2.26 sesizor de spargere a geamului

Sistemul de alarma auto poate oferi urmatoarele protectii: comanda pozitiva sau negativa la deschiderea usilor; confirmarea comenzilor pe lampile de semnalizare; interfata de putere pentru inchiderea centralizata; iesiri pentru inhibarea pornirii motorului cu cheia de contact si pentru comandarea modului de ridicare a geamurilor; iesire dedicata pentru comanda pager; intrare pentru senzori suplimentari; buton pentru anularea alarmei, care actioneaza numai simultan cu cheia de contact; sirena electronica cu mai multe tonuri.

2.2.14 Sistemul de navigatie GPS (Global Positioning System)

Sistemul de navigatie GPS este format dintr-o constelatie de 24 de sateliti care se ghideaza dupa pozitia principalelor constelatii si poate preciza pozitia vehicolului cu o precizie de centimetri. Cu aceasta noua tehnologie sunt echipate masinile moderne de azi.

Multe indicatii utile pentru conducatorii auto sunt afisate pe un display. Cel mai clasic exemplu il constituie generalizarea (si la autoturismele din clasa medie) sistemelor de navigatie. In acest caz, display-ul, este comun cu cel al aparatului radio.

Din punct de vedere constructiv exista doua variante:

cu LCD (Lichid Cristal Display – display cu
cristale lichide)vezi figura 9;

cu LED (Light Emitting Diods – diode ca sursa de lumina).

Fig.2.28 Sistemul GPS

O informatie data este convertita in tensiune electrica, care este aplicata electrozilor transparent dispusi pe placile de sticla. In acest moment, moleculele cristalului lichid isi modifica proprietatile optice. Aceasta valoare a tensiunii se schimba

in timp, in tunctie de tipul de informatii ce trebuie afisate, iar lumina polarizata nu mai

circula.

Practic, prin afisarea datelor respective, ecranul devine impermeabil la lumina. lndicatiile prezentate pe ecran pot fi colorate cu ajutorul unor filtre speciale.

Din punctul de vedere al marimii, figurile prezentate pot fi reproduse atat sub forma unor puncte mici, cat si sub forma unor semne grafice utilizate in sistemele de navigatie.

40

2.2.15 Airbag-ul

Desi problema airbag-urilor a starnit discutii contradictorii in ultimii ani, ele continua sa joace un rol vital in protectia conducatorilor auto.

Utilizate corect, ele sunt clasate pe locul doi in ierarhia mijloacelor de protectie impotriva ranirilor si chiar a deceselor provocate de accidente (pe locul intai fiind traditionalele centuri de siguranta cu prindere in trei puncte).

In 1999, producatorii de autovehicule in frunte cu cei de la Mercedes si Volvo au inceput instalarea pe masini a celei de a-3-a generatii de airbaguri.

Aceste dispozitive, cunoscute in industrie ca "airbaguri inteligente" sesizeaza parametri cum ar fi: greutatea corpului, viteza la impact …etc., pentru a adapta forta dezvoltata de airbag in mod automat. Aceste "airbaguri automate" produse de firme ca TRW, Morton si altele, ofera deja un alt nivel de protectie peste airbagurile conventionale, sesizand cand sa micsoreze forta impactului si reducand riscul de ranire a celei mai importante incarcaturi a automobilului – conducatorul.

Aparitii curente acum la masinile Volvo cat si la alte masini ca un sistem dublu de protectie. In figura 2.29 este prezentata functionarea airbag-ului frontal si lateral. Aceste "airbaguri inteligente" vor deveni, in urmatorii ani, o tehnologie deosebit de complexa care va monitoriza permanent tot felul de date, pregatind automobilistul pentru un impact care speram sa nu aiba loc niciodata.

Fig.2.29 Airbag-ul

De asemenea, incepand cu modelele din 2000 , firma Mercedes ofera tehnologia BabySmart, care dezafecteaza automat airbagul lateral al pasagemlui fata cand pe locul

acestuia este montat un scaun pentru copii.

41

Acum cand airbagurile frontale, laterale (vezi figura 2.30) si pentru locurile din spate sunt o realitate, s-a trecut la fabricare de airbag-uri pentru genunchi(vezi figura 2.31), airbag-uri pentru picior chiar si pentru pietoni

Fig.2.30

Fig.2.31

2.2.16 Centura de siguranta

Centura de siguranta, precum se vede in figura 2.32, este una din cele mai importante si inovative dispozitive din istoria automobilului, si, desi a fost inventata acum peste 40 de ani, continua sa joace un rol esential in protejarea vietii omenesti chiar si in autovehiculele moderne.

Ideea de baza de la care s-a pornit este ca in cazul opririi bruste a unui autovehicol din cauza inertiei, conducatorul auto cat si pasagerii au tendinta de a-si continua miscarea si se lovesc de bord si parbriz cu viteza avuta initial.

Aceasta lovitura poate duce la ranirea grava sau poate cauza deseori si moartea acestora.

Din aceasta cauza s-a pus problema proiectarii unui dispozitiv care sa retina ocupantii autovehicolului in cazul unei coliziuni.

42

Fig.2.32 Centura de siguranta

In timpul unei coliziuni centura trebuie sa fie capabila sa ne tina strans legat de locul in care stam de scaun. Acest lucru este posibil datorita utilizarii unui mecanism retractor la care este cuplat mosorul centurii si care il impiedica sa se roteasca in cazul unei coliziuni. Functionarea centurii si mecanismele ei

Utilizata sau nu, centura de siguranta a rezistat cu succes, testului timpului, care e adevarata masura a succesului pentru orice inovatie.

In istoria sa de 40 de ani, schimbarile suferite de centura de siguranta au fost putine si neesentiale.

Fig. 2.33

43

In 1968, a fost introdus un sistem autoblocabil, pe baza de inertie, care permite rularea centurii pe un mosor, permitand un confort mai mare si o libertate de miscare mai mare in timpul folosirii centurii, eliminand in acelasi timp nevoia de reajustare a marimii centurii pentru utilizatori diferiti.

Fig. 2.34 Un arc spiralat roteste mosorul pe care este infasurat centura si il intinde tinandu-l strans pe corp.

In timpul unei coliziuni centura trebuie sa fie capabila sa ne tina strans legat de locul in care stam de scaun. Acest lucru este posibil datorita utilizarii unui mecanism retractor la care este cuplat mosorul centurii si care il impiedica sa se roteasca in cazul unei coliziuni.

Exista doua tipuri de sisteme pentru blocarea centurii:

-Sistemul bazat pe miscarea automobilului

-Sistemul bazat pe miscarea centurii

Sistemul bazat pe miscarea automobilului blocheaza centura, cu ajutorul unui mecanism ce foloseste o greutate, care datorita inertiei penduleaza (se deplaseaza) inainte, din cauza unei deceleratii rapide. Aceasta greutate are pe celalalt capat o gheara ce blocheaza roata dintata de pe mosor.

44

Fig. 2.35

Sistemul bazat pe miscarea centurii blocheaza mosorul cand dintr-o anumita cauza centura este bruscata. O gheara centrifugala montata pe mosor blocheaza la o miscare brusca miscarea centurii de siguranta.

In mod normal la miscari lente centura nu se blocheaza.Viitoarele imbunatatiri ale centurilor de siguranta vor trebui sa vizeze centuri mai ergonomice, limitatoare de forta mai bune, si de ce nu utilizarea microprocesoarelor pentru a controla functiile centurii inainte, in timpul accidentului si dupa.

2.2.17 Sistemul de pilotare auto

Sistemul de pilotare automata a automobilului este un sistem

optional. Partea de software este in legatura directa cu unitatea electronica de comanda a motorului(ECU). Cu ajutorul acestui sistem este posibila stabilirea si mentinerea oricarei viteze dorite, o data ce automobilul a ajuns la o viteza de rulare de peste 45km/h, fara ca soferul sa opereze asupra pedalei de acceleratie.

Cand sistemul este activat, ECU primeste informatia despre viteza instantanee care trebuie pastrata. In acel moment ECU actioneaza asupra unitatii de control a deschiderii valvelor. In functie de viteza selectata sistemul de pozitionare a valvelor se deschide valva. Semnalele aditionale catre ECU asigura viteza corespunzatoare a

motorului. Viteza este mentinuta netinand cont de constrangerile aerodinamice.

45

Daca automobilul este supus franarii, viteza este redusa in consecinta iar o data ce franarea este stopata, sistemul readuce automobilul la viteza initiala setata.

Sistem pilot automat

Buton dedlcat

Semnale catre ECU

Semnal viteza motor

Semnal masa aer
Intrerupator – Viteza de rulare

Operare frane

Operare ambreiaj

Semnale On / Off

ECU

Unitate de control

a deschiderii valvelor

Segment de roata dintata pentru controlul vitezei reglate si sistem de pilot automat

Fig. 2.36 Sistem pilot automat

46

CAPITOLUL III

Managementul motorului

Progresul constant in cercetarea fundamentala si in cercetarea aplicativa legate de constructia si functionarea motorului cu aprindere interna, a dus la dezvoltarea unor sisteme electronice integrate capabile sa optimizeze functionarea motorului.

Sistemele integrate moderate realizeaza legatura intre mai multe sisteme, subsisteme sau instalatii din structura autovehiculului, toate datele obtinute referitoare la parametrii functionali ai autovehiculului fiind colectate si prelucrate intr-un singur bloc electronic de analiza si control.

3.1 Calculatorul de bord ECU (Elecronic Control Unit)

Un rol deosebit de important in siguranta activa si pasiva a automobilului precum si in controlul motorului o are un sistem computerizat de management al motorului denumit "Calculator de bord" sau 'ECU – Electronic Control Unit'.

La motoarele moderne, toate reglajele sunt efectuate de aceasta componenta care nu poate lipsi din dotarea automobilelor moderne.

47

Fig. 3.1 Calculatorul de bord ECU

Indiferent daca este vorba de injectie directa sau indirecta, injectie monopunct sau multipunct, de benzina sau de motorina, in ziua de astazi motorul de pe masina este controlat de un asemenea calculator.

Intregul management al motorului este realizat de calculator. Acesta controleaza si regleaza functionarea elementelor importante ale motorului si are in vedere tot timpul relatia dintre puterea solicitata si ceilalti parametrii ca de exemplu: temperatura exterioara, densitatea aerului, temperatura motorului, turatia, etc.

Toate aceste date sunt preluate cu ajutorul senzorilor si sunt transmise spre prelucrare calculatorului care le compara cu datele memorate de fabrica realizand un reglaj optim pentru injectie, aprindere, presiunea de injectie, turatia turbinei etc. In acest fel se calculeaza in continuu in functie de puterea solicitata si de parametrii de mediu care este avansul, doza de combustibil pe ciclu, turatia turbosuflantei si presiunea de injectie optima.

Algoritmul de control al motorului este destul de complicat. Programul software trebuie sa permita incadrarea in normele de emisii de poluare si la 100.000 km, sa satisfaca cererile pentru Protectia Mediului, privind consumul de combustibil si sa protejeze motorul impotriva exceselor. Si mai exista o multime de alte cerinte. Sistemul 48

de control al motorului utilizeaza o formula si un numar mare de tabele pentru a determina timpul de deschidere al injectoarelor pentru conditiiie de operare date.

Ecuatia este reprezentata prin inmultirea mai multor factori. Majoritatea acestor factori sunt selectati din tabele sau calculati in functie de acestea.

Fig. 3.2

Urmarind cum actioneaza ECU asupra parametrilor de functionare a masinii, se observa ca in mare, ECU aplica corectii unei valori standard scrisa de fabricant pe cip. Valorile standard sunt stabilite pe bancurile de incercari de catre fabricant in asa fel incat sa se obtina un optim in ceea ce priveste puterea luand in calcul consumul, poluarea, etc.

Datele stocate in calculator au in vedere nu numai functionarea buna a motorului ci si depistarea starilor de defectiune, motiv pentru care datele optimizate trebuie sa contina toate informatiile introduse de catre fabricant privind starile anormale si semnalizarea lor. Sistemul de control implementat pe motor poate avea mai mult de 100 parametri implicati in reglarea computerizata a functionarii motorului, fiecare cu tabelul lui de valori. Unii dintre parametri se pot schimba in timp altii nu.

Functie de viteza de rulare a masinii, sistemul ECU trebuie sa efectueze aceste calcule de cateva sute de ori pe secunda…

Sistemul de baza integrat care prezenta pentru prima data aceste caracteristici este sistemul de injectie MOTRONIC ENGINE MANAGEMENT. Pnncipalii parametri, procese si sisteme ale autovehiculului monitorizati de catre sistemul de injectie MOTRONIC sunt:

49

– procesul de aprindere,

– pozitia arborelui cu came,

– viteza vehiculului,

– treapta de viteza utilizata

– parametrii transmisiei;

– functionarea sistemelor auxiliare (de ex.: instalatia de climatizare).

Fig.3.3 Structura sistemului de injectie MOTRONIC

3.2 Sisteme moderne de injectie

Sistemul de injectie MOTRONIC permite achizitionarea urmatoarelor date:

tensiunea de alimentare (de la bornele bateriei de acumulatori),

temperatura motorului,

debitul de aer admis in motor,

unghiul de deschidere al clapetei obturator,

cantitatea de oxigen rezidual prezent in gazele de ardere,

fenomenul de detonatie.

Sistemul de injectie MOTRONIC este prezentat prin varianta de baza, binecunoscut fiind faptul ca la ora actuala exista o multitudine de variante constructive si functionale ale sistemului de injectie MOTRONIC.

50

PR0IECT DE DIPLOMA

3.2.1 Alimentarea cu combustibil.

Instalatia de alimentare cu combustibil a sistemului de injectie (Fig. 17) este asemanatoare din punct de vedere constructiv cu instalatiile de alimentare cu combustibil ale celorlalte sisteme de injectie prezentate in capitolele anterioare (K-JETRONIC, KE-JETRONIC, L-JETRONIC, MONOJETRONIC).

3.2.2 Pompa electrica de combustibil.

Pompa electrica de combustibil are rolul de a asigura transferul continuu al

combustibilului din rezervor catre circuitul de alimentare cu combustibil, transferul combustibilului realizandu-se sub o anumita presiune. Presiunea de alimentare cu combustibil a sistemului de injectie este legata direct de valoarea presiunii de injectie a combustibilului in motor si are valoarea de 4…6 bar.

51

Fig.3.4 Instalatia de alimentare cu combustibil: 1 -filtru de combustibil; 2 -pompa electrica, 3 – rampa de alimentare; 4 – injector, 5 – regulator de presiune.

Pompa electrica de alimentare este comandata prin intermediul blocului de control electronic, pe circuitul de alimentare electric al pompei fiind prevazute sisteme de securitate, care intrerup functionarea pompei de alimentare si implicit a alimentarii

sistemului cu combustibil in caz de accident.

O pompa de alimentare electrica de combustibil este alcatuita din doua mari parti componente:

ansamblul pompei propiu-zise;

rotorul electric si conexiunile exterioare.

Ambele parti componente se regasesc in aceeasi carcasa (Fig. 18).

52

Fig.3.5 Pompa electrica de alimentare: 1 – rotor primar; 2 – rotor secundar; 3 – rotor electric; 4 – inel colector; 5 – supapa; 6 – conexiuni electrice.

Merita de subliniat faptul ca in interiorul carcasei pompei electrice circula combustibil, datorita imersarii pompei de alimentare electrice in rezervorul de combustibil, fapt care duce la realizarea unei raciri suplimentare a pompei electrice de alimentare. Imersarea este posibila datorita etansarii pompei fata de patrunderea aerului atmosferic (nu este posibila declansarea unui proces accidental de ardere).

Din punct de vedere constructiv pompele electrice de alimentare pot fi:

cu role,

periferice (centrifugale),

cu rotor profilat,

cu transfer.

Tipurile de pompe care pot echipa instalatia de alimentare cu combustibil a sistemului de injectie sunt prezentate in figura 19.

3.2.3 Filtrul de combustibil

Filtrul de combustibil (vezi figura 3.6) are rolul de a retine impuritatile existente in combustibil, a caror prezente in sistemul de injectie ar duce la grave dereglari in functionarea acestuia din urma.

53

Fig. 3.6 Tipuri de pompe de alimentare cu combustibil:

a-cu role; b, d-centrifugale; c-cu rotor profilat; A – intrare combustibil; B – iesire

combustibil.

Constructiv un filtru de combustibil este alcatuit dintr-un element filtrant si un element decantor, ceea ce permite asigurarea unui grad mare si suficient de filtrare a combustibilului.

54

PR0IECT DE DIPLOMA

Pozitional in cadrul instalatiei de alimentare cu combustibil a sistemului de injectie filtrul de combustibil este montat dupa pompa electrica de alimentare si de aceea la schimbare (montare) trebuie sa se acorde atentie sensului de curgere a combustibilului (sens reprezentat pnntr-o sageata prevazuta pe carcasa metalica a filtrului de combustibil).

3.2.4 Rampa de alimentare

Rampa de alimentare din cadrul sistemului de injectie MOTRONIC are rolul de a realiza acumularea unei cantitati de combustibil la presiunea de injectie prestabilita si de

a directiona acest combustibil catre injectoarele electromagnetice. De fapt, in general, din punct de vedere constructiv injectoarele sunt montate in rampa de alimentare sau in imediata apropiere a acesteia.

Fig. 3.7 Rampa de alimentare cu combustibil:

1 – intrarea combustibilului; 2 – injector; 3,4- conexiuni electrice; 5 – regulator de presiune; 6-iesirea combustibilului.

55

Din punctul de vedere al gabaritului cat si din punctul de vedere a materialului utilizat (otel, aluminiu, material sintetic) la constructia rampei de alimentare este aleasa varianta constructiva reclamata de tipul de motor echipat cu sistem de injectie.

3.2.5 Regulatorul de presiune

Cantitatea de combustibil injectata in interiorul cilindrilor motorului difera in functie de regimul de functionare a motorului la un moment dat. Rolul regulatorului de presiune este acela de a pastra presiunea de injectie la o valoare constanta indiferent de cantitatea de combustibil livrata din rampa de alimentare catre injectoarele electro-magnetice, de a asigura transferul cantitatii de combustibil excedentar catre rezervorul de combustibil.

Regulatorul de presiune este montat la una din extremitatile rampei de alimentare. Constructia unui regulator de presiune al unui sistem de injectie MOTRONIC este prezentata in figura 3.8.

Fig. 3.8 Regulatorul de presiune al combustibilului: 1 – canal de legatura cu galleria de

admisie; 2 – arc; 3 – corpul supapei; 4 – membrana; 5 — supapa cu bila; 6 – canalul de

intrare al combustibilului; 7 – canalul de retur al combustibilului.

56

Regulatorul de presiune este alcatuit dintr-o carcasa metalica divizata in doua camere prin intermediul unei membrane (diafragma). O camera este destinata arcului elicoidal care pretensioneaza diafragma (camera superioara), iar cea de-a doua este destinata combustibilului (camera inferioara).

Din punct de vedere functional atunci cand presiunea combustibilului este mai mare decat presiunea prestabilita exercitata de catre arcul elicoidal asupra diafragmei, are loc deplasarea diafragmei in sus ceea ce duce la deschiderea orificiului de retur a combustibilului catre rezervor. Acest lucru duce la scaderea presiunii din sistem la valoarea nominala prestabilita. Inchiderea orificiului de retur se realizeaza in mod automat cand este atinsa presiunea nominala din sistem datorita actiunii elastice a arcului elicoidal asupra diafragmei.

Este important de mentionat ca pentru a se mentine valoarea diferentiala a presiunii nominale a combustibilului din sistemul de injectie., camera superioara a regulatorului de presiune (camera in care este localizat arcul elicoidal) este in legatura directa (prin intermediul unei conducte) cu galeria de admisie.

Importanta mentinerii unei valori diferentiale a presiunii de injectie din sistem rezida din faptul ca astfel presiunea de injectie este aceeasi, indiferent de regimul de functionare a motorului, realizandu-se o pulverizare constanta a combustibilului injectat.

3.2.6 Atenuatorul de presiune.

Atenuatorul de presiune este o componenta suplimentara a sistemului de injectie MOTRONIC fata de celelalte sisteme de injectie prezentate (K-JETRON1C, KE-JETRONIC, L-JETRONIC, MONO-JETRONIC) si are rolul de a realiza atenuarea vibratiilor datorate: desfasurarii procesului de injectie; a neuniformitatilor debitului combustibilului transferat de pompa electrica catre rampa de alimentare etc

De asemenea, amplasarea atenuatorului de presiune in sistemul de injectie duce si la scaderea nivelului de zgomot emis in cadrul procesului de injectie. Atenuatorul de presiune poate fi montat in rampa de alimentare sau pe circuitul de retur al combustibilului.Din punct de vedere constructiv (Fig 3.9) si functional atenuatorul de

57

presiune este foarte asemanator cu regulatorul de presiune prezentat in paragraful anterior.

Fig. 3.9 Atenuator de presiune: 1 – arc; 2 — scaunul de asezare al arcului; 3 – diafragma mobila; 4 — intrarea combustibilului; 5 — iesirea combustibilului

3.2.7 Injectia de combustibil

Cerintele stringente referitoare la functionarea motorului in parametri optimi, cresterea calitatii procesului de ardere, reducerea semnificativa a emisiilor de gaze poluante duce la necesitatea formarii unui amestec optim aer-combustibil, lucru posibil prin dozarea exacta a cantitatii de combustibil injectata in cilindrii motorului. Din acest motiv in cadrul sistemului de injectie MOTRONIC s-a ales variata constructiva de montare a unui injector electromagnetic pentru fiecare cilindru al motorului. Procesul de injectie astfel realizat in camera elimina marele dezavantaj prezent la sistemul de injectie MonoJetronic si anume, condensarea combustibilului pe traseul galeriilor de admisie cu influente in saracirea amestecului aer-combustibil in combustibil.

Particularizarea procesului de injectie pentru fiecare cilindru al motorului ofera posibilitatea proiectarii galeriilor de admisie a aerului in motor tinand cont doar de factorii de influenta gazodinamici legati de procesul de schimbare a gazelor.

58

3.2.7.1 Injectorul electromagnetic

Injectorul prezent in constructia sistemului de injectie MOTRONIC este de tipul electromagnetic, constructiv diferentiindu-se doua tipuri principale:

injector electromagnetic cu alimentare superioara (Fig. 3.10),

injector electromagnetic cu alimentare inferioara .

Fig. 3.10 Injector electromagnetic cu alimentare superioara: 1-filtru; 2 – conexiuni electrice; 3 – bobina electrica; 4 – corpul injectorului; 5 – armatura electro magnetica; 6 –

corpul acului injector; 7 – ac injector.

In interiorul corpului injectorului este pozitionat miezul electromagnetic, miez controlat electronic de catre blocul de control electronic. Blocul de control electronic transmite impulsuri electrice catre miezul electromagnetic. Campul electromagnetic

59

rezultat interactioneaza cu armatura atasata acului injectorului si determina miscarea acestuia, deschizand sau inchizand orificiul de injectie. Este de mentionat faptul ca deschiderea orificiului de injectie de catre acul injector are o durata de 1 – 1,5 ms, iar deplasarea liniara a acului injector are valoarea de 0,1 mm.

Pentru cresterea calitatii pulverizarii jetului de combustibil la injectie si eliminarii fenomenului de condensare a combustibilului pe varful acului, se utilizeaza diferite forme pentru varful acului si orificiul injectorului (Fig.3.11).

Fig. 3.11 Tipuri constructive ale varfului acului injector;

1-cu varf tronconic; 2- cu varf bont; 3-tip ac , 4-cu orificii de injectie multipuncte

Montajul mecanic al corpului injectorului electromagnetic este realizatcu ajutorul unor inele de etansare din cauciuc. Inelele de etansare au pe langa rolul de protectie termo-mecanica si rolul de a reduce vibratiie injectorului (transmise catre acul injector) datorate procesului intermittent de injectie, specific sistemului.

3.2.7.2 Pulverizarea combustibilului

Desi calitatea pulverizarii jetului de conibustibil injectat (cu influente ulterioare asupra cresteni calitatii procesului de ardere) este imbunitatirea cu ajutoml unor constntctn speciale ale acului injector si ale orificiului injector, totusi gradul de pulvenzare a combustibilului este limitat datonta proceselor telinologice actuale de realizare atat a acului injector cat si a diniensiunilor geometrice ale orificiului injector

60

Pentru cresterea pulverizarii jetului de combustibil injector este utilizat suplimentar un curent de aer preluat din galeria de admisie, curent de aer ce interactioneaza cu jetul de combustibil determinand cresterea gradului de pulverizare (Fig. 3.12).

Fuel feed

Advantages:

Combustion is improved

The pollutants in the exhaust are reduced.

Fig.3.12 Cresterea calitatii procesului de pulverizare al jetului de combustibil prin utilizarea unui curent de aer suplimentar

3.2.8 Sarcina motorului.

Determinarea in timp real a sarcinii momentane a motorului este un lucru esential la adaptarea dozarii exacte a combustibilului injectat in motor de catre sistemul de injectie MOTRONIC.

Pentru monitorizarea continua a sarcinii motorului, sistemul de injectie MOTRONIC sesizeaza si transmite informatiile cu ajutorul urmatorului set de senzori: – senzorul de masurare a debitului de aer,

61

– senzorul de masurare a debitului de aer admis cu fir cald, – senzorul de masurare a debitului de aer admis cu film cald, – senzorul de presiune a aerului din galeria de admisie,

– senzorul de masurare a unghiului de deschidere al clapetei obturator (Fig. 3.13).

Fig. 3.13 Pozitonarea senzorului de masurare a debitului de aer admis (Qaer)

in cadrul sistemului de injectie MOTRONIC:1- clapeta obturator,

2 – sensor de masurare a debitului de aer admis; 3 – semnalul referitor

la temperatura aerului admis; 4 – bloc de control electronic; 5 — semnal

referitor la unghiul de deschidere al clapetei senzorului de aer (a);

6 -filtru de aer

Daca primii patru senzori prezentati mai sus ofera blocului de control electronic informatii primare, senzorul de masurare a unghiului de deschidere al clapetei obturator transmite informatii secundare necesare doar pentru o verificare suplimentara a parametrilor determinati de ceilalti senzori, in analiza comparativa realizata ulterior pe baza curbelor de variatie prestabilite.

3.2.9 Senzorul de masurare a debitului de aer

Senzorul de masurare a debitului de aer este amplasat intre filtrul de aer si clapeta obturatoare si asa cum il prezinta denumirea are rolul de a masura debitul de aer ce patrunde in sistem [mVh].

62

Constructia senzorului de masurare al debitului de aer este asemanatoare cu cea a senzorului de aer utilizat in cadrul sistemului de injectie L-JETRONIC, utilizand acelasi sistem compus, cu doua clapete.

Presiunea aerului admis in motor, datorita canalizatiei galeriei de admisie, creeaza o forma de impingere care actioneaza asupra clapetei primare a senzorului de aer admis, determinand deplasarea unghiulara a acestuia. Clapeta primara a senzorului se afla in legatura mecanica directa (prin intermediul unei parghii) cu un senzor electric (tip poten-tiometru) care transmite semnale electrice catre blocul de control electronic. Blocul de control electronic, in functie de valoarea acestor semnale, determina cantitatea de combustibil ce va fi injectata in sistem pentru realizarea unui amestec aer-combustibil optim.

Fortei de patrundere a aerului in galeriile de admisie a motorului si care actioneaza asupra clapetei primare a senzorului de aer ii se opune un arc elastic, care are si rolul de a realiza revenirea clapetei primare a senzorului la pozitia de repaus (motorul este oprit).

Clapeta secundara are scopul de a amortiza socurile ce pot aparea in functionare (datorate fluctuatiilor de presiune a aerului admis), socuri care ar duce la emiterea unor semnale eronate ale senzorului electric catre blocul de control electronic. Miscarea clapetei secundare a senzorului de aer admis se realizeaza intr-un spatiu separat denumit spatiu de compensare.

Corpul senzorului de aer are o constructie speciala pe traseul de rotatie a clapetei principale a senzorului de aer. Forma speciala a corpului duce la realizarea unei relatii logaritmice intre debitul de aer admis in cilindrii motorului si deplasarea unghiulara a clapetei principale, relatie logaritmica care confera precizii ridicate pentru deplasari unghiulare mici ale clapetei principale (creeaza acuratetea masurarii in domeniul regimurilor normale de functionare a motorului).

3.2.9.1 Senzorii de masurare a debituiui de aer admis

Senzorii de masurare a debitului de aer admis sunt senzori termici care determina debitul de aer admis in motor pe baza unui principiu fizic. Un element incalzit electric

63

este montat in calea curentului de aer ce urmeaza a fi masurat, lucru ce duce la scaderea temperaturii initiale a elementului termic. Circuitul electric (montaj in punte rezistiv) care determina incalzirea electrica a elementului termic (datorita constructiei speciale) are rolul de a mentine constanta temperatura diferentiala dintre temperatura elementului termic si cea a aerului admis in motor. Cresterea sau scaderea curentului din circuit necesar incalzirii (racirii) elementului termic este interpretata de catre blocul de control electronic. Valoarea acestuia este preluata direct de la bornele cicuitului electric al senzorului.

Avantajele utilizarii acestui mod de determinare a debitul de aer admis este acela de a oferi posibilitatea eliminarii efectelor variatiei densitatii aerului asupra masuratorilor si acela de eliminare a unui senzor suplimentar din constructia sistemului de injectie. Senzorii de masurare a debitului de aer au si proprietatea de a realiza autocuratirea de anumite impuritati ce se pot atasa elementului termic in timpul functionarii. Astfel dupa oprirea functionarii motorului, elementul termic este supraincalzit (aproximativ 1 sec) pana la o valoare apropiata de aceea de topire a materialului din care este realizat elementul termic, supraincalzire care determina arderea eventualelor impuritati depuse pe elementul termic.

3.2.9.2. Senzorul de masurare a debitului de aer admis cu fir cald

Constructia senzorului de masurare a debitului de aer cald este bazata pe utilizarea ca si element termic a unui fir de platina cu grosimea de 70 mm. Alcatuirea unui astfel de senzor este prezentata in figura 3.14, iar schema instalatiei electrice de masurare in figura 3.15.

64

Fig.3.14. Ansamblu constructiv al senzorului de masurare al debitului de aer cu fir incalzit: 1 – circuit electronic; 2 – capac; 3 -placa metalica; 4-tub Venturi; 5-carcasa, 6-

ecran protector, 7- inel de fixare.

Fig.3.15 Schema electrica a circuitului de masurare a debitului de aer cu fir cald.

3.2.9.3 Senzorul de masurare a debitului de aer admis cu film cald

Constructia senzorului de masurare a debitului de aer cald este bazata pe utilizarea ca si element termic a unui film de platina amplasat pe o suprafata izolatoare (material ceramic). Pe aceeasi suprafata izolatoare este amplasat si senzorul termic suplimentar, 65

delimitarea influentelor termice reciproce realizandu-se prin crearea unor fante de dilatare compensatorii.

Alcatuirea unui astfel de senzor este prezentata in figura 3.16. iar schema instalatiei electrice de masurare in figura 3.18.

Fig. 3.16 Ansamblu constructiv al senzorului de masurare al debitului de aer

cu film incalzit: a – vedere cu senzor montat in carcasa; b – senzor;

1 – carcasa senzor; 2 – modul intermediar; 1 – circuit alimentare electric;

4 – circuit electronic de comanda; 5 – elementul cu film cald.

Fig.3.17 Circuitul electric hibrid al senzorului cu fir cald: 1 – suport; 2 —fanta

compensatoare.

66

Fig. 3.18 Schema electrica a senzorului de masurare a debitului de aer cu film cald. 3.2.9.4 Senzorul de presiune a aerului din galeria de admisie

Senzorul de presiune a aerului din galeria de admisie are rolul de a transmite informatiile referitoare la valoarea presiunii aerului din galeria de admisie blocului de control electronic.

Senzorul este amplasat in mod normal direct pe traseul galeriei de admisie (sau in alta parte in cazul unor constructii speciale ale galeriei de admisie), legatura dintre senzor si galeria de admisie realizandu-se prin intermediul unui tub de legatura. Pnncipiul functional pe care se bazeaza senzorul de presiune a aerului din galeria de admisie este cel al polarizarii sarcinilor electrice intr-un material piezoelectric supus unor solicitari mecanice (in cazul nostru presiunea aerului admis).

Pentru utilizarea proprietatilor mai sus mentionate este realizat un circuit de masurare, circuit care transmite informatiile necesare blocului de control electronic. Schema principiala al unui astfel de senzor este prezentata in figura 3.19, iar constructia lui in figura 3.20.

67

Fig. 3.19 Principiul de functionare al senzorilor piezoelectrici de presiune:

1 – element piezoelectric; 2 – membrana; 3 – spatiul presiunii de referinta;

4 – element ceramic; p – presiune.

Fig. 3.20 Senzor de presiune: 1 -tub de conectare; 2 – celula de presiune, 3 – corp;4 -circuit electronic; 5 – element piezoelectric.

3.2.9.5 Senzorul de masurare a unghiului de deschidere a clapetei obturator

Clapeta obturatoare, fiind montata in interiorul galeriei de admisie a aerului in motor, influenteaza prin modificarea sectiunii de curgere volumul de aer aspirat de motor. Diferite regimuri de functionare prezinta diferite proportii ale amestecului aer-combustibil (X) necesare functionarii motorului in parametrii optimi, indiferent de sarcina.

Datele transmise referitoare la valoarea momentana a unghiului de deschidere a clapetei obturator (a) catre blocul de control electronic sunt completate cu valoarea vitezei unghiulare a clapetei obturator si analizate comparativ cu datele de referinta initiale ale blocului de control electronic. Acesti doi factori au rol important in

68

determinarea volumului de aer admis in motor, cu efect direct in determinarea ulterioara a parametrilor procesului de injectie (durata de injectie). De asemenea corelarea volumului de aer admis astfel incat sa se obtina o valoare unitara a dozajului amestecului aer combustibil, duce la reducerea semnificativa a emisiilor poluante rezultate in urma proceselor de ardere.

Clapeta obturatoare si senzorii utilizati in cadrul sistemului de injectie MONOJETRONIC la determinarea volumului de aer admis sunt montati in corpul principal al unitatii centrale de injectie.

Din punct de vedere constructiv, determinarea valorii unghiului de deschidere a clapetei obturator (a) se realizeaza cu ajutorul unui pseudo-potentiometru rezistiv, prezentat in figura3.21.

Fig. 3.21 Senzor de deschidere a clapetei obturator:

1 —parghie de actionare a clapetei obturator; 2,3 — lamele rezistive;

4 — contact electric mobil; 5-conexiuni electrice.

69

Se observa ca s-a adoptat o forma constructiva cu doua benzi rezistive, care au rolul de a efectua masuratorile pentru doua domenii independente de valori: – banda rezistiva 1 are domeniul dc masurare a = 0°…24°; – banda rezistiva 2 are domeniul de masurare cc= 18°…22°. Suprapunerea pentru anumite valori a domeniului de masurare a unghiului de deschidere a clapetei obturator ajuta blocul de control electronic sa realizeze o mai mare acuratete a masuratorilor prin compensarea influentei temperaturii datorate trecerii curentului electric prin elementele rezistive (efectul Joule).

Schema de conectare rezistiva a senzorului de masurare a unghiului de deschidere al clapetei obturatoare este prezentat in figura 3.22.

Fig.3.22 Schema de conectare rezistiva a senzorului de masurare a unghiului de deschidere al clapetei obturatoare

3.2.10 Determinarea turatiei motorului, a pozitiei arborelui cotit si a arborelui cu came

Determinarea turatiei motorului, a pozitiei arborelui cotit si a arborelui cu came sunt parametrii importanti de analizat pentru blocul de control electronic, deoarece toti acesti

70

parametrii ofera informatii despre regimul motorului si implicit informatii despre declansarea proceselor de injectie, de aprindere, de schimbare a gazelor etc. Informatiile obtinute sunt utilizate in scopul optimizarii functionarii motorului.

Deoarece intre turatia motorului si pozitia arborelui cotit exista o legatura de dependenta directa, informatia de baza preluata si transmisa blocului de control electronic este cea referitoare la pozitia arborelui cotit. Pe baza acestor date blocul de control electronic realizeaza intern calculul turatiei motorului.

Senzorul utilizat pentru determinarea pozitiei arborelui cotit este compus din doua componente (Fig. 3.23):

un senzor magnetic inductiv,

coroana dintata (cu un numar de 60 de dinti).

Fig. 3.23 Senzorul de determinare a turatiei motorului: 1— magnet permanent; 2 — conexiune electrica; 3 — motor; 4 – miez de fier;

5 — bobina electrica; 6 — punct de reper pe coroana din fata.

Din punct de vedere functional atunci cand in dreptul senzorului inductiv se afla pozitionat un dinte de pe coroana dintata, este generat un curent electric transmis catre blocul de control electronic. In momentul cand in dreptul senzorului inductiv nu se mai gaseste pozitionat dintele coroanei, nu se genereaza curent electric in circuitul senzorului.

71

Repetarea acestui proces duce la generarea unui semnal electric de tip impuls de o anumita frecventa la bornele senzorului. Astfel in functie de frecventa blocul electronic stabileste turatia motorului.

Stabilirea pozitiei arborelui cotit este realizata datorita unui artificiu de constructie al coroanei dintate. Astfel distanta dintre dintele cu numarul 60 si cel cu numarul 1 este egala cu cea a doua intervale. Blocul electronic primeste aceasta informatie la trecerea interstitiului dublu prin dreptul senzorului inductiv si recunoaste faptul ca din acel

moment se desfasoara un nou ciclu functional al motorului.

Pentru completarea informatiilor referitoare la desfasurarea unui ciclu functional al motorului, blocul electronic de control preia si semnalul transmis de senzorul de determinare al pozitiei arborelui cu came

Functionarea senzorului de determinare a pozitiei arborelui cu came se bazeaza pe principiul Hall, principiu care determina aparitia unei tensiuni electromotoare la pozitionarea unui element din material electromagnetic intr-un camp magnetic (Fig. 3.24).

Senzorul de determinare al pozitiei arborelui cu came este montat fix in exteriorul (dar in apropierea arborelui cu came), iar pe arborele cu came se monteaza un mic magnet permanent.

Fig. 3.24. Principiul de functionare al senzorului Hall

72

PR0IECT DE DIPLOMA

La trecerea magnetului permanent prin dreptul senzorului, la bornele acestuia apare ca si semnal o tensiune electromotoare. Semnalul emis de senzor este ulterior transmis catre blocul de control electronic, care poate indentifica pozitia momentana a arborelui cu came.

3.2.11 Determinarea compozitiei amestecului aer-combustibil

Optimizarea amestecului aer-combustibil este un proces important in realizarea unor performante superioare de functionare a motorului, dar in acelasi timp in conditiile utilizarii unor sisteme catalitice de eliminare sau micsorare a nivelului de gaze nocive emise (datorate procesului de ardere), este important faptul de a avea sub o stricta supraveghere realizarea unui amestec aer-combustibil corect raportat la conditiile de functionare a motorului.

Determinarea compozitiei amestecului aer-combustibil in cadrul sistemului de injectie MOTRONIC este realizata prin analiza cantitatii de oxigen rezidual prezent in gazele de ardere cu ajutorul unei sonde lambda cu incalzire proprie. In functie de valorile determinate ale cantitatii de oxigen rezidual prezent in gazele de ardere, sonda lambda transmite aceste informatii, sub forma unor impulsuri electrice, catre blocul de control electronic, bloc care determina modificarea parametrilor de functionare ai motorului pentru minimizarea emisiilor poluante in mediul exterior.

3.2.12 Identificarea fenomenului de detonatie

In anumite conditii pe parcursul desfasurarii procesului de ardere apar fenomene perturbatorii, care impiedica desfasurarea arderii normale. Este posibil, mai ales catre sfarsitul procesului de ardere normala (viteza frontului de ardere = 30 m/s), inainte ca frontul de aprindere sa cuprinda amestecul in intregime, sa apara in zona finala o accelerare puternica a arderii (viteza frontului de ardere = 2000 m/s). In acest caz procesul de ardere este cunoscut sub numele de detonatie.

Fenomenul de detonatie ce poate apare in functionarea unui motor cu ardere interna este un fenomen negativ determinand:

73

– aparitia socurilor mecanice de valori ridicate;

– micsorarea puterii indicate a motorului,

– micsorarea randamentului indicat real;

– cresterea cantitatii de caldura cedate lichidului de racire;

– supraincalzirea motorului;

– functionarea brutala a motorului.

Fenomenul de detonatie este monitorizat de catre sistemul de injectie MOTRONIC cu ajutorul unui senzor de identificare a fenomenului de detonatie. Senzorul indentifica reflexia undelor de soc (datorate fenomenului de detonatie) pe peretii camerei de ardere, transmise implicit in blocul motor, si furnizeaza aceste informatii catre blocul de control electronic.

Constructia senzorului de identificare a fenomenuiui de detonatie se bazeaza pe analogia cu constructia senzorilor de soc (de determinare a valorii acceleratiei), iar principiul functional se bazeaza pe modificarea proprietatilor rezistive ale materialelor piezoelectrice sub actiunea unor forte mecanice.

In general motoarele cu 4 cilindri sunt echipate cu un sensor, cele cu 5-6 cilindri cu doi senzori, iar motoarele echipate cu 8-12 cilindri pot avea pana la sase senzori (Fig.3.27).

Fig. 3.26. Ansamblu senzor de soc: 1 – masa seismica ; 2 – carcasa ; 3-elemente piezoelectrice ; 4 – contacte; 5-conexiuni electrice

Fig.3.27 Posibilitati de amplasare a senzorilor de soc pe motor: l–un singur senzor; 2

mai multi senzori.

75

3.2.13. Regimul termic de functionare

Temperatura de functionare a motorului si temperatura aerului admis sunt doi parametri luati in considerare in analiza regimului de functionare a motorului de catre sistemul de injectie MOTRONIC.

Necesitatea obtinerii datelor referitoare la temperatura de functionare a motorului consta in faptul ca aceasta are o influenta directa asupra consumului de combustibil. Senzorul utilizat pentru determinarea acestui parametru este plasat pe traseul circuitului de racire a motorului, si transmite informatiile obtinute sub forma de semnale electrice direct catre blocul de control electronic.

Se cunoaste ca densitatea aerului admis este direct dependenta de temperatura mediului ambiant, cu influenta directa asupra coeficientului de umplere al cilindrilor. Compensarea efectelor negative ce poate produce variatia densitatii aerului admis asupra functionarii optime a motorului, este realizata cu ajutorul blocului de control electronic. Blocul de control primeste informatiile referitoare la temperatura mediului ambiant prin intermediul unui senzor de temperatura montat pe directia de curgere a aerului admis in motor.

3.2.14 Procesarea datelor de la senzori

Sistemul de injectie MOTRONIC proceseaza datele referitoare la functionarea motorului pentru optimizarea functionarii motorului indiferent de sarcina momentana a acestuia.

Dupa cum s-a prezentat in capitolele anterioare cele mai importante date monitorizate sunt cele referitoare la: debitul de aer admis; presiunea aerului admis; unghiul de deschidere al clapetei obturator.

In urma procesarii acestor date prin analize comparative se obtin marimile de comanda menite sa regleze exact procesul de injectie (prin dozarea exacta a cantitatii de

76

combustibil injectata) si procesul de aprindere (prin determinarea exacta a momentului de incepere a aprinderii).

3.2.15 Calculul duratei de injectie

Durata de injectie a combustibilului in motor prezinta doua componente: – durata teoretica (de baza) de injectie si – durata reala (efectiva) de injectie.

Durata teoretica de injectie este determinata de catre blocul electronic de control pe baza analizei semnalelor transmise de catre senzori referitoare la sarcina motorului si sunt corelate cu caracteristicile tehnice ale injectiei.

Durata teoretica de injectie este calculata pentru un dozaj stoechiometric (k= 1) al amestecului aer-combustibil, valabilitatea acestei ipoteze fiind luata in considerare in conditiile in care valoarea presiunii diferentiale a combustibilului injectie si a aerului din galeria de admisie este constant.

Deoarece in conditiile variatiei sarcinii motorului in functionarea autovehiculului presiunea diferentiala mai sus amintita prezinta o variatie continua, blocul de control electronic calculeaza o durata reala a procesului de injectie cu ajutorul unor factori de corectie.

Procesul de aplicare a factorilor de corectie in cadrul algoritmului de stabilire a duratei de injectie este iteractiv si ciclic (Fig. 3.28).

77

Fig. 3.28 Algontm de stabilire al timpului efectiv de injectie cu combustibil.

3.2.15.1 Modalitati de realizare a injectiei de combustibil

Folosind avantajele pe care le ofera controlul si comanda electronica a injectoarelor electromagnetice de catre blocul de control electronic, procesul de injectie pe parcursul unui ciclu functional poate fi realizat:

simultan (injectia de combustibil este realizata de doua ori pe parcursul unui ciclu functional);

in grup (se realizeaza combinarea in perechi de cite doua injectoare, fiecare grup realizand injectia de combustibil o data pe ciclu functional);

secvential (procesul de injectie este realizat in mod particular pentru fiecare injector, o data pe ciclu functional).

Comparatia dintre modalitatile posibile de realizare a procesului de injectie de combustibil este prezentata in figura3.29.

78

Fig. 3.29 Schema comparativa pentru diferite procedee de injectie.

3.2.15.2. Controlul unghiuiui Dwell si a avansului la aprindere

Sistemul de aprindere care face parte din sistemul de injectie MOTRONIC este controlat electronic, astfel principalele functiuni ale sistemului de aprindere pot fi monitorizate si comandate de catre blocul de control electronic al sistemului de injectie. Aceasta facilitate ofera posibilitatea de a controla valoarea unghiuiui Dwell si a avansului la aprindere pentru optimizarea ciclului functional al motorului.

79

Fig. 3.30 Curbe de variatie utilizate in analiza parametrilor functionali ai motorului de catre blocul electronic de control: n – turatia, S – sarcina motorului, U5- tensiunea la baterie; T – temperatura.

In legatura directa cu rezervorul special de filtrare, vaporii de combustibili ajung in interiorul acestuia din urma. Aici vaporii de combustibil trec prin elementul filtrant pe baza de carbon si are loc o condensare urmata de o decantare a combustibilului lichid obtinut. Revenirea combustibilului recuperat in cadrul sistemului de alimentare cu combustibil se realizeaza tot pe baza unei diferentieri de presiune si anume a diferentei intre presiunea din rezervorul special de filtrare si conducta de admisie a instalatiei de injectie (vezi figura 3.31). La ora actuala exista o mare varietate tipodimensionala in ceea ce pnveste solutiile constructive adoptate de diversi producatori, insa toate aceste variante respecta principiul de functionare descris in paragraful anterior.

80

Fig.3.31 Sistemul de control al emisiei vaporilor de combustibil: 1 – racordul rezervorului de combustibil; 2 – element filtrant; 3 -aer exterior; 4 – supapa de presiune; 5 – racordul galeriei de admisie; 6 – clapeta obturator; ps —presiunea din galeria de admisie; pu -presiunea atmosferica,

3.2.16 Sisteme de recirculare a gazelor arse

Prezenta gazelor arse in interiorul cilindrului motorului duce la scaderea temperaturii de aprindere a amestecului aer-combustibil. Scaderea temperaturii maxime din interiorul cilindrului in urma procesului de ardere duce la reducerea formarii produsilor poluanti de ardere din clasa (NO)s. Acest motiv a determinat includerea in cadrul sistemului de injectie a sistemului auxiliar de recirculare a gazelor arse. Sistemul de recirculare a gazelor arse permite prin constructie trimiterea unei cantitati exact dozate de gaze de ardere catre galeria de admisie si implicit catre cilindrii motorului.

81

PR0IECT DE DIPLOMA

Fig.3.32 EfectuI recircularii gazelor de ardere asupra consumului de combustibil si a emisiilor de noxe: 1 -factorul lambda; 2 -factor de recirculare a gazelor arse (FGR).

3.2.17 Limitarea turatiei

Pe baza principiului de intrerupere a alimentarii cu combustibil a motorului, se realizeaza limitarea turatiei motorului cand acesta atinge limita maxima admisa constructiv.

Sistemele mai vechi de limitare a turatiei motorului erau realizate prin scurt circuitarea distribuitorului care intrerupea producerea de scanteie electrica la bujie,

82

la atingerea turatiei maxime a motorului. Astfel se realiza reducerea momentana a turatiei motorului, dar in continuare in motor se introduce combustibil, crescand astfel consumul de combustibil.

Adoptarea principiului de intrerupere a alimentarii cu combustibil a motorului la atingerea turatiei maxime admise realizeaza pe langa importante economii de combustibil si reducerea semnificativa a emisiei de gaze poluante.

Pentru declansarea procesului de limitare a turatiei motorului, blocul de control electronic primeste informatiile referitoare la turatia momentana a motorului si o compara cu cea maxim stabilita de catre constructor. Cand se atinge valoarea mai mica cu 100-150 rot/min decat turatia maxima permisa, blocul de control electronic comanda diverse componente ale sistemului de injectie, componente care blocheaza alimentarea cu combustibil a injectiei. Schematic acest proces este reprezentat in figura 3.33.

Fig. 3.33 Diagrama functionala de limitare maxima a turatiei motorului

83

3.2.18 Sistemul auxiliar de realizare a fazelor de distributie variabile

Unul din factorii de influenta a ciclului functional al motorului cu aprindere interna il constituie si coeficientul de umplere al cilindrului. Cresterea valorii acestui coeficient (si implicit a randamentului motorului) se poate realiza prin cresterea duratei

de deschidere/inchidere a supapei de admisie/evacuare, in mod deosebit la turatiile mari ale motorului.

Pentru realizarea acestui lucru s-a adoptat o solutie constructiva (Fig. 3.34) de realizare a unui proces de distributie variabil a gazelor. Comanda deplasarii arborelui cu came este realizata de catre blocul electronic de control prin intermediul unor actuatoare hidraulice atasate arborelui cu came.

Fig. 3.34. Realizarea distantei variabile: a – ridicarea minima a supapei; b – ridicarea

maxima a supapei.

Cresterea duratei fazelor de distributie a gazelor prin utilizarea sistemului auxiliar

este prezentata in figura 3.35.

84

Fig. 3.35 Modificarea fazelor de distributie prin utilizarea sistemului de distributie variabil: 1 – deschiderea in avans a supapei; 2 – deschiderea normala a supapei; 3 – deschiderea cu intarziere a supapei.

3.2.19. Galerii de admisie variabile

Utilizand una din caracteristicile sistemului de injectie MOTRONIC si anume aceea ca injectia de combustibil se efectueaza independent pentru fiecare cilindru, exista posibilitatea ca in proiectarea galeriilor de admisie sa se urmareasca si cresterea coeficientului de umplere a cilindrilor. Cresterea coeficientului de umplere a cilindrilor influenteaza cresterea puterii motorului si implicit a momentului motor, lucru deosebit de util in domeniul turatiilor joase.

Variantele constructive propuse sunt:

galerii de admisie in rezonanta (Fig. 3.36),

galerii de admisie variabila in 2 trepte (Fig. 3.37),

galerii de admisie variabila in 3 trepte (Fig. 3.38),

galerie de admisie variabila cu lungime infinita (Fig. 3.39).

Fig. 3.36.Galerii de admisie in rezonanta

85

A

B

Fig. 3.37 Galerii de admisie variabile in 2 trepte: 1 – clapeta obturator; A, B- galerii de

admisie la cilindri.

Fig. 3.38 Galerii de admisie variabila in 3 trepte: 1,2 — clapete obturator; A, B — galerii

de admisie la cilindri.

86

Fig. 3.39 Galerie de admisie variabila cu lungime infinita:

1,2- carcasa; 3 -pivot; 4 – intrare aer; 5 -parte mobila; 6 – canalizafie; 7- supapa;

8 -aer admis.

Sistemul de injectie MOTRONIC ofera posibilitatea controlului asupra realizarii unor trasee optime in galeriile de admisie, prin actionarea optima a clapetelor de obturare prezente in cadrul variantelor constructive si functionale prezentate mai sus.

3.2.20 Sistemul de diagnoza integrat

Sistemul de diagnoza integrat MOTRONIC este o componenta de baza in definirea conceptului ENGINE MANAGEMENT si are rolul de a asigura:

– monitorizarea functionarii componentelor sistemului de injectie si a sistemului de injectie in ansamblu,

– protectia anumitor componente la depasirea conditiilor nominale de functionare;

– introducerea in sistem a unor valori initiale de comanda si control pentru rezolvarea problemelor in regim de urgenta (avarii);

87

PR0IECT DE DIPLOMA

– afisarea parametrilor de functionare a sistemului de injectie;

– inmagazinarea datelor referitoare la functionarea sistemului;

– accesul exterior la datele referitoare la functionarea sistemului. Stocarea informatiilor privind parametrii functionali ai motorului este realizata cu ajutorul memoriei interne a blocului de control electronic, iar accesul exterior la ele se realizeaza prin utilizarea de interfete electronice de transmisie/receptie date.

3.2.21 Blocul de control electronic

3.2.21.1. Structura blocului de control electronic

Componenta principale a sistemului de injectie MOTRONIC care asigura automatizarea procesului de injectie prin culegere si procesare de informatii si elaborarea deciziilor si comenzilor o constitute blocul de control electronic. Sarcinile concrete ale blocului de control electronic sunt:

– preluarea datelor transmise de senzori referitoare la functionarea motorului;

– analizarea datelor receptate si compararea lor cu valorile initiale stocate in memoria interna;

– comanda subsistemelor si/sau a elementelor de actionare;

conlucrarea cu alte sisteme electronice din componenta autovehiculului.

Din punct de vedere constructiv blocul electronic de control este alcatuit din circuite electronice digitale legate prin circuite electronice imprimate, fiind protejat impotriva factorilor de influenta externi (temperatura, umiditate, camp magnetic, curent electric, etc.) prin montarea in interiorul unei carcase de protectie metalice.

Primirea si schimbul de date cu elementele exterioare blocului de control electronic (senzori, actuatori, alte sisteme electronice) se realizeaza prin intermediul unei fise de conectare electrice care poate fi cu 35, 55, 85 de poli (in functie de tipul blocului electronic).

Schema blocului de control electronic ce echipeaza sistemul de injectie MOTRONIC este prezentata in figura 3.40.

88

Valorile initiale ale marimilor de proces destinate a fi comparate cu valorile instantanee in vederea luarii deciziilor automate pentru optimizarea valorilor cnrente precum si programul de gestiune a datelor si de optimizare a acestora este stocat in memoria ROM (memone permanenta) sau EPROM (memone semipermanenta).

3.2.21.2 Interfata cu alte sisteme electronice

Blocul de control electronic permite interconectarea cu alte sisteme de control si comanda electronice datorita existentei in cadrul autovehicolului a unui sistem de transfer de date tip CAN (Controller Area Network)

Sistemul de transfer de date CAN este standardizat ISO 11898, iar reteaua de protocol este dimensionata pentru transmiterea informatiilor cu o viteza minima de 125 KBytes/s si maxima de 1 MBytes/s (standard ISO 11 519-2).

Fig.3.40 Schema blocului de control electronic a sistemului de injectie MOTRONIC

89

Principalele sisteme electronice cu care conlucreaza blocul de control electronic in scopul realizarii unei functionari optime ale autovehiculului sunt: – transmisia si sisteme de control electronic ale transmisiei; – sistemul de control electronic al acceleratiei EMS; – sistemul de franare ABS; – sistemul de antipatinare ASR;
– computerul de bord;
– sisteme de comunicatii mobile;
– sisteme de diagnosticare externa.

3.2.22 Sistemul de injectie MONOMOTRONIC

Sistemul de injectie MonoMotronic (Fig. 3.41) este un sistem de injectie hibrid realizat prin aplicarea avantajelor derivate din constructia si functionarea sistemelor de injectie Motronic si MonoJetronic.

Datorita faptului ca blocul de control electronic utilizeaza senzori suplimentari pentru controlul injectiei de combustibil si al procesului de aprindere, sistemul de injectie hibrid MonoMotronic prezinta urmatoarele avantaje:

injectia unei cantitati de combustibil dozate precis;

reducerea comsumului de combustibil si a emisiei de gaze poluante prin
determinarea exacta a inceperii procesului de apnndere;

stabilizarea superioara a turatiei nominale;

imbunatatirea caracteristicilor de raspuns dinamic al motorului in regimurile de
accelerare si decelerare;

– adaptabilitatea sistemului de injectie la utilizarea sistemelor auxiliare ale
autovehiculului (transmisie automata, instalatii de climatizare etc.).

Controlul functiilor tehnice la automobile, prin intermediul elementelor de inteligenta artificiala, s-a impus in ultimii 20 de ani si cunoaste o generalizare a aplicatiilor. Acest fapt a devenit posibil, datorita perfectionarii microprocesoarelor in tehnologie CMOS, implicit a microcontrolerelor care se bucura de avantaje pnvitoare la

90

PR0IECT DE DIPLOMA

fiabilitate, la imunitate fata de vibratiile mecanice si zgomotele de natura electrica, necesita consum energetic redus, prezinta o buna comportare la semnale in regim tranzitoriu si pot functiona intr-o gama larga de temperaturi.

Implementarea mecatronicii in structura automobilelor, confera avantaje legate de economia de combustibil, de scaderea poluarii mediului, de sporirea sigurantei in trafic si de cresterea confortului si nivelului de informatizare a conducatorului. Principalele structuri procesate intr-un automobil modern sunt: echipamentul de aprindere si instalatia de carburatie electronica, schimbarea treptelor la cutiile de viteza automate, sistemul de antiblocare a franelor, aparatura de masurare si control, echipamentul audio Hi-Fi,

sistemul de semnalizare a avariilor, instalatia de climatizare, aparatura de orientare (navigatie) GPS pnn satelit, sistemele de securizare antifurt, sistemele de preincalzire ale motorului si a habitaclului de la distanta in perioade geroase, precum si actionarea automata a stergatoarelor de parbriz la aparitia picaturilor de ploaie sau de aprindere a farurilor la scaderea iluminarii mediului, sistemele de anticoliziune in trafic sau la mersul inapoi, aparatele de sinteza ale vocii umane, etc.

Fata de procesarea individualizata pe structuri componente, caracteristica inceputului, in ultimul timp exista tendinta de concentrare si coordonare a functiilor, in echipamente puternice de calcul.

91

CAPITOLUL IV

Elemente privind calculul sistemului de alimentare

4.1 Avansul ,aprinderea,carburatia si emisia gazelor.

Procesarea motorului, are ca principal obiectiv, optimizarea functionala a sistemelor de aprindere electronica si de injectie a carburantului. De la caz la caz, pot fi incluse in aceasta categorie si componente referitoare la supraalimentare (sistemele turbo) respectiv elemente de ungere-racire specifice, precum si sisteme filtrante catalitice pentru depoluare, reglate electronic. La sistemele de aprindere bazate pe injectia de combustibil in galeria de admisie, sau chiar direct in cilindru, senzorii plasati in zona motorului, ofera informatii asupra parametrilor functionali: turatia arborelui cotit sau a axei (axelor) cu came, viteza de deplasare, temperatura agentului de racire si a mediului, valoarea depresiunii din galeria de admisie, temperatura si densitatea sau masa aerului la aspiratie; informatii de la sonda X de oxigen O2, presiunea din rampa de ungere si altele. Datele furnizate, sunt preluate si prelucrate de blocul de procesare, dupa efectuarea conversiei analog /digitale de catre elemente specifice de interfata.

92

PR0IECT DE DIPLOMA

Fig.4.1 Schema bloc simplificata a unui sistem de comanda a aprinderii

Datele introduse prin program, au ca rezultat atat semnale de comanda, pentru determinarea momentului deschiderii succesive si duratei de mentinere deschisa a injectoarelor, cat si intervale de timp pentru declansarea "in avans" a aprinderii amestecului carburant.

Se subliniaza faptul ca nu exista un algoritm unic pentru optimizarea momentului declansarii scanteilor la bujii. Pentru acest motiv, constructorii etectueaza teste repetate asupra procesului de ardere a combustibilului si supravegheaza desfasurarea acestuia, in variate regimuri functionale in sarcina si la mers in gol ale motorului. Stint analizate totodata si produsele de ardere evacuate.

Valorile numerice discrete masurate si optimizate, la finalizarea cercetarilor, sunt retinute si apoi pregatite in mod adecvat, spre a fi memorate in unitatea de calcul. Efectul dozarii optimale a carburantului si declansarea scanteii la momentul oportun, au ca efect in primul rand, minimizarea consumului, cresterea durabilitatii componentelor motorului, scaderea gradului de poluare al mediuliu si scaderea zgomotului, respectiv a vibratiilor intretinute in functionarea motorului.

93

Avansul se masoara prin unghiul descris de volant, din pozitia declansarii scanteii la bujie, pana la atingerea de catre piston in cilindru a punctului mort superior. Se stie ca avansul aprinderii amestecului carburant, spre exemplu, la un motor de automobil, depinde in cea mai mare masura de nivelul sarcinii si de regimul sau de functionare. Evident, pe langa alti factori deloc de neglijat, intervine si calitatea combustibilului prin cifra octanica, insa aceasta nu se modifica decat la o schimbare a calitatii benzinei, fapt ce impune o reglare pozitionala adecvata a distribuitorului, operatie ce poate fi executata numai cu aparatura specializata.

In tabelul 4.1 se exemplifica date optimizate pentru unghiul de avans A, la un anumit tip de motor, in functie de sarcina (de presiunea din galeria de admisie) si de turatie. Valorile acopera prin puncte discrete, intregul domeniu de functionare.

Tabelul 1.1

94

PR0IECT DE DIPLOMA

Valoarea optima a avansului de 26°, spre exemplu, corespunde presiunii de 794 mb, la turatia de 4992 rot/min. Valoarea convertita in hexazecimal, este inscrisa in memorie prin 1A, careia ii corespunde in cod binar notatia OOOl 1010.

Avansul, care este intr-o prima aproximatie o functie de doua vanabile, se poate reprezenta grafic prin cartografiere, intr-un sistem cartezian prevazut cu trei axe ortogonale. Prin programul de interpolare, avansul A poate fi calculat si corectat continuu, pentru orice regim cuprins in domeniul functional.

De pilda, daca la un anumit moment dat, presiunea absoluta din galeria de admisie are o valoare intermediara, spre exemplu: p = 840 mb, iar turatia motorului este de n = 4500 rot/min, microprocesorul, prin programul instalat, va calcula corectia avansului pentru noul regim functional.

Tehnica de interpolare este simpla. Corectia avansului se face asupra fiecarei axe. Relatia matematica defineste intai un coeficient de forma (vezi tabelul 4.1):

95

ki = p – Pi / P2 – Pi rezulta k, = 0,4 in care: p = 840 mb; p2 = 909 mb; p, = 794 mb

schimbarea avansului cauzata de modificarea presiunii se calculeaza prin interpolarea
liniara.
Ap = A, + (A2 -A,) kj rezulta Ap = 21,4°

la turatia de 4032 rot /min, avansul are semnificatia:

Ap la presiunea de p = 840 mb; Ai la pi = 794 mb; iar A2 la p2 = 909 mb.

Cel de al doilea coeficient de interpolare, se calculeaza cu expresia:

k2 = n – nl / n2 – ni prin calcul rezulta: k2 = 0,49

unde: n = 4500 rot / min, Di = 4032 rot / min, iar n2 = 4992 rot / min

Avansul calculat si corectat in conditiile mentionate:

A = AP-I-(A3-A2)k2

vaii A = 21,89" (in calcul s-au considerat valorile A3= 26° si A2= 25°)

Corectia avansului in forma prezentata nu este definitiva. Ea corespunde doar functionarii motorului in stare calda stabilizata, adica la parametri normali.

Algoritmul de calcul pentru avansul efectiv, cuprinde si anumite corectii determinate de diverse abateri. In fig.55 este prezentata o organigrama posibila, care sta la baza realizarii programului complet de reglare a avansului.

Instalatia de aprindere clasica, cuprinde dupa cum se cunoaste ca principale elemente: bobina de inductie, ruptol-distribuitor, conductoarele de joasa si inalta tensiune cu fisele respective, bujiile, cheia de contact, elementele de deparazitare electromagnetice, elementele de protectie si sursa de energie. La automobilele cu comanda electronica, s-a trecut in numeroase cazuri, de la solutia cu bobina de inductie unica, la montarea in imediata vecinatate a bujiilor, a unor bobine pentru fiecare cilindru in parte, iar ruptorul distribuitorului (element supus uzarii) a fost inlocuit prin solutii electronice de comanda a aprinderii, bazate pe senzori inductive, opto-electronici sau cu efect Hall. In ultimele variante de apnndere, s-a renuntat chiar si la distributor. La solutiile alternative, bobinele de inductie sunt comandate prin comutatoare statice, care pot asigura chiar si aprinderea simultana in cilindru pozitionat identic pe arboreie cotit.

96

Inlocuirea solutiei clasice de distributie, conduce la cresterea fiabilitatii sistemului de aprindere, pentru ca sunt eliminate componentele distribuitorului supuse uzurii mecanice si electrochimice.

Fig 4.3 Schema bloc principala

In fig.4.3 este prezentata o schema bloc principiala prin care se iau decizii pentru semnalele de iesire, functie de cele de la intrare, pe baza programului si a bazei de date stocate in memoriile interne si externe ale microcontrolerului.

97

Fig.4.4 Schema bloc dezvoltata pentru comanda carburatiei si aprinderii prin

scantei.

Instalatia de alimentare cu benzina, este alcatuita din pompa actionata electric, filtrul de benzina, conductele pentru circutatia benzinei in sensul "tur" si "retur" prevazuta cu supapa de asimilare superioara a presiunii carburantului si din injectoare. Ventilele electromagnetice ale injectoarelor sunt cuplate indirect la microcalculator (microcontroler sau ECU-electronic center unit) care comanda si optimizeaza procesul de carburatie si aprindere-ardere a amestecului din cilindru.

Injectia de combustibil a cunoscut o modernizare in timp. De la solutia monopunct, s-a trecut la injectia multipunct in galerie, in imediata vecinatate a supapelor de admisie. Preocuparile din ultimul timp, sunt orientate catre aplicarea procedeului de injectie a benzinei direct in cilindru (la presiuni foarte ridicate de ordinul a peste 100 de

98

bari). Se studiaza trecerea de la injectorul actual, de "tip ventil comandat" la injectoarele de tip "actuator electromagnetic comandat" (realizat sub forma de pompa electromagnetica cu piston).

Orice sistem procesal destinat automobilelor, necesita componente periferice specifice, prin care unitatea de calcul comunica cu mediul: senzori, elemente de executie, dispozitive de redare a informatiei si interferenta pentru acestea. O schema bloc generala pentru comanda functionarii aprinderii prin scantei si carburatiei motoarelor este prezentata in fig. 58.

In schema respectiva, semnalele de intrare ar putea fi grupate astfel: – dupa forma, de tip totul sau nimic (poz.1, 12, 11, 14)

– semnale variabile de la senzori (poz. 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 12, 13-semnale pentru controlul avansuiui si ai unghiului Dwell (poz.8,13). In fig. 59 se prezinta o sectiune printr-un injector de benzina.

Bobina de excitatie si a electromagnetului, pusa sub tensiune prin blocul contactelor de cuplare 6, atrage armatura sa mobila 3 si comprima arcul elicoidal de presiune 4. Prin aceasta actiune, are loc concomitent retractarea bilei sau a tijei terminata printr-un suft tronconic, permitandu-se astfel supapei de control 2 a injectorului deschiderea (cca. 0,05 mm).

Benzina din rampa de alimentare, aflata la o presiune de 2,5..3 (4) bar, patrunde prin cupla 7, traverseaza corpul injectorului si supapa, placa difuzoare apoi diuza de iesire 1. Prin orificiile calibrate ale diuzei situate la varful injectorului, se produce pulverizarea foarte fina a benzinei in galeria de admisie.

In fig.4.5 sunt prezentate principalele componente din structura tipica a unui sistem procesat pentru aprindere prin scantei si carburatie cu injectie.

99

Fig. 4.5 Sistem de aprindere prin scanteie si carburatie cu injectie

4.2 Calculul si proiectarea unui sistem electronic care sa inlocuiasca aprinderea clasica a automobilului.

Schema electrica clasica a aprinderii:

Fig. 4.6

100

Ruptorul cu platina prezinta anumite dezavantaje. Prin el circuland un curent de cca. 5A, in momentul cand platinele sunt foarte apropiate, atat la inchidere cat mai ales la deschiderea lor, apare un fenomen de tunelare, o scanteie care in timp duce la topirea suprafetelor contactului si la sudarea lor. Din punct de vedere electric aceasta tunelare duce la o inchidere prematura a circuitului electric, la un curent mai mic, lucru ce impiedica obtinerea unui front abrupt, si deci a unei variatii bruste a tensiunii in secundar, fapt ce se reflecta in intensitate scazuta a scanteii

Este de dorit sa inlocuim acest mecanic cu un comutator electronic, in speta cu un tranzistor bipolar de comutatie. Acest tranzistor necesita un circuit de comutare specific. Un astfel de circuit este prezentat in figura4.7

Frecventa maxima de comutare a circuitului este de 200Hz, frecventa ce corespunde turatiei de 6000 ture/min.

Acestei turatii ii corespunde o frecventa de 400Hz. La motorul cu 4 timpi arborele motorului face doua turatii pentru fiecare explozie. Deci aceasta frecventa se imparte la 2 rezultand 200Hz.

Fig.4.7 101

PR0IECT DE DIPLOMA

Cunoastem curentul maxim ce trece prin bobina de inductie. Acesta are o valoare de 5A. Trebuie sa cautam un tranzistor care sa aiba curentul nominal de colector de valoare mai mare. Alegem tranzistorul de comutatie MJE13007; acesta are Ic=8A. Valoare suficient de mare, care asigura o marja de siguranta suficienta. Valoarea tensiunii colector-emitor maxima este de 400V, mai mult decat suficienta, chiar pentru varfurile de tensiune date de circuitul oscilant format din primarul bobinei de inductie si condensatorul C2. Nu este necesara deci montarea unei diode de protectie antiparalel cu tranzistorul.

Pentru calculul puterii disipate de catre componentele circuitului trebuie sa avem in vedere factorul de umplere al semnalului de comanda. Acesta este egal cu unghiul Dwell. Acesta reprezina procentul din timp in care ruptorul sta deschis. Are uzual valoarea de 63%. Tranzistorul este comandat pe restul timpului, deci pentru 37% din timp.

Deci componentele ce functioneaza pentru comanda tranzistorului de comutatie vor disipa puterea numai pentru 37% din timp. Acesta se traduce printr-un factor de demultiplicare a puterii nominale al componentelor de 37%.

La curentul de colector de 5A puterea disipata de tranzistorul de comutatie este de:

P = VceSAT *Ic = 2V *5A =10W

Aceasta putere este disipata numai pentru perioada in care ruptorul este inchis, deci puterea medie disipata este de: Pm=15W*37%=3.7W

Tranzistorul va necesita un radiator de racire.

Din foaia de catalog a tranzistorului MJE13007 aflam factorul de amplificare la un curent direct de 5A ca fiind de 10.

102

Deci curentul de baza este de 0.5A. Acesta este comandat de tranzistorul T2. Acesta trebuie deci sa aiba curentul de colector de minim 0.5A. Din catalog alegem BD237 cu Ic=2A si Vcesat=0,6V.

Fig.4.8

Circuitul de comanda al bazei este format din R4, T2, Cl si Dz conform figurii

4.8:

In regim stationar condensatorul C1 este incarcat deci nu influenteaza curentul prin circuit. Rezistenta R4 se calculeaza conform relatiei:

Curentul de varf prin circuitul bazei va fi mai mare, condensatorul C1 eliminand caderea de tensiune pe dioda Zenner.

103

Acest curent va fi mai mare numai pana cand condensatorul C1 se incarca. Timpul de incarcare, si implicit timpu cat curentul in baza tranzistorului T4 este mai mare decat cel necesar trebuie sa fie egal cu timpul de comutare la deschidere al tranzistorului. Din catalog acest timp este de 1.6μs.

Alegem valoarea uzuala de 100nf.

Puterea instantanee continua disipata de rezistenta R4 este de:

Puterea de varf este disipata pentru un timp de 1.6μs, fata de perioada de oscilatie care este de minim 5ms. Deci poate fi usor neglijata. Puterea medie disipata de rezistenta este:

Pentru siguranta alegem o rezistenta cu puterea nominala de 2W. Puterea disipata de tranzistorul T2 este egala cu:

PT2 = VceSAT * IC = 0.6V * 0.5A = 0.3W

Aceasta putere este cu mult mai mica decat puterea nominala a tranzistorului BD237 care este de 25W. Acesta nu necesita radiator de disipare al caldurii. Puterea pe dioda zenner:

104

Alegem o dioda cu puterea nominala de 1W.

Fig. 4.9

Circuitul format din C1, T3 si R5 asigura blocarea tranzistorului pe perioada cand platina este deschisa. Condensatorul este incarcat la o tensiune de 3.3V data de dioda Zenner. Aceasta nu mai intervine in circuit deoarece este polarizata invers la o tensiune egala cu cea nominala, prin ea trecand doar curentul de saturatie care este neglijabil. Condensatorul se comporta ca o sursa de tensiune ce are rolul de a extrage purtatorii din baza tranzistorului. Oricum condensatorul se descarca pe rezistenta R5. timpul de descarcare este egal cu timpul de stocare al purtatorilor de sarcina in baza tranzistorului plus timpul de blocare al acestuia. Din catalog acestea sunt:

TMENTINERE= 3μs

TOFF=0.7μs

105

Timpul de descarcare al condensatorului trebuie deci sa fie de 3.7μs.

5*C1»

Alegem o rezistenta de 39 H. Curentul de varf va fi de:

Puterea de varf disipata de R5 este de:

P = I2*R5 =135mW

Alegem o rezistenta de 0.25w

Curentul este mult mai mic deci putem alege un tranzistor de mica putere pentru T3. Alegem BC 251 cu Ic=100mA. Factorul de amplificare in curent direct pentru acest tranzistor este de peste 100.

Rezistenta R3 trebuie sa asigure atat polarizarea tranzistorului T3 cat si blocarea tranzistorului T2.

Acesta are ß=40 si deci curentul prin baza sa trebuie sa fie de minim

valoare

106

Alegem l kΩ pentru R3. Puterea disipata de R3 este de

P=I2*R3=156mW

Alegem o rezistenta de 0.25W

Curentul prin tranzistorul T1 este suma dintre I prin R3 si Ib2

IC2 = IR3 + IB2 = 25mA

Alegem un tranzistor BC251.

Curentul de baza al lui T1 este de

Alegem o rezistenta de 43kΩ

Rezistenta R1 are rolul de a limita curentul prin platina. Alegem un curent de 250mA, suficient de rnic pentru a nu mai avaria platina. Rezulta rezistenta R1:

Alegem o rezistenta de 47Ω.

Puterea instantanee disipata este de:

107

Puterea medie continua este de 3W*37%=1.1W. Alegem o rezistenta cu puterea nominala de 1.5W.

Curentul prin platina va fi suma dintre curentul prin Rl si pnn R2.

IPt = 250mA + 0.25mA = 250mA

In figura 4.10 putem observa formele de unda ale semnalelor din colectorul tranzistorului T4 si din baza sa in functie de semnalul de la intrare (ruptor).

Se observa supra cresterile tensiunii bazei datorate circuitului format din C1 si Dz. Acestea sunt necesare pentru comutarea rapida a tranzistorului bipolar.

Fig. 4.10

108

Fig. 4.11

4.3 Calculul si proiectarea injectorului electromagnetic

Determinarea debitului unghiular mediu, viteza relativa medie de injectie, diametrul orificiilor si viteza combustibilului prin orificiile injectorului.

Injectorul este destinat unui motor in 4 timpi care dezvolta 154 KW (210 CP) la 2500 rpm. Se cunoaste ce=245 g/ kWh (180 gf/CPh): μ0 = 0.7; i=4 cilindri;

Zj =l orificiu; Δαj = 20° RA; ρc = 850kg / m3; pi0=230 daN/cm2,pcil=30 daN/cm2;

Dimensionarea orificiilor pulverizatorului :

[mm3/ciclu] 109

[mm3/ciclu]

Debitul mediu de combustibil este

Viteza relativa de injectie este

In functie de numarul de orificii pentru motorul in 4 timpi

[mm]

110

PR0IECT DE DIPLOMA

[mm]

Coeficientul de debit μ0 al orificiului pulverizatorului variaza intre 0.65…0.70.

Diametrul orificiului nu trebuie sa coboare sub 0.1 …0.2 mm, valoare limitata de tehnologia de fabricatie

Viteza de curgere prin orificiul pulverizatorului este

4.4 Sonda lambda

4.4.1 Determinarea valorii coeficientului de dozaj (X)

Optimizarea amestecului aer-combustibil este un proces important in realizarea unor performante de functionare superioare ale motorului, dar in acelasi timp in conditiile utilizarii unor sisteme catalitice de eliminare sau micsorare a nivelului de gaze nocive emise (datorate procesului de ardere) este importanta supravegherea realizaii unui amestec aer-combustibil corect, relativ la conditiile de functionare momentane ale motorului.

Sistemele catalitice de eliminare sau micsorare a emisiei de gaze poluante (cu doi cai, cu trei cai) au in constructia lor o sonda chimica (sonda lambda) care analizeaza valoarea oxigenului rezidual prezent in gazele de ardere. In functie de valorile determinate, sonda lambda transmite aceste informatii catre blocul de control electronic, bloc care determina modificarea parametrilor de functionare ai motorului pentru realizarea unor emisii poluante minime.

111

PR0IECT DE DIPLOMA

Sonda lambda este amplasata pe parcursul circuitului de evacuare si este astfel construita ca un electrod chimic sa fie in contact cu gazele de evacuare, iar cel de-al doilea electrod chimic sa fie in contact cu aerul atmosferic. Cei doi electrozi chimici sunt construiti pe baza unui aliaj de platina si sunt separati prin intermediul unui izolator ceramic (Fig. 4.22) cu proprietati speciale de permisivitate a moleculelor de oxigen.

Fig. 4.22. Schema de principiu a sondei lambda

1- senzor ceramic;2 – electrozi; 3,4 – contacte electrice; 6- strat ceramic; 7 – gaze de

ardere ; 8 – aer

Deoarece la temperaturi mari materialul ceramic devine permisibil pentru moleculele de oxigen, concentratia de oxigen masurata la cei doi electrozi chimici va fi diferita si apare o diferenta de potential electric (tensiune) intre acesti doi electrozi.

Pentru valoarea stoechiometnea a amestecului aer-combustibil (X.=l) are loc o cadere de tensiune masurata la bornele electrozilor, tensiune care este luata in con-siderare de catre blocul electronic de control in analiza datelor necesare optimizarii regimului de functionare al motorului (Fig. 4.23).

112

Fig. 4.23. Caracteristica de tensiune (Us) masurata la bornele unei sonde lambda: a — amestec bogat (deficit de aer); b — amestec sarac (exces de aer).

Pentru obtinerea unor rezultate exacte in ceea ce priveste informatiile referitoare la cantitatea de oxigen rezidual prezent in gazele de evacuare, este necesar ca sa fie atinsa o temperatura suficient de mare ca materialul ceramic ce izoleaza cei doi electrozi chimici sa devina conductor. Astfel pentru o sonda lambda normala temperatura gazelor de evacuare trebuie sa fie de 3500C, iar pentru o sonda lambda cu incalzire proprie de 200°C.

Sonda lambda cu incalzire proprie este o constructie ce utilizeaza acelasi principiu de functionare pentru sonda lambda normala, dar avand o serie de elemente suplimentare care ajuta sonda sa ajunga la temperatura nominale de functionare independent de temperatura gazelor de evacuare (Fig. 4.24).

113

Fig 4.248. Sonda lambda cu incalzire proprie: 1 – carcasa; 2 – tub ceramic; 3 -conexiuni electrice; 4 – tub de protectie (prevazut cu orificii); 5 – senzor ceramic, 6 -contact; 7 -tub de protectie; 8 – element de incalzire rezistiv; 9 – clema elastica de contact.

Elementul termorezistiv realizeaza mentinerea unei temperaturi a materialului ceramic in jurul valorii de 35O°C, chiar daca gazele de evacuare an temperaturi inferioare celor necesare pentm o functionare nominala a sondei (fenomen prezent la pornirea la rece a motorului). Avantajele utilizarii unei sonde lambda incalzite fata de o sonda lambda normale sunt:

– functionarea normala chiar si la temperaturi mici ale gazelor de evacuare;

– independenta fata de variatiile temperaturii gazelor de evacuare;

– acuratetea datelor transmise catre blocul de control electronic;

– posibilitatea montarii in orice punct al sistemului de evacuare.

114

Fig 4.25 Diagrama de functionare a caracteristicilor sondei lambda

115

BIBLIOGRAFIE

[1] BATAGA, N., BURNETE, N., CAZILA A., RUS, I, SOPA, S., TEBEREAN, I., -1995 – Motoare cu ardere interna, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica.

[2] BARLEA N. MARIUS, 2000- Fizica senzorilor, Cluj-Napoca, Editura Albastra.

[3] BURNETE, N., BATAGA, N., KARAMUSANTAS, D., 2001 – Constructia si calculul motoarelor cu aprindere interna (mecanismul motor) Editura Todesco, Cluj-Napoca.

[4] CHISIU, A., MATIESAN, D, MADARASAN, T., POP, D, 1981 – Organe de masini Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica.

[5] DEMIAN, T., 1980, – Elemente constructive de Mecanica Fina, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti.

[6] GLIGOR OCTAVIAN; 2003- Strucruri mecatronice, Timisoara, Editura Politehnica.

[7] GRUNVALD, B., 1980 – Teoria, calculul si constructia motoarelor pentru autovehicule rutiere, Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica.

[8] HANDRA-LUCA V, STOICA, I.A., 1982, 1983, – Introducere in teoria mecanismelor, Vol. 1, 2, Editura Dacia, Cluj-Napoca.

[9] MARINCAS, D. ABAITANCEI, D., 1982 – Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti.

[10] MARIASIU F., 200-Sisteme moderne de injectie, Editura Sincron, Cluj-Napoca.

[11]MATIES,V., 1998-Mecatronica. Editura Dacia, Cluj-Napoca,

[12] MAT1ES, V, MANDRU, D., BALAN, R., TATAR, M.O., RUSU, C, 2001, -Tehnologie si educatie mecatronica, Editura Todesco, Cluj-Napoca,

[13] MATIES, V., MIRESCU, S., MANDRU, D , BALAN, R., TATAR, M.O., RUSU, C, 2002, – Tehnologie si educatie mecatronica. Auxiliar curricular. Editura Economica, Bucuresti.

[14] STRATULAT, M., SOIMAN, M., VAITEANU, D., 1977 – Diagnosticarea automobilelor, Editura Tehnica Bucuresti.

[15] V1SA, I., 2002, – Modelarea sistemelor mecanice ca sisteme multicorp in designul de produs, Lucrarile Simpozionului National PRAS1C '02, Brasov, Vol. III-Design de Produs, pag. 255-264.

[16] Prospectul firmei FESTO " MECATRONICA, ATITUDINE SI TEHNOLOGIE"

[17] Colectia de reviste (1996-2003): Auto Motor und Sport; Automondial; Autotest; Autoturism; Auto Pro.

[18] Legislatia privind siguranta circulatiei

[19] Catalog general de rulmenti Nr. 7193, Brasov, 1993.

[20] www.autozine.home.ro

[21] www.automotive.com

[22] www.bosch .com