ALTE DOCUMENTE
|
||||||||||
Cuprins |
Introducere.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 2 Istoricul injectiei de combustibil .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ....... 3 Sistemul de management al motorului M-Motronic .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .. 3 Prezentare generala.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ........ 3 Functiile sistemului.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ........ 4 Sistemul de alimentare.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ... 5 Pompa de combustibil electronica.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 6 Filtrul de combustibil.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 6 Magistrala de combustibil .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................. 6 Regulatorul de presiune pentru combustibil.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .......... 7 Alternatorul de unde de presiune.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ....... 8 Injectia de combustibil.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ... 8 |
|
|
Formarea amestecului .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................. 10 Circuitul de înalta tensiune.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .......... 10 Datele de functionare achizitionate.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................. 12 Compozitia amestecului .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .............. 16 Detonatia .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................. 17 Temperaturile motorului si aerului de admisie.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b 18 Tensiunea din baterie .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................. 18 |
Procesarea datelor .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ............ 18 Procesarea semnalelor de sarcina .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .... 18 Conditii de operare.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ........... 20 Pornire .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 20 Faza post pornire .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ......... 20 Faza de încalzire .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .......... 20 Compensarea regimurilor tranzitorii.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b 21 Controlul excesului de aer .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ............... 22 Controlul emisiilor de evaporare .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 23 Controlul detonatiei.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ..... 23 Controlul presiunii de supraalimentare.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................ 23 Limitarea turatiei motorului si a vitezei automobilului .................... 151i89b .................... 151i89b ........... 24 |
|
|
Recircularea de gaze arse .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ............ 24 Fazele de distributie variabile.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ...... 25 Galeria de admisie cu geometrie variabila .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ...... 25 |
Diagnosticarea integrata.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ... 26 Procedura de diagnostic.................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b .................... 151i89b ................... 26 |
|
Sisteme de injectie la motoare cu aprindere prin scânteie |
Introducere Sistemele de injectie cu benzina reprezinta o varianta alternativa la sistemul de alimentare cu carburatie. Acestea fac ca benzina sa fie introdusa în cilindru prin intermediul unor injectoare, fie într- un punct central, fie separat pentru fiecare cilindru în poarta supapei. Initial au fost realizate doua subsisteme independente de alimentare si aprindere care controlau parametrii individuali complet independent si care nu schimbau informatii între ele. Aceasta facea ca eventualele cerinte contradictorii ale celor doua sisteme sa nu poata fi rezolvat decât în interiorul sistemului. În prezent exista sisteme care permit controlul combinat al celor doua procese, cum ar fi MOTRONIC. Din istoricul sistemelor de injectie se mentioneaza: D Jetronic 1967-1979, K Jetronic 1973-1995, LH Jetronic 1981-1998, KE Jetronic 1982-1996, Mono Jetronic 1987-1997, sisteme combinate de injectie cu aprindere M- Motronic KE Motronic Mono Motronic. Sisteme de injectie care utilizeaza principiul injectiei continue Sistemul K Jetronic este de tip mecanic hidraulic si a fost utilizat din 1973 pâna în 1995. Acesta debiteaza combustibil în raport cu cantitatea de aer admisa se poate introduce si o sonda lambda pentru a face controlul injectiei în bucla închisa. Sisteme cu injectie intermitenta Sistemul L Jetronic este un sistem de injectie de benzina cu comanda electronica bazat pe tehnologia analogica care injecteaza combustibil în mod intermitent în raport cu aerul care este aspirat în motor, turatia acestuia si un numar de variabile de actionare. Pornind de la varianta L3 este utilizata tehnologia digitala. De la varianta LH se utilizeaza un anemometru cu fir cald pentru definirea debitului de aer aspirat. Sistemele de tip Motronic realizeaza un management combinat al injectiei de benzina si al aprinderii. |
|
Istoricul injectiei de combustibil |
Istoricul injectiei de benzina se extinde pe o perioada de mai mult de 100 de ani. Primele elemente pentru aceasta au fost fabricate în 1898 dupa care aparitia carburatoarelor a condus la încetarea fabricatiei. Bosch a început studiul asupra pompelor de injectie de benzina în 1912. Primul motor cu injectie de avion care a fost echipat cu injectie de benzina a fost realizat în 1937 si aceasta a fost generata de problemele legate de înghetarea carburatorului si de pericolele legate de incendii. În 1952 a aparut primul sistem de injectie standard pentru un automobil MERCEDES. În 1967 a aparut primul sistem controlat electronic D-Jetronic. În 1973 a aparut sistemul controlat de debitul de aer L Jetronic în acelasi timp cu sistemul K Jetronic care va fi controlat mecanic si hidraulic. În 1976 sistemul K Jetronic a fost primul sistem care a încorporat un sistem de control în circuit închis cu sonda Lambda. În 1979 este marcat de introducerea unui nou sistem. Motronic care face procesarea mai multor functii ale motorului. Sistemul combina varianta L Jetronic cu un sistem de control al injectiei bazat de o harta de control al injectiei. În 1982 a aparut sistemul K Jetronic care va fi extins cu un sistem de control în circuit închis cu sonda lambda. Aceste elemente au fost reunite în sistemul Bosch Mono Jetronic în 1987. |
1.2 Sistemul de management al motorului M-Motronic Prezentare generala Sistemul M-Motronic combina toate sistemele de control electronic ale motorului într-o singura unitate de control (ECU, Electronic Unit Control) care la rândul ei va declansa sistemele de control ale motorului cu aprindere prin scânteie. Senzorii vor fi montati pe motor pentru a aduna informatii cu ajutorul circuitelor de intrare de la: Aprindere - pozitia arborelui cotit -viteza automobilului Selectarea treptei de viteza- controlul transmisiei -aerul conditionat etc. Alte marimi care se preiau includ: Tensiunea în baterie;temperatura motorului;temperatura aerului admis;debitul de aer; pozitia clapetei obturatoare; sonda lambda; senzorul de detonatie; turatia motorului. Circuitele de intrare furnizeaza informatii asupra conditiilor momentane de operare ale motorului, care servesc ca baza pentru comenzile care vor fi transmise de la ECU catre elementele de control final ale operarii motorului. Sistemul combina injectia de combustibil, pregatirea unui amestec |
|
|
de buna calitate si un avans corect la scânteie pentru a oferi un suport viabil pe tot domeniul de sarcini si turatii întâlnite. |
Functiile sistemului Functia principala a sistemului este cea legata de controlul proceselor de aprindere si de injectie de combustibil. De asemenea exista si o serie de functiuni auxiliare cerute de functionarea motorului si eventual de legislatiile tarilor în care aceasta este utilizata. Aceste elemente suplimentare includ: controlul ralantiului, controlul cantitatii de oxigen, controlul elementelor vaporizate din rezervor, controlul detonatiei, controlul gazelor arse recirculate, controlul injectiei de aer secundar pentru reducerea admisiilor de HC. Sistemul poate fi extins pentru a putea face fata la o serie de cerinte speciale cerute de producatori de automobile prin includerea urmatoarelor facilitati: controlul în bucla deschisa al turbosuflantei,controlul axei cu came pentru obtinerea unei reduceri suplimentare a consumului de combustibil,controlul detonatiei functie de turatia motorului pentru protectie motorului si vehiculului. Acest sistem poate prelua si activitati de control al vehiculului. De exemplu poate prelua împreuna cuc sistemul momentului în timpul schimbului de trepte sau cu sistemul ABS pentru a oferi control asupra tractiunii. În figura 1 este prezentat schematic un sistem complet de control al motorului. M-Motronic. Elementele sale componente sunt: |
Figura 1 Schema une instalatii Motronic |
|
|
Elementele componente din imagine sunt: 1. Recipient pentru carbon 2.supapa de închidere 3. supapa de purjare a recipientului 4. Regulator de presiune al combustibilului 5. Injector 6. Actuator de presiune 7. Bobina de aprindere 8. Senzor de faza 9. Pompa pentru aerul secundar 10 Supapa pentru aerul secundar 11 Debitmetru de aer 12 Unitate electronica de control 13 Senzor de deschidere a clapetei obturatoare. 14. Actuator de ralanti 15. Senzor de temperatura a aerului 16. Supapa de gaze arse recirculate 17. Filtru de combustibil 18. Senzor de detonatie 19. Senzor de turatie 20. Senzorul de temperatura al motorului 21. Sonda lambda 22. Interfata de diagnosticare 23. Lampa de diagnosticare 24. Senzor de presiune diferentiala 25. Pompa electrica de combustibil. |
1.2.3 Sistemul de alimentare |
Figura 2 Sistemul de alimentare cu combustibil Sistemul de alimentare trebuie sa fie capabil ca sa raspunda la alimentarea o cantitate de combustibil pentru orice sarcina si turatie a motorului. Pompa electrica aduce combustibilul din rezervor printr-un filtru si o introduce într-o rampa de distributie cu injectare electromagnetica. Acestea vor injecta cantitatea de combustibil necesara în stare precis masurate. Excesul de combustibil se întoarce înapoi printr-un regulator de presiune. Regulatorul de presiune foloseste în general presiunea din galeria de admisie ca referinta. Aceasta referinta este utilizata în combinatie cu debitul constant de combustibil prin conducta de combustibil si aer si efect de racire pentru evitarea vaporilor. Ca rezultat exista o diferenta de presiune relativ constanta de 300 kPa. Se pot introduce si atenuatori de presiune pentru a reduce oscilatiile din conducte. |
|
|
1.2.4 Pompa de combustibil electronica Aceasta pompa alimenteaza continuu combustibil din rezervor. Poate fi instalata în rezervor sau în linie cu rezervorul, în afara lui. În general, pompele vor fi integrate cu ansamblul de rezervor de combustibil si includ si un sistem de amestecare care elimina vaporii din zona de retur. Daca pompa este situata în afara rezervorului se poate introduce si o pompa suplimentara pentru o crestere aditionala de presiuni. Debitul livrat este superior celui cerut pentru a asigura permanent presiunea necesara. Pompa se afla sub controlul ECU si are un circuit de siguranta pentru oprirea acesteia atunci când motorul este oprit. |
Figura 3 Pompa de injectie de benzina Pompa de alimentare este compusa din ansamblul pompa si motorul electric plus carcasele. Ele sunt asamblate împreuna într-o singura carcasa care este imesata în fluid. Aceasta va fi introdusa în combustibil unde va fi si racita de acesta, iar pericolul de incendiere este redus, neexistând amestec inflamabil.Exista mai multe tipuri constructive de pompa, în general volumice sau centrifugale. Cele centrifugale au avantajul ca sunt mai putin zgomotoase. |
1.2.5 Filtrul de combustibil Contaminarea combustibilului poate aduce prejudicii atât pentru regulatorul de presiune, cât si pentru injectoare. De aceea este instalat un filtru dupa pompa de benzina. Acesta este de tip filtru cu hârtie si contine o hârtie filtranta cu trecere de 10 mm. |
1.2.6 Magistrala de combustibil |
Combustibilul curge prin magistrala de combustibil de unde va fi distribuit în mod egal la toate injectoarele. Acestea sunt montate pe magistrala, care mai contine si un regulator de presiune si, uneori, un atenuator de unde de presiune. Dimensiunea magistralei este functie de numarul de cilindrii |
|
|
si cantitatea de combustibil injectata ca sa poata raspunde prompt la schimbarile de debit care poate fi livrat. În raport de cerinta aceasta poate fi realizata din otel, aluminiu sau plastic. Magistrala principala poate include si o supapa de rasuflare. |
1.2.7 Regulatorul de presiune pentru combustibil |
Figura 4 Regulstorul de presiune pentru combustibil Cantitatea de combustibil injectata trebuie sa fie determinata numai prin durata de injectie. De aceea este necesar ca diferenta dintre presiunea combustibilului din magistrala si presiunea din galeria de admisie sa ramâna constanta. Aceasta înseamna ca este necesara reglarea presiunii din conducta functie de cea din galeria de admisie. Rolul regulatorului este acela de reglare a presiunii prin returnarea în rezervor a unei cantitati de combustibil daca presiunea este prea mare. În general acesta este asezat la capatul opus admisiei de combustibil pentru a nu interfera cu admisia. De asemenea, acesta poate fi montat pe linia de retur. Din punct de vedere constructiv acesta este un regulator de suprapresiune controlat de o diafragma. Un arc controleaza diferenta de presiune dintre presiunea combustibilului si cea din galeria de admisie. Daca presiunea din rampa de combustibil este mai mare decât cea prescrisa (arc +galerie) se deschide un orificiu care va permite combustibilul sa treaca spre retur. |
|
|
1.2.8 Alternatorul de unde de presiune |
Figura 5 Atenuatorul de presiune Ciclurile alternative de descarcare ale injectoarelor conduc spre o variatie a presiunii din conducta principala cu efecte negative asupra procesului de injectie. În anumite situatii nefavorabile de montaj ale pompei electrice se pot transmite vibratii catre corpul automobilului care pot genera zgomote. Acestea se pot reduce cu ajutorul unor atenuatoare de vibratii cu constructie similara cu cea a regulatorului de presiune. Arcul de lucru este predimensionat astfel ca sa se ridice odata ce s-a atins presiunea de lucru. La o crestere suplimentara a presiunii arcul îti mareste sageata realizând un spatiu tampon ce atenueaza unde de presiune. |
1.2.9 Injectia de combustibil Cerintele legate de o functionare lina si emisii scazute pentru automobile au facut necesara realizarea unui amestec de buna calitate pentru fiecare ciclu în parte. Cantitatea de combustibil injectata trebuie sa fie dozata precis în raport cu cantitatea de aer aspirata. Momentul precis al injectiei este important pentru aceasta situatie. De aceea la fiecare cilindru se afla montat un injector electromagnetic, care va livra o cantitate masurata de combustibil spre supapa de admisie, eliminând astfel condensarea acestuia de-a lungul peretilor pentru a pastra un exces de aer în limite strânse. Deoarece în aspiratie se gaseste numai aer, galeria de admisie poate fi optimizata din punct de vedere al umplerii. Injectorul electromagnetic Injectorul electromagnetic contine o armatura de solenoid montate pe un arc de tip supapa si nu o miscare bine determinata în interiorul corpului. Atunci când este închis, acul este apasat pe sediu si circuitul hidraulic este închis. Atunci când sistemul de control transmite un semnal catre înfasurarea solenoidului armatura acestuia ridica arcul cu 60-100 mm si se poate realiza injectia de combustibil. |
|
|
Timpul de raspuns este situat între 1.5-18 ms la o frecventa de control de 3 125 Hz functie de tipul de injectie si de conditiile de functionare. Exista doua tipuri de variante de injector utilizate. |
Figura 6 Injectoare electromagnetice Injector cu alimentare pe sus (top feed injector) Combustibilul intra în acest tip de injector prin partea de sus si curge pe axa sa verticala. Acest tip este montat într-o constructie speciala aflata în conducta magistrala. Etansarea realizata de un inel aflat în partea superioara iar tot ansamblul este blocat cu o clama. Partea de jos este montata în galeria de admisie. Injector alimentat pe jos (bottom feed injector) Injectorul cu alimentare pe jos este integrat în ansamblul de conucta magistrala, unde este imersat constant în lichidul care curge. Combustibilul intra prin lateral. Întreg sistemul este montat pe galeria de admisie. Aceasta varianta constructiva ofera mai multe avantaje: o buna pornire si un bun raspuns la modificarile de regim si o constructie cu o înaltime mai redusa. |
|
|
|
1.2.10 Formarea amestecului |
Figura 7 Elemente de formare a amestecului Se pot utiliza mai multe variante de distributie a combustibilului pentru a satisface cerintele efective de atomizare necesare pentru a asigura o omogenizare buna a amestecului si pentru a nu lasa ca o parte din combustibil sa se condenseze pe galerie. Orificiul de descarcare al combustibilului este calibrat în mod special pentru a permite obtinerea acestor cerinte. Se pot utiliza variante cu un singur orificiu, cu mai multe orificii, cu jet conic sau alte variante pentru a obtine efectul dorit. O alta varianta utilizata este aceea de a atrage aer în calea combustibilului pentru a realiza o mai buna pulverizare. Aceasta varianta introduce aer prin zona de combustibil pentru a fi antrenat de acesta si a sprijini injectia. În figura de mai sus sunt prezentate mai multe variante pentru injectia de combustibil, respectiv cu inel de combustibil, cu un singur orificiu de injectie si alte variante. |
1.2.11 Circuitul de înalta tensiune Circuitul de înalta tensiune genereaza curentul de înalta tensiune necesar pentru scânteie si apoi îl distribuie spre bujie la momentul oportun. Circuitul Motronic de înalta tensiune poate fi realizat functie oricare din optiunile de proiectare: Circuit de înalta tensiune cu o singura înfasurare de aprindere, o singura treapta de putere si un distribuitor de înalta tensiune (distribuitor rotativ) Circuit de înalta tensiune cu o singura înfasurare si un circuit de iesire pe fiecare cilindru (distributie stationara) |
|
Circuit de înalta tensiune cu o dubla înfasurare si o singura iesire pentru fiecare doi cilindri (distributia stationara) Bobina de aprindere Rolul acesteia este de a stoca energia electrica pe care o descarca în timpul producerii scânteii. Ea functioneaza conform legilor inductiei si este compusa din doua înfasurari de cupru cu raportul de tensiuni este legat de raportul dintre numarul de spire al celor doua înfasurari. Bobinele moderne constau în placi combinate pentru a forma un circuit feros închis într-o carcasa de plastic. În exterior se gaseste circuitul secundar, iar între ele se gaseste o rasina epoxidica care asigura izolarea între ele. Modul de proiectare este legat de o aplicatie individuala. Ruptoarele Ruptoarele anterioare erau de tip mecanic ele întrerupând si reactivând circuitul ele realizând variatia de tensiune care genereaza inductia în bobina. În plus aceasta va trebui sa limiteze atât curentul în primar cât si cel din secundar. Acestea sunt necesare pentru a proteja sistemul si pot fi interne sau externe. Generarea de curent de înalta tensiune Sistemul de control electronic ECU activeaza acest sistem de generare a tensiunii într-o perioada de timp determinata. În acesta, curentul din primar creste la o anumita intensitate. Acest nivel determina nivelul de energie stocata în sistem. În momentul în care se asteapta scânteia a curentul se întrerupte. Din aceasta cauza apare inductia în secundar. Potentialul tensiunii secundare depinde de un numar de factori. Aceasta include cantitatea de energie stocata în sistemul de aprindere, capacitatea înfasurarilor si raportul de transformare. Ceea ce livreaza bobina secundara trebuie sa fie mai mult decât ce cere bujia necesar pentru a declansa aprinderea. Distribuirea scânteii Distribuirea scânteii prin sisteme rotative este realizata la sistemele clasice cu ajutorul unui sistem mecanic. La varianta M-Motronic foloseste sisteme mecanice, care sunt mult simplificate deoarece multe din functiile acestuia sunt preluate de elemente electronice. Distribuitorul are urmatoarele componente:Capac izolat - capat de distributie cu terminale de descarcare - rotorul cu rezistorul de suprimare - aparatoarea de suprimare a interferentei. Distribuitorul este montat direct pe axul cu came. În general se poate folosi un singur distribuitor pâna la 6 cilindri, dar la 8 cilindri sunt necesare 2 distribuitoare. Conectoare si eliminatori de interfata Cablurile care transmit curentul de înalta tensiune trebuia sa transmita aceasta fara a avea pierderi pe traseu. De aceea ele trebuie sa fie puternic izolate si de lungime scurta. Un impuls de tensiune de descarcare puternica reprezinta o sursa importanta de interferenta radio. Vârfurile curente asociate cu descarcarea sunt limitate de rezistori de suprimare care vor fi asezati cât mai aproape de sursa, uneori chiar în conectorul pentru bujie. De mentionat ca introducerea acestor rezistori va creste pierderea pe circuit. |
|
|
|
1.2.11.1 Bujia |
Bujia este piesa care genereaza scânteia pentru aprinderea amestecului combustibil. Aceasta este izolata cu ceramica care are doi conductori care patrund în camera de ardere. La aparitia unei diferente de potential ridicat, gazul din camera de ardere, care este conducator, este strapuns si între cei doi electrozi apare o scânteie electrica. Diferenta de potential ceruta depinde de diferenta între electrozi, geometria acestora, presiunea din camera de ardere si punctul de aprindere.Electrozii bujiei nu sunt supusi uzurii, asa ca sistemul de aprindere trebuie sa ofere o diferenta de potential necesara declansarii scânteii. |
1.2.12 Datele de functionare achizitionate Una din cele mai importante variabile utilizate pentru determinarea cantitatii de combustibil injectate este sarcina. Sistemul Motronic utilizeaza urmatoarele date pentru a defini sarcina: senzorul de debit de aer, anemometrul cu fir cald pentru debitul de aer, senzor de presiune pe galerie si senzor pentru pozitia clapetei obturatoare. În sistemele Motronic senzorul de clapeta obturatoare este utilizat ca al doilea senzor suplimentând un senzor din cele de mai sus. Este de asemenea utilizat ca senzor principal în anumite situatii. Senzorul de debit de aer |
Senzorul de debit de aer este aflat între filtrul de aer si clapete obturatoare unde se poate determina debitul de aer [m /h] al aerului aspirat în motor. Forta cu care actioneaza debitul de aer |
|
|
actioneaza asupra unui arc pe care îl deformeaza si este monitorizat de un potentiometru.Tensiunea este preluata de unitatea centrala si comparata cu cea initiala. De asemenea se mai preia si temperatura pentru a realiza corectia necesara. Pentru a evita pulsatiile se prevede si o contraaripa cu un volum de atenuare. Debitmetru se gaseste si în componenta altor sisteme, cum ar fi M-Motronic si L-Jetronic. Debitmetru de aer |
Anemometrele cu fir cald si cele cu film cald sunt amândoua cu senzor de tip termic. Ele vor fi instalate între filtrul de aer si clapeta obturatoare, unde vor masura debitul de aer [kg/h]. Principiul de functionare este acelasi: un circuit electric va cauta sa încalzeasca elementul metalic (firul sau filme) si sa mentina temperatura acestuia constanta. Cantitatea de curent electric necesara pentru încalzire este indice al debitului de aer care circula prin galeria de admisie. Acest sistem preia automat variatiile de densitate. Anemometre cu fir cald Elementul activ (cel care este încalzit) este un fir de platina de 70 mm. Un semnal de temperatura este integrat cu anemometru pentru a compensa variatia temperaturii aerului. Principalele componente în circuitul de control sunt o punte de masura si un amplificator. Elementul cald si senzorul de temperatura al aerului actioneaza ca rezistoare active în punte. Curentul de încalzire |
|
|
|
genereaza o tensiune proportional cu debitul de aer, care va fi transmis la unitatea centrala. Pentru a preveni o alunecare (modificare a caracteristicilor de transfer de caldura) generata de depozitele de elemente de contaminare de pe firul de platina, acesta va fi încalzit pâna la o temperatura de ardere pentru o secunda dupa ce motorul s-a oprit. Anemometrul cu film cald Elementul încalzit pe acest tip de anemometru este o rezistenta dintr-un film de platina. Acesta este localizat pe o placuta ceramica cu alte elemente pe un circuit punte. Separarea dintre încalzitor si elementul sensibil usureaza proiectarea circuitului de control. La fel ca la varianta anterioara tensiunea este cea care defineste debitul de aer. Aceasta variabila nu necesita îndepartarea depozitelor care pot apare. |
Figura 8 Anemometre de aer Senzorul pentru presiunea din galeria de admisie O legatura pneumatica conecteaza galeria de admisie la un senzor de presiune care masoara presiunea absoluta [KPa] din galeria de admisie. Senzorul este de tip cu diafragma variatia de presiune determinând o deformatie a acesteia, care va fi masurata de catre senzori de deplasare si semnalul este transmis spre unitatea centrala. Acesta va fi amplificat de catre o punte si compensat cu efectele temperaturii. |
|
|
|
Senzorul de pozitie a clapetei obturatoare |
Acest senzor ofera un al doilea semnal legat de variatia sarcinii bazat pe unghiul facut de clapeta obturatoare. Aceasta aplicatie ofera informatii pentru functii dinamice si serveste ca element de siguranta la eventualele defectiuni ale senzorilor. Senzorul de pozitie al clapetei obturatoare este montat la ansamblul clapeta obturatoare si transmite pozitia sa catre ECU. Se poate utiliza acest tip de senzor ca senzor primar, dar atunci este necesara o precizie suplimentara care se poate obtine cu ajutorul a doua potentiometre si se poate introduce o suspendare suplimentara. Unitatea de control determina masa de aer admis prin monitorizarea pozitiei clapetei obturatoare si a turatiei. De asemenea, cu ajutorul temperaturii aerului admis se poate face corectia de densitate. Determinarea turatiei si a pozitiei arborelui cotit si a axului cu came Turatia motorului si pozitia arborelui cotit |
Figura 9 Determinarea turatiei si pozitiei arborelui cotit Pozitia pistonului în cilindru este determinata de pozitia arborelui cotit. Informatii despre pozitia pistoanelor se regasesc în pozitia arborelui cotit.Viteza de modificare a pozitiei vor defini turatia motorului (rpm). Semnalul de pozitie al arborelui cotit va fi convertit în turatie de catre senzorii de |
|
|
deplasare. Pozitia arborelui cotit se face cu ajutorul unei roti dintate cu 60 de dinti teoretici, din care lipsesc doi. Aceasta va genera, cu ajutorul unui senzor între 6˚ RAC. Curentul generat va putea fi transformat într-un curent de tip sinusoidal, pentru definirea turatiei. Calculul pozitiei arborelui cotit Flancurile dintilor vor genera trepte de tensiune care vor fi transmise la unitatea centrala. O distanta dubla între doi dinti va determina o pozitie deosebita a pistonului din cilindru 1. Calculatorul va sincroniza pozitia arborelui cotit în raport cu acest semnal. Durata dintre doua semnale de flanc (3˚) va fi divizata la 4 si va rezulta un interval de precizie de 0.75˚ RAC. Intervalul dintre doua aprinderi distribuite egal este raportat la numarul de cilindri. Aprinderea, injectia si turatia sunt derivate din segmentul de timp si sunt necesar pentru fiecare interval. Pozitia axului cu came Axul cu came realizeaza distributia în motor si se roteste cu jumatate din turatia arborelui cotit. Acestea se realizeaza odata la doua rotatii ale arborelui cotit si nu pot fi definite de pozitia arborelui cotit. Daca sistemul de aprindere este mecanic, el va fi montat rigid la axul cu came si nu va necesita informatii suplimentare despre pozitia axului cu came. Daca sistemul este electronic atunci este necesara definirea unor informatii suplimentare despre pozitia axului cu came. Pozitia axului cu came este necesara mai ales daca se utilizeaza sisteme separate de injectie pentru fiecare cilindru |
1.2.13 Compozitia amestecului 1.2.13.1 Senzorul lambda de oxigen |
Figura 10 Sonda lamda |
|
|
Sonda lambda contine doi electrozi, unul aflat în gazele de ardere, iar celalalt în aerul atmosferic. Partea activa a sondei este un corp special de ceramica cu electrozi de platina permeabila la gaz. Senzorul de operare se bazeaza pe porozitatea materialului ceramic care permite oxigenului sa difuzeze (electrolid solid). Materialul ceramic devine conductiv la temperaturi ridicate. Daca exista o diferenta de nivel de oxigen apare o diferenta de potential. În jurul valorii de l=1 apare o treapta de tensiune caracteristica în curba de raspuns. Un control corect al operatiei se obtine pentru temperaturi mai mari de 350˚ C (senzor neîncalzit) sau 200˚ C (senzor încalzit). Cele doua variante sunt relativ asemanatoare cu diferente ca varianta încalzita apare un element suplimentar de încalzire. |
1.2.14 Detonatia |
Figura 11 Sisteme de evaluare a ciclurilor detonante În anumite situatii arderea normala se poate degenera într-un proces anormal caracterizat prin fenomenul de detonatie. Acesta poate conduce în afara de zgomotele neplacute si uzuri importante sau scaderi ale performantelor motorului. Detonatia în motor conduce la aparitia unui front de presiune care se va reflecta la pretele camerei de ardere. Vibratiile caracteristice generate de fenomenul de detonatie poate fi monitorizat de senzorul de detonatie si va fi convertit într-un semnal electric care va |
|
|
fi transmis la unitatea centrala. Alegerea numarului si pozitia senzorilor de presiune este necesar sa fie alese cu grija. O problema este legata si de posibilitatea aparitiei detonatiei numai la unul din cilindrii si este necesara depistarea acestuia. În functie de numarul de cilindrii se pot utiliza un senzor la 4 cilindri 2 senzori la 5-6 cilindri si 3-4 senzori la 8-12 cilindri. |
1.2.15 Temperaturile motorului si aerului de admisie Temperatura motorului se obtine printr-un senzor de temperatura a lichidului de racire. De asemenea un senzor de temperatura se monteaza si în aerul aspirat. Senzorul de temperatura este de tip termistor cu coeficient de temperatura negativ si face parte dintr-o punte care opereaza la o tensiune de 5 V. Se adauga un circuit de liniarizare al raspunsului. |
1.2.16 Tensiunea din baterie Închiderea si deschiderea injectoarelor depind de tensiunea din baterie. Variatiile de tensiune care apar pot genera raspunsuri întârziate ale sistemelor de alimentare si aprindere. La tensiuni reduse ale bateriei este necesara cresterea unghiului dwell ( unghiul de comutare a pozitiei în care bobina se încarca de la circuit) pentru a permite acesteia sa preia mai multa energie. |
1.3 Procesarea datelor 1.3.1 Procesarea semnalelor de sarcina |
Variabile monitorizate Sistemul de control electronic utilizeaza semnalele pentru sarcina si turatie corespunzând masei de aer aspirate în timpul fiecarui ciclu. Acest semnal serveste ca baza pentru calculul duratei de injectiei si pentru determinarea avansului la scânteie. Monitorizarea masei de aer Anemometrele cu fir cald sau film cald masoara masa de aer aspirata în mod direct producând un semnal potrivit pentru determinarea sarcinii. Daca se utilizeaza un anenometru, este necesara si utilizarea unei corectii de temperatura. Daca este cazul se realizeaza si o compensare a oscilatiilor. |
|
|
Monitorizarea presiunii Monitorizarea presiunii, cu ajutorul unui senzor de presiune, difera fata de cazul monitorizarii debitului deoarece nu exista o legatura directa (formula) pentru calculul sarcinii direct din presiune. De asemenea este necesara o compensare suplimentara cu temperatura. Calculul avansului de injectie Baza de calcul a duratei este calculata direct din semnalul de sarcina si constanta injectorului si defineste relatia dintre durata - de activare a semnalului si debitul prin injector . Aceasta este specifica fiecarui injector si rezulta debitul de combustibil. Debitul de combustibil se calculeaza pentru l Aceasta este valabila atunci când diferenta de presiune dintre combustibil si aer este constanta. Daca acesta variaza este necesara compensarea duratei de injectie. În acelasi timp este necesara compensarea cu tensiunea din bateria masinii. Durata efectiva de injectie Durata efectiva de injectie rezulta în urma aplicarii factorilor de corectie. Acestia vor fi aplicati individual sau în corelatie cu alti factori. Durata de injectie se calculeaza cu algoritmul urmator: |
Figura 12 Determinarea parametrilor de injectie |
|
Odata ce umplerea cilindrului scade sub un anumit nivel, amestecul nu se va mai aprinde. Reducând timpul de injectie se previne formarea de hidrocarburi din gazele de evacuare. La pornire calculul se va face separat, pe alte criterii. Controlul avansului la scânteie Una din hartile importante care se utilizeaza este cea a avansului de declansarea scânteii electronice stocata în memoria unitatii centrale de control. Acest avans este optimizat pentru realizarea unor consumuri minime si emisii poluante reduse. Datele pentru temperatura aerului admis în cilindru si temperatura apei de racire ofera o baza de compensare a avansului cu temperatura. Unitatea poate oferi si alte corectii pentru definirea unui avans optim în raport de sarcina, emisii consum de combustibil tendinta de preaprindere si usurinta de conducere. Factori speciali de corectie includ operarea cu gaze arse recirculate si situatia în care se gaseste vehiculul (accelerare, decelare). |
1.4 Conditii de operare 1.4.1 Pornire La pornire sunt necesare conditii suplimentare de crestere a cantitatii de combustibil în raport cu temperatura motorului. La temperaturi reduse ale acestuia este necesara realizarea unui film de combutibil pe punctele galeriei de admisie pentru a compensa cantitatile suplimentare de combustibil cerute. Odata cu pornirea, cantitatea de combustibil este redusa. La pornire se realizeaza si un avans la injectie mai mic, pentru a usura pornirea. |
1.4.2 Faza post pornire Faza post pornire este caracterizata printr-o reducere a cantitatii de combustibil injectate. Aceasta este influentata de temperatura motorului si timpul scurs de la pornire. Avansul la aprindere este de asemenea modificat pentru a corespunde cu cantitatea de combustibil care va fi injectata. Faza post pornire face o trecere lenta spre faza de încalzire. |
1.4.3 Faza de încalzire Exista diferite strategii pentru faza de încalzire în raport cu modul în care este realizat motorul si este facut controlul emisiilor poluante. Una din variante este aceea de a combina o încalzire lenta cu o reducere a avansului pentru a realiza o crestere a temperaturii gazelor de evacuare de aceea este necesara introducerea de aer suplimentar pentru reducerea emisiilor poluante (HC si CO) si utilizarea la maxim a convertoarelor catalitice. Efectele modificarii avansului de aprindere si a modului de |
|
injectie pot fi suplinite si de o turatie de ralanti crescuta. Odata ce temperatura motorului a atins o valoare de lucru se poate trece la operarea în regim normal cu l |
1.4.4 Compensarea regimurilor tranzitorii Accelerarea/decelarea O anumita cantitate din cantitatea de combustibil injectata se va lovi de galerie si nu va intra în cilindru pentru urmatorul ciclu si se va condensa pe peretii galeriei de admisie. Aceasta cantitate stocata pe pereti poate creste în raport cu sarcina si cu durate mari de injectie. Din aceasta cauza este necesara suplimentarea cantitatii de combustibil injectate si trebuie prevenita formarea acestor depuneri de combustibil. La decelare se va reduce cantitatea de combustibil injectata pentru a reduce consumul. Atunci când clapeta obturatoare este închisa injectia este oprita pentru a reduce consumul de combustibil si emisiile. Atunci când injectia se opreste se va reduce avansul pentru a atenua saltul de moment în timpul tranzitiei. Injectia va fi repornita în momentul în care se atinge o turatie definita, mai mare decât turatia de ralanti, care este functie de diverse setari ale motorului. La reluarea injectiei se va reface filmul de combustibil. Controlul ralantiului Consumul de combustibil este determinat mai ales de randamentul motorului si de turatia de ralanti, care trebuie sa fie cât mai mic posibila, dar nu trebuie sa scada sub o anumita valoare care sa dea o functionare dura sau neregulata, daca se introduc consumatori suplimentari ai automobilului. Turatia stabila de ralanti este o combinatie de numeroase elemente care includ frecarea interna a motorului si antrenarea sistemelor auxiliare. Controlul turatiei va trebui sa compenseze modificarile de putere consumate. Datele de intrare pentru turatia de ralanti sunt senzorul de recunoastere al situatiei de ralanti (pedala de acceleratie neapasata), temperatura motorului. Sistemul de reglare Exista trei variante de reglare a turatiei de ralanti: Controlul aerului Pentru a realiza un control al aerului se poate utiliza fie un bypass al clapetei obturatoare fie a unei opriri variabile a clapetei obturatoare. Un dezavantaj al sistemului de bypass este legat de posibilitatea aparitiei unui supliment de aer la trecerea spre o sarcina partiala. Sistemul de reglare al ralantiului utilizeaza un motor electric si o transmisie cu roti dintate. La ralanti pot apare probleme daca galeria de admisie are un volum mare. Reglaj datorat avansului la scânteie. Odata cu scaderea turatiei sistemul de control va trece la cresterea avansului pentru a realiza o marire a momentului realizat de motor. Compozitia amestecului |
|
|
Datorita reglementarilor dure a emisiilor poluante variatia calitatii amestecului este nesemnificativa. |
1.4.5 Controlul excesului de aer Tratamentul gazelor de ardere se realizeaza într+un reactor catalitic prin reducerea emisiilor poluante si transforma CO, HC si NO x în H 2O, CO 2 si N 2. Domeniul de control Domeniul de control pentru conversia celor trei compusi poluanti simultan se face într-o fereastra lambda (l 1). Aceasta face ca un control al excesului de aer sa fie obsolut necesar si se efectueaza cu o sonda lambda. Amestecurile sarace (l>1) produc în senzor un curent de circa 100 mV în timp ce amestecurile bogate o tensiune de circa 800 mV. Unitatea centrala utilizeaza semnalul de turatie si de debit de aer pentru a genera un semnal pentru sistemul de injectie. De asemenea este generat si un semnal suplimentar din sonda lambda pentru control. |
Operarea |
Figura 13 Schema de functionare sonda lamda Sonda Lambda trebuie sa fie functionala înainte de pornirea circuitului în bucla închisa. De aceea exista circuite de monitorizare pentru ca o sonda lambda porneste dupa 30 s. La faza de încalzire a motorului amestecul trebuie activat de la un nivel de temperatura în sus. Odata activat comparatorul calculatorului de control verifica semnalul primit de la sonda. Durata de injectie va fi marita sau micsorata în raport cu tipul de semnal primit, într-o oscilatie permanenta. Exista si varianta cu doua sonde lambda care verifica si calitatea gazelor dupa tratare pentru a preveni eventualele defectiuni ale acesteia. |
|
1.4.6 Controlul emisiilor de evaporare Originea emisiilor de vapori de combustibil Combustibilul din rezervorul de combustibil va fi încalzit de radiatia de caldura din surse externe - încalzirea combustibilului din returul de combustibil la trecerea prin apropierea componentelor calde. Emisiile de evaporare sunt supuse reglementarilor antipoluare. Pentru limitarea acestora se echipeaza cu un filtru activ de carbune aflat la capatul rezervorului de combustibil. Acest filtru va prelua vaporii de combustibil si va elibera aerul în atmosfera. Pentru a asigura o buna curatare a filtrului acesta va fi purjat periodic cu aer, continutul de combustibil fiind ars în motor. Acest procedeu se numeste curgere de regenerare si poate genera mari probleme sondei lambda, având un exces de aer neprecizat. Pentru aceasta este prevazuta o supapa de control al purjarii care trebuie sa realizeze o purjare corecta si o deviatie minima de exces de aer. Sistemul electronic de control urmareste permanent curatirea filtrului si reintroducerea combustibilului în motor. |
1.4.7 Controlul detonatiei Controlul electronic al avansului la aprindere permite reglaje foarte delicate în raport cu turatia, sarcina si temperatura. Dar este necesara realizarea unui reglaj care sa fie departe de limita de detonatie. Evitarea detonatiei se face cu un senzor de detonatie pentru a nu micsora raportul de comprimare. Aceasta permite ca sa se regleze avansul optim pentru fiecare cilindru în parte ca sa se poata prelungi viata masinii. Cerinta principala este aceea de a se putea evalua situatia în care apar semnalele detonatiei. Senzorul de detonatie este un detector de oscilatii instalat într-un punct sau puncte sensibile ale motorului. Semnalele de frecventa trimise de catre detector se vor transmite la sistemul de control pentru a putea lua, printr-un algoritm, deciziile ce se impun de reducere cu un anumit increment, al avansului. La disparitia semnalului se trece la refacerea acestuia. Fiecare cilindru are nodul sau de rezistenta la detonatie în raport de pozitia sa, modul sau de racire etc. De aceea pot exista si diverse variante de strategie privind modul de reducere al avansului. Datele sunt stocate în memorii pentru fiecare cilindru în parte. Modul de utilizare al sistemului poate fi utilizat numai în conditiile în care se cunoaste calitatea combustibilului. În cazul motoarelor supraalimentate la care reducerea avansului este la limita, se poate lua si decizia de reducere a presiunii de supraalimentare. |
Controlul presiunii de supraalimentare |
Supraalimentarea se face cu ajutorul unui grup de turbosupraalimentare compus dintr-o turbina si o suflanta , cuplata mecanic. Problemele supraalimentarii sunt legate de posibilitatea de a functiona cu randamente bune la turatii scazute, ele fiind proiectate pentru sarcina si turatie plina. |
|
|
De aceea, pentru buna functionare a sistemului se poate introduce o supapa de bypass care sa poata evacua o parte din gazele arse direct în atmosfera, fara a mai trece prin turbina. Sistemul de comanda este prezentat în figura alaturata. În unele zone ale sarcinilor partiale se poate reduce consumul specific, prin urmatoarele metode: Lucrul mecanic rezidual al motorului si turbinii se reduc. Presiunea si temperatura la iesirea compresorului se reduc. Se reduce presiunea diferentiala de la clapeta obturatoare.Cu aceasta clapeta se controleaza presiunea de supraalimentare care poate fi pusa în legatura si cu detonatia. |
1.4.9 Limitarea turatiei motorului si a vitezei automobilului Depasirea turatiei poate duce la distrugerea motorului si este necesara stabilirea unei turatii limita. La depasirea unei turatii limita prescrise unitatea raspunde prin suprimarea semnalului de injectie. Acesta este reluat la reducerea turatiei (sau vitezei) sub o limita data. Marja de actionare este 150 rpm. |
1.4.10 Recircularea de gaze arse La admisia de amestec proaspat se realizeaza o suprapunere a deschiderilor supapelor ceea ce conduce la o introducere de gaze arse în cilindru. Dar este important ca o cantitate de gaze arse sa fie introdusa în amestecul proaspat la sarcini partiale pentru reducerea emisiilor poluante. |
|
|
|
1.4.11 Fazele de distributie variabile Fazele de distributie pot influenta functionarea motorului în mai multe moduri: Putere si moment crescute - controlul amestecului - faze de distributie ce pot fi continuu modificate. Fazele de distributie pot determinate ca sa fie optime pentru toate turatiile de functionare. Sistemele de faze de distributie variabile pot fi în variante în care se modifica fazele, dar nu înaltimea de ridicare sau în varianta în care durata de deschidere este constanta, iar înaltimea variabila. Una din variante este cu control cu lobi, în care exista came spatiale care au diverse profile în raport cu pozitia tachetului pe acesta. |
1.4.12 Galeria de admisie cu geometrie variabila |
Obiectivele proiectarii unui motor sunt obtinerea unei puteri maxime si un moment maxim. Una din principalele influente asupra momentului maxim este geometria galeriei de admisie, care prin undele de presiune pot genera unde de presiune favorabile.Ca principii generale galeriile scurte permit puteri maxime si se sacrifica momentul, iar galeriile cu volum mare pot duce la rezonante pentru |
|
|
anumite turatii cu avantaje pentru acestea. Galeriile cu geometrie variabila pot conduce la umplerea ideala pentru o gama mai larga de turatii. Exista mai multe variante de modificare posibile: Ajustarea lungimii Modificarea între lungimi si diametre Blocarea anumitor zone în galerie pentru modificarea dimensiunilor. Fiecare cilindru are zona sa de galerie, conectate la o zona comuna. Aceasta poate fi modificata pentru a putea obtin un randament optim. O alta varianta este legata de utilizarea unor rezonatori de tip Helmholtz. |
1.5 Diagnosticarea integrata 1.5.1 Procedura de diagnostic |
Figura 14 Schema bloc a sistemului Sistemul de diagnostic (OBD) este un echipament standard pentru echiparea sistemului M- Motronic. Acesta comanda si sistemul raspunde si verifica senzorii daca raspund corect. Aceasta procedura este realizata constant pe toata perioada de activitatea normala a vehiculului. Unitatea centrala stocheaza toate informatiile cu privire la erorile aparente si conditiile în care acestea au aparut. La depanarea acestora apare un istoric al defectiunilor. Zonele de diagnosticare Debitmetrul de aer Acesta constituie un exemplu de autoverificare a sistemului. Durata de injectie este calculata în functie de debitul de aer masurat si este comparat cu cel care ar rezulta din comparatia cu cel |
|
calculat din turatie si pozitia clapetei obturatoare. Daca apare o diferenta prea mare, atunci aceasta este stocata ca o eroare. Ratarea aprinderilor Ratarea aprinderilor conduce la aparitia unor importante cresteri de emisii poluante. Aceasta conduce la necesitatea monitorizarii acestei situatii prin diverse metode, în special prin determinarea turatiei instantanee a arborelui cotit. Aceasta masurare poate determina cel mai bine aparitia acestui fenomen. Convertorul catalitic Convertorul catalitic se poate verifica montarea unei sonde lambda suplimentare dupa acesta. La o functionare corecta acesta trebuie sa stocheze oxigen, atenuând oscilatia de control a sondei. Pe masura ce convertorul îmbatrâneste, raspunsul sau este tot mai apropiat de cel al sondei aflate înainte de convector. Sonda lambda Dupa o perioada de utilizare sonda lambda va functiona mai prost, respectiv raspunsul sau la variatiile excesului de aer (în jurul lui 1) vor avea o frecventa tot mai mica. Verificarea ei se face prin verificarea raspunsului la frecventa a acesteia. Rezistenta de încalzire a sondei se face permanent de catre sistem. Semnalul senzorului este permanent verificat de catre sistem. Alimentarea cu combustibil Daca amestecul de aer deviaza o perioada mai lunga de la cel stoichiometric se considera ca exista posibilitatea aparitiei unor defectiuni în sistemul de alimentare. De exemplu se poate defecta regulatorul de presiune sau senzorul de încarcare. Injectia de aer secundara Controlul injectiei de aer secundare se face prin sonda lambda si este utila dupa pornirea la rece. Recircularea de gaze arse Verificarea sistemului de recirculare de gaze arse se face cu ajutorul unui termocuplu care masoara încalzirea locala a galeriei de admisie acolo unde sunt admise gazele de ardere. Rezervorul Toate emisiile din vaporizare trebuie preluate de catre sistemul de recirculare al vaporilor. Verificarea acestuia se face cu o supapa de blocare a sistemului, care la închidere va trebui sa se detecteze o crestere de presiune în rezervorul de benzina.În cazul aparitiei unei defectiuni sistemul va permite motorului sa functioneze în conditii de avarie, cu izolarea, eventual, a cilindrilor care functioneaza prost. Unitatea electronica de comanda Unitatea electronica de comanda este calculatorul de comanda si control pentru sistemul de management al motorului. Acesta utilizeaza functii si algoritmi pentru procesarea semnalelor de la senzori, care sunt utilizati ca date de intrare pentru actuatori. Acesta este un sistem cu procesoare si memorii care functioneaza la o tensiune de 5V si trebuie sa functioneze la temperaturi cuprinse între - 30º C si 60º C. |
|
|