Principii
Scopul unui sistem de control: mentine parametrii unui motor intr-un anumit interval specificat[1]. Sensul care trebuie acordat expresiei “parametrii unui motor” este larg. De exemplu, prin parametrii unui motor putem intelege:
In structura unui sistem de control pot fi individuate intotdeauna trei componente:
Obs. Notiunea de modul de contol sugereaza imaginea unui sistem electronic. Analizind din punct de vedere istoric evolutia sistemelor de control, vom constata ca primele erau totalmente mecanice. Este suficient sa ne gindim la un regulator centrifugal. Cursul de fata se axeaza pe studiul sistemelor actuale, in care prezenta cel putin a unui modul de control (electronic) este absolut necesara.
Proiectarea unui sistem de control presupune o cunoastere aprofundata a functinarii sistemului respectiv. In practica putem aplica solutii standard care, desi nu ne absolva de necesitatea cunoasterii sistemului controlat, pot facilita semnificativ realizarea controlului.
Cea mai comuna metoda o constituie realizarea unui controler PID (P = proportinal, I = integral, D = derivativ). Acest tip contine toate cele trei componente care permit realizarea unui control eficient:
Termenul proportional caracterizeaza viteza de raspuns: o constanta de proportionalitate cu valoare mare poate diminua timpul de raspuns, dar in acelasi timp accentueaza caracterul instabil al sistemului.
Termenul integral elimina posibilitatea de eroare in conditii stationare.
Termenul derivativ asigura adaptarea rapida a semnalului de control la o schimbare rapida a erorii. Acest termen are un rol de amortizare a semnalului de control.
1. Cerinte impuse sistemelor de control
o realizarea functiei de control pentru care a fost proiectat
o posibilitatea de comunicare cu alte sisteme = permite integrarea acestuia cu celelalte sisteme ale vehiculului
o diagnoza = sistemul de control trebuie sa posede o interfata prin care sa fie posibila efectuarea diagnozei fie prin conectarea unor sisteme speciale, fie direct prin comunicarea rezultatelor catre un tablou de control montat la bordul vehiculului.
Controlul in bucla deschisa si inchisa
Exista doua modalitati de control esentiale:
- bucla deschisa (open loop);
- bucla inchisa (close loop).
Pentru a clarifica diferenta intre ele vom lua drept exemplu o situatie care nu apartine
cimpului motoristic, dar care prin simplitatea ei poate realiza o imagine sugestiva: sistemul de incalzire a unei incaperi.
Presupunem ca avem o incapere incalzita cu ajutorul unui radiator. Debitul de apa calda ce trece prin acest radiator este reglat cu ajutorul unui robinet actionat de catre un servomotor. Cu cit deschiderea robinetului este mai mare cu atit fluxul de caldura trimis in incapere este mai mare, temperatura crescind.
In conditiile utilizarii unui sistem de control in bucla deschisa sistemul de control memoreaza o curba temperatura=f(pozitie robinet). Dorim o anumita temperatura, setam sistemul de control pe o anumita valoare, iar acesta va comanda pozitia robinetului. De remarcat ca sistemul de control nu are nici o informatie asupra rezultatului actiunii sale, el nu controleaza daca actiunea sa a condus intr-adevar catre valoarea dorita de temperatura. Daca de exemplu noi adaugam o alta sursa de caldura in camera, sistemul va lucra total necorespunzator, debitind un flux de caldura superior necesarului.
In conditiile folosirii unui sistem in bucla inchisa reglajul se va face tot pe baza unei caracteristici, dar sistemul va fi intotdeauna informat 'asupra a ceea ce se petrece' prin intermediul unui senzor de temperatura. Daca, de exemplu temperatura obtinuta (prin respectarea caracteristicii) este superioara valorii dorite sistemul va corecta situatia prin inchiderea robinetului.
In acest caz, un factor perturbator (adaugarea unei surse suplimentare de caldura) nu va determina aparitia unor decizii gresite din partea sistemului de control.
Diferenta esentiala intre cele doua sisteme consta in compararea permanenta intre valoarea dorita a parametrului si valoarea obtinuta, comparatie care de poate face doar daca sistemul are un feedback asupra evolutiei fenomenului (in cazul nostru, valoarea furnizata de senzorul de temperatura).
Pe baza semnalelor de turatie si
sarcina controlerul calculeaza valoarea impusa a avansului, in baza unei harti
stocata in memoria sa. Momentul declansarii scinteii (intreruperii circuitului
primar) este stabilit pe baza unei informatii de pozitie a arborelui cotit
(echivalenta pozitiei pe ciclul motor). Informatia este livrata de un senzor
(sau
senzori) plasat la nivelul volantului arborelui cotit sau/si la nivelul axului cu came.
Se observa ca nu exista nici un semnal de feedback care sa informeze controlerul asupra corectitudinii avansului efectiv.
Schema anterioara este specifica unui sistem de aprindere de generatie mai veche, fara limitarea avansului in conditiile aparitiei detonatiei. Sistemele de acest tip nu puteau diminua avansul in conditii de detonatie. Singura posibilitate de reglaj putea fi efectuata de catre conducator. De exemplu daca motorul era alimentat cu o benzina cu cifra octanica mai mica, conducatorul avea posibilitatea diminuarii avansului pe intreaga plaja de functionare prin intermediul unui switch de la bord.
Atentie: este un reglaj 'static' care afecteaza intreaga plaja de functionare, reducind avansul chiar si in punctele in care probabil nu este necesar.
Sistemele mai noi au o corectie automata a avansului prin intermediul unei bucle de reglaj. Deci deja ele se plaseaza in sfera unor sisteme de control in bucla inchisa.
A doua figura ilustreaza un astfel
de sistem. Modulul de control (3) calculeaza avansul pe baza semnalelor de la
senzorii 1 si Valoarea calculata
(semnalul de control) este ulterior corectata in conditiile aparitiei
detonatiei sesizata de catre accelerometrul 5 plasat pe blocul motor.
Un exemplu clasic de control in bucla inchisa il constituie reglajul dozei de combustibil injectate pentru mentinerea unei anumite valori a coeficientului de dozaj (reglaj lambda). Figura alaturata prezinta un astfel de control pentru un MAS cu injectie directa.
Obs. Schema este incompleta, fiind retinute doar citeva elemente care pot reprezenta (intr-o maniera simplificata) controlul cu bucla inchisa.
Modulul de control stabileste o valoare intiala (impusa) a dozei de combustibil injectate pe baza semnalelor de turatie si sarcina. Semnalul de comanda (c) este reprezentat de timpul de activare a bobinei injectorului. Bucla de control se inchide prin semnalul furnizat de sonda lambda. Modululul de comanda corecteaza in permanenta timpul de injectie (doza de combustibil) in functie de vaoarea impusa (i) care depinde de sarcina si turatie si de semnalul dat de sonda lambda.
3. Tipuri de senzori
|
Parametru |
Tipul senzorului |
Observatii |
|
Presiunea |
Piezoelectric sau cu membrana |
Sint masurate presiunile in: sistemul de admisie, rampa de alimentare cu combustibil (cazul motoarelor diesel common rail). De asemenea pot fi masurate presiunile amonte/aval pe filtrul de particule in scopul de terminarii caderii de presiune. Aceasta informatie poate fi folosita drept indicator pentu gradul de colmatare al filtrului. Viitoarele sisteme de control vor include probabil si sisteme de monitorizare a presiunii din camera de ardere. In prezent utilizarea unor astfel de traductoare este limitate din considerente legate de cost/fiabilitate. |
|
Temperatura |
Termorezistente, termistori, termocuple |
Termorezistentele sint folosite in domeniul temperaturilor joase-medii: lichid de racire, ulei. Termistorii, datorita dimensiunilor reduse[2], sint folositi la masurarea temperaturilor aerului aspirat. Tot pentru determinarea temperaturii aerului aspirat mai sint folosite traductoare cu film subtire. |
|
Viteze de curgere[3] |
Debitmetre cu fir cald sau cu clapeta. |
Sint folosite atit in cazul motoarelor cu aprindere prin scinteie cit si diesel la determinarea debitului de aer aspirat. |
|
Acceleratii[4] |
Accelerometre |
Sint utilizate in domeniul MAS pentru detectarea detonatiei prin masurarea vibratiilor blocului motor. In cazul MAC ele sint utilizate drept indicator asupra zgomotului in functionare (o eventuala depasire a unui nivel limita impune reducerea avansului la injectie). |
|
Concentratia oxigenului din gazele de ardere |
Senzori de tip electrochimic (sonda l |
Sint folosite atit la MAS cit si la MAC pentru stabilirea coeficientului de dozaj. Sint folosite doua variante: banda ingusta (cu raspuns tip treapta – MAS) sau banda larga (MAS si MAC) |
|
Viteze de rotatie |
Senzori inductivi sau cu efect Hall |
Sint montati fie in zona volantului, fie in zona axului cu came (situatia senzorilor de pozitie). Informatia lor este folosita atit la controlul injectiei cit si al aprinderii (MAS). |
|
Pozitie unghiulara |
Senzori cu destinatie speciala = in aceasta categorie am inclus tipurile de senzori care fie indeplinesc functii ce nu sint inca implementate pe motoarele de serie, fie au o raspindire limitata pe motoarele actuale
|
