SENZORI și TRADUCTOARE pentru SISTEMELE de [627796]

1

SENZORI și TRADUCTOARE pentru SISTEMELE de
MONITORIZARE și DIAGNOSTICARE ale
AUTOMOBILELOR HIBRIDE

RUSEN LUCIAN

2
1. CE SUNT SISTEMELE HIBRIDE DE PROPULSIE ?

Sub denumirea de sisteme hibride de propulsie sunt definite acele sisteme care au ca sursă de
energie o mașină termică motoare (având combustibil benzin ă sau motorină ) și încă o sursă de energie , un
motor electric , conectat la un set de baterii de acumulatori. Mașina electrică poate lucra, separat sau
împreună , cu motorul termic pentru stimularea roților motoare ale auto vehiculului . De asemenea , acest tip
de auto vehicul este capabil să recapete , în modul frânării, energia consumată de motor în procesul de
accelerare, folosind -o pentru alimentarea bateriilor de acumulatori.
O altă caracteristică importantă a sistemelor hibride constă în existența a minimum două moduri
de stocare a energiei folosite pent ru propulsarea autovehiculului hibrid: rezervorul de combustibil, al
motorului termic, în care energia este stocată într -o formă foarte concentrată, constituie una dintre variante .
Cea de-a doua este format ă din acumulatori, care pot stoca, pentru o vreme surplusul eventual de energie,
dar pot furniza in caz de nevoie , energia necesară autovehicul ului.
În comparație cu autovehicul ele clasice cele hibride au următoarele avantaje:
a) –consum de combustibil mai mic, respectiv emisii mai reduse de CO2;
b) –emisii poluante zero –Zero Emission Vehicle (ZEV);
c) –recuperarea energiei rezultate în urma proceselor de frânare .
În funcție de modul în care se transmite fluxul de putere la roțile motoare transmisiile hibride pot
fi: a) – serie; b) – paralel; c) – mixte.
La transmisiile hibride serie , stimularea roților motoare este asigurată de către mașina electrică .
Motorul cu ardere internă antrenează la rotație un generator electric, care, la rândul său, alimentează mașina
electrică , prin conductori electri ci.
La transmisiile hibride parallel, stimularea roților motoare poate fi asigurată și de motorul cu ardere
internă și de mașina electrică, prin folosirea unor mecanisme divizoare sau sumatoare de putere (de obicei
un mecanism planetar).

Oportunitățile pentru autovehicul ul diesel hibrid sunt limitate. Acesta trebuie să facă față acelorași
restricții pe care le întâmpină autovehicul ele echipate numai cu motoare diesel, legate de emisiile poluante,
în ciuda faptului că realizează economii de combustibil importante .
Ideea de utilizare a unei mașini electrice ca suport pentru motorul termic este folosită in diverse
aplicații de vehicule utilare.
Problema mare a unui motor termic este randamentul efectiv scăzut, de maxim 40%, în timp ce un
motor electric funcționează cu un randament de circa 95%. Așadar, pe autovehicul , în momentul în care
motorul termic dezvoltă un moment motor insuficient sau un consum mare de combustibil este indicat ca
fluxul de putere să fie suplimentat de o sursă suplimen tară de energie, care, în cazul autovehicul ului hibrid,
este electrică. Aceasta sursă energetică suplimentară este mult mai puțin poluantă decât poluarea datorată
motoarelor termice actuale. Stimularea electrică a roților motoare poate fi asigurată fie ind ependent, fie î n
tandem cu stimularea datorată motorului termic.

1.1 Modul de deplasare hibrid
Acest mod de deplasare, Fig 1.1 , este folosit în cazul accelerărilor intense. În caz de accelerare
puternică bateriile de acumulatori BA de tensiune înaltă furni zează putere suplimentară mașinii electrice
ME, care se adaugă puterii motorului termic MT, rezultând o accelerare lineară și elastică pentru
autovehicul . În acest mod de deplasare , în mecanismul planetar -MP se reunesc fluxurile de putere
dezvoltate de cele două surse energetice ale autovehicul ului: fluxul de putere de la motorul temic MT, prin
ambreiajul A și fluxul de putere de la mașina electrică ME, alimentat de acumulatori i BA.

3

Fig. 1.1 Schema de funcționare în mod ul accelerărilor intense.
Semnificația notațiilor Feste următoarea: MT -motor termic; BA -baterie de acumulatori; ME –
mașină electrică; MP -mecanism planetar; CV -cutie de viteze; RM -roți motoare.

1.2 Modul de deplasare integral electric
Acest mod de deplasare, Fig 1.2 , este recomandat să fie folosit în transportul urban. La funcționarea
cu antrenare integral electrică autovehicul ul nu poluează și este mai silențios ca la funcționarea cu motor
termic.

Fig. 1.2. Schema de funcționare î n mod de deplasare integral electric.

1.3 Modul de mers numai cu motorul termic și re încărcarea bateriilor
Mod ul de deplasare având ca sursă de energie numai motorul termic este recomandat să fie folosit
în afara localităților, în mod de mers pe autostradă. În acest mod surplusul de putere al motorului termic
MT este folosit pentru reîncărcarea bateriilor BA.
În acest mod, Fig. 1.3 , mecanismul planetar MP joacă rolul unui dispozitiv de distribuire a fluxului
de putere primit de la mot orul termic:o parte este folosită pentru stimularea roților motoare ale
autovehicul ului, iar cealaltă parte este folosită pentru stimularea mașinii electrice ME, care este, în acest
caz, generator e lectric. Acesta încarcă bateriile de acumulatori BA, asigurând menținerea acestora la o stare
de încărcare optimă, prin urmare să fie asigurat un randament global optim.

4
Generatorul electric este de tip asincron, lucrând în curent alternativ. Pentru a oferi o putere
suficientă la sarcină ridicată generatorul lucrează la 10.000 rot/min.
În raport cu motoarele electrice clasice, care lucrează la 6500 rot/min, noul generator are un rotor
ranforsat care -i permite să preia constrângeri rotative superioare. Felul său ridicat de funcț ionare crește
puterea oferită la viteze medii, având avantajul unui răspuns eficient la accelerări.

Fig.1.3. Schema de funcționare î n mod de deplasare cu motorul termic

1.4 Modul de deplasare cu recuperare de energie
Mod ul de deplasare cu recuperare de energie este specific modurilor de frânare ale autovehicul ului.
În acest caz, F ig. 1.4, mașina electr ică ME este antrenată de roțile motoare RM ale autovehicul ului,
funcționând ca un generator electric . Sistemul preia așada r energia cinetică a autovehicul ului sub forma
energiei electrice, care este înmagazinată în bateriile de acumulatori BA. La oprire motorul termic MT este
automat oprit. Transmiterea fluxului de putere spre motor este întreruptă de către ambreiajul A.

Fig.1.4. Schema de funcționare î n mod de deplasare cu recuperare de energie

5
1.5 Motorul termic
Prin definiție, o mașină termică motoare transformă căldura produsă prin arderea unui amestec
combustibil în lucru mecanic . Se spune c ă este cu ardere internă deoarece arderea combustibilului utilizat
se face în interiorul motorului, produsele arderii intrând în componența amestecului combustibil. Pistonul ,
împreun ă cu mecanismul bielă -manivelă are rolul de a transforma energia termică în energie
mecanică. Patru timpi reprezintă succesiunea de transformări fizico -chimice ce au loc în motor pentru a
efectua un ciclu motor complet.

1.5.1 Elementele componente ale motorului pe benzin ă

.

Fig 1.5 . Secțiune printr -o mașină termică motoare .
Sursa: Wikimedia Commons
În figură se prezintă o secțiune printr -o mașină termică motoare cu piston:
1. bujie (în cazul unui motor diesel locul bujiei este luat de injector)
2. arbore cu came
3. supapa de admisie
4. galerie de admisie
5. chiulasă
6. blocul motor
7. arbore cotit
8. bielă
9. piston
10. bolț
11. segmenți
12. galerie de evacuare
13. supapa de evacuare
14. arbore cu came

6

Fig. 1.6. Senzori si traductoare de pe motorul pe benzina.
Sursa: RTR

1  Senzor de presiune si temperatura turbo 2  Clapa de admisie aer
3  Senzor de unghi al arborelui cu came 4  Injectoare
5  Senzor de presiune colectoare de admisie 6  Senzor de presiune de sina
7  Electrovalva de purjare canistru 8  Pompa de carburant de presiune joasa
9  Pompa de carburant de presiune ridicata 10  Electrovalva de defazaj a arborelui cu came
11  Electrovalva de debit nul 12  Termostat pilotat
13  Bobine de aprindere 14  Senzor de detonatie
15  Senzor de temperatura apa 16  Electrovalva Waste Gate
17  Senzor de oxigen amonte 18  Senzor de oxigen aval
19  Pompa de ulei 20  Turbo -charger
21  Electrovalva Pop Off 22  Senzor PMH

7
1.6 Sisteme de acționare reglabilă ale autovehicul elor electrice

În continuare vor fi evidențiate doar variantele și particularitățile principale ale motoarelor electrice
de tracțiune și ale convertoarelor lor de alimentare și reglare.
Dezvoltarea intensivă a automobilelor electrice a început în trecut cu motoarele și convertoarele
(variatoarele) clasice de curent continuu, ca fiind cele mai simple. Din cauza dezavantajelor motoarelo r de
curent continuu, în prezent principalul tip de acționare a autovehicul elor electrice îl constituie acționarea
cu reglare lină în frecvență a motoarelor asincrone în scurtcircuit, alimentate de la invertoare autonome.
Cu astfel de acționări sunt înzes trate majoritatea autovehicul ele electrice și hibrid electrice produse în SUA
. Însă companiile japoneze principale – Honda, Toyota, Nissan – utilizează motoare sincrone cu magneți
permanenți și cu traductoare de poziție pe rotor, denumite și motoare de cu rent continuu fără colector.
Principalul dezavantaj al acestor motoare este costul relativ mare al magneților permanenți.

1.6.1 Motor brushless sincron de 10kW pentru autovehicule hibride
Mașină electrică cu rol de sta rter-alternator. Realizată pe principiul mașinilor sincrone fără perii
cu magneți permanenți, se montează pe axul motorului termic, între acesta și cutia de viteze. Mașina
electrică (în mod de motor) și motorul termic funcționează împreună în modurile de vârf de putere cum ar
fi accele rarea sau urcarea unor pante. Motorul termic este oprit (când nu este necesar) la staționări
(exemplu: la stopuri) sau la coborârea unei pante. Bateria este încărcata prin frânare recuperativă sau, când
este necesar, prin stimularea directă a mașinii elec trice de către motorul termic (mașina electrică în mod de
generator).
Mașina electrică se montează între motorul cu ardere internă și cutia de viteze

Fig. 1.7. : Secțiune motor BLDC
Motorul fără colector și perii (BLDC) , este un motor electric sincron alimentat în curent continuu,
care funcționează cu ajutorul unui ansamblu electronic de comutație. Comutarea necesară învârtirii
rotorului este comandată și controlată prin intermediul unui circuit electronic cu microproces or.
Trei faze invertoare sunt necesare pentru a conduce motoarele BLDC. Invertoru l este format din
trei punți H , comutarea superioar ă și inferioară , controlate folosind semnale complementare. Este
important de a păstra un delay (reținere) între comutările de la „0” la „1” și invers. Acest lucru va elimina
apariția un potențial scurt pe switch -uri.

8

Fig 1.8. Diagrama bloc a circuitului de comandă

Pentru perceperea poziției reale a rotorului aflat în mișcare și a număru lui de rotații pe unitatea de
timp (turație) se folosesc diferite metode:
 Senzori Hall;
 Senzori optici dispuși pe stator;
 Comutare nesenzorizată;

Pentru comutarea nesenzorizată a sensului curentului, se percepe poziția reală momentană a
rotorului folosind contratensiunile induse în bobinele statorului, care sunt recepționate de circuitul de
comandă și control electronic (microprocesat), și prelucrat e ca atare (valorificate). Totuși pentru a putea fi
folosite respectivele tensiuni, este necesar mai întâi, ca rotorul să ajungă la o anumită turație și de aceea,
pornirea acestui tip de motoare (MCCFP = motoare de c.c. fără perii) cu comutare nesenzorizat ă se face
fără control al poziției la fel ca la motoarele sincrone clasice.

9
1.6.2 Motorul SRM (Switched reluctance machine)

Această mașină electrică reprezintă o combinație a motoarelor pas cu pas și a motoarelor sincrone
reactive (cu rotor masiv ), înzestrate cu traductoare de poziție și cu o comandă specială. Statorul lui este
asemănător cu statorul motoarelor pas cu pas, fiind constituit din poli înfășurați cu bobine . Fiecare pereche
diametral opusă de poli, cu bobinele conectate în serie, alcătu iește o fază. Ca urmare, numărul de poli este
egal cu
ZS = 2 k m .
unde k = 1, 2, 3, … – un număr întreg; m – numărul de faze statorice.
Rotorul este mare și dințat, în care fiecare dinte reprezintă un pol. Numărul de dinți sau poli ai
rotorului însă nu trebuie să ie egali cu numărul de poli ai statorului, de aceea
ZR = 2(km ± 1)
Această particularitate este neces ară pentru a crea o asimetrie a sistemului magnetic.
Fazele statorice au o alimentare discretă cu impulsuri de o singură polaritate, la fel ca și la MPP,
obținute cu ajutorul unui comutator electronic cu tranzistoare. Frecvența și succesiunea acestor im pulsuri
însă este determinată de traductorul de poziție a rotorului . În figura 1.9 este reprezentat un motor RSM
(2) cu 4 faze pe stator, notate prin A 1-A2, B 1 –B2, C 1 –C2 , D 1-D2 , cu 6 poli și traductor de poziție (3) pe
rotor, cu comutator electronic cu 8 tranzistoare și 8 diode inverse, dirijate de sistemul de comandă (4).
Comutatorul electronic se alimentează, la rândul său, de la o sursă de curent continuu U d .

Fig. 1.9. Sistemul de acționare a motorului RSM cu comutator electronic și traductor de poziție a rotorului

10
2. SISTEME DE TESTARE ȘI DIAGNOSTICARE

Testarea reprezintă procesul de determinare experimentală a unor parametrii în scopul stabilirii
stării tehnice și / sau a performanțelor unor piese, subansambluri, ansambluri, instalații sau sisteme tehnice.

Diagnosticarea unui ansamblu tehnic este procesul de stabilire a cauzelor unei funcționări
necorespunzătoare a acestuia, pe baza simptomelor sau rezultatelor obținute în urma unor probe.

Implemen tarea testării și diagnosticării în procesul de exploatare a autovehicul elor impune
elaborarea unui ansamblu de testare și diagnosticare, în care intră:
 obiectul testării / diagnosticării (caracterizat prin anumiți parametrii de stare)
 parametrii de diagnosticare
 procedee tehnice de testare și diagnosticare
 metodele și organizarea proceselor tehnologice de testare și diagnosticare

Organizarea sistemului de diagnosticare vizează legile de evoluție a stării tehnice a obiectului testat
și diagnosticat, deci modificarea parametrilor de stare, în următorii pași:
 selectarea parametrilor de diagnosticare
 stabilirea valorilor nominale și limită ale acestora
 stabilirea mijloacelor și procedeelor tehnice de măsurare a valorilor efective ale
parametrilor de diagnosticare selectați.

2.1 Mijloace și metode de testare

Fig 2.1 Mijloace de testare și diagnosticare

11

Procedeele de testare sunt procedee de verificare, control, măsurare și / sau prelucrare a informației
utilizate în monitorizarea și evaluarea stării tehnice a autovehicul ului.

Pentru verificarea, testarea și diagnosticarea autovehicul ului se utilizează o serie de:
 verificatoare
 instrumente de măsurare
 aparate sau instalații de măsurare și testare (testere, standuri)
 sisteme de măsurare și diagnosticare
Portabile sau fixe, de sine stătătoare și utilizate individual sau grupate într -o instalație de măsurare
sau într -un ansamblu de măsurare, mijloacele tehnice pentru testare a autovehicul elor sunt de o mare
diversitate și într -o continuă evoluție.

Metodele de testare reprezintă ansamblul de reguli, principii și procedee folosite pentru testarea
autovehicul ului și stabilirea diagnost icului ( methodos , meta – după, hodos – cale).

Diagnosticarea motorului se poate face prin două categorii de metode:
 procedee obiective sau invazive
 procedee subiective sau neinvazive

Procedeele obiective stabilesc defectele cu ajutorul aparatelor de măsurare și control, în mod direct,
comparând parametrii constructivi de funcționare cu cei reali.
Aplicarea acestor procedee poate implica și executarea unor demontări , pentru a putea măsura,
compara, determina, parametrii rea li, constructivi și funcționali, ai întregului ansamblu.
Procedeele obiective sunt cele mai sigure procedee de diagnosticare și, chiar dacă inițial s -a utilizat
o metodă subiectivă, în cazurile cele mai grave se va ajunge tot la o soluție invazivă de stab ilire a
diagnosticului.
Procedeele subiective decid defectele astfel încât demontarea să fie limitată doar la strictul necesar,
folosind tehnici neinvazive de diagnosticare (de exemplu, interpretarea unor simptome și a valorii unor
parametrii măsurabili f ără demontare).
Aceste procedee sunt mai puțin precise, dar protejează autovehicul de eventualele demontări care
nu sunt necesare, iar dacă diagnosticianul este experimentat poate da rezultate foarte bune. In plus se poate
face fără aportul unor standuri s au aparate speciale.

Testarea și diagnosticarea se poate realiza:
 pe stand
 la bord
2.2 Testarea la bord
Cele mai bune rezultate la descoperirea defectelor imediat după apariția lor o constituie
supravegherea permanentă a funcționării sistemelor autovehicul ului, ceea ce presupune dezvoltarea unor
tehnici și echipamente de testare și diagnosticare la bord.
Evoluția acestora a fost și este strâns legată de evoluția autovehicul ului. Astfel apariția sistemelor
comandate de microprocesoare a permis o lărgire considerabilă a numărului de obiective urmărite și a
numărului de parametrii înregistrați și analizați.
Ansamblurile senzoriale și de acționare care asigură managementul motorului, asistența la frânare
și controlul stabilității, permit, prin extinderi adecvate, în special în domeniul software -ului, realizarea altor
acțiuni, deosebite pentru siguranța și confortul conduc ătorului auto, dar și obținerea unor informații cu
privire la starea tehnică a unor componente, care pot fi folosite pentru a indica apariția unui defect în faza
incipientă. Informațiile achiziționate de lanțurile de măsurare respective sunt prelucrate și înmagazinate în

12
memoria calculatoarelor de bord care, în cazul depășirii valorilor normale ale parametrilor măsurați,
avertizează conducătorul auto asupra defectelor .

Fig 2.2 Schema de transmitere a informațiilor senzori lor

SENZORI DE POZIȚIE
PENTRU DEPLASARE
SENZORI PENTRU
TURAȚIE ȘI VITEZĂ
SENZORI PENTRU
ACCELERAȚIE ȘI
VIBRAȚII
SENZORI PENTRU
PRESIUNE
SENZORI PENTRU
FORȚE ȘI MOMENTE
SENZORI PENTRU
DEBIT
SENZORI PENTRU
CONCENTRAȚIA de O2
SENZORI PENTRU
TEMPERATURĂ ACTUATORI
ELECTROMECANICI
ACTUATORI
PNEUMATICI ȘI
HIDRAULICI
UNITATEA ELECTRONICĂ
DE CONTROL

13
3. SISTEMUL OBD
3.1 Generalitati

Fig 3.1 Conexiune OBD – Laptop

OBD reprezintă acronimul de la "On Board Diagnostic" adică autodiagnosticare la bordul
autovehiculului.
Încă din anii '80 producătorii au început să utilizeze procedee electronice de control al motorului
și diagnosticării acestuia. Cu timpul sistemele OBD au devenit tot mai sofisticate. În 1996 a fost
introdus OBD II („On Board Diagnostics 2nd Generation”) care oferă un control aproape complet al
motorului și de asemen ea monitorizează unele părți ale sașiului, caroseriei și sistemelor auxiliare. OBD
este “cuti a neagră a mașinii”, deoarece stochează toate informațiile primite de la senzorii cu care este dotată
mașina. Toate aceste date pot fi utilizate în urma unei scană ri rapide pentru stabilirea s tării tehnice a
autovehiculului.
Diagnosticarea la bord conform OBD -II a devenit o parte principală a sistemului de management
al motorului de autovehicul .
Diagnosticarea la bord necesită echiparea motorului cu traductoare (senzori) și elemente de
execuție (actuatori) încorporate încă din fabricație, precum și existența unui calculator de bord.
Specificațiile stabilite de reglementările OBD -II impun existen ța, spre exemplu, a unor traductoare
pentru:
– debitul masic de aer;
– presiunea aerului din colectorul de admisie;
– turația motorului;
– poziția clapetei obturatoare etc.
În plus față de aceste specificații generale, OBD -II impune cerințe și soluții tehnice sp ecifice pentru
multe componente ale motorului.
Soluțiile tehnice actuale acordă din ce în ce mai multă importanță diagnosticării, acest procedeu
trecând astfel pe primul plan. A apărut astfel soluția de control al motorului în prezența defectelor .
Așadar , conform acestei strategii de control, se tolerează existența defectelor , iar calculatorul de
bord elaborează comenzi către elementele de execuție în conformitate cu cele constatate în urma
diagnosticării. Se poate spune deci că FTC constituie un set de t ehnici de control care asigură abilitatea
unui ansamblu de a îndeplini obiectivele propuse în ciuda apariției defectelor .
Defecțiunea (sau defectul) se definește ca fiind o deviație nepermisă a cel puțin unei proprietăți /
variabile caracteristice a siste mului de la comportarea acceptabilă / uzuală / standard / nominală.
După cum se constată din această definiție, prin defect se înțelege o abatere de la valoarea nominală
a unui parametru sau a unei mărimi funcționale oarecare.

Un defect are 5 atribute principale: cauza, durata, locul, valoarea și natura .
Obiectivul diagnosticării este să genereze o decizie în ceea ce privește defectul, pe baza
observațiilor și a cunoștințelor și să decidă dacă la un moment dat este un defect sau nu și, de as emenea, să
fie capabil să -l identifice.
Eroarea repre zintă măsura cantitativă a unui defect și constituie o abatere a parametrilor sistemului
de la valorile nominale ale acestora, sau o deviație a unei mărimi de la valoarea uzuală a acesteia

14
(corespunzăto are unei funcționări normale).
Prin cădere se înțelege un defect care implică întreruperea permanentă a abilității sistemului de a
îndeplini o funcție necesară în condiții de funcționare specificate.
După cum se remarcă din cele prezentate, defectul apare în plan fizic, eroarea în plan informațional,
iar căderea în planul utilizatorului.
De asemenea, se poate spune că toate căderile sunt defecte , dar nu toate defectele sunt căderi; în
plus, un defect poate conduce la o cădere.

Fig. 3.2 Ansamblu de diagnosticare

Controlul și diagnosticarea sunt acțiuni în prezența unor defecte și a unor perturbații pe timpul funcționării.
În cazul general, prin perturbație se înțelege o intrare necunoscută și necontrolată care acționează
asupra sistemului; un ansamblu de diagnosticare eficient nu trebuie să fie sensibil la acțiunea perturbați ilor.
Procedeul diagnosticării are la bază operațiunea denumită identificarea și izolarea defectului. Sursa
posibilă a unui defect se numește candidat. În urma analizei se stabilește care mărime este inconsistentă,
deci rezultanta unui defect și care este consistentă, deci pe un traseu fără defecte .
Identificare a defectului înseamnă așadar probabilitate a de a determina dacă în ansamblu sunt
prezente defecte, precum și timpul de identificare (momentul apariției).
Izolarea defectului înseamnă determinarea locației acesteia, de exemplu care este componenta
defectă, precum și tipul defectului.
Prin identificarea defectului se înțelege stabilirea mărimii acesteia, deci o evaluare cantitativă a
defectului apărut. A apărut astfel noțiunea de identificare a, izolarea și identificarea defectului.
Prin alarmă falsă (sau fals pozitiv) se înțelege evenimentul care duce la generarea unei alarme chiar
dacă nu este prezent un defect.
Situației opusă, adică evenimentul prin care alarma nu este generată, în ciuda fap tului că a apărut
un defect, se numește alarmă de eșec (sau identificarea eșecului, sau fals negativ).
Ca urmare a celor prezentate, se poate defini termenul de diagnosticare a defectului . În literatura
de specialitate există trei variante de definire: pr ima din acestea include localizarea , izolarea și identificarea
defectului, cea de -a doua include numai izolarea și identificarea defectului , iar cea de -a treia presupune
stabilirea originii defectului.

Prin monitorizare se înțelege un procedeu de stabi lire în timp real a modului de operare a unui
ansamblu oarecare. Pe timpul monitorizării se asigură detectarea , izolarea, diagnosticarea și identificarea
defectelor.
Prin supervizare se înțelege procedeul de monitorizare a unui ansamblu și de acțiune
corespunzătoare în cazul existenței unui defect . După cum se constată, supervizarea asigură în plus și
Actuator
Motor
Senzori
Ansamblu de
diagnosticare
Defecte
actuatori
Defecte
motor
Defecte
senzor
Perturbații
Comenzi
(control)
Ieșiri

15
stabilirea unor acțiuni corespunzătoare în cazul existenței unui defect sau a mai multor defecte .
Prin siguranță în funcționare se înțelege abilitatea unui ansamblu de a-și îndeplini funcțiile impuse
în anumite condiții, cu un scop bine precizat și pe o perioadă de timp determinată. Siguranța în funcționare
poate fi exprimată cantitativ prin timpul mediu între două defecte (MTBF – Mean Time Between Failure).

Codul de defect localizează circuitul de unde provine defectul . Prin circuit se înțelege de exemplu
un senzor, cablajul electric aferent și unitatea de control electroni
3.2 OBD -2
3.2.1 Generalitati
Termenul OBD -2 implică cerințe standardizate atât pe partea de hardware (electronică, conector)
cât și pe partea de software (protocol de comunicație, parametrii măsurați). Pe scurt putem spune că
standardul OBD -2 se referă la:
o conector
o protocol de comunicație
o mod de funcționare (informații/parametrii înregistrați și puși la dispoziția utilizatorului
autovehicul ului)

Conectorul trebuie să fie situat în habitaclu, în zona volanului a tabloului de bord sau a
consolei centrale. Accesul trebuie să se facă ușor, de pe scaunul conducătorului auto, locația preferată fiind
între coloana de direcție și axa longitudinală a vehiculului.

Fig 3.3: Conecto r OBD -2 echipament diagnosticare (scantool)
Sursa: antratek.com

Standardul american SAE J1962, echivalent cu ISO 15031 -3, prevede dimensiunile conectorului
OBD -2 din autovehicul și pentru echipamentul de diagnosticare. De asemenea locația conectorului din
autovehicul este standardizată, astfel fiecare autovehicul ce respectă regulamentul/standardul OBD -2
permite accesul utilizatorului.

Fig 3.4 : Conector OBD -2 vehicul
Sursa: happautomotive.com

16
Accesul la conectorul OBD -2 din autovehicul trebuie să se facă fără utilizarea unor instrumente
speciale în cazul în care conectorul este acoperit de un capac de protecție. Amplasarea conectorului trebuie
să permită montarea și demontarea echipamentului d e diagnosticare cu o singură mână, în condiții de
siguranță.

Fig 3.5 : Numerotarea pinilor pentru un conector OBD -2 vehicul
Sursa: e -autovehicul e.ro
Setul de regulamente SAE și ISO ce definesc OBD -2 prevede o interfață hardware (conector)
standard cu 16 pini. Spre deosebire de conectorul OBD -1, care poate fi găsit uneori și în compartimentul
motor, conectorul OBD -2 este necesar să fie la o distanță de 0.61 m de volan Numerotarea și definiția
pinilor este descrisă după cum urmează:
Tabel 3.1:

Pinii 1, 3, 8, 9, 11, 12, 13 nu sunt explicit setați de către regulament și sunt la discreția
constructorului de automobile . Utilizarea pinilor se face în funcție de protocolul utilizat. Astfel un
automobil care utilizează protocolul CAN pentru OBD -2 va avea în conectorul din vehicul pinii 4 ( -), 16
(+), 6 și 14. Pe de altă parte un echipament de diagnosticare (scantool) care nu depinde de un
anume protocol de comunicație (se poate utiliza indiferent de prot ocolul automobilului ) va avea un
conector cu toți pinii, identificare a protocolului făcându -se în mod automat.

3.2.2 Protocoale de comunicație utilizate pentru OBD -2

17
Interfața OBD -2 pentru majoritatea autovehicul elor poate utiliza unul din cinci protocoale de
comunicație . Deducerea protocolului utilizat se poate face prin identificarea pinilor de pe conectorul OBD –
2 al autovehicul ului:
SAE J1850 PWM
Protocolul este utilizat în principal de către Ford Motor Company, viteza de transfer a datelor fiind
de 41.6 kB/sec. Utilizează pinii 2 (+) și 5 ( -) pentru transmiterea semnalelor.
SAE J1850 VPW
Este un protocol standard utilizat de către General Motors, viteza de transfer a datelor fiind între
10.4 și 41.6 kB/sec. De asemenea utilizează pinii 2 (+) și 5 ( -) pentru transmiterea semnalelor.
ISO 9141 -2
Protocol utilizat cu precădere de către producătorii de autovehicul e europeni, asiatici și Chrysler.
Viteza de transfer a datelor este de 10.4 kBaud. Pentru comunicare utilizează pinul 7 (K -line) și opțional
pinul 15 (L -line).

ISO 14230 (KWP 2000)

Protocol similar cu ISO 9141 -2. Pentru comunicare utilizează pinul 7 (K -line) și opțional pinul
15 (L -line). Viteza de transfer a datelor este cuprinsă între 1.2 și 10.4 KBaud

ISO 15765 (CAN)
Protocol ul CAN este produsul companiei Bosch și este larg utilizat în industria autovehicul elor.
În funcție de viteza de transfer a datelor, pentru OBD -2, se poate utiliza CAN de 250 kBit/sec sau de 500
kBit/sec. Pentru transmiterea datelor se utilizează pinul 6 (CAN hig h) și 14 (CAN low). Începând cu
2008, toate vehiculele noi vândute în SUA sunt obligate să utilizeze protocolul CAN pentru OBD -2.

Utilizarea unui protocol sau altul este decisă în principal de norma de poluare pe care o respectă
un autovehicul . Odată cu înăsprirea limitelor de emisii poluante, cerințele OBD -2 s-au modificat în sensul
creșterii numărului de parametrii măsurați și a testelor efectuate. Aceste reglementări au obligat
constructorii auto să folosească protocoalele de comunicație mai performante cu viteză de transfer a datelor
mai ridicată. Astfel, odată cu normele Euro 4, protocolul de comunicație pentru OBD -2 este CAN, iar
pentru vehiculele Euro 3 protocolul poate fi ISO 9141 -2 sau ISO 14230 pentru autovehicul ele europene și
SAE J1850 pentru cele americane.
Determinarea protocolului de comunicare se face automat de către echipamentul de diagnoză auto
(scantool), acestea fiind proiectate să comunice cu autovehicul ul indiferent de protocol.

18

Fig. 3.6 : Sistemele electronice aflate la bordul unui autovehicul
Sursa: Siemens VDO (Continental)

3.2.3 Modurile de funcționare ale OBD -2
Comunicarea între echipamentul de diagnosticare și autovehicul , în cazul OBD -2, se face utilizând
anumite funcții sau moduri de comunicare. Funcțiile OBD -2 sunt numerotate de la 1 la 9 și sunt simbolizate
$01, $02, … $09. Fiecare funcție are rolul de a extrage anumite informații legate de autovehicul .

Fig.3.7 : Serviciile OBD -2
Funcția $01 (Read real -time data) este utilizat pentru a citi date în timp real privind funcționarea
motorului. Viteza de citire a datelor depinde de protocolul utilizat. De exemplu în cazul protocolului ISO
14230 (KWP 5BAUD) se pot citi până la 9 parametrii pe secund ă iar în cazul protocolului ISO 15765 până

19
la 55 parametrii pe secundă. Parametrii pot fi calculați de calculatorul de injecție sau pot fi măsurați de
senzori.

Funcția $02 (Freeze frame data) este utilizat pentru a afișa parametrii motorului înregistrați în
momentul în care a apărut un defect. Acești parametrii au rolul de al ajuta pe cel care efectuează reparația
să pună un diagnostic cât mai bun. Numărul de parametrii înregistrați depinde în mare măsură de
performanțele calculatorului de injecție .

Funcția $03 (Read stored fault codes) returnează codul defectelor confirmate ale motorului. Un cod
de defec t numit DTC este compus din o literă urmată de patru cifre:
Tabel 3.2 :
Literă (Sistem) Cifră (tipul
codului) Cifră (Subsistem) Cifră Cifră
P –
Powertrain(1)
B – Body(2)
C – Chassis(3)
U – Network(4) 0 – Generic
1 – Specific
2 – Rezervat SAE
3 – Rezervat SAE 1 = Management emisii
(Combustibil/Aer)
2 = Circuitul de injecție
(Combustibil/Aer)
3 = Aprindere sau Rateu aprindere
4 = Controlul Emisiilor
5 = Viteza vehicul & Control Ralanti
6 = Calculator & Circuit Comandă
7 = Transmisie
8 = Transmisie
9 = Rezervat SAE
0 = Rezervat SAE Componentă Componentă

(1) Powertrain – Categoria Sistemelor de Propulsie include motorul, transmisia precum și sistemele
auxiliare asociate trenului de rulare.
Ex. P0135 (O2 Sensor Heater Circuit) – defect al circuitului de încălzire al senzorului de oxigen
(2) Body – În acestă categorie, Caroserie, sunt incluse sistemele, componentele care sunt prezente în
general în habitaclu. Sistemele din acestă categorie sunt responsabile cu asistența pasagerilor în timpul
deplasării, comfortul și siguranța acestora.
Ex. B0028 (Right Side Airbag Deployment Control) – defect al sistemului de control al airbag -ului st ânga
(3) Chassis – Categoria Șasiu cuprinde sistemele care sunt în afara habitaclului. În acestă categorie de
obicei sunt incluse sistemul de frânare, sistemul de direcție și suspensia.
Ex. C0051 (Steering Wheel Position Sensor) – defect al sensorului de p oziție pentru coloana de direcție
(4) Network – Categoria rețea cuprinde funcțiile care sunt comune calculatoarelor și sistemelor aflate pe
un autovehicul . Un exemplu este rețeaua de comunicare CAN .
Ex. U0121 (Lost Communication With ABS Control Module) – defect ce reprezintă pierderea comunicării
cu modulul de control al ABS .

Funcția $04 (Erase fault -codes and stored values) este utilizat pentru ștergerea codurilor de eroare
precum și a informațiilor asociate (freeze frame)

Funcția $05 (Read Lambda sensor self test results) este utilizat pentru raportarea stării de
funcționare a senzorului de oxigen ( sonda lambda ). Parametrii raportați sunt în număr de zece și se referă
la:

20

Fig. 3.8 : Tensiunea electrică generată de o sondă lambda
$01 – nivelul de t ensiune la care se face tranziția între amestec bogat și amestec sărac
$02 – nivelul de tensiune la care se face tranziția între amestec sărac și amestec bogat
$03 – tensiunea minimă utilizată pentru calculul timpului de trecere între amestec sărac și boga t
$04 – tensiunea maximă utilizată pentru calculul timpului de trecere între amestec sărac și bogat
$05 – timpul în care se face tranziția de la amestec bogat la amestec sărac
$06 – timpul în care se face tranziția de la amestec sărac la amestec bogat
$07 – tensiunea minimă (utilizată pentru testarea senzorului)
$08 – tensiunea maximă (utilizată pentru testarea senzorului)
$09 – timpul între valorile tensiunilor de tranziție
$0A – perioada semnalului
Această funcție este utilizat ă pentru diagnosticarea problemelor apărute la senzorul de oxigen sau
a deficiențelor amestecului aer -combustibil.
Funcția $06 (Read component monitoring self test) este utilizat pentru citirea rezultatelor testelor
efectuate asupra diferitelor compone nte, ce au impact direct asupra emisiilor poluante . Rezultatelor cuprind
de obicei o valoare minimă, una maximă și nivelul înregistrat în momentul citirii.

3.2.4 Echipamente de diagnosticare OBD -2

Echipamentele de diagnosticare (scantool) sunt de mai multe tipuri. Cele mai simple sunt cele care
citesc doar codurile de eroare (DTC). Echipamentele mai complexe, pe lângă codurile de eroare, citesc și
parametrii automobilului în timp real (temperatură motor, turație motor, viteză vehicul, etc.), realiz ează
teste pe diverse componente sau testează senzorul de oxigen . Aceste echipamente intră în clasa celor de
sine stătătoare care se conectează la portul automobilului și furnizează informațiile dorite.

21

Fig. 3.9 : Scantool Capelec 4120
Sursa: capelec.fr
De asemenea există și soluții de diagnosticare sub formă de programe ce se pot instala pe un PC
portabil. Acestea au avantajul că sunt mult mai flexibile, evaluează un număr mare de parametrii, oferă
informații ce pot ajuta la diagnosticarea automobil ului și permit aducerea la zi a versiunii de software în
cazul în care acesta a fost prelucrată .

3.2.5 Sistemele și componentele motorului diagnosticate de OBD 2

Un automobil care este certificat OBD 2 conține în calculatoarele de control (injecție, transmisie,
șasiu, habitaclu, etc.) rutine și algoritmi software care verifică și diagnostichează diferitele ansambluri și
componente ale autovehicul ului.
Ansamblurile și componentele motorului, monitori zate OBD 2, nu sunt diagnosticate în același
timp. În funcție de tipul sistemului, algoritmii de diagnoză sunt activați independent, în condiții specifice
de funcționare ale motorului cu ardere internă.
În cazul unui motor sau a transmisie i, testele și dia gnoza OBD 2 efectuate asupra componentelor
au rolul de a detecta defectele care pot influența, direct sau indirect, emisiile poluante ale automobilului .

De exemplu, în cazul în care supapa EGR rămâne blocată pe poziția închis, gazele arse nu mai pot
fi recirculate iar emisiile de NOx vor crește (impact direct asupra emisiilor poluante ). Din acest
motiv, funcționarea supapei EGR este diagnosticată de OBD 2. De asemenea, la o cutie de viteze automată ,
dacă supapa care acționează ambreiajul de blocare a hidrotransformatorului nu mai funcționează, pierderile
din transmisie vor fi tot timpul mai mari, deci consumul și emisiile motorului vor crește (impact indirect).
La fel, componentele transmisiei, care pot afecta emisiile motorului, sunt diagnoze OBD 2.

Pentru o mașină termică motoare , standardul OBD 2 impune efectuarea următoarelor diagnoze:
o sistemul de aer condiționat (AC)
o eficiența catalizatorului
o componentele electronice (senzori, actuatoare)
o sistemul EGR

22
o sistemul de recirculare vaporilor d e benzină ( EVAP )
o sistemul de corecție al injecției de combustibil
o catalizatorul pe trei căi
o sonda lambda
o detecția rateurilor de combustie
o sistemul de recirculare a gazelor de carter ( PCV )
o sistemul de injecție de aer secundar
o termostatul circuitului de răcire
Ansamblurile AC, PCV și termostatul sunt prevederi noi ale standardului OBD 2. Nu toate
automobilele omologate OBD 2 conțin aceste diagnoze. Sistemul de AC trebuie diagnosticat OBD 2
doar dacă utilizează freon ( R-12) ca agent frigorific.

Standardul OBD 2 definește 2 tipuri de diagnoze: continue (electrice și funcționale) și discontinue
(funcționale). Tabelul de mai jos explica tipurile de diagnoze OBD 2 :

Tabel 3.3: Tipuri de diagnose, condi ții de efectuare și sisteme diagnosticate
Tipul diagnozei OBD 2 Condiții de efectuare Exemple de sisteme
diagnosticate
Diagnoza continuă,
electrică Din momentul alimentarii componentelor electrice cu
energie pana la oprirea motorului  senzori
 solenoizi
 motoarele electrice
Diagnoza continuă,
funcțională Din momentul îndeplinirii condițiilor de test, până la
oprirea motorului  detecția rateurilor de
combustie
 corecția injecție de
combustibil
 anumiți senzori și
actuatoare
Diagnoza discontinuă,
funcțională Din momentul îndeplinirii condițiilor de test, o singură
data pe ciclul de conducere  eficiența catalizatorului

23
4. ROLUL SENZORILOR ÎN TEHNOLOGIA AUTO
4.1.Principii fundamentale
În autovehicul ul clasic este folosit, în general, un numă r limitat de senzori, î n special pentru
controlul vitezei, indicatori de nivel pentru combustibil, indicatori pentru presiunea uleiului, senzori de
temperatură . Datele furnizate de acești senzori sunt afișate pe indicatoarele de bord, astfel încât ș oferul să
poată monitoriza situaț ia și să poată interveni pentru a face corecturi le necesare.
Cercetarea și dezvoltarea senzorilor utilizaț i pentr u aceste scopuri este focalizată pe crearea de
senzori mici ca dimensiuni, siguri și ieftini, utilzarea microprocesoarelor pentru prelucrarea datelor, crearea
de senzori inteligenț i, etc.
Tendința actuală este ca automobilul să includă cât mai mulți senzori conectaț i la un ansamblu
controlat de un microprocesor . Astfel, sistemul de control al automobilului poate să monitorizeze un numă r
mare de parametri și să efectueze corecturile necesare pentru o funcț ionare opti mă. Parametrii monitorizaț i
sunt: consumul de combustibil și emisia de gaze, ansamblul de direcț ie, sistemul de frânare , confortul,
informaț ii necesare pentru corectarea erorilor și conducerea î n siguranță a automobilului .
De asemenea, se evită monitorizarea inutilă a mai multor parametri recurgâ ndu-se la metode
alternative. Spre exemplu, controlul funcționă rii cutiei de viteze realizat cu senzori de vibraț ii a fost î nlocuit
de un senzor acustic cu ajutorul căruia se monitorizează zgomotele caracteristice modificărilor bruș te de
viteză .
Automobilul modern, ca produs mecatronic include î n componența sa mai multe module cu relativă
autonomie funcțională : gestiune a motorului, gestiunea transmisiei, sistemul de fr ânare, gestiunea șasiului
(suspensia activ ă), sistemul de climatizare, sistemul de reglare adaptiv ă a farurilor, sistemul de siguran ță.

Tabelul 4.1 – Principalele tipuri de senzori incorporati instructura unui autovehicul modern
Parametru fizic Aplicaț ie Tipul senzorului
Poziț ie Poziția pedalei de acceleraț ie
Pozit ia clapei de î nchidere
Poziția schimbă torului de viteze
Poziț ia valvei
Supapa hidraulică a schimbă torului de
viteze Potențiometru
Potențiometru
Întrerupă tor cu came
Potențiometru
Optic incremental
Accelerația Accelerare sau frânare Accelerometru piezoelectric sau servo
Viteza unghiulară Viteza în viraje Giroscop cu laser, efect Coriolis
Turația Turația arborelui cotit

Turația roților Radar cu ultrasunete, senzori cu
reluctanță variabilă
Efect Hall, tahogenerator

24

Temperatura Temperatura mediului
Temperat ura lichidului de ră cire
Temperatura motorinei
Temperat ura aerului î n conducta de
aspira ție
Temperatura aerului evacuat Termistor
Termistor
Termistor
Film metalic sau semiconductor
Termocuplu CrAl
Presiunea a) Presiunea aerului în conduct a de
aspiraț ie
b) Presiunea aerului evacuat
Presiunea baromet rică absolut ă
Presiunea uleiului Capacit iv sau membrană de silicon
(pent ru a ș i b)
Membrană de silicon
Transformat or diferențial cu
membrană
Debit de aer Debit ul aerului î n conduct a de aspiraț ie Contor cu palet ă sau anemometru cu
fir cald
Gaz de eșapament Oxigen evacuat (ardere incompletă) Senzori cu dioxid de zirconiu

4.2 Senzori utilizați pe autovehicul

La bordul unui automobil modern este necesa ră măsurarea mai multor mărimi fizice, ceea ce se
realizează cu ajutorul unei largi game de tradu ctoare. În contin uare, se vor prezenta diferitele traductoare
după domeniul de variație al mărimii de interes și aplicațiile tipice de măsurare.

4.2.1 Măsurarea detonațiilor

Senzorii de detona ție măsoară vibrațiile blocului motor într-unul sau mai multe puncte, în mo mentele
apariției modurilor de ardere detonan tǎ. Ei fac parte din clasa senzorilor piezoelectrici și furnizează un
semnal, pe care ECU îl descompune în serie spectralǎ. Anali za spectr ului Fourier deter minǎ cu
ajutorul unui filtru trece -bandǎ o componen tǎ dominantǎ, carcateri sticǎ fiecǎrui tip de bloc motor și
decide micșorarea unghiului de avans, în general cu 6 șRAC, la o detona ție singularǎ și cu 12 șRAC la
deton ații multiple.

Fig 4.1 Secțiunea unui s enzor piezoelectric de deton ație, 1, 2, 5 – elemente de montaj, 3 – lamelă de pretensionare,
4 – masă inerți ală, 6 – element piezoelectri ci

25

4.2.2 Măsurarea deplasărilor

Senzorii de deplasare sunt utilizați pentru mǎsurarea deplas ǎrilor unghiulare ale volanul ui,
mai ales ale clapetei de accelerație, sau liniare – ale deplasǎrilor a mbreiajului, levierelor de comandǎ ale
cutiei de viteze, etc.
Mai jos se prezintă un senzor incre mental d igital de deplasare unghiula ră, care poate fi codat binar
reflectat sau binar natural și codorul său.

Fig 4.2 Senzor digital incrementa l.

Fig 4.3 a – Encoder digital codat binar reflectat; b – codat binar natura l.

Un senzor inductiv de deplasare liniară este constituit de un ansamblu inductiv bazat
pe trei bobine amplasate cilindric, în interior ul căruia culisează un miez magnetic, a cărui
deplasare l
relația: este propor țională cu schimbarea inductanței mutuale a celor trei bobine, după

26

l  K*LB1 B 2

Fig 4.4 Senzor de deplasare inductiv

4.2.3 Măsurarea turațiilor

Senzorii de turație sunt des utiliz ați pentru măsurarea t urațiilor următoarelor subsisteme :
– arbor el cotit al motorului;
– arborel cu came;
– arborel de ieșire din cutia de viteze;
– arborel de intrare în cutia de viteze;
– roți.

Practic, se utilize azǎ următoarele tipuri de senzori de turație:
– inductivi, cu reluctan țǎ magneti cǎ variabil ǎ;
– cu efect Hall.
– optici.

Siste mul de gestiune al motorului utilizea ză senzorul de turație pentru calculul unghiului de avans
și a timpilor de injecție. Astfel, ansamblul disc dantur at-senzor furnizea ză 60 de impulsuri la o rotație
a arborelui motor, inclusiv un impuls de marcare a punctului mort superior al motorului (TDC – Top
Dead Center) generat de lipsa a unui dinte, care folosește ca impuls de strobare a proceselor de
calcul.

27

Fig 4.5 În stânga – traductorul inductiv de turație; 1 – magnet permanent, 2 – conector electric, 3 –
suport metalic, 4 – piesă polară, 5 – bobinaj electric, 6 – disc danturat;
În dreapta – ansamblul traductor de turație; 1 – senzor, 2 – disc danturat, 3 – marcajul de strobare prin lipsa unui
dinte .

Efectul Hall este de naturǎ galvan ometricǎ și constǎ în schimbarea liniilor de câmp ale densi tății
curentului de comandǎ Iv, care duce la schimbări ale intensității câmpului electric dintr -o placǎ
semiconductoare dispusă trans versal într-un câmp magnetic B, produs de un magnet permanent.
Tensiunea Hall UH, este datǎ de relația:

UH=RH*Biv/d

unde RH este consta nta Hall, care este o caracteristicǎ de material.

Fig 4.6 Senzorul de tip Hall; B – câmp magnetic, IH – curent Hall, IV – curentul de alimentare, UH –
tensiunea Hall, d – grosimea semiconductorulu i.

28

Diferenți erea între modurile de funcționare ale celor douǎ tipuri de senzori se poate analiza mai
jos, unde în a) se prezin tă vizualizarea semnalului generat de un senzor inductiv, cu marcarea PMS,
cu precizarea cǎ la turații joase amplitudinea s emnalului, aproxi mativ sinusoidal, poate scădea până la
0.3 Vef, ceea ce face necesarǎ o prelucrare ulterioarǎ pentru a se obține un semnal procesabil de către
unitatea electronicǎ, pe când senzorul Hall ( b) ) furnizează un semnal rectang ular, cu fronturi clare , care
sunt mai puțin supuse perturb ațiilor exterioare, apte de a fi proces ate.
În ambele cazuri, frecvența trenului de impulsuri este propor ționalǎ cu turația arborelui n
și cu numărul de dinți ai discului z, și este datǎ de relația:

f = n*z/60 [Hz]

Fig 4.7 Semnalul generat de un senzor de turație a) inductiv; b) de tip Hall.

O metodă modernă de măsurare atât a turației, cât și marcarea punctului mort superior al motorului
este metoda optică, a cărei ilustrare a principiului ei de funcționare este dat în figura următoare.
Acesta este un traductor de tip incremental, el permițând deter minarea atât a turației, cât și a sensului de
rotație.

Fig 4.8 Senzor optic de turație și de marcaj de unghi mort

29

4.2.4 Măsurarea conținutului de oxigen rămas nears din gazele de evacuare

Senzorii λ închid bucla generalǎ de reac ție negativǎ în sistemele moderne de manage ment a grupului
motopropulsor prin mǎsurar ea conținutului de oxigen rǎmas nears în urma combustiei, fiind parte
integrantǎ a sistemului de manag ement și conducând într-un final la reduc erea emisiilor poluante.

Fig 4.9 În stânga – Sonda λ cu zirconiu; 1 – substratul ceramic, 2, 3 – electrozi din plati nă, 4 –
conexiunile electrice, 5 – electrodul comun, Uλ – tensiunea λ; În dreapta –
caracteristica de transfer a sondei λ

Senzorul λ de tip EGO (Exhaust Gas Oxigen senzor) are o caracteristicǎ de funcționare de tip
releu; el prezin tă în jurul valorii λ = 1, un salt de tensiune de aproxi mativ 1 V, care delimiteazǎ cele
douǎ moduri caracteristice de funcționare a motorului, respectiv cu amestec bogat sau sǎrac. În figura
următoare se reprezi ntǎ variația aproximativ liniarǎ a unui senzor universal de oxigen denu mit Breiston
sau UEG O (Universal Exhaust Gas Oxigen senzo r), capabil sǎ reproducǎ pe o scarǎ a mǎrimilor
electrice rapoarte de aer / combustibil de pânǎ la 35:1, necesare în cazul arderii amestecurilor sǎrace.

Semnalul furnizat de un senzor λ de tip EGO este continuu comparat de cǎtre unitat ea de
control cu o valoare de referi nțǎ stabilitǎ la 0.45 V, care reprezin tǎ frontiera de separ ație marcatǎ de
valoarea λ = 1.

30

Fig 4.10 Schema sondei Breiston; a – 1…5 – electrozi de control și de achiz iție semnal, 6 – blocul electronic de
condi ționare; b – Caracteristica de ieșire.

În figura de mai jos se prezin tă o machetă didactică în care se exemplifică un aranja ment cu trei
sonde λ, care închid trei bucle de reacție negati vă, asistate de măsurarea te mperaturii gazel or de evacuare.

Fig 4.11 Amplasarea sondelor λ și a senzorilor de temperatu ră în jurul catalizator ului.

31

O soluție constru ctivǎ se prezin tǎ în figura de mai jos (a), unde se ilustreazǎ modalitat ea
de încǎlzire a senzorului, datoritǎ faptului cǎ acesta nu intrǎ în funcțiune decât la temperaturi de peste
350 șC, iar în aceea și figură (b) se aratǎ modul de procesare al semnalului util, în jurul valorii λ = 1.

Fig 4.12 a) Senzor λ; 1 – carcas ǎ; 2 – inel ceramic; 3 – mufǎ de ieșire; 4 – carca sǎ de prote cție cu fanta de mǎsurǎ;
5 – element activ; 6 – contact electric; 7 – prote cție termicǎ;
8 – element de încǎlzire; 9 – contact de încǎlzire. b) Modul de variație al semnalului procesat

4.2.5 Măsurarea presiunilor

Senzorii de presiune sunt larg utilizați de cǎtre manag ementul grupului motopropulsor, care pe
baza infor mațiilor primite ia decizii privind furnizarea și formarea amestecul ui carburant, recircularea
gazel or arse, momentele optime de schimbare a vitezelor etc. și mǎsoarǎ presiunea în urmǎtoarele
puncte principale ale grupului motopropulsor:
– presiunea aerului de admisie, cu ajutorul senzorilor de presiune absolutǎ, numiți MAP
(Manifold Absolute Pressure), una dintre infor mații referinduse la altitudinea de funcționare a
grupului motopropulsor;
– presiu nile de lucru și cele corectate din circuitele de alimentare cu combustibil;
– presiu nile de lucru și cele corectate din circuitele hidraulice ale trans misiilor automate,
semiautomate și ale sistemelor ABS/ASR;
– presiu nile din circuitele sistemelor automate ale distribuției variabile, ale supraali mentǎrii sonice
sau forțate, etc.
Din multitudinea const ructivǎ a senzorilor de presiune, se prezin tǎ în figura de mai jos un senzor
piezorezistiv de presiune absolutǎ, de largǎ întrebuințare și care face parte din clasa senzorilor inteligen ți.
El este necesar pentru măsurarea presiunii atmosferice, care depinde de altitudi ne; un astfel de senzor
poate detecta o difere nță de altitudine de 0.4 m, la sensibilitate maximă.
Pentru asigurarea unei rulări cu pierderi minime, autoveh iculul treb uie echipat cu pneuri
corespun zătoare; o scădere a presiunii în pneu cu 0.3 bar conduce la o creșt ere a rezistenței la rula re cu
aproximativ 20 %. Contr olul umflării pneurilor este asigurat de senzori de presiune și de temperatu ră,
care trans mit informația prin unde radio prin modulare în frecve nță; în Europa, sistemul utiliz ează o
frecve nță purtătoare de 433 MHz. În figură se prezin tă un astfel de senzor, care se poate utiliza cu o gamă
largă de ventile.

32

Fig 4.13 Senzor de presiune absolut ǎ;
În stânga – MAP, 1 – borne de ieșire; 2 – circuit de condi ționare a semnalulului; 3 – membranǎ
piezoelectricǎ de mǎsurǎ; 4 – canal de aducțiune; 5 – corp de prindere; În dreapta – senzor co mbinat de
presiune și de temperatura pneului

4.2.6 Măsurarea temperaturii

Senzorii de temperaturǎ sunt utiliz ați pentru deter minarea tempe raturii aerului de admisie sau a
motorului, prin mǎsurarea temperaturii apei de rǎcire sau a uleiului de ungere, pe baza cǎrora sistemul
ia decizii asupra ungh iului de avans, a duratei de injecție etc. Dintre diferitele modalit ǎți de mǎsurare a
temperat urii, sau impus în ultimii ani metodele de mǎsurare cu ter mistoare, datoritǎ avantajelor oferite
de acestea fațǎ de alte metode (cu termoreziste nțe sau ter mocupluri), și anume:
– domeniul de temperaturi –100…300șC;
– sensibilitate ridicat ǎ;
– variații mari ale rezistențelor mǎsurate;
– dimensiuni reduse, care duc la timpi de rǎspuns extrem de mici.
Modul de variație al rezistenței intrinseci a unui termistor este descris de o relație exponenția lǎ cu
forma tipicǎ urmǎtoare:
Rt = a * exp b/t
unde, a – constantǎ dependentǎ de forma și dimensiunile termistorului;
b – constantǎ caracteristicǎ materialului semiconductor utilizat și care poate avea valori
pozitive sau negative, dupǎ care termistoarele se pot grupa în douǎ categ orii:
– PTC – Pozitive Tempe rature Coefficient, care au o varia ție a rezistenței poziti vǎ cu
creșter ea temperatu rii;
– NTC – Negative Temperature Coefficie nt, care au o variație a reziste nței negativǎ cu
creșterea temperaturii.
Pentru exemplificare, în continuare se prezin tǎ modul de vari ație al rezistenței și tensiunii de ieșire
din puntea de mǎsurǎ a unui termistor de tip NTC.

33

Fig 4.14 Variația rezisten ței intrinseci și a tensiunii de ieșire în cazul unui NTC

4.2.7 Măsurarea debitului aerului de admisie

Senzorii de debit al aerului de admisie sunt utiliz ați de către manag ementul grupului motopropulsor
pentru măsurarea indirectǎ a momentului dezvoltat de către motor și se pot cla sifica în douǎ mari
grupe, după ur mătoarele mărimi caracteri stice:
– debit ul volumetri c, proporțio nal cu viteza aerului v și cu secțiunea conductei A

Qv = dV/dt = d/dt(Al) = adl/dt = Av

– debit ul masi c, propo rțional cu densitatea aerului ρ

Qm = dm/dt = d/dt(ρV) = ρQv

Mǎsur area debit ului volumetric se reduce la mǎsurarea vitezei v de curgere a aerului printr -o
secțiune cunoscutǎ, iar pentru mǎsurar ea debitul ui masic este necesar a se cunoște densitatea ρ; ambele
mǎrimi fiind d ependente de temperaturǎ se impune o corecție cu aceasta, cu ajutorul unui senzor de
temperaturǎ. Func ționarea unui debitmetru volumetric de aer este ilustr atǎ în figura de mai jos (a), unde
se prezin tǎ un debit metru cu corp plutitor sub forma unei aripi rabata bile, iar în aceeași figură, (b), este
arǎtat un debitmetru masic, care funcționeazǎ dupǎ principiul termoane mometriei, cu pelicu lǎ termicǎ,
denu mită hot film.

34

Fig 4.15 a) Debitmetru volumetric de aer; 1 – reglaj amestec la mers în gol; 2 – clape tǎ de măsura; 3 – opritor; 4 –
clape tǎ de compensare; 5 – came rǎ de amortizare; 6 – senzor de temperaturǎ a aerului; b) Debitmetru masic de aer; 1 –
element de încălzire; 2 – distan țier;
3 – etaj electronic de ieșire; 4 – etaj formator; 5 – element sensibil.

Amplasarea debitmetrului volumetric în colectorul de admisie al unui motor
cu aprindere prin scânteie:

Fig 4.16 1 – clapeta de accelera ție, 2 – debitmetru de aer, 3 – semnalul emis de senzorul de temperatur ă, 5 –
semnalul emis de debitmetru, 4 – modulul electronic, 6 – filtrul de aer

35

O des fășurare a dispozitivului mecatronic, cu evide nțierea elementului sensibil:

Fig 4.17 În stânga – debitmetrul cu fir cald; 1…3 – supo rtul electronic, 4…9 – elemente ale corpului debitmetrului,
11, 12 – elemente sensibile de tip fir cald, 13 – element sensibil de tip rezisten ță peliculară;
În dreapta – elementul sensibil 13, de tip pelicuar; a – secțiune transversală, b – secțiune longitudina lă; 1 – corp,
2…4 – suportul electronic, 5 – elementul sensibil (hot film).

O secțiune prin corpul debitmetrului și schema electrică de principiu de măsurare a
debit ului prin metoda termoane mometrică.

Fig 4.18 În stânga – secțiune prin corpul debitmetrului, 1 – elementul sensibil;
În dreapta – puntea de măsură, care constituie un termoanemometrul cu temperatur ǎ constan tǎ; R1, R5 – braț de
compensare termic ǎ; R2 – senzor cu pelicu lǎ metalic ǎ; R3, R4 – rezisten țe de calibrare la viteze nule, respectiv la
viteze maxime

Puntea de mǎsurǎ din figura de mai sus va livra o tensiune de ieșire, care va fi prelucra tǎ
de cǎtre ECU și care este datǎ de o rela ție de forma:
U² = vo² +Kt v

36
5. BIBLIOGRAFIE
1. “ASPECTE PRIVIND ROLUL AUTOMOBILELOR HIBRIDE ÎN REDUCEREA POLUĂRII
MEDIULUI” , Autori : Ing. Mihail Tiberiu MACARIE, prof.univ.dr.ing. Tiberiu MACARIE ,
http://www.sinuc.util ajutcb.ro/SINUC -2011/SECTIA –IV/11.IV.10.pdf
2. Modul de funcționare al motorului termic
http://www.e -autovehicule.ro/categorie -motor/20 -general/32 -motor -termic -autovehicule.html
3. http://w ww.icpe.ro/ro/d/3/p/alternator
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor
5. CURS “ELECTRONICA PENTRU AUTOMOBILE”, Universitatea Tehnică “Gheorghe
Asachi” din Iași , Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației,
http://ep.etc.tuiasi.ro/site/Electronica%20pentru%20Automobile/cursuri/
6. CURS “ SENZORI SI TRADUCTOARE ELECTRONICE ”, Universitatea Tehnică “Gheorghe
Asachi” din Iași , Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației,
http://ep.etc.tuiasi.ro/site/ Senzori_si_Traductoare/
7. http://www.ti.com/solution/motor_control_brushless_dc
8. http://electronics.howstuffworks.com/brushless -motor.htm
9 .http://electronicdesign.com/article/components/drive -and-control -electronics -enhance -the-
brushles.aspx
10. http://www.gobrushless.com/shop/index.php?app=ccp0&ns=catshow&ref=MDANmotors
11. http://docslide.net/documents/cap -7-autovehicule -electrice -si-hibride.html
12. http://www.e -autovehicule.ro/categorie -diagnoza/90 -diagnoza -auto-obd.html
13. http://www.e -autovehicule.ro/categorie -diagnoza/5 -obd-diagnoza -auto.html
14. http://www.e -autovehicule.ro/categorie -electronica/11 -protocoale -comunicatie -autovehicule.html
15. CURS “ Tehnician electrician -electronist auto” , MODULUL „Testarea automobilului”, Autori:
MELNIC ALINA, MANIU CAMELIA, PASCOTA VALERIA,
www.tvet.ro/Anexe/4.Anexe/Aux_Phare/Aux…/ Testarea %20automobilului .doc
16. www. diagnoza -auto.net
17. http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica -mecanica/Dispozitive -de-automatizare -si29.php
18. https://www.scribd.com/doc/97178776/Senzori -Auto