Járművillamosság és elektronika II

Járművillamosság és elektronika II.

Motorelektronika

1.

2019/20 II. félév

2020.03.09.

Oktatói adatokElőadó:

Lőrincz Illés

Elérhetőségek: Közúti és Vasúti Járművek Tanszék L2-4.

E-mail: [email protected]

Előadás anyagok: rs1.sze.hu/~lorinczi

Konzultációs időpont: hétfő 13.00-tól 14.00-ig

mailto:[email protected]

Szakmai gyakorlatInfo:

https://karrier.sze.hu/kszgy

• Lépésről lépésre áttanulmányozni

• Audi Karon szintén elektronikus ügyintézés

• 6 hét !!! (akár több részben is, nem csak 8 órában)

• Prakting gyakorlat is elfogadtatható

• Munkahellyel rendelkezők előnyben

• Beszámoló formátuma egyezik a szakdolgozatéval

Követelmények

Zh: 2 db,

Labor gyakorlatok: 4 db (nincs pótmérés!!!) - aláírás feltétele

Jegymegajánlás: 2, 3, 4, 5 rosszabb zh jegy (elégtelen nem lehet egyik sem)

Irodalom:

• Sárga Bosch füzetek (Akkumulátoros gyújtás, Befecskendező rendszerek K,KE, L, Mono és Motronik, Szenzorok, Benzinmotorok irányítása)

• Benzinbefecskendező és motorirányító rendszerek (Dr. Frank Tibor)

• Automobile electrical and electronic system (Tom Denton)

Labor időpontok

Motorelektronika tematikaTémakörök:

• 03.09. Szenzorok a gépjárművekben

Motorelektronika- gyújtás

• Keverék képzés, K, KE, L Jetronic

• 03.16. Mono Jetronic, Motronic, szenzorok, jelek

Szenzorok a gépjárművekben

Osztályozás a mérési cél alapján

Helyzet- és elmozdulásszenzorok

A helyzetszenzorok az egy- és többdimenziós út- és

szöghelyzetek legkülönbözőbb fajtáit foglalják magukban. Ide

tartoznak a távolságok, az elmozdulások, a töltöttségi szint, a

kicsiny hosszméretváltozások. Lehetőleg érintkezésmentes

szenzorok kialakítására törekednek, költségkímélési okokból

mégis gyakran csúszóérintkezős kiviteleket alkalmaznak.

Potenciométeres szenzorok

Működési elv:

A csúszó potenciométer, melyet szögszenzorként vagy útszenzorként képeznek ki, a

huzal vagy rétegellenállás hosszváltozását használja fel a mérés céljára. A mérőpálya

szélesség kialakítása befolyásolja a jelleggörbét. A csúszka csatlakozás rendszerint egy

második érintkező pályán át történik, kis ellenállású vezetőpálya anyaggal. A túlterhelés

elleni védelem céljából a feszültség többnyire előtét ellenálláson (RV) át kerül a

mérőpályára.


Előnyök

- Csekély költségek

- Egyszerű, áttekinthető felépítés

- Nincs szükség elektronikára

- Jó zavarvédelem

- Széles hőmérsékleti tartomány

- Nagy pontosság

- Flexibilisen alakítható jelleggörbe


Hátrányok

- Mechanikus kopás a lemaródás miatt

- Mérési hibák a lemaródott részek miatt

- Változó átmeneti ellenállás a mérőpályáról a csúszkához

- Nagy gyorsulásnál, ill. rezgésnél a csúszka felemelkedése

- Zajosság

- Korlátozott miniatürizálhatóság

(A kopás és a mérési érték hibái az érintkező kisebb terhelésével

(IA < 1mA) és por- és folyadékzáró tömítettséggel csökkenthetők.)


Felhasználási területek:

- Gázpedál szenzor

- Tüzelőanyag tartályszint jeladó szenzor

- Torlasztólapos levegőmennyiség mérő (L-jetronic)

- Fojtószelep pozíció érzékelés Otto-motoroknál


1. Fojtószelep tengely

2. Ellenállás pálya 1

3. Ellenállás pálya 2

4. Csúszókar a csúszkákkal

5. Elektromos csatlakozó



Tüzelőanyag szintérzékelő

1. Elektromos csatlakozók

2. Csúszkarugó

3. Érintkező szegecs

4. Ellenállás lap

5. Csapágycsap

6. Kettős érintkező

7. Úszókar

8. Úszó

9. Tüzelőanyag tartály alsó lemeze

Torlónyomás-légmennyiségmérés

1. Torlasztólap

2. Levegő hőmérséklet szenzor

3. Vezérlőegység felé kivezetések

4. Potenciométer

5. Csillapító térfogat

6. Kompenzációs lap

QL Beszívott légáram

Mágneses induktív jeladók

Működési elv:

Ha egy tekercsben mágnest mozgatunk, akkor változik a tekercs

által körülfogott mágneses tér, a fluxus. A fluxus-változás a nyugalmi indukció elvén a

tekercsben:

ui = - N * ΔΦ/Δt

nagyságú feszültséget indukál, ahol ui = induktív feszültség, N =

menetszám, ΔΦ = fluxusváltozás, Δt =időváltozás.


Előnyök

- Robusztus felépítés

- Zavarérzéketlenség

- Kontaktusmentes érzékelés

- Egyszerű felépítés, olcsó

- Közel szinuszos váltakozó

feszültségű kimeneti jel

- Egyszerű vizsgálhatóság

(tekercsszakadás, zárlat)

- passzív


Hátrányok

- Kimeneti jel amplitúdója függ a légrés méretétől (tipikusan 0,8-

1,5mm közötti)

- Kimeneti jel amplitúdója függ a fordulatszámtól

- Nagy fordulatszámon a nagy amplitúdójú gerjesztett feszültséget

korlátozni kell (akár 100V is lehet)

- Csak ferromágneses anyagok érzékelésére képes

- Dinamikus szenzorok, statikus állapotban 0 értékű a kimenetük


Felhasználási terület:

- Kerék, motor főtengely fordulatszám érzékelés és vonatkoztatási jel

- Közelítés kapcsoló

- Gyújtáselosztó



Reed-kapcsoló

- Alaphelyzetben nyitott kontaktus

- Mágneses tér hatására a két fémlap egymás felé hajlik, majd

összeér

Hall-effektus

Működési elv:

Ha mágneses térbe áramjárta vezetőlapkát helyezünk, akkor

arra erő hat, amelynek nagysága:

F = B * Iv * l * sinα.

A képletben F = erő, B = mágneses tér ereje, Iv = gerjesztőáram, l = erővonal hossza, α =

mágneses tér és az áram iránya által bezárt szög. Az úgynevezett Lorentz erő – mivel

mágneses kölcsönhatásból adódik – közvetlenül a mozgó töltésekre – tehát az

elektronokra – fejti ki hatását, ezért az töltésmegosztást létesít az anyagon belül.

Hall-effektusMűködési elv:

A villamos töltésmegosztás

hatására az áramra és a

mágneses térre is merőleges

irányban feszültség mérhető. Az

úgynevezett Hall feszültség

nagyságát az alábbi

összefüggéssel határozhatjuk

meg:

UH = RH * B * IV * sin α

a) Kapcsolás

b) Hall-feszültség lefutása

c) R lapka ellenállás növekedése

Hall-jeladók

A gépjárművekben alkalmazott Hall-érzékelők (Hall-jeladók) nem

önmagukban használatosak, hanem Hall IC-ben vannak

elhelyezve elektronikával kiegészítve.

Hall-jeladók

Előnyök

- Négyszögjel kimenet (megfelelő elektronikával ellátva)

- A kimeneti jel amplitúdója független a fordulatszámtól

- Korlátozott jelfeszültség (elektronikától függ)

- Kontaktusmentes érzékelés

- Légrés méretből adódó hibák nem jellemzőek

- Miniatürizálhatóság

Hall-jeladók

Hátrányok

- A félvezető anyagok alkalmazása miatt kevésbe robusztus

- Korlátozott működési hőmérséklet tartomány (a feldolgozó

elektronika Si alapú elemei miatt)

- Komplexebb felépítés, külön elektronikát igényel

- Külső mágneses térre érzékeny, árnyékolást igényel a külső

behatásoktól

Hall-jeladók


- Vezérműtengely holtpont (első henger dugattyú felső sűrítési holtpont)

- Főtengely fordulatszám és pozíció

- Pedálok

- Gyújtáselosztó

- Árammérés

- Fékbetét kopás

- Kerék fordulatszám

Hall-kapcsoló


Aktív fordulatszám szenzor

Gázszenzorok és koncentráció

szondákA koncentráció fogalma azt adja meg, hogy egy anyag mekkora

tömeg- illetve térfogati hányadban van jelen egy másik anyagban.

A koncentráció szenzoroknál arra van szükség, hogy a mérendő

anyaggal szemben kifejezetten érzékeny, viszont más anyagokkal

szemben teljesen közömbös legyen.

Azoknál a gázszenzoroknál, amelyek a mérendő közegnek

közvetlenül és védelem nélkül ki vannak téve, fennáll az

irreverzibilis károsodás veszélye.

Lambda-szonda (O2 szenzor)

- A motorból kilépő kipufogógáz összetételét (oxigéntartalmát)

vizsgálja

- A λ-szonda a kipufogógáz oxigéntartalmától függő

feszültségjelet ad

- Dús keverék: λ<1 a feszültség 800-1000mV, szegény keverék

λ>1 a feszültség 100mV érték körüli

- Átmenet a dúsból a szegény tartományba 450-500mV

környékén van

- A sztöchiometrikus egyensúly kialakítására törekszik a

keverékképző rendszer, vagyis a λ=1 érték beállítására (14.7 : 1

oxigén – üzemanyag arány)



Felépítése:

- Az érzékelő eleme cirkónium-dioxid kerámiatest, amit ittrium-

oxiddal stabilizálnak

- A tömör kerámiatest mindkét oldalát vékony platinaréteggel

vonják be

- A külső réteg (porózus réteg) a kipufogógázzal, a belső

platinaréteg a szabad levegővel érintkezik, amelyek egyúttal

elektródaként is viselkednek

- Típustól függően fűtőszállal is el vannak látva

- Katalizátor előtt (és esetleg után) építik be a kipufogó

rendszerbe


1. Szondakerámia

2. Elektródák

3. Érintkezők

4. Ház csatlakozás

5. Kipufogócső

6. Kerámia védőréteg

7. Kipufogó gáz

8. Külső levegő

US - szondafeszültség


Működési elv:

- Ha a kerámiatest két oldalán az oxigén koncentráció különböző,

akkor a két határoló felület (két platinaréteg) között feszültség

keletkezik

- A kerámia vezetőképessége erősen hőmérséklet függő, ezért

vagy a motorhővel melegítik, vagy beépített fűtőszállal érik el a

300°C feletti működési hőmérsékletet (kb. 600°C az ideális), ez

alatt nincs lambda-szabályzás


Monitor szonda

- Az egyre szigorodó károsanyag kibocsátási normák miatt a

katalizátor után is beépítenek egy lambda-szondát

- A katalizátor működésének hatékonyságát ellenőrzi

- Működési elve azonos az előbb említett lambda-szondáéval

- Megfelelő állapotú katalizátor esetén 0,5-0,7V közötti kimenő

feszültségjelet szolgáltat üzemmeleg motornál

- Ha követi az első szonda jelét, akkor a katalizátor tönkrement


Piezoelektromos jelenség

A piezoelektromos kristályok olyan anyagok, amelyek külső

mechanikai behatásra (nyomásra, húzásra, hajlításra, csavarásra)

villamos töltést választanak szét, amely töltésmennyiség nagysága

arányos lesz a rá ható erő nagyságával. Ha ez az erő a

piezokristályra megfelelő irányból hat, akkor az abban az irányban

szétválasztott töltésmennyiség azzal arányos feszültséget hoz

létre. Több kvarckristály (SiO2) egymásra helyezésével a hatás

fokozható.

Piezoelektromos kopogásszenzorok

Az előgyújtásszög nem megfelelő megválasztása esetén

rendellenes égéslefolyást (kopogásos égés) - nagyfrekvenciás

nyomáslengést - okozhat a hengerekben. A motorblokkon mért

zajokat (5-10 kHz közötti általában) a kopogásszenzor elektromos

jellé alakítja, amit a motorvezérlő elektronika érzékel. Kopogásos

égés esetén a gyújtásszög átállításával szünteti meg a káros

motorkopogási folyamatot. A motorvezérlő mindig a kopogás

határán próbálja üzemeltetni a belsőégésű motort.


A kopogásos égést okozhatja:

- Nem megfelelő tüzelőanyag minőség

- A motor állapota (nem megfelelő kompresszió végnyomás,

lerakódás az égéstér falán)

- A motor üzemi paramétereitől (terhelés, fordulatszám,

előgyújtási szög, motor hűtőközeg hőmérséklet)

- A környezeti feltételektől (szívólevegő hőmérséklet, környezeti

légnyomás)


a. Nyomáslefutás a

hengerben

b. Megszűrt nyomásjel

c. Kopogásszenzor jele



1. Piezokerámia

2. Szeizmikus tömeg F nyomóerőkkel

3. Ház

4. Csavar

5. Érintkezés létrehozása

6. Elektromos csatlakozás

7. Motorblokk

8. Vibráció

Köszönöm a figyelmet!

Felhasznált irodalom

Dr. Kovács Ernő – Elektronika I.-II. (Miskolci Egyetem előadás

jegyzet)

Robert Bosch GmbH - Bosch Automotive Electronics and

Automotive Electronics, Springer (5th edition)

Zombori Béla – Elektronika

Dr. Borbély Gábor: Elektronika I. (előadás jegyzet)

Mészáros Miklós – Félvezető eszközök, áramköri elemek I.-II.

Bosch füzetek – Szenzorok a gépjárművekben

Dr. Varga Zoltán, Szauter Ferenc (2011) – Járműmechatronika

Motorelektronika

Gyújtás

Égés az Otto-motorban

Olyan motor, amely az üzemanyag energiáját mozgási energiává alakítja.

Keverék meggyújtása gyújtógyertyával

Hengerek száma

4 ütem (szívás, sűrítés és gyújtás, égés és munkavégzés, kipufogás)

Szelepek, dugattyú, holtpont, kompresszió

Optimális égés- sztöchiometriai keverék (14,7:1, 1liter benzinhez 10 m3 levegő)

Légfelesleg tényező ( λ): bevezetett/elméleti levegő mennyiség

Gyújtásrendszer részei

• Gyújtáskioldás

• Gyújtásszögállítás

• Nagyfeszültség elosztása

• Függnek: fordulatszám, terhelés, hőmérséklet,

keverék összetétele

Gyújtásrendszer részei• Gyújtási időpont

• Gyújtásszabályozás

• Gyújtófeszültség

• Gyújtó energia (0,2-3 mJ)

• További szempontok:

• Károsanyag-kibocsátás

• Üzemanyag-fogyasztás

• Kopogási hajlam

Otto motorok gyújtási

rendszereinek főbb jellemzői

Hagyományos tekercses gyújtásTranszformátoros gyújtást a megszakító működteti

Gyújtótekercs, elosztó

Előgyújtás

szabályzó

Tranzisztoros

gyújtás

• Gyújtótekercs

primer áramát

tranzisztor

kapcsolgatja

• Hall jeladó

használata

Áram és

zárásszög

szabályzásFűrészfog jel kondi töltéssel,

kisütéssel

Vezérlők hibrid technikával

készülnek

Gyújtáselosztó

Hall jeladóval

Illetve induktív jeladóval

Nem kell fűrészjel

Elektronikus

gyújtásFordulatszám érzékelése

induktív érzékelővel

Teljesen

elektronikus

gyújtás• Nincs forgó

alkatrész

• Halkabb

• Kisebb

elektromágneses

zaj

• Kevesebb

nagyfeszültségű

csatlakozás

Teljesen

elektronikus

gyújtás

• Gyakran kétszikrás

gyújtótekercsek

• Műanyag házas

kivitelűek

• Különszikrás kivitelnél

a végfok a tekerccsel

egybeépített

• Egy vezeték elegendő

Lambda

légfelesleg

tényező

<1 lev. hiány, dús

>1 lev. többlet,

szegény

Lambda szabályzás

a- szabályzás nélkül

b- szabályzással

Nitrogén-oxidok miatt is különösen

fontos

Porlasztó - befecskendezés

1893: karburátor

Bánki Donát

Csonka János

150 millió ilyen jármű

működött

Környezetvédelem

Elektromos karburátor 1978-tól

Ecotronic ( dupla fojtószelep, hidegindítás)

Pontosabb tüzelőanyag és levegő adagolás kell

Befecskendező rendszerek 1957-től

Mechanikus K Jetronic 1973, KE Jetr.1982

Elektromos D Jetronic 1957, L Jetr. 1973

Emissziós határértékek

Egyedi befecskendezés

K és L Jetronic

Motronic 1979

Rövid út

Gyors reagálás

Rossz keveredés

Központi befecskendezés

Mono Jetronic

1983

Jobb keveredés

Kicsapódás

Hosszabb út

K Jetronic

Mechanikus

befecskendező r.

Hajtás nélkül

működő

Folyamatos

befecskendezés

K Jetronic vázlata

Üzemanyag ellátás

Görgőcellás szivattyú

Folyamatosan üzemel

Biztonsági kikapcsolás

Görgőcellás

szivattyú

Több benzint pumpál

a szükségesnél

Nyomástároló

A motor leállítása

után nyomás alatt

tartja az

üzemanyag-

rendszert

Csillapítja a

szivattyú zaját

Üzemanyagszűrő

Befecskendezőt védi

Papírszűrő

10 mikrométer

pórusméretű

Nyomásszabályzó

Állandó rendszernyomás

5 bar

Befecskendező szelep

3,3 bar nyitás

Hőtől szigetelve (ne

képződhessen

gőzbuborék)

Tűszelep rezeg nagy

frekvenciával

Légmennyiség mérése, szabályzása

• Fojtószelep szabályoz

• Légmennyiségmérő a lebegő test elvén

működik

• Torlótárcsa emelkedése a vezérlő-dugattyún

keresztül határozza meg az adagolt

üzemanyag mennyiséget

Üzemanyag

elosztó

Vezérlő dugattyú

Réselt persely

Vezérlőrés kb. 0.2 mm

Vezérlőnyomás

Leválasztó fojtó

Csillapító fojtó

Hidegindításkor 0,5

bar

Melegen 3,7 bar

Nyomásszabályzó szelepek

Lineáris

légmennyiség

karakterisztika

Állandó

nyomásesés kell

0,1 bar

Membrán szelepek

Nyomásszabályzó

szelep működése

Alsó kamrák:

rendszernyomás

Membrán domborodás

biztosítja a nyomás-

különbséget

Keverék szabályzás

Optimális működéshez egyéb beavatkozások:

•Hidegindítás

•Melegedés szabályzás

•Pótlevegő retesz

•Lambda szabályzás

Hidegindítás

Hidegindító szelep

Hő-idő kapcsoló

Villamos fűtésű bimetall

-20 oC-nál 8 mp

Pótlevegő retesz

• Hideg motornál nagyobb súrlódás

• Áramlási keresztmetszetet változtatja

• Légmenny. mérő méri

• Meleg motornál nem működik

Melegedés

szabályzás

Melegedésre a bimetall

elhajlik, kevésbé terheli a

tányérszelepet, s annak

rugója könnyebben emeli a

szelepet, emiatt a membrán

csökkenti az üzemanyag

visszavezetést,

rendszernyomás nő

Melegedés

szabályzás

Teljes és rész

terheléssel

Lambda

szabályzás

Lambda szabályzás

a- szabályzás nélkül

b- szabályzással

Nitrogén-oxidok miatt különösen

fontos

Lambda szonda

felépítése

• Lambda=1-nél

ugrásfv.

• Hidegen ill. pl.

teljes terheléskor

a vezérlés nem

veszi figyelembe

Lambda szabályzás

• Ütemszelep

elektromágneses

• Rendszer-nyomást

csökkenti

K Jetronic

KE Jetronic

KE Jetronic

blokkvázlata

K és KE Jetronic eltérések

• Elektrohidraulikus nyomásállító

• Nincs melegedés szabályzó

• Fojtószelep kapcsoló

• Légmenny. mérőn potenciométer

• Hőmérő

• Tolóüzem

• Fordulatszám leszabályzás

Elektrohidraulikus nyomásállító

• Fúvóka-rugalmas

terelőlap r.

• Áram szab.

terelőlemezt

Elektrohidraulikus nyomásállító metszeti rajza

Állandó és

elektro-

mágnes

fluxus

különbség

Levegő öblítéses

befecskendező szelep

Rendszer-

nyomásszabályzó

Alapjárati szabályzás

Hiba esetén minimális keresztmetszet

Alapjárati szabályzó

A fojtószelep megkerülő

vezetéken több kevesebb levegőt

adagol a motorhoz, a pillanatnyi

illetve beállított fordulatszám

különbségnek megfelelően.

Kiegészítő funkciók

• Motorféküzem

• Fordulatszám korlátozás

• Hegyvidéki légsűrűség kompenzáció

Documents

Járművillamosság és elektronika II