Download - Mas Tractiune Rutiera
3. Sisteme de control pentru MAS destinate tractiunii rutiere
In domeniul tractiunii rutiere, motorul cu aprindere prin scinteie ocupa ponderea cea mai
mare, chiar daca aceasta cota este in scadere (prin aparitia noilor motoare diesel). De
fapt mas-urile au fost primele care au beneficiat de contributia sistemelor electronice de
control, focalizate mai intii pe sistemul de injectie, in scopul mentinerii functionarii in
fereastra lambda1. Treptat sistemele au inclus si controlul aprinderii, toate motoarele
mas-urile actuale avind o gestiune comuna pentru cele doua functii (alimentare-injectie
si aprindere).
Majoritatea referintelor din acest capitol vor fi facute pentru mas cu injectie indirecta (in
poarta supapei) deoarece reprezinta ponderea majoritare pe piata. Totusi, vor fi
abordate si citeva elemente de controlul mas-urilor cu injectie directa.
3.1. Obiective si mijloace de realizare
a) controlul injectiei de combustibil
Doua elemente esentiale sint controlate: volumul de combustibil injectat (doza de
combustibil) si momentul injectiei. Ambele sint controlate prin intermediul curentului
care excita bobinele injectoarelor: momentul activarii este cel care determina
deschiderea injectoarelor (injectia), iar durata activarii determina volumul injectat.
b) controlul aprinderii
Sint controlate avansul la scinteie si energia acesteia. Data fiind complexitatea lor,
mijloacele prin care se realizeaza acest control vor fi descrise detaliat in capitolul
respectiv2.
c) controlul emisiilor poluante
Respectarea limitelor impuse pentru emisiile poluante este un obiectiv primordial in
proiectarea unui motor, motiv pentru care toate sistemele de control – indiferent ca sint
proiectate pentru injectie sau aprindere – au in vedere acest lucru. Controlul emisiilor
poluante este strict integrat cu cel al injectiei si aprinderii.
Exista si anumite obiective secundare care vizeaza in principal confortul in conducere.
De exemplu la cuplarea treptelor de viteza, avansul la scinteie este retras astfel incit sa
se produca o diminuare temporara a cuplului motor, ceea ce atenueaza senzatia de
1 Aceste notiuni vor fi explicate pe larg in subcapitolele urmatoare.2 In principiu este controlat timpul de alimentare a bobinei de inductie si momentul intreruperii alimentarii acesteia.
“smuncitura” pe care un sofer mai putin experimentat ar experimenta-o din plin la
schimbarea vitezelor.
Un alt exemplu: cuplarea sistemului de conditionare a aerului. In plina acceleratie nu
este posibila cuplarea aerului conditionat care ar rapi citiva kW pretiosi din puterea
motorului. Daca soferul, sau temporizarea decide inserarea climatizarii in momentul
unei acceleratii, comanda va fi acceptata, memorizata, dar pusa in aplicare doar dupa
incheierea perioadei de accelerare.
Alte functii sint leagate de economia de combustibil (si implicit de recucerea emisiilor
poluante). De exemplu, la anumite motoare cu numar mare de cilindri (8, 12 V) exista
posibilitatea intreruperii functionarii anumitor cilindri in regimuri de sarcina partiala, cind
puterea necesara propulsarii vehiculului este mica.
3.2. Controlul sistemului de injectie de combustibil
Schema unui sistem de control al injectiei* Bosch LE Jetronic montat pe modelele Volvo 850. Desi nu este de ultima generatie, sistemul este reprezentativ pentru o mare parte dintre automobile.* indirecta
Lista reperelor din figura anterioara (elementele care tine strict de controlul injectiei sint
evidentiate)
Nr. Denumire reper Obs.
01 Rezervor
02 Pompa combustibil In unele variante pompa este montata direct in
interiorul rezervorului
03 Filtru combustibil
04 Rampa combustibil
05 Regulator de presiune
06 Calculator Coordoneaza toate functiile de control pentru
injectie
07 Bujie
08 Injector
09 Injector pornire la rece Lipseste pentru sistemele recente, rolul sau fiind
preluat de catre injectoarele “normale” care
deservesc cilindrii
10 Surub reglaj mers in gol
11 Traductor pozitie clapeta
obturatoare
12 Clapeta obturatoare
13 Debitmetru cu clapeta Este inlocuit pe sistemele actuale cu debitmetru cu
fir cald sau cu film (mult mai prompt in ceea ce
priveste raspunsul)
14 Aspiratie aer
15 Releu
16 Sonda
17 Traductor temperatura
18 Termocontact
19 Distribuitor aprindere
20 Control by-pass aer aspirat Este utililizat in faza de incalzire, cind corelat cu
functionarea injectorului 09 este marit si debitul de
aer aspirat
21 Surub pentru reglajul
debitului de aer ce
Utilizat pentru controlul calitatii amestecului (are
efect in special in zona sarcinilor mici). Este folosit
ocoleste debitmetrul pentru controlarea emisiei de CO. Lipseste pe
sistemele noi, rolul sau fiind preluat de catre
sistemul de control .
22 Baterie
23 Contact
Lista reperelor din schema sistemului de control Bosch ME 7.1
01
03
02
04
12
05
07
06
09
08
10
11
15
13
SEMNALEINTRARE
14
UNITATE DECOMANDA
conecto rd iagnoza
SEMNALEIESIRE
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
SENZORI ACTUATORI
01 Debitmetru In aceasta varianta constructiva este cu film cald
02 Traductor turatie motor De tip inductiv
03 Traductoare Hall Sint in numar de doua deoarece schema este
aplicata pe Audi S4 cu motor 6V; exista cite un
traductor pe fiecare linie de cilindri
04 Sonde lambda Cite una pentru fiecare linie de evacuare
05 Traductor pozitie clapeta
06 Senzor temperatura aer
07 Senzor temperatuta lichid
de racire
08 Senzori presiune admisie
09 Senzor detonatie Cite unul pentru fiecare linie de cilindri
10 Traductor pozitie pedala
acceleratie
11 Traductoare temperatura
gaze de ardere
Cite unul pentru fiecare linie de evacuare
12 Switch pedala frina
13 Switch pedala ambreiaj
14 Semnale auxiliare
15 Releul pompei de benzina
16 Injectoare Injectoarele sint comandate pe grupe de cite trei
(cilindrii 1,2 si 3 in prima grupa, 4, 5 si 6 in a doua)
17 Bujii + bobine Bujiile sint comandate pe grupe de cite trei, fiecare
bujie este conectata la cite o bobina.
18 Solenoid pentru controlul
supapei canistrei carbon
19 Solenoid pentru controlul
presiunii de supraalim.
20 Servomotor actionare
clapeta
Sistemul include traductorul 05 si un servomotor
pentru controlul pozitiei clapetei obturatoare.
21 Mecanism pentru ajustarea
pozitiei axului cu came
pentru admisie
Cite unul pentru fiecare linie
22 Electrovalva control Evita intrarea compresorului in regim de pompaj
presiune admisie atunci cind trecem brusc de la o sarcina mare la
una mica (ridicarea brusca a piciorului de pe pedala
de acceleratie).
23 Controlul incalzirii sond.
24 Semnalizator pentru
eventuala defectare a
controlului electronic al
clapetei
25 Semnale auxiliare
Controlul injectiei de combustibil vizeaza:
a) doza de combustibil
b) avansul la injectie
Doza de combustibil injectata depinde de presiunea din rampa de combustibil si de
timpul de deschidere a injectorului. Pentru un control eficient, presiunea este mentinuta
constanta cu ajutorul unui regulator, singura marime care variaza (marimea controlata)
fiind timpul de deschidere.
Schema unui sistem de injectie directa Bosch Motronic MED 9
Acesta depinde in principal de doi factori: sarcina si temperatura motorului. Evident, cu
cit sarcina este mai mare cu atit se mareste si timpul de deschidere. Sub o anumita
valoare a temperaturii lichidului de racire, amestecul este imbogatit prin marirea timpului
de deschidere a injectorului. Astfel, este scurtata perioada intrarii in regim.
Exista mai multe variante de control al injectoarelor:
- actionare simultana: Injectoarele sint comandate simultan de catre acelasi circuit
de control. Injectia are loc o data pe fiecare rotatie a arborelui cotit, cu un anumit avans
fata de punctul mort superior (PMS) al cilindrului 1. De fiecare data se injecteaza
jumatate din doza necesara de combustibil. Este cel mai simplu mod de comanda
folosit in prezent.
- actionarea pe grupe: Injectoarele sint actionate pe grupe, fiecare grupa fiind
comandata de un circuit separat. In fiecare grupa exista cite un cilindru “conducator” in
raport cu care se stabileste avansul la injectie (de regula pe cursa de admisie a
acestuia). Fiecare grup este comandat o data pe fiecare rotatie a arborelui motor.
Grupele se stabilesc in functie de configuratia motorului. Exemplu: pentru un 4 cilindri
se vor forma 2 grupe a cite 2 injectoare, pentru 6 cilindri 2 grupe a cite 3 injectoare.
- actionarea independenta (secventiala): Injectoarele sint actionate independent in
functie de cursa de admisie a fiecarui cilindru. Este sistemul care ofera performantele
cele mai bune.
Obs. In cazul sistemelor cu injectie indirecta se intilnesc toate variantele descrise
anterior; pentru cele cu injectie directa controlul secvential este singura varianta.
A 1
1
3
4
2
E 1D 1C 1 E 1D 1C 1
360 rac 360 rac
i
i
i
i
i
i
i
i
360 rac
i
i
i
i
cilindru l
Fig.a. Fazarea injectiilor pentru un sistem cu injectie simultana
In ambele figuri (i) reprezinta momentul injectiei, cu linie albastra au fost reprezentate
duratele de deschidere a supapelor de admisie. Cilindrii au fost aliniati in ordinea
aprinderii lor. Cu A1, C1, D1, E1 au fost notate cursele de admisie, compresie,
destindere si evacuare pentru cilindul 1. Se observa ca in cazul controlului secvential
avem o singura injectie pe ciclu, momentul de inceput al injectiei fiind premergator
procesului de aspiratie. In cazul controlului simultan la fiecare injectie trei cilindri vor
avea supapa de admisie inchisa. Vaporii de benzina se vor acumula in poarta supapei,
pina cind vor fi aspirati in cilindru in timpul admisiei.
3.2.1. Sisteme de control pentru MAS cu injectie indirecta
Obiectivul controlului pentru un sistem clasic de injectie MAS (indirecta) este
mentinerea dozajului intr-o zona foarte ingusta in jurul valorii unitare. Aceasta cerinta
este impusa de randamentul functionarii unui catalizator trivalent3, care este maxim in
zona de dozaj stoichiometric.
3 Acest tip de catalizator (pe trei cai) echipeaza majoritatea mas-urilor actuale, el reducind emisiile de CO, HC si NOx.
A 1
1
3
4
2
E 1D 1C 1 E 1D 1C 1
360 rac 360 rac
i
i
i
i
360 rac
i
i
i
c ilindru l
Fig.b. Fazarea injectiilor pentru un sistem cu injectie secventiala
Fereastra = zona de control a dozajului pentru un
sistem de injectie indirecta coincide cu zona de
eficienta maxima a catalizatorului
Elementele principale ale sistemului de control sint prezentate in figura alaturata.
Plecind de la definitia coeficientului de dozaj ,
Pentru un anumit combustibil, doza de combustibil injectata (timpul de activare) depinde
de consumul de aer si de valoarea impusa a parametrului .
Pe baza semnalului furnizat de debitmetru se stabileste o valoare de referinta pentru
doza injectata. Aceasta valoarea este corectata in functie de semnalul oferit de sonda
lambda. Daca semnalul corespunde unui amestec sarac timpul de deschidere a
injectoarelor este majorat astfel incit amestecul sa fie readus in zona stoichiometrica. In
cazul unui amestec bogat, actiunea este inversa.
Acest sistem in care controlul in bucla inchisa intervine pe baza unui semnal de
referinta se numeste “closed-loop feedforward control”.
Schema generala a unui astfel de sistem este prezentata in figura alaturata.
CO
HC
NOx
amestecuri sarace >1amestecuri bogate<1
= 1
FEREASTRA LAMBDA
C ata liza tor
C ontro le r
D eb itm etru
S ondalam bda
bucla de contro l(de reactie)
aer
com bustib il(in jectoare)
gaze ardere
Dupa cum s-a mentionat anterior, obiectivul controlului este de a mentine 1. Totusi
exista situatii in care sistemul se abate de la acesta, imbogatind amestecul (acceleratii
rapide, regimuri de sarcina ridicata, motor rece, etc.). Aceste situatii vor fi tratate
ulterior.
Obs. Pe anumite sisteme de control “economice” debitmetrul lipseste. In acest caz
valoarea de referinta a dozei injectate se stabileste prin metoda viteza-densitate
(speed-density). Viteza aerului aspirat este determinata de pozitia clapetei obturatoare
C ontro le r
S istem ulcontro la t
i e = i - m c
C om parator
Actuator
Senzorm
C alcu lu lre ferin te i
dateintrare
r
Schema generala a unui sistem “closed-loop feedforward control”. Unica diferenta fata de un sistem clasic este semnalul de referinta r (asa-numitul feedforward), care in cazul sistemului de injectie este furnizat de catre debitmetru. Avantajul unui astfel de sistem consta in eficacitatea controlului.
D ebit m asic
im pus
C alcu lu l tim pu lu i dein jectie
m asura t
S istem contro la t(in jectie )
minL
CC aC
injectie
1
2
3
1. fu rn iza t de deb itm etru2 . in genera l =1 (in anum ite cond itii trece in zona bogata)3 . fu rn iza t de ca tre sonda
Schema controlului injectiei (closed-loop feedforward)
si turatia motorului. Cunoscind viteza si sectiunea se calculeaza debitul volumic.
Valoarea obtinuta este inmultita cu densitatea determinata pe baza valorii de
temperatura din colectorul de aspiratie, fiind obtinut debitul masic.
Sistemul este simplu, dar precizia controlului este mai redusa. Situatia este specifica
vechilor motoare dotate cu injectie monopunct.
1. genera t de un traductor rezistiv m onta t pe corpu l c lapete i2 . genera t de un traductor inductiv m onta t in zona coroane i vo lan tu lu i3 . m asura t cu un te rm istor4 . de term inat cu a ju toru l sonde i
1
2
3
4
Pozitie c lapeta
T uratie
C alcu lu l v itezeide curgere
(debit vo lum ic)
m asura t
Sistemcontro la t(in jectie)
injectie
im pus
T em peratura aeradm is ie
C alcu lu ldebit
m asic
C alcu lu ltim p
in jectie
Schema controlului injectiei (speed-density)