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)