TEMA 1_Sisteme Mecatronice

Electronică – Sisteme mecatronice

1 din

CAPITOLUL 1 SISTEME MECATRONICE 1. Conceptul de „mecatronică”: definiţie; modele

Termenul “mecatronică” (MECAnică + elecTRONICĂ) a fost conceput în 1969 de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric şi protejat până în 1982 ca marcă a acestei firme. Se referea iniţial la completarea structurilor mecanice din construcţia aparatelor cu componente electronice.

În multe domenii ale tehnicii poate să fie observată integrarea dintre sistemele mecanice şi electronică, integrare care s-a accentuat în special după anul 1980. Aceste sisteme s-au transformat din sisteme electromecanice, formate din componente mecanice şi electrice distincte, în sisteme mecano-electronice integrate echipate cu senzori, actuatori, microelectronică digitală. Aceste sisteme integrate poartă numele de sisteme mecatronice.

Pentru mulţi ingineri angrenaţi în proiectarea de vârf mecatronica nu reprezintă nimic nou. Foarte multe din produsele tehnice realizate în ultimii 25 de ani reunesc şi integrează laolaltă sisteme mecanice, electrice şi informatice care au fost proiectate şi fabricate de ingineri care nu au fost pregătiţi din punct de vedere formal în domeniul mecatronicii.

În prezent termenul defineşte o ştiinţă inginerească interdisciplinară, care, bazându-se pe îmbinarea armonioasă a elementelor din construcţia de maşini, electrotehnică şi informatică, îşi propune să îmbunătăţească performanţele şi funcţionalitatea sistemelor tehnice.

Un sistem mecatronic este un sistem tehnic care integrează, într-o configuraţie flexibilă, componente mecanice, electronice şi de comandă cu sisteme numerice de calcul, pentru generarea unui control inteligent al mişcărilor, în vederea obţinerii unei multitudini de funcţii. Diagrama bloc a unui sistem mecatronic este prezentată în fig. 1.

Fig. 1 Diagrama bloc a unui sistem mecatronic


2 din

Ce este mecatronica?

Mecatronica reprezintă un domeniu tehnic interdisciplinar, care îmbină (integrează) sinergic următoarele arii principale de specialitate:

sisteme mecanice (organe de maşini, mecanisme, mecanică fină, hidraulică etc.) sisteme electronice (electronică de putere, microelectronică, senzori, actuatori etc.) sisteme de control (teoria sistemelor, automatizări etc.) computere & software (tehnologia informaţiei, inteligenţa artificială etc.)

Concepte utilizate : actuator = element de acţionare folosit pentru executarea comenzilor; senzor = dispozitiv fizic care sesizează un anumit fenomen. 1.2 Sisteme mecatronice la autovehicule

Apărut în a doua jumătate a secolului al 19-lea, automobilul a revoluţionat transporturile şi a concentrat cele mai semnificative eforturi ştiinţifice şi inginereşti, pentru continua perfecţionare a performanţelor sale. Până în jurul anilor 1970-1980 componentele mecanice, multe dintre ele adevărate „bijuterii” tehnice, reprezentau o pondere covârşitoare în ansamblul unui automobil, partea electrică şi electronică rezumându-se la un număr restrâns de motoare (demaror, alternator, ştergătoare de parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului şi lichidului de răcire, presiunea uleiului, nivelul carburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) şi becuri.

Dezvoltarea microelectronicii, materializată în circuite integrate logice şi analogice, circuite integrate de putere, procesoare numerice (microprocesoare, microcontrollere etc.), realizarea unor sisteme de acţionare, convenţionale şi neconvenţionale performante, a unor tipuri noi de senzori etc., au deschis perspective largi pentru rezolvarea unor cerinţe care se impuneau tot mai acut, legate de:

Siguranţa în trafic; Economicitate; Fiabilitate; Confort; Protecţia mediului.

Evoluţia tehnologică din ultimii ani a condus la dezvoltarea explozivă a sistemelor electronice de control a subsistemelor autovehiculelor, control realizat cu ajutorul unităţilor electronice de control (microcontrolere). Prin urmare, controlul sistemelor mecanice de pe autovehicul cu ajutorul senzorilor încorporaţi şi a elementelor de execuţie controlate de unitatea electronică de control, fac din aceste sisteme complexe nişte foarte bune exemple de sisteme

Figura 2 Sisteme electronice de control la autovehicule


3 din

mecatronice. Deşi aceste sisteme sunt prezente deja pe autovehiculele moderne, se poate observa tendiţa de creştere a importanţei acestora, datorită înăspririi legislaţiei privind emisiile poluante, creşterea siguranţei şi a confortului pasagerilor. Această creştere a importanţei sistemelor mecatronice pe autovehiculele moderne conduce la necesitatea schimbării modului de pregătire a inginerilor şi tehnicienilor care-şi desfăşoară activitatea în domeniul autovehiculelor, care să fie capabili să proiecteze, exploateze şi să poată diagnostica astfel de sisteme complexe.

În construcţia automobilelor moderne şi-au câştigat locul tot mai multe sisteme mecatronice (pentru managementul motorului, ABS, ESP, suspensie activă etc.), pentru ca, în final, întreg automobilul să se transforme într-unul dintre cele mai reprezentative sisteme mecatronice (prin interconectarea subsistemelor cu magistrale adecvate – de exemplu, CAN-Bus, sisteme de navigaţie, telematică etc.). Un automobil modern, dintr-o clasă medie, cuprinde circa 60-70 de motoare şi un număr asemănător de senzori şi sisteme senzoriale (figura 2)

Foarte multe eforturi ale proiectanţilor şi constructorilor de vehicule sunt dirijate în scopul creşterii siguranţei şi confortului pasagerilor şi implică subsisteme mecatronice sofisticate.

Sistemele de securitate pot fi active sau pasive şi au câteva roluri foarte importante: evitarea eficientă a coliziunilor; minimizarea efectelor coliziunilor şi evitarea traumatismelor, atât pentru pasagerii vehiculului, cât şi pentru pietonii implicaţi în accident.

Sistemele de siguranţă active servesc la prevenirea coliziunilor şi la minimizarea efectelor acestora. Cele mai importante sunt:

Sistemul electronic de frânare (Electronic Brake System), care include: o ABS (Anti-locking Brake System) –are rolul de a controla presiunea de frânare, pentru

evitarea blocării roţilor. Procesează informaţiile de la senzorii care măsoară viteza roţilor şi controlează motorul pompei hidraulice şi supapele care distribuie fluidul la frâne.

o Brake Assist – interpretează informaţiile de la senzorii specifici şi corectează manevrele de frânare ale conducătorului auto.

Sistemul electronic de stabilitate (ESP – Electronic Stability Program) evaluează în permanenţă datele măsurate de un mare număr de senzori şi compară acţiunile şoferului cu comportarea vehiculului la momentul respectiv. Dacă intervine o situaţie de instabilitate, cum ar fi cea determinată de o virare bruscă, sistemul reacţionează în fracţiuni de secundă, prin intermediul electronicii motorului şi a sistemului electronic de frânare şi ajută la stabilizarea vehiculului. Sistemul ESP include mai multe subsisteme complexe: o ABS (Anti-locking Brake System); EBD (Electronic Force Brake Distribution); o TCS (Traction Control System); AYC (Active Yaw Control).

Sistemul de prevenire a accidentelor, care poate include: o Controlul adaptiv al coliziunilor (Adaptive Cruise Control - ACC), bazat pe senzori radar

de distanţe mari. ACC reglează automat viteza vehiculului, în funcţie situaţia maşinilor din trafic, pentru a asigura o distanţă adecvată faţă de vehiculul din faţă. Sistemul radar utilizează principiul impulsuri Doppler pentru măsurarea independentă a vitezei şi distanţei.

o Distanţă redusă de frânare (Reduced Stopping Distance), bazată pe un sistem de frânare automată în eventualitatea unei coliziuni; o Avertizare de distanţă (Distance Warning); o Stop & Go, bazat pe un sistem radar în infraroşu, pentru distanţe mici, destinat asistenţei

pentru traficul urban sau pentru situaţiile de pornire şi oprire; o Sprijin pentru urmărirea axului drumului (Line Keeping System), cu cameră CCD şi

intervenţie activă asupra sistemului de direcţie; implică un algoritm de procesare a imaginilor şi în cazul devierii de la axul drumului, şoferul este avertizat printr-o uşoară mişcare a volanului, păstrând însă supremaţia în manevrarea acestuia;

o Controlul global al şasiului (Global Chassis Control); Sistemele senzoriale şi de acţionare care asigură managementul motorului, asistenţa la

frânare şi controlul stabilităţii, permit, prin extinderi adecvate, în special în domeniul software-ului, realizarea altor acţiuni, importante pentru siguranţa şi confortul conducătorului auto. De exemplu, momente foarte dificile apar, în special pentru şoferii mai puţin experimentaţi, în cazul pornirii pe


4 din

pante înclinate, a opririlor/pornirilor la semafoare sau în parcări. Programul Hill Start Assist (HAS) este destinat asistenţei în astfel de situaţii: după ce şoferul a eliberat frâna de mână, HAS întreţine în sistemul de frânare o presiune care asigură menţinerea fermă pe loc a maşinii. Pe parcursul pornirii (accelerării), HAS reduce presiunea de frânare, în corelaţie cu creşterea momentului motorului. Controlul presiunii de frânare se bazează pe: presiunea de frânare aplicată de şofer; informaţii privind motorul şi transmisia; înclinarea pantei (măsurată de un senzor de acceleraţie longitudinal).

Din ce în ce mai complexe şi sofisticate sunt sistemele de siguranţă pasive, care au rolul de a proteja pasagerii şi pietonii contra accidentelor suferite în urma coliziunilor. Ele includ o serie de sisteme de protecţie: centuri de siguranţă, sisteme de tensionare, mecanisme de blocare, airbag-uri frontale şi laterale, protecţie a capului şi genunchilor, protecţie contra răsturnării, precum şi o serie de senzori şi actuatori inteligenţi: senzori pentru anticiparea coliziunilor (detecţia şi clasificarea pietonilor, sesizarea condiţiilor premergătoare impactului pentru acţionarea adecvată a sistemelor de protecţie), senzori pentru sesizarea şi analiza impactului (direcţie, intensitate, tip, posibilitatea răsturnării), senzori pentru detectarea pasagerilor, airbag-uri inteligente, a căror expandare depinde de forţa şi locul de impact, sisteme reversibile de pretensionare a centurilor de siguranţă, sisteme pentru optimizarea poziţiei scaunelor şi închiderea automată a uşilor şi trapelor pentru minimizarea efectelor coliziunii, sisteme de protecţie a pietonilor etc. Sisteme mecatronice pe autovehicul:

Controlul dinamicii autovehiculului:

a. Sistemul de management al funcţionării motorului: i. Instalaţia de alimentare cu combustibil; Admisia secundară a aerului;

Controlul vaporilor de combustibil; ii. Supraalimentarea cu turbosuflantă cu geometrie variabilă; Controlul emisiilor

poluante .... b. Controlul funcţionării transmisiei: Sistemul de control al tracţiunii; Controlul

funcţionării transmiei automate; c. Controlul înstalaţiei de frânare: ABS; TCS; ESP; d. Controlul suspensiei: Amortizoare semi-active; Suspensia hidraulică (sau

pneumatică) activă. ETC....

ECU (s)

Motor, transmisie, sisteme de conducere

şi suspensie

Controlul funcţionării motorului

Controlul funcţionării transmisiei

Controlul dinamicii autovehiculului

Frânare Direcţie

Suspensie

Divertisment şi informare

CD DVD

TV Radio

Navigaţie (GPS)

Altele

Confort, siguranţă

Climatizare

Air Bag

Control uşi

Control geamuri

Control poziţie scaunelor

Control trapei

Controlul instalaţiei de iluminare şi semnalizare

Controlul instalaţiei de

spălare parbriz

Controlul instalaţiei de

spălare parbriz

Alte


5 din

1.3 Sistemul de management electronic al M.A.S.

Necesitatea reducerii consumului de combustibil şi a gradului de poluare a gazelor evacuate în atmosferă a condus la înlocuirea treptată a instalaţiei de alimentare cu carburaţie cu sistemul de injecţie a benzinei. Deşi injecţia de benzină nu constituie o noutate (primul sistem a fost realizat în 1952 pentru un automobil mercedes) generalizarea soluţiei a avut loc mult mai târziu.

Pentru realizarea dezideratelor enumerate anterior, injecţia de benzină chiar şi controlată electronic nu era sufiecientă şi această soluţie trebuia combinată cu un sistem de aprindere mai eficient şi mai uşor de controlat. Astfel până în anii 80 existau soluţii de control independent al sistemului de injecţie de benzină şi al instalaţiei de aprindere care nu schimbau informaţii între ele. Aceasta făcea ca eventualele cerinţe contradictorii să fie dificil de rezolvat. După anii 80 au apărut sisteme care permiteau controlul combinat al celor două procese (alimentare şi aprindere cum ar fi MOTRONIC, ........

Ulterior, datorită utilizării componentelor electronice pentru controlul altor sisteme componente ale motoarelor, toate acestea sunt controlate de o singură unitate electronică de control, ansamblul de senzori, elemente de execuţie şi ECU purtând denumirea de sistem de management electronic al motorului.

Sistemul de management electronic al motoarelor cu aprindere prin scânteie permite obţinerea unor performanţe ridicate (în termeni de putere şi moment) cu un consum minim de

Figura 3 SMEM-MAS MOTRONIC MED


6 din

combustibil pentru toate regimurile de funcţionare. Elementul principal al sistemului este unitatea electronică de control a motorului (ECU) care procesează semnalele trimise de senzorii care echipează motorul şi comandă funcţionarea subsistemelor componente. În acelaşi timp ECU permite diagnosticarea elementelor componente ale sistemului de management.

Funcţia principală a sistemului de management electronic al motorului este cea legată de controlul proceselor de aprindere şi de injecţie de combustibil. De asemenea există şi o serie de funcţiuni auxiliare cerute de funcţionarea motorului care includ: controlul ralantiului, controlul compoziţiei noxelor, controlul vaporilor de combustibil, controlul detonaţiei, controlul gazelor arse recirculate, controlul injecţiei de aer secundar pentru reducerea admisiilor de HC, controlul în buclă deschisă al turbosuflantei, controlul arborelui cu came pentru obţinerea unei reduceri suplimentare a consumului de combustibil (distribuţie variabilă) etc.

ECU schimbă informaţii în permanenţă cu celelalte unităţi electronice de control prin intermediul reţelei de comunicaţii CAN.

Elementele componente ale ale unui sistem de management electronic al unui MAS MOTRONIC MED, sunt prezentate în figura 3, unde: de la 1 la 19 în partea stângă a figurii sunt senzori: 1 – senzor combinat de debit şi temperatură aer; 2 – senzor de presiune în galeria de admisie; 3 – senzor de turaţie a arborelui cotit; 4 – senzor de poziţie a arborelui cu came; 5 – clapetă de acceleraţie cu senzor de poziţie; 6 – senzor de poziţie a clapetei de acceleraţie; 7 şi 8 senzori de poziţie ai pedalei de frână, respectiv ambreiaj; 9 – senzor de presiune a combustibilului; 10 – potenţiometru din galeria de admisie; 11 – senzor de detonaţie; 12 şi 13 – senzori de temperatură a lichidului de răcire din chiulasă, respectiv radiator ; 14 – potenţiometru pentru temperatura ----; 15 – potenţiometru recirculare gaze de evacuare; 16 – sondă lambda; 17 – senzor de temperatură a gazelor de evacuare; 18 – senzor de NOx; 19 – senzor de presiune a lichidului de frână, iar în partea dreaptă actuatorii: 1 – pompa de alimentare cu combustibil; 2 – injectoare; 3 – bobine de inducţie; 4 – actuatorul clapetei de acceleraţie; 5 – releu alimentare energie electrică; 7 – supapă de reglare a presiunii combustibilului; 8 - supapă măsurare combustibil; 9 - supapa filtrului de carbon; 10 – clapeta de control a cantităţii de aer din galeria de admisie; 11 – supapă de control a poziţiei arborelui cu came; 12 – termostat controlat electronic; 13 – supapa EGR; 14 şi 15 – rezistenţe de încălzire a sondei lambda, respectiv de NOx; În aceeaşi figură se observă reţeaua de comunicaţie date dintre ECU motor şi celelalte unităţi electronice de control cu care acesta schimbă informaţii (respectiv ECU transmisie, ECU airbag, ECU frânare) precum şi cu tabloul de bord şi mufa de diagnosticare.

Pentru îndeplinirea funcţiilor prezentate, sistemul de management electronic al unui mas are în compunere subsisteme pentru: controlul injecţiei combustibilului;controlul sistemului de aprindere;controlul funcţionării motorului la ralanti;controlul emisiilor poluante;controlul sistemului de recuperare a vaporilor de combustibil;controlul electronic al puterii furnizate de motor;controlul funcţionării sistemului “cruise control”;controlul detonaţiilor;controlul mecanismului de distribuţie variabil;controlul sistemului de montare a motorului pe şasiu; controlul funcţionării instalaţiei de răcire;controlul funcţionării motorului la intrarea în funcţiune a ESP;autodiagnosticarea elementelor componente.

1.3.1 Injecţia de benzină

Pompa de alimentare (2) amplasată în rezervorul de combustibil (1) trimite combustibilul prin filtrele de combustibil (3) în rampa comună (8), de unde sunt alimentate injectoarele (11) care lucrează secvenţial. Pe baza semnalelor trimise de senzori (cantitatea şi temperatura aerului introdus în galeria de admisie, turaţia motorului, temperatura lichidului de răcire, compoziţia gazelor de evacuare, poziţia pedalei de acceleraţie, senzorul de poziţie a arborelui cu came, poziţia supapelor mecanismului de distribuţie variabil) şi a diagramelor de funcţionare din memoria ECU, unitatea electronică de control calculează cantitatea de combustibil necesar a fi injectată şi momentul începerii injecţiei. Cantitatea de combustibil introdusă în cilindrii motorului este controlată exclusiv prin intermediul perioadei de deschidere a injectorului iar presiunea de injecţie este controlată cu ajutorul regulatorului de presiune (10) din rampa comună.


7 din

Instalaţia de injecţie de benzină realizează calculul timpului de injecţie, calculează secvenţa de injecţie (numărul şi frecvenţa injecţiilor dintr-un ciclu) precum şi gradul de îmbogăţire a amestecului funcţie de regimul funcţional astfel:

- la pornire amestecul este foarte bogat, prin urmare cantitatea de combustibil injectată într-un ciclu motor este mai mare;

- în regim de accelerare amestecul este îmbogăţit prin intermediul injecţiei multiple pe acelaşi ciclu motor;

- la regimul de sarcină mare, îmbogăţirea amestecului este realizată prin menţinerea injectorului în poziţia deschis o periodă mai mare de timp;

- la coborârea pantelor lungi cantitatea de combustibil injectată scade foarte mult, până aproape de zero;

- datorită faptului că creşterea turaţiei motorului peste o anumită limită dăunează funcţionării acestuia, în momentul atingerii turaţiei maxime, injecţia de combustibil este întreruptă automat, până la revenirea turaţiei în limite normale de funcţionare.

1.3.2 Sistemul de aprindere

Pentru aprinderea amestecului carburant la momentul optim, ECU controlează avansul la aprindere, durata şi energia scânteii pentru toate regimurile de funcţionare. Toate acestea influenţează valoarea momentul motor disponibil la arborele cotit, gradul de poluare a gazelor de evacuare şi consumul de combustibil.

Momentul apariţiei scânteii este calculat cu ajutorul diagramelor de funcţionare a sistemului de aprindere pe baza semnalelor trimise de senzori. Datele necesare pentru controlul instalaţiei de aprindere sunt furnizate de către senzorul de turaţie a arborelui cotit, senzorul cantităţii de aer introdusă în galeria de admisie, senzorul de temperatură a motorului, senzorul de detonaţie, senzorul de poziţie a clapetei de acceleraţie şi senzorul de poziţie a arborelui cu came.

Figura 4 Injecţia de benzină


8 din

Figura 6 Schema circuitului de înaltă tensiune

Sistemul de aprindere realizează calculul unghiul de avans la scânteie, variaţia unghiului de avans funcţie de regimul de funcţionare, monitorizează funcţionarea bobinelor de inducţie şi poate comanda apariţia scânteilor multiple pe acelaşi ciclu de funcţionare. Circuitul de înaltă tensiune a sistemului de aprindere constă în unitatea electronică de control a aprinderii, două bobine de inducţie, care furnizează fiecare tensiune înaltă la două bujii.

Ca şi principiu de funcţionare, pentru apariţia scânteii, unitatea electronică de control întrerupe circuitul înfăşurării primare a bobinei de inducţie, moment în care în înfăşurarea secundară se induce un curent de tensiune înaltă, care conduce la apariţia scânteii între electrozii bujiilor controlate de bobină. Deoarece fiecare bobină controlează două bujii, în ambele bujii va apărea scânteia simultan. Una din bujiile controlate va furniza scânteia la finele cursei de compresie şi începutul arderii combustibilului, iar cealaltă pe faza de evacuare a gazelor arse.

Deoarece defectarea unei bobine de inducţie conduce automat la creşterea gradului de poluare a gazelor de evacuare, funcţionarea

bobinelor este supravegheată continuu de unitatea electronică de control, iar în cazul în care într-un ciclu de funcţionare, la unul din cilindri nu se aprinde amestecul combustibil, în ciclul imediat următor este întreruptă injecţia combustibilului pentru cilindrul respectiv.

La pornirea motorului pe timp rece (atunci când temperatura mediului ambiant este sub 200 C), pentru uşurarea pornirii, unitatea electronică de control va comanda apariţia mai multor scântei pentru un ciclu de funcţionare a cilindrului. În ceea ce priveşte controlul unghiului de avans la apariţia scânteii, controlul acestuia se realizează după mai multe strategii astfel:

- la pornire avansul este scăzut, fapt care conduce la creşterea rapidă a temperaturii gazelor de evacuare şi prin urmare la încălzirea rapidă a catalizatorului, pentru atingerea temperaturii optime de funcţionare;

- pentru funcţionarea motorului la ralanti unitatea electronică de control are o diagramă de control a avansului specifică;

- la urcarea unor pante precum şi la funcţionarea motorului la temperaturi ambiante ridicate, în scopul prevenirii autoaprinderii combustibilului, avansul la scânteie este „întârziat” faţă de funcţionarea normală.

Figura 5 Sistem de aprindere


9 din

Figura 7 Senzorul de detonaţie

1.3.3 Controlul detonaţiilor Detonaţiile apărute în funcţionarea motorului sunt detectate cu ajutorul senzorilor de

detonaţie iar identificarea cilindrului la care a apărut se face cu ajutorul senzorului de turaţie a arborelui cu came. În cazul apariţiei detonaţiilor (datorită autoaprinderii combustibilului) unitatea electronică de control va modifica avansul la aprindere (în sensul micşorării acestuia) până când dispare detonaţia, moment în care unghiul de avans revine la normal. Pentru controlul detonaţiilor se utilizează semnalele trimise de senzorul de detonaţie, senzorul de poziţie a arborelui cu came şi senzorul de temperatură a lichidului de răcire şi se comandă instalaţia de aprindere.

Funcţionarea cu detonaţii a motoarelor cu ardere internă poate avea consecinţe grave asupra

acestuia. Apariţia detonaţiilor este favorizată de rapoartele de comprimare ridicate, calitate necorespunzătoare a combustibilului, temperatură ridicată a aerului admis sau a motorului sau gradul de supraalimentare. Motoarele care nu sunt prevăzute cu un astfel de sistem sunt astfel reglate încât să funcţioneze la regimuri care să nu permită apariţia detonaţiilor, însă acest reglaj face ca eficienţa acestor motoare să fie mai scăzută.

Sistemul de control al detonaţiilor permite evitarea apariţiei detonaţiilor sau părăsirea regimurilor de lucru periculoase din acest punct de vedere, prin modificarea unghiului de avans la injecţie pentru cilindrul (sau cilindrii afectaţi). În acest fel nu mai este necesar reglajul „precaut” al avansului, în afara regimurilor care favorizează apariţia detonaţiilor. Utilizarea unui astfel de sistem asigură funcţionarea fără detonaţii a motorului chiar şi la regimuri mai nefavorabile precum şi obţinerea unor performanţe mai ridicate ale acestuia, inclusiv în ceea ce priveşte consumul de combustibil. Din punct de vedere constructiv, elementul principal al sistemului îl constituie senzorul de detonaţie piezoelectric care înregistrează vibraţiile care apar la cilindrii motorului (regimul de detonaţie presupunând o vibraţie caracteristică) şi informează unitatea electronică de control despre apariţia acesteia. Pe baza acestui semnal ECU va comanda micşorarea unghiului de avans la scânteie la cilindrul afectat, pentru un anumit număr de cicluri funcţionale, până când detonaţia dispare, după care unghiul de avans revine la valorile normale. Modificarea unghiului de avans este controlată pentru fiecare cilindru separat.

În cazul defectării sistemului, acesta este dezactivat automat iar unitatea electronică de control realizează controlul detonaţiilor după o strategie similară cu cea utilizată la motoarele care nu sunt prevăzute cu un astfel de sistem, cu dezavantajele prezentate anterior. 1.3.4 Distribuţia variabilă

Rolul distribuţiei variabile este acela de a a permite variaţia momentului de deschidere şi închidere a supapelor de admisie şi evacuare pentru funcţionarea motorului la ralanti, la regimul de putere sau moment maxim. Această variaţie este obţinută prin intermediul modificării poziţie arborelui cu came. Modificarea momentelor de deschidere şi închidere a supapelor permite optimizarea raportului dintre aerul proaspăt şi gaze arse reţinute în înteriorul cilindrilor, în timpul funcţionării motorului prin modificarea unghiului de baleiaj.

Pentru modificarea poziţie arborelui cu came, ECU primeşte informaţii despre turaţia şi sarcina motorului, temperatura lichidului de răcire şi a uleiului din instalaţia de ungere precum şi poziţia arborelui cotit şi a arborelui cu came. Schimbarea poziţiei arborelui cu came se poate face între nişte limite bine stabilite, conform unor diagrame de control a poziţiei acestuia aflate în memoria ECU.


10 din

Figura 8 Distribuţie variabilă

Sistemul prezentat în continuare este utilizat în special la motoarele cu arbore de distribuţie montat pe chiulasă, fiind prevăzut un arbore cu came pentru comanda supapelor de admisie şi unul

pentru supapele de evacuare. Elementele componente ale sistemului

care permite modificarea, între anumite limite, a fazelor distribuţiei sunt: - variatorul canelat amplasat în capătul arborelui cu came şi conectat la instalaţia de ungere a motorului, Uleiul din instalaţia de ungere ajunge în carcasa acestui variator; - electro-supapa de control care permite, la comanda unităţii electronice de control a motorului, trecerea uleiului spre variator.

Pentru a comanda modificarea fazelor distribuţiei, ECU culege informaţii privind turaţia şi temperatura motorului, precum şi despre poziţia arborelui cu came şi a arborelui cotit al motorului. Principiul de funcţionare constă în trimiterea de ulei sub presiune între cele două elemente ale variatorului (rotorul interior cuplat la arborele cu came şi rotorul

exterior cuplat la mecanismul de comandă a distribuţiei), distribuirea uleiului în camerele formate între cele două rotoare (figura 9). Presiunea uleiului, şi camera în care este introdus uleiul este de asemenea comandată de către ECU şi realizată cu ajutorul electro-supapei. Poziţia standard a arborelui cu came este aceea în care deschiderea supapelor se face cu un anumit număr de grade 0RAC înainte de punctele moarte iar închiderea să se facă după punctul mort. Pentru a schimba această poziţie standard, ECU trimite semnalul către electro-supapa care controlează arborele respectiv. Acaestă electrosupapă acţionează asupra unui distribuitor cu sertar,

permiţând trecerea uleiului aflat în carcasa mecanismului în camera care permite mărirea unghiului de descidere a supapei comandate, punând în legătură cu rezervorul de ulei camera care controlează micşorarea acestui unghi, ceea ce face ca presiunea uleiului să scadă în această cameră. În acest moment apare o rotire a rotorului interior (rigidizat cu arborele cu came) faţă de rotorul exterior şi prin urmare se modifică poziţia arborelui cu came şi implicit a camei. Atunci când se doreşte rotirea arborelui cu came în sens invers, procesul este identic, diferenţa fiind schimarea rolului celor două camere (modul de legare la presiune de ulei sau la rezervor). Principalul avantaj al sistemului este acela că poate comanda momentul închiderii şi deschiderii supapelor (în limita a aproximativ 500 rotaţie arbore cu came) în condiţii specifice de funcţionere, astfel:

- funcţionarea la ralanti –

Figura 9 Schema funcţională a distribuţiei variabile

1 – arbore cu came; 2 – carcasa variatorului; 3 – rotor interior; 4 – rotor exterior; 5 – cameră cu ulei sub

presiune; 6 – traseu tur ulei; 7 – traseu retur ulei; 8 – electrosupapa cu distribuitor.


11 din

deschiderea cu întârziere a supapei de admisie şi închiderea supapei de evacuare înainte de PMI, ceea ce face ca mersul la ralanti să fie mai „liniştit”, fără vibraţii;

- funcţionarea la putere maximă – supapa de evacuare este deschisă mai târziu pentru a utiliza întreaga cursă utilă a pistonului. Supap de admisie este deschisă după PMI şi închisă după PME, pentru a realiza o umplere mai bună a cilindrului cu aer proaspăt.

- funcţionarea la regimul de cuplu maxim – pentru obţinerea momentului motor maxim supapa de admisie este deschisă cu avans (prin urmare şi închiderea se face mai repede) ceea ce împiedică împingerea aerului proaspăt înapoi în galeria de admisie. Supapa de evacuare este închisă imediat după PMI;

Controlul deschiderii supapelor de admisie şi evacuare permite obţinerea unei perioade de baleiaj mai mare care fac posibilă obţinerea unei recirculări a gazelor de evacuare pentru obţinerea unui procent mai mic de noxe în gazele de evacuare.

1.3.5 Admisia aerului şi evacuarea gazelor arse

Cantitatea de aer admisă în cilindrii motorului este foarte exact controlată pentru fiecare regim de funcţionare al motorului.

1- senzorul debitului de aer combinat cu senzor de temperatură; 2 – senzor de presiune în galeria de admisie; 3- potenţiometru pentru controlul cantităţii de aer în cilindri; 4- supapa EGR; 5 – senzor pentru depresiunea servomecanismului de frânare; 6 – unitatea de control a clapetei de acceleraţie; 7 – filtru de carbon; 8 – ECU. Principalii prezenţi pe traseul de admisie a aerului sunt prezentaţi în continuare: a) Senzorul pentru debitul gravimetric (masic) de aer - (Senzorul MAF – Mass AirFlow Sensor)

Senzorul MAF, cunoscut şi sub denumirea de debitmetru de aer măsoară cantitatea masică de aer admisă în motor. Aceste informaţii sunt folosite de ECU pentru a determina cantitatea necesară de combustibil pentru menţinerea raportului aer-combustibil în valorile optime. În acest sens, ECU acţionează prin reglarea debitului de combustibil şi a timpului de deschidere a injectoarelor. Este montat în galeria de admisie, între filtrul de aer şi clapeta obturatoare.

Varianta constructivă a senzorului MAF folosit pe motoru este de tipul cu fir cald (din platină), iar principiul de funcţionare constă în încălzirea elementului sensibil cu 100°C peste temperatura mediului. Curentul de aer admis în motor trece prin senzor şi răceşte elementul sensibil în funcţie de temperatura, densitatea şi umiditatea aerului. Astfel, surplusul de curent necesar pentru menţinerea constantă a temperaturii elementului sensibil este direct proporţională cu masa de aer admisă în motor.

Figura 10 Admisia aerului


12 din

Variaţia în timp a tensiunii senzorului: - debit mare de aer => tensiune senzor mare; - debit mic de aer => tensiune senzor mică.

Figura 11. Senzorul MAF: 1 – sită de protecţie; 2 – fir metalic (elementul sensibil); 3 – admisia de aer; 4 – conductor de compensare.

b). Senzorul de presiune absolută în galeria de admisie - (Senzorul MAP – Manifold Absolute Pressure Sensor)

Senzorul MAP este mai degrabă un senzor de presiune absolută, deoarece măsoară diferenţa dintre presiunea atmosferică şi depresiunea din galeria de admisie, pe baza căreia în corelaţie cu turaţia motorului, ECU determină sarcina motorului. Această informaţie este folosită de ECU pentru:

- reglarea debitului de combustibil şi a timpului de deschidere a injectoarelor, - monitorizarea presiunii de descărcare a turbosuflantei;

Presiunea atmosferică variază între limitele 0,95-1,05 bar, iar depresiunea din galeria de admisie poate avea valori de la 0 la 0,75 bar în funcţie de condiţiile de funcţionare a motorului (de ex. la funcţionarea în gol a motorului depresiunea este de 0,54-0,67 bar). Cea mai mare valoare a depresiunii se atinge la decelerare, când clapeta obturatoare este închisă; la accelerare bruscă, clapeta se deschide foarte repede, astfel încât depresiunea tinde rapid către zero.

La sarcini mari ale motorului, depresiunea din galeria de admisie scade pe măsură ce clapeta obturatoare se deschide. În cilindrii motorului este aspirată o cantitate mai mare de aer, ceea ce necesită un surplus de combustibil, pentru a menţine în echilibru raportul aer-combustibil. Primind un semnal de tensiune mare de la senzorul MAP, ECU comandă îmbogăţirea amestecului carburant, generând un aport de putere. La scăderea sarcinii motorului, procesul se desfăşoară similar, dar cu sărăcirea amestecului carburant. Din punct de vedere constructiv, senzorul MAP este compus din două camere: o cameră de referinţă, ventilată, în care pătrunde aerul atmosferic şi o cameră de vacuum, conectată la depresiunea din galeria de admisie. Cele două camere sunt separate printr-o diafragmă piezoelectrică a cărei deformare este proporţională cu variaţia diferenţei de presiuni. Deformarea diafragmei generează o tensiune electrică transmisă către ECU.


13 din

Variaţia în timp a tensiunii senzorului:

- vacuum mare => tensiune senzor mică; - vacuum mic => tensiune senzor mare.

Figura 12 Senzorul MAP: 1 – conductă vacuum; 2 – cristal piezoelectric; 3 – conductori de legătură; 4 – cameră de referinţă. A – sarcină maximă; B – mers în gol

c) Senzorul de temperatură a aerului din galeria de admisie - (Senzorul IAT – Intake Air Temperature Sensor)

Senzorul IAT monitorizează temperatura aerului admis în cilindrii motorului, pe baza căreia ECU determină densitatea aerului pentru a echilibra raportul aer-combustibil. Întrucât aerul rece este mai dens decât aerul cald, în primul caz este necesară o cantitate mai mare de combustibil pentru a menţine acelaşi raport aer-combustibil. Pentru a compensa acest fenomen, ECU comandă îmbogăţirea amestecului carburant prin modificarea duratei injecţiei de combustibil.

Informaţiile furnizate de senzorul IAT mai sunt folosite de asemenea, pentru activarea bujiilor incandescente şi pentru determinarea timpului de întârziere la deschiderea supapei EGR. Elementul sensibil al senzorului IAT este încorporat în senzorul MAP, fiind baleiat de către curentul de aer admis în motor. Din punct de vedere constructiv şi funcţional este absolut identic senzorului ECT. Evacuarea gazelor arse

Pentru controlul emisiilor poluante, ECU utilizează semnale sondelor lambda (de oxigen) amplasate înainte şi după catalizator iar funcţie de aceste semnale se reaglează amenestecul aer-combustibil. Semnalele de intrare sunt acelea referitoare la turaţia şi sarcina motorului, compoţiţia gazelor de evacuare, temperatura lichidului de răcire iar controlul emisiilor poluante se realizează prin modificarea perioadei de deschidere a injectoarelor. Suplimentar, pentru reducerea emisiilor de NOx este utilizat un catalizator suplimentar care poate fi regenerat. Senzorul de oxigen Senzorul de oxigen este montat în colectorul de evacuare având rolul de a monitoriza cantitatea de oxigen nearsă existentă în sistemul de evacuare al gazelor. Prin monitorizarea nivelului de oxigen evacuat unităţii electronice de control îi sunt furnizate informaţii referitoare la calitatea amestecului carburant (bogat sau sărac). Calitatea amestecului carburant poate fi influenţată de o mulţime de factori (temperatura aerului, temperatura lichidului de răcire, presiunea, poziţia pedalei de acceleraţie, debitul de aer, sarcina motorului), pentru care există senzori special destinaţi monitorizării acestora, dar senzorul de oxigen este principalul dispozitiv


14 din

care furnizează informaţii privind proprietăţile amestecului carburant. Prin urmare, orice problemă a senzorului de oxigen poate deregla întregul sistem antipoluare.

Unitatea electronică de control foloseşte informaţiile primite de la senzorul de oxigen pentru a regla calitatea amestecului carburant. Realizarea reglajului generează o modificare corespunzătoare a informaţiilor care vor fi furnizate de către senzorul de oxigen. Acest proces este cunoscut ca fiind ,,circuitul închis”, deoarece unitatea electronică de control utilizează în mod direct semnalele provenite de la senzorul de oxigen pentru reglarea proprietăţilor amestecului carburant. Rezultatul este o continuă variaţie a procesului de îmbogăţire-sărăcire a amestecului, care permite o funcţionare cu eficienţă maximă a catalizatorului şi păstrarea, în acelaşi timp, a unei proporţii adecvate a amestecului carburant, astfel încât emisiile poluante să fie reduse. Senzorul de oxigen funcţionează ca un minigenerator şi produce propria sa tensiune atunci când acesta se încălzeşte. Un senzor de oxigen generează, în mod normal, până la aproximativ 0,9 volţi atunci când amestecul carburant este bogat şi există puţin oxigen nears în gazele de evacuare. Când amestecul este sărac, tensiunea de ieşire din senzor scade până la circa 0,2 volţi sau chiar sub această valoare. Pentru un amestec aer - combustibil echilibrat, senzorul furnizează în jurul a 0,45 volţi. Catalizatorul

În prezent, în Europa, pentru mas, se foloseşte aproape în exclusivitate catalizatorul trivalent sau cu triplă acţiune (sau cu trei căi, din traducerea termenului din limba engleză three way catalyst) cu suport ceramic – figura 14.

Figura 13 Evacuarea gazelor arse

Figura 14 Cataliazatorul cu trei căi

Figura 15 Structura catalizatorului


15 din

Suportul formează în ansamblu cu carcasa corpul propriu-zis al convertorului. Suportul ceramic este o construcţie de tip fagure cu secţiunea rotundă sau ovală, cu canale pătrate, dispuse perpendicular pe direcţia de curgere. Materialul ceramic este refractar. Materialul are conductibilitate termică mică, rezistenţă mecanică, rezistenţă gazodinamică redusă şi secţiune transversală mare.

Stratul intermediar este compus din alumină şi este depus printr-un procedeu special pe suport, în vederea intensificării activităţii catalitice a stratului nobil. Acest strat intermediar are o suprafaţă specifică mare (10–25 m2/g) şi conţine aşa-numiţii promotori care măresc capacitatea de acumulare a oxigenului la catalizatorul trivalent şi care ajută reacţiile de reformare a vaporilor de apă şi a vaporilor de hidrocarburi.

Stratul catalitic activ constă din metale nobile cum sunt platina, paladiul şi rodiul. În timp ce platina promovează reacţiile de oxidare, rodiul contribuie la reducerea NOx . Structura straturilor catalizatorului este prezentată în figura 15.

Un exemplu de depunere a unui catalizator existent este caracterizat de următoarele date : raportul platină rodiu de 5 la 1, concentraţia totală de metal nobil de 1,3–1,5 g/dm3. Suportul formează în ansamblu cu carcasa corpul propriu-zis al convertorului. Suportul ceramic este o construcţie de tip fagure cu secţiunea rotundă sau ovală, cu canale pătrate, dispuse perpendicular pe direcţia de curgere (30–100 celule pe cm2). Ca rezultat al funcţionării îndelungate la temperaturi ridicate capacitatea catalizatorului de a accelera reacţiile de oxidare a compuşilor poluanţi scade, scădere care este accentuată şi „consumarea” substanţei active, cu trecerea timpului. De asemenea defecţiunile apărute la sistemele autovehiculului care concură la reducerea gradului de poluarea gazelor de evacuare, cum ar fi spre exemplu, apariţia rateurilor de aprindere în cilindri motorului conduce la creşterea temperaturii gazelor de evacuare, factor care înrăutăţeşte condiţiile de funcţionare ale catalizatorului şi prin urmare la reducerea eficienţei acestuia.

1.3.6 Instalaţia de recirculare a gazelor arse

Iniţial acest tip de instalaţie a fost folosit la MAC apoi şi la MAS moderne. Introducând o cantitate de gaze arse în galeria de admisie (figura 16) scade conţinutul de oxigen al aerului admis în camera de ardere şi prin urmare scade cantitatea de NOx care se formează în urma arderii. Cantitatea de gaze recirculată este funcţie de sarcina motorului, fiind limitată deoarece introducerea unei cantităţi care să depăşească o anumită limită poate conduce la creşterea procentului de hidrocarburi, monoxid de carbon şi particule din gazele de evacuare.

1.3.7 Injecţia secundară de aer Rolul instalaţiei este acela de a reduce gradul de poluare a gazelor de evacuare după

pornirea motorului pe timp rece. La pornirea la rece, datorită utilizării unui amestec foarte bogat, concentraţia hidrocarburilor nearse creşte peste limitele admise iar catalizatorul nu poate funcţiona corect deoarece âncă nu a ajuns la temperatura optimă de funcţionare. Pentru reducerea gradului de poluare, în galeria de evacuare este introdusă o anumită cantitate de aer care conduce la apariţia arderii hidrocarburilor nearse, ceea ce conduce pe de o parte la scăderea concentraţiei hidrocarburilor nearse din compoziţia gazelor de evacuare iar pe de altă parte la aducerea catalizatorui mai rapid la temperatura optimă de funcţionare. Semnale utilizate de instalaţie sunt cele referitoare la sarcina şi turaţia motorului, semanlele sondelor lambda precum şi temperatura

Figura 16 Recircularea gazelor arse


16 din

Figura 17 Injecţie aer secundar 1 – ECU; 2 – releul pompa de aer; 3 şi 4 – supape; 5 –

pompa; 6 – sonda lambda; 7 - catalizatorul

Figura 18 Recuperarea vaporilor de combustibil

Instalaţia de recuperare vapori de combustibil; 1 – ECU; 2 – supapă; 3 – filtru de carbon

lichidului de răcire. ECU va comanda funcţionarea pompei de aer, a releului acesteia precum şi deschiderea supapei care permite intrarea aerului în galeria de evacuare. După pornirea motorului, la sarcini parţiale de funcţionare, instalaţia de injecţie a aerului secundar este închisă automat.

1.3.8 Recuperarea vaporilor de combustibil Sistemul de recuperare a vaporilor de combustibil are rolul de a preveni evaporarea acestora

în atmosferă. Vaporii de combustibil sunt recuperaţi în filtrul de carbon, de unde sunt introduşi în galeria de admisie, la anumite regimuri de funcţionare a motorului. Semnalele utilizate pentru controlul instalaţiei sunt cele referitoare la turaţia şi sarcina motorului, semnalele sondelor de oxigen şi poziţiei clapetei de acceleraţie. Prin introducerea unei cantităţi de combustibil în galeria de admisie se modifică compoziţia gazelor de evacuare, modificare semnalată de sonda lambda, ECU luând măsuri de reducere a cantităţii de combustibil injectată pentru păstrarea amestecului stoechiometric.

1.3.9 Controlul turaţiei de ralanti

Sistemul are rolul de a asigura funcţionarea corectă a motorului la ralanti pentru diferite sarcini ale motorului precum şi de a permite încălzirea rapidă a catalizatorului la pornirea motorului. Funcţionarea la ralanti este asigurată prin controlul poziţiei clapetei de acceleraţie şi a avansului la scânteie.


17 din

Figura 20 Răcire controlată

Elementul de bază al sistemului este clapeta de acceleraţie controlată cu ajutorul unui motor electric, prevăzută şi cu senzor de poziţie (figura 19).

Unitatea electronică de control a clapetei de acceleraţie primeşte informaţii privind poziţia clapetei de acceleraţie funcţie de care trimite semnalul de acţionare către motorul electric pentru modificarea poziţiei clapetei în aşa fel încât să se obţină turaţia de ralanti prestabilită. În ceea ce priveşte

încălzirea catalizatorului după pornire, aceasta este necesară pentru atingerea rapidă a

temperaturii optime şi se realizează prin menţinerea unei turaţii de ralanti mai ridicate, o anumită perioadă de timp.

În cazul defectării unităţii electronice de control a clapetei de acceleraţie, sau a ansamblului de acţionare, clapeta este prevăzută cu un sistem de siguranţă mecanic, care permite realizarea unei poziţii fixe a clapetei de acceleraţie şi implicit a unei turaţii fixe a motorului, pentru a putea ajunge la cea mai apropiată unitate service.

1.3.10 Controlul temperaturii lichidului de răcire Deoarece temperatura lichidului de răcire are un rol foarte important în reducerea uzurii

motorului, reducerea consumului de combustibil precum şi creşterea performanţelor acestuia unele autovehicule moderne sunt prevăzute cu siteme de control a temperaturii. Ca semnale de intrare sunt utilizate sarcina şi turaţia motorului, viteza de deplasare a autovehiculului, temperatura lichidului de răcire la ieşirea acestuia din chiulasă şi la ieşirea din radiator. Pe baza acestor semnale şi cu ajutorul diagramelor de control a temperaturii lichidului de răcire ECU poate comanda deschiderea variabilă a termostatului pentru reglarea continuă a cantităţii de lichid de răcire trimisă spre radiator precum şi intrarea în funcţiune a ventilatorului instalaţiei de răcire.

Avantajele utilizării controlului electronic al temperaturii lichidului de răcire sunt reducerea consumului de

combustibil şi reducerea concentraţiei emisiilor poluante din componenţa gazelor de evacuare. Principala modificare a instalaţiei constă în utilizarea unui termostat de o construcţie specială a cărei funcţionare poate fi controlată electronic şi utilizarea unităţii electronice de control cu un set de diagrame de adaptate diferitelor regimuri de funcţionare a motorului. Scopul implementării unui

Figura 19 Clapeta de acceleraţie controlată electronic


18 din

astfel de sistem este acela de a permite modificarea temperaturii lichidului de răcire funcţie de sarcina motorului, modificare realizată cu ajutorul termostatului şi a ventilatorului controlate electronic.

Controlul termostatului este realizat cu ajutorul unei rezistenţe electrice încorporate în elementul termosensibil (ceară), încălzirea acesteia fiind comandată de către unitatea electronică de control a instalaţiei de răcire. În acest mod, se poate comanda introducerea radiatorului în instalaţia de răcire chiar şi la temperaturi mai reduse. Scoaterea radiatorului din circuit poate fi realizată prin comanda trimisă ventilatorului cu două trepte de viteză de rotaţie acţionat cu ajutorul unui motor electric.

Prin urmare, unitatea electronică de control primeşte informaţii de la senzorul de turaţie a motorului, de la senzorul de debit şi temperatură a aerului admis în cilindrii motorului, de la senzorul de temperatură a lichidului de răcire din carcasa termostatului de la senzorul de temperatură a lichidului de răcire din radiator precum şi de la senzorul de viteză de deplasare a autovehiculului (prin intermediul reţelei CAN) şi comandă, pe baza diagramelor de funcţionare, termostatul, unitatea electronică de control a ventilatorului, şi prin intermediul acesteia ventilatorul instalaţiei de răcire.

În plus, la automobilele cu motoare supraalimentate a fost implementată şi o pompă de apă suplimentară pentru recircularea lichidului de răcire după oprirea motorului, pompă antrenată electric, utlizată în special pentru a preveni supraîncălzirea turbosuflantei. Supraîncălzirea acesteia după oprirea motorului conduce la arderea uleiului utilizat pentru ungerea turbosuflantei şi prin urmare la reducerea semnificativă a duratei sale de viaţă. 1.3.11 Controlul electronic al puterii furnizate de motor

Sistemul presupune desfiinţarea legăturii mecanice directe (cu cablu de acceleraţie) între pedala de acceleraţie şi clapeta de acceleraţie. Astfel, pedala de acceleraţie este prevăzută cu senzor de poziţie. Semnalul trimis de acesta, privind poziţia pedalei de acceleraţie este trimis la unitatea

electronică de control care comandă deschiderea (sau închiderea) pedalei de acceleraţie (care este prevăzută cu motor electric de acţionare şi senzor de poziţie)

În afară de semnalul privind poziţia pedalei de acceleraţie, unitatea electronică de control va utiliza şi alte informaţii pentru acţionarea clapetei de acceleraţie în scopul scăderii consumului de combustibil, reducerii concentraţiei de noxe din gazele de evacuare sau din raţiuni de siguranţă. Prin urmare poziţia clapetei de acceleraţie poate fi ajustată fin independent de poziţia pedalei de acceleraţie.

Pe lângă poziţia pedalei de accelereţie („tradusă” de unitatea electronică de control ca o cerinţă privind valoarea momentul motor) unitatea electronică ţine cont, la stabilirea momentului motor de o serie de factori interni, specifici regimului funcţionării motorului (cum ar fi: regimul de pornire, temperatura catalizatorului, funcţionarea la ralanti, limitarea turaţiei maxime, compoziţia gazelor de evacuare) cât şi de factorii externi, care sunt impuşi de funcţionarea celorlalte sisteme ale

Figura 21 Controlul electronic al puterii

1 – pedala de acceleraţie, 2 – senzor de poziţie, 3 – unitatea electronică de control, 4 – ansambul clapetă de acceleraţie-motor electric-senzor de

poziţie


19 din

autovehiculului (funcţionarea transmisiei automate, a ABS-ului, sistemului de aer condiţionat, sistemul „cruise control” sau limitator de viteză maximă). Luând în considerare toţi aceşti factori, unitatea electronică de control calculează acţiunile necesar a fi desfăşurate pentru îndeplinirea tuturor acestor cerinţe, motorul devenind astfel mult mai eficient.

Din punct de vedere constructiv, senzorul de poziţie a pedalei de acceleraţie este un potenţiometru (în fapt adeseori se utilizează două potenţiometre redundante pentru creşterea gradului de siguranţă în funcţionare). În cazul defectării ambelor potenţiometre, turaţia motorului este limitată automat la o anumită valoare maximă (de obicei puţin mai mare decât turaţia de ralanti) pentru a permite deplasarea autovehiculului la cea mai apropiată unitate service.

În ceea ce priveşte senzorul de poziţie a clapetei de acceleraţie, acesta este tot un potenţiometru, defectarea acestuia având aceleaşi simptome ca şi la senzorul pedalei de acceleraţie. Toate posibile defecţiuni la sistemul de control electronic a puterii, conduc automat la memorarea codului de defecţiune corespunzător şi la aprinderea martorului luminos dedicat de la bordul autovehiculului (EPC – Electronic Power Control).

1.3.12 Sistemul electronic de amortizare a vibraţiilor motorului Sistemul presupune reducerea vibraţiilor produse de funcţionarea motorului la caroseria şi

transmisia autovehiculului, pentru îmbunătătţirea confortului pasagerilor şi a condiţiilor de funcţionare a autovehiculului. Această amortizare a vibraţiilor motorului este realizată cu ajutorul suporţilor hidraulici cu acţionare electro-pneumatică. Unitatea electronică de control a motorului poate comanda, prin intermediul unei supape, între diferite grade de amortizare funcţie de turaţia motorului şi viteza de deplasare a autovehiculului. Suporţii de montare a motorului pe şasiu sunt în fapt nişte amortizori hidraulici a căror caracteristică de amortizare a vibraţiilor poate fi modificată pentru deplasarea autovehiculului pe şosele de calitate bună cu viteză mare sau pentru deplasarea pe şosele de calitate proastă, cu viteză de delasare redusă (sub 5 km/h). Principiul de funcţionare al acestora (prezentat în figura 23) este acela că, secţiunile de curgere a lichidului între cele două camere ale amortizorului sunt diferite, în cele două

cazuri amintite, ceea ce face ca gradul de amortizare a vibraţiilor să fie diferit. Astfel, la deplasarea cu viteză redusă, pentru a evita apariţia fenomenului de rezonanţă datorită suprapunerii oscilaţiei induse de deplasarea pe şosea de calitate scăzută, cu oscilaţiile proprii ale motorului, membrana aflată la partea inferioară a amortizorului (5) este pusă în legătură cu galeria de admisie, prin intermediul supapei 1 (figura 1), în acest fel membrana fiind ”trasă” spre partea inferioară a amortizorului. Datorită acestei deplasări se deschide canalul central al pisonului 3 (figura 23) care permite trecerea lichidului hidraululic între cele două camere. La deplasarea pe şosele de calitate sporită, cu viteze de deplasare de peste 5 km/h, ECU comandă închiderea legăturii spre galeria de admisie, supapa 1 pune în legătură camera 9 cu aerul atmosferic, membrana amortizorului revenind la poziţia iniţială sub acţiunea arcului propriu, închizând legătura centrală între cele două camere ale amortizorului, şi deschizând canalizaţiile circulare 8.

Figura 22 Comanda electro-hidraulică a suporţilor

amortizori ai motorului 1- supapa electro-hidraulică, 2 – suporţi; 3 – ECU;

4 – senzor turaţie motor; 5 – senzor viteză autovehicul.


20 din

1.3.13 Sistemul „cruise control” Sistemul cruise control permite stabilirea de către şofer a unei viteze de deplasare de

croazieră (peste o anumită valoare, de obicei în jur de 50 km/h) şi menţinerea acesteia indiferent de configuraţia terenului pe care se deplasează fără a fi necesară acţionarea pedalei de acceleraţie de

către conducătorul autovehiculului.

Sisitemul fave parte din sistemul de management electronic al mororului deoarece unitatea electronică de control a motorului realizează şi controlul acestui subsistem. Pe baza informaţiilor provenite de la o serie de senzori (turaţia motorului, cantitatea de aer din galeria de admisie, viteza de deplasare, poziţia comutatorului de comandă a sistemului cruise control, acţionarea pedalei de frână), ECU trimite semnalul către

electromotorului clapetei de acceleraţie, controlând deschiderea acesteia. Funcţie de deschiderea clapetei de acceleraţie, ECU va comanda instalaţia de injecţie de benzină şi sistemul de aprindere în vederea obţinerii vitezei de deplasare impuse.

a) b)

Figura 23 Funcţionarea amortizorului hidraulic cu comandă electrică şi servomecanism pneumatic

1 – legătura cu motorul; 2 – camera superioară; 3 – piston; 4 – camera inferioară; 5 – membrana; 7 – canalizaţia centrală; 8 – canalele circulare; 9 – aer atmosferic iar pentru a) depresiune

Figura 24 Principiul de funcţionare a sistemului cruise control

1 – comutator; 2 – ECU; 3 – flux de informaţii de la senzori; 4 – clapeta de acceleraţie cu servomecanism electric şi senzor de poziţie; 5

– comanda ECU şi feedback-ul senzorului de poziţie

Documents

TEMA 1_Sisteme Mecatronice