87
ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL AUTOVEHICULULUI 1. Alimentarea autovehiculului cu energie electrică Principii de încărcare Pentru a alimenta numeroasele sisteme electrice ale unui autovehicul modern este necesarã o mare cantitate de energie electrică. Bateria poate suplini această cerere de energie doar pentru un scurt timp. Când bateria se descarcă, motorul se va opri, iar sistemele electrice vor înceta să mai funcţioneze. Pentru a preveni descãrcarea bateriei, se foloseşte un sistem de încărcare care să satisfacă nevoile diferitelor sisteme şi să menţină bateria în stare încărcatã. Aceasta asigură când motorul este în staţionare, consumuri electrice rezonabile pentru o perioadã de timp, perioadã care depinde de capacitatea bateriei. Deoarece o baterie cu o capacitate mai mare înseamnă o greutate mai mare, bateria modernă trebuie să fie cît mai mică cu putinţă. Acest lucru se poate realiza prin perfecţionarea sistemelor de încărcare. Odatã cu modernizarea autovehiculelor, au apărut din ce în ce mai multe dispozitive şi sisteme acţionate electric, pe care sistemul de încărcare trebuie să le alimenteze. De aceea, generatorul modern trebuie optimizat, adicã proiectat şi realizat cât mai eficient şi mai uşor. La începutul anilor 60’ aceste cerinţe au forţat fabricanţii să schimbe dinamul cu alternatorul care, având deosebite avantaje, s-a dovedit soluţia modernã care este folositã pânã în prezent. Fig.1 Caracteristicile I(n) ale dinamului şi a alternatorului În fig. 1 sunt prezentate caracteristicile I(n) ale dinamului şi a alternatorului. Se observã cã avantajele alternatorului sunt date de turaţia mai micã la care începe sã 1

Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL AUTOVEHICULULUI

Citation preview

Page 1: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

ECHIPAMENTUL ELECTRIC AL AUTOVEHICULULUI

1. Alimentarea autovehiculului cu energie electrică

Principii de încărcare

Pentru a alimenta numeroasele sisteme electrice ale unui autovehicul modern este necesarã o mare cantitate de energie electrică. Bateria poate suplini această cerere de energie doar pentru un scurt timp. Când bateria se descarcă, motorul se va opri, iar sistemele electrice vor înceta să mai funcţioneze.

Pentru a preveni descãrcarea bateriei, se foloseşte un sistem de încărcare care să satisfacă nevoile diferitelor sisteme şi să menţină bateria în stare încărcatã. Aceasta asigură când motorul este în staţionare, consumuri electrice rezonabile pentru o perioadã de timp, perioadã care depinde de capacitatea bateriei. Deoarece o baterie cu o capacitate mai mare înseamnă o greutate mai mare, bateria modernă trebuie să fie cît mai mică cu putinţă. Acest lucru se poate realiza prin perfecţionarea sistemelor de încărcare.

Odatã cu modernizarea autovehiculelor, au apărut din ce în ce mai multe dispozitive şi sisteme acţionate electric, pe care sistemul de încărcare trebuie să le alimenteze. De aceea, generatorul modern trebuie optimizat, adicã proiectat şi realizat cât mai eficient şi mai uşor. La începutul anilor 60’ aceste cerinţe au forţat fabricanţii să schimbe dinamul cu alternatorul care, având deosebite avantaje, s-a dovedit soluţia modernã care este folositã pânã în prezent.

Fig.1 Caracteristicile I(n) ale dinamului şi a alternatorului

În fig. 1 sunt prezentate caracteristicile I(n) ale dinamului şi a alternatorului. Se observã cã avantajele alternatorului sunt date de turaţia mai micã la care începe sã încarce bateria şi de lipsa colectorului care este o sursã de probleme care reduc fiabilitatea generatorului.

Sistemele de încărcare:O t.e.m poate fi generată prin inducţie electromagnetică la mişcarea unui conductor

într-un câmp magnetic. Ambele aparate, alternator sau dinamul, generează curent alternativ şi în fiecare caz este nevoie de un redresor pentru a produce curentul continuu necesar pentru încărcarea bateriei. Redresorul dinamului este mecanic (colectorul) iar cel al alternatorului este cu semiconductoare.

Diferenţa principală dintre cele 2 tipuri de generatoare este datã de părţile mobile sau fixe, şi anume:

Dinamul – câmpul magnetic este fix şi conductorul este în mişcare;Alternatorul – conductorul este fix şi câmpul magnestic este în mişcare;

1

Page 2: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig.2. Principalele componente ale ambelor tipuri de sisteme de încărcare.

a. Alternatorul; b. Dinamul.

Dinamul: În principal dinamul este alcătuit dintr-o bobină conductoare care e rotită într-un flux magnetic. Bobina e fixată în jurul unui miez din fier moale la capătul căruia este montatã o roatã de curea antrenatã de o altã roatã acţionatã de arborele motorului termic. Deşi unele dinamuri folosesc magneţi permanenţi pentru a produce fluxul magnetic, majoritatea dinamurilor autovehiculelor folosesc electromagneţi, deoarece puterea acestor magneţi poate scãdea în timp şi reduce puterea dinamului.

Redresarea curentului alternativ într-un sistem cu dinam este realizată de un comutator – o parte cilindrică, realizat din segmente de alamă - colectorul, care e fixat la un capăt al rotorului şi două perii de carbon care freacă colectorul pentru a colecta curentul: o perie e conectată la masã şi cealaltã la bornele principalele (marcate în circuit cu “D”);

Multe dinamuri, aşa ca cel din fig.1b, au un terminal mic situat adiacent principalului terminal. Un capăt al bobinei aflat în câmpul magnetic este conectat la acest mic terminal, iar celălalt capăt al bobinei e conectat la carcasă.

Schema circuitului a unui dinam, este prezentatã în fig. 2b.

2

Page 3: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Regulatorul de tensiune al dinamului este realizat într-o cutie care e montată la distanţă de dinam. Acesta are ca element final un releu electromagnetic care permite curentului să circule dinspre dinam spre baterie, dar nu invers. Astfel se împiedică curentul să circule dinspre baterie spre dinam când dinamul nu funcţionează sau când tensiunea dinamului este mai scăzutã decât cea a bateriei. Un releu defect va permite dinamului să acţioneze ca motor iar dacă aceast lucru apare frecvent, va produce în scurt timp înroşirea cablurilor.

Regulatorul controlează activitatea dinamului pentru a regla tensiunea de încărcare a bateriei. De asemenea, el previne deteriorarea dinamului, în mod special în cazul unei viteze de rotaţie prea mari, limitând tensiunea de încãrcare la nivelul de siguranţă.

Când bateria este încărcată complet, tensiunea ei este de 14,4 V, aşadar reglând regulatorul aşa încât să limiteze încărcarea la cifra respectivă, este prevenitã supraîncărcarea acesteia.

Dupã pornirea motorului termic, energia electrică este produsã de dinam, aşa că este necesarã reglarea tensiunii dinamului dacă echipamentul electric al vehiculului, fixat să acţioneze la o tensiune de 12V, nu este defect.

Reglarea de tensiune este obţinută folosind contactele releului pentru a întrerupe curentul de excitaţie. Aceste contacte vibrează la o cotă aproximativ constantă şi controlează curentul variind durata relativã de conectare pe o perioadã a unui ciclu de conectare. Adesea se instalează două regulatoare, unul de tensiune iar celălalt de curent.

AlternatorulPrincipiul unui alternator e prezentat simplificat în fig.2a. Arborele are fixat pe el un

magnet cu 4 poli, care se învârte în interiorul unui stator în jurul căruia este înfăşurată o bobină. Galvanometrul aratã sensul şi valoarea curentului. Rotirea magnetului generează o forţă electromotoare în bobină deoarece polii N şi S se prezintă alternativ pentru stator, curentul produs va fi curent alternativ. Tensiunea creşte o dată cu viteza de rotire, dar când rata de schimbare a curentului atinge o anumită valoare, inducţia proprie va întârzia creşterea curentului odatã cu creşterea vitezei. Ataşând o altă bobină în poziţia prezentată la fig.1.b, se obţin două noduri de producere independente, aşa cum arată graficul forţei electromotoare.

Bobina B a statorului ne dă o mărime de ieşire defazată cu 45° faţă de cea a bobinei A. Aceasta este o tensiune bifazatã. În mod asemănător dacă mai adăugăm o a treia bobină C, şi toate trei sunt aranjate în jurul unui magnet cu mai mulţi poli, se obţine o tensiune de ieşire trifazată.

Datorită creşterii numărului de poli magnetici, fiecare ciclu va fi mai scurt, aşadar o rotire a arborelui va produce un mare număr de cicluri de curent alternativ. Redresarea curentului este realizată cu diode semiconductoare. O singură diodă, aşa cum arată fig.6.6. produce o redresare monoalternanţã, neeficientã. O metodă superioarã este redresarea în punte, vezi fig.6.7. Aranjarea diodelor asigură faptul că fluxul de curent în orice direcţie e canalizat spre diodele necesare pentru a oferi un flux de curent unidirecţional prin baterie, în cazul nostru o redresare completă a curentului.

Deasemenea, diodele servesc şi unui alt scop, ele previn schimbarea sensului curentului din baterie spre alternator când tensiunea bateriei e mai mare decât cea produsã de alternator. Se previne astfel necesitatea unei întreruperi a circuitului de încărcare (ca la dinam).Controlul tensiunii de ieşire e necesar pentru a preveni o depăşire a nivelului maxim, acest lucru ar putea cauza supraîncărcarea bateriei şi ar putea distruge dispozitivele electrice din alte circuite. Se poate folosi pentru excitaţie un electromagnet în locul unui magnet permanent.Curentul de excitaţie este reglat de regulatorul de tensiune. Unele sisteme folosesc un regulator electromagnetic montat în exteriorul alternatorului, acesta având contacte vibratorii asemănătoare celor folosite în cazul unui dinam. Azi, cele folosite alternatoare sunt cele cu regulatoare electronice, acestea reglând tensiunea la 14.2V ± 0.2V.

Avantajele unui alternator, comparat cu un generator de tip comutator (dinam), sunt următoarele:1. Tensiune mai mare : părţile rotative sunt mai mari , aşa că e permisă o viteză de rotaţie mai mare. Această viteză este obţinută folosind o roatã de antrenare a alternatorului cu diametru

3

Page 4: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

mic. Mãrirea tensiuni la o viteză mică a motorului este importantă când vehiculul este implicat în trafic.2. Greutate mai mică şi compactitae: caracteristicile constructive şi randamentul îmbunătăţit permit ca la un gabarit mic să se furnizeze energia necesară.3. Întreţinere redusã: curentul continuu nu este produs printr-un comutator cu perii şi căderea de tensiune datorată uzurii periilor şi murdãririi suprafeţei colectorului este eliminată.4. Controlul mai precis al tensiunii de ieşire: folosirea unui regulator favorizează reducerea încãrcarea corectã. Aceasta permite folosirea bateriilor ce nu necesită întreţinere şi alte sisteme electronice care ar putea fi distruse de altfel, de un voltaj excesiv.5. Nu necesită releu de întrerupere a curentului la schimbarea sensului acestuia: diodele redresoare realizeazã şi acestã necesitate.

Multiplele avantaje ale acestui tip de generator au fost puse în evidenţă încă din anii 1960, multe din vehiculele de atunci fiind dotate cu alternator. Deşi există diferite proiecte de modernizare a sistemului, principiul de bază este asemănător.

Fig. 2 Schema desfăşurată a unui alternator

Figura 2 prezintã schema desfăşurată a unui alternator tipic. Acest alternator este o maşină în trei faze, cu 12 poli, care încorporează un redresor şi un stabilizator microelectronic. Carcasa alternatorului este din aliaj de aluminiu. Ea conţine:

- Rotorul, cu polii magnetici;- Statorul, cu înfãşurarea alternatiã;- Un redresor pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu;- Un stabilizator de tensiune;

4

Page 5: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

2.Senzori piezoelectrici

AccelerometruUn accelerometru piezoelectric este o masă seismică, folosind un cristal piezoelectric

pentru a converti forţa masei datorită acceleraţiei într-un semnal electric de ieşire. Cristalul nu acţionează numai ca traductor, dar şi ca suspensie arcuită a masei. Figura 2.43 arată un accelerometru tipic sau un senzor de lovire folosit la vehicule. Cristalul este înglobat între corpul senzorului şi masa seismică şi este compresat de un pivot.

Forţele de acceleraţie ce acţionează pe masa seismică cauzează variaţii în volumul compresiilor cristalului şi de aici, generează tensiunea piezoelectrică. Oscilaţiile masei nu sunt amortizate , cu excepţia rigidităţii cristalului. Aceasta înseamnă că senzorul va avea o frecvenţă de o foarte mare rezonanţă, dar de asemenea, va fi la o foarte mare frecvenţă(50 kHz). Frecvenţa naturală sau rezonantă a unei ramuri a sistemului masei e dată de:

f=(1/2) V k/mf frecvenţa rezonantăk ramura constantă(foarte mare în acest caz)m masa masei seismice(foarte joasă în acest caz)

Senzorul, când este folosit de un motor cu senzor de lovire, va detecta de asemenea alte vibraţii motoare. Acestea sunt ţinute la minim, doar uitându-ne la “lovituri”, câteva grade înainte şi după poziţia punctului iniţial. Semnalele nedorite sunt filtrate electric. Semnalul acestui tip de senzor este detectat de un amplificator încărcător. Sensibilitatea unui senzor de lovire, a unui vehicul este de aproape 20 mV/g (g=9, 81 m/s).

5

Page 6: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

3.Combustia motorului termic

CarburatorulCarburatorul a fost conceput pentru a furniza motorului combustibil şi aer amestecate

în proporţii adecvate.În condiţii ideale, raportul aer/combustibil este 15:1. Această proporţie este numită

raportul chimic corect, deoarece, atunci când amestecul de aer şi combustibil este aprins, arde complet şi formează dioxid de carbon ( ) şi apă.

Atunci când motorul este alimentat cu un amestec mai bogat, cu un raport de 12:1, consumul de combustibil creşte. De asemenea, sunt evacuate din motor şi alte gaze, care nu sunt de dorit.

Poluarea atmosferei are loc într-o mai mică măsură atunci când motorul este alimentat cu un amestec mai sărac, de exemplu 17:1. Chiar dacă amestecurile mai sărace sunt mai economice, puterea motorului nu creşte. În consecinţă, un amestec mai sărac este mai greu de aprins, iar posibilitatea ca acesta să detoneze (să dea rateuri) este mai mare, şi din moment ce arde mai încet, va supraîncălzi motorul.

Având în vedere toate aceste probleme legate de amestecul sărac în combustibil, utilizarea acestuia nu este benefică. Cu toate acestea, motivul pentru care este încă folosit este nevoia motoarelor de a se conforma regulilor privind poluarea şi economia de combultibil existente în lume. Deschiderea clapetei de acceleraţie necesară pentru a menţine viteza de relanti este esenţială în special când motorul este rece şi uleiul este gros. O modificare a deschiderii clapetei de acceleraţie sau o variaţie a sarcinii motorului va duce la oprirea motorului sau la accelerarea acestuia, de aceea este dificil de reglat o anumită poziţie a clapetei de acceleraţie care să facă faţă tuturor situaţiilor.

Carburatoarele cu soc constant necesita un sistem de compensare pentru a preveni ca amestecul aer benzina sa devină prea bogat pe măsură ce sarcina motorului creste. Pe măsură ce standardele au devenit mai stricte cu privire la emisii si economicitate împreună cu nevoia

funcţionării perfecte a carburatorului, realizarea unui control electronic este o soluţie atractiva. Alternativa este folosirea unei injectii de benzina dar ecst sistem este in general mai scump.

In majoritatea carburatoarelor electronice, aranjamentul de baza seamana cu un carburator simple, avand in plus o ajustare finala a raportului aer-benzina dictata de E.C.U. Iesirea E.C.U. controleaza un sistem de masurare separat; aceasta suplimenteaza combustibilul oferit de sisetmul de baza si ofera un raport aer-benzina potrivit conditiilor masurate de diferite traductoare. Sistemul general de senzori semnalează viteza motorului si încărcarea, in plus carburatoarele electrice au traductoare ce măsoară si alte variabile importante care afectează cerinţele de raport aer-benzina.

6

Page 7: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Injectia de benzina

Sistemul electronic de control al injectiei pe benzina ofera mentinerea precisa a raportului aer-combustibil pentru a se potrivi in limite largi conditiilor sub care un motor functioneaza. Sensibilitatea unui sistem de control electronic ofera putere mare motorului cat si economie mentinand in acelasi timp gaze de evacuare putine. Sistemele de injecţie de benzina pot fi împărţite in doua grupe mari – injecţie multipunct – injectoare pentru fiecare cilindru – injecţie mono-punct – un singur injector ce injectează combustibil in sistemul de admisie

in acelaşi loc folosit de carburator.Sistemele de injecţie multipunct au un injector pe cilindru montat sa ofere un jet de

combustibil in galeria de admisie intr-un punct situat imediat in apropierea intrării in cilindru. Injecţia combustibilului in acest punct asigura ca fiecare cilindru primeşte partea lui întreagă de benzina, deci fiecare cilindru obţine putere de ieşire egala.Suprapunerea momentului de admisie a cilindrilor adiacenţi alimentaţi prin carburator poate duce la fenomenul prin care unii cilindrii ar putea prelua din amestecul carburant ce trebuia sa revină altor cilindrii. Acest dezavantaj al influentelor dintre admisii este minimizat de un sistem de injecţie multipunct, deci se obţine un motor cu o funcţionare mai rotunda. Din nefericire sistemul multipunct este mai scump decat un sistem care utilizeaza fie un carburator fie o injectie monopunct.

Injectia de benzina are loc in galeria de admisie. In mod normal jetul de benzina este orientat direct sore supapa de admisie după cum se vede mai jos.Acest jet este produs cu o presiune de circa 2bari ce este ori temporizata ori continua. Prima metoda oferă un jet intermitent de la injectoare care se deschid cel puţin odată pe ciclu pe când metoda continua oferă un jet constant de combustibil intr-o cantitate proporţională cantităţii de aer ce intra in motor .Sistemele multipunct sunt controlate ori mecanic ori electronic. Primele folosesc un sistem mecanic pentru a masura aerul si combustibilul ,pe cand al doilea sistem masoara, mentine si injecteaza combustibilul electronic. Cele mai multe sisteme mecanice moderne necesita o forma de control electronic pentru a face sistemul sensibil la schimbările de temperatura si presiune, deci au nevoie, împreună cu controlul electronic al pompei de combustibil de modificări fata de tipurile existente înainte care erau complet mecanice. Sisteme electronice. Primul sistem complet electronic a fost introdus de Bendics in SUA in 1950. In 1967 o unitate similara a fost proiectata de Bosch si introdusa intr-un autoturism Volkswagen. De atunci injecţia electronica a devenit un sistem obişnuit pentru multe maşini de lux si sport. Finnd plasat intre produsele cu evacuare curata sistemul electronic este acum folosit pe piata masinilor obisnuite.

7

Page 8: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Sunt folosite diferite tipuri de sisteme complet electronice. Principala diferanta dintre ele este modul in care curgerea aerului este masurata; cele doua sisteme principale sunt:

- cu masurarea indirecta a curgerii aerului folosind presiunea- cu masurarea directa a curgerii aerului.

Siteme cu masurarea indirecta a debitului de combustibil.Acest sistem foloseste senzorul de presiune absoluta (MAP) in galeria de admisie ce masoara depresiune in acel loc. Semnalul de la senzorul MAP este trecut prin E.C.U. si după relaţionarea cu datele obţinute de alt senzor E.C.U deschide injectorul pentru un timp stabilit; acesta este proporţional cu cantitatea de aer primita de motor.

Bosch D-Jetronic acesta este un bun exemplu al unui sistem cu masuarea indirecta a curgerii aerului (d-druck=presiune).In acest aranjament cantitatea de aer admisa in motor depinde de presiunea din galeria de admisie si de deschiderea clapetei de acceleraţie. Aceste doua variabile sunt măsurate de un senzor MAP si respectiv un comutator pentru poziţia clapetei de acceleraţie.Sistemul electric de control are doua obligaţii: da momentul începerii injecţiei si determina cat de mult injectorul trebuie sa stea deschis. Timpul deschierii injectorului determina cantitatea de benzina care se va amesteca cu aer, deci pe măsură ce durata creste odată cu viteza motorului , sau încărcarea cantitatea creste.Începutul injectării este dat fie de un contact din distribuitor sau de un senzor situat in apropierea ventilatorului. Pentru motoare cu 6 cilindri injectoarele sunt operate in grupe de catre trei adica trei injectoare injecteaza in acelasi timp.

8

Page 9: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Sisteme cu masurarea directa a debitului de aer. Sistemele care folosesc acest principiu folosesc un injector acţionat de o bobina; acesta are un timp de deschidere variabil pentru a se potrivi vitezei motorului si condiţiilor de încărcare a motorului.

Bosch L-Jetronic acesta a fost unul din primele proiectate sa foloseasca masurarea directa a curgerii aerului. In acest caz (L-Luft=aer)

Măsurarea curgerii aerului este obţinută prin :- prin o paleta sau clapeta- un fir încins

Fig 11.11 de mai jos arata aranjamentul unui sistem similar cu Bosch L-jetronic.Presiunea combustibilului, produsa de o pompa controlata electric este menţinută constanta la 3 bari de un regulator de presiune. Injectoarele sunt acţionate odată pentru fiecare rotaţie a axei cu came iar lungimea pulsului de deschidere este calculată de E.C.U. din semnalele oferite de măsurătorul de flux de aer, comutatorul de poziţie a clapetei de acceleraţie si senzorul de temperatura de pe blocul motor.In timpul pornirii la rece sau a condiţiilor de încălzire ungerea cu ulei rece produce o rezistenta mare, si pentru a compensa asta o supapa de aer suplimentara permite unei mici cantităţi de aer să treacă de clapeta de acceleraţie. Acesta acţiune este similara regulatorului de turaţie pentru mersul in gol la rece de la carburator.

9

Page 10: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Curgerea aerului in motor este neregulata si cauzeaza pulsatii care fac dificila masurarea curgerii cu precizie de catre senzorul de curgere. Pentru a minimiza această problemă galeria de admisie la sistemele cu injecţie de combustibil au incorporata o camera de aer. Un volumul de circa 0.8-1.2 din capacitatea motorului este normal suficient pentru a amortiza pulsaţiile si a uniformiza curgerea aerului.

4.Senzori cu rezistenţă variabilă

Rezistenţa variabilăCele mai bune 2 exemple de aplicaţii ale vehiculelor pentru senzorii rezistenţei

variabile sunt poziţia senzorului supapei de reglaj, arătată în figura 2.41 şi senzorul tip rabatabil al fluxului, arătat în figura 2.42. Senzorii condensatoarelor sunt folosiţi să măsoare schimbările mici; senzorii variabili ai rezistenţei măsoară în general schimbările mari. Aceasta se datorează în mare parte lipsei sensibilităţii, datorită construcţiei rezistenţei. Poziţia senzorului regulatorului(supapei de reglaj) este un drept-înainte potenţiometru. Când este alimentat cu o tensiune constantă (5V), tensiunea de la contactul ştergătorului va fi proporţională cu poziţia regulatorului. În multe cazuri, regulatorul potenţiometric este folosit pentru a indica schimbarea poziţiei regulatorului. Această informaţie este folosită, de exemplu, când implementăm acceleraţia îmbogăţită sau invers, suprareglarea combustibilului redus. Senzorul pentru aer, funcţionează măsurând forţa excitată pe clapă, de aerul ce trece prin ea. O bobină calibrată îndoită elastic(arcuită) exercită o forţă numerică ce acţionează asupra clapei, astfel încât mişcarea clapei este proporţională cu volumul de aer ce trece prin senzor. Pentru a reduce fluctuaţiile produse de mersul inducţiilor individuale, clapa de compensaţie este conectată la senzorul clapei. Fluctuaţiile, în consecinţă, afectează ambele clape şi sunt anulate. Orice deranjament datorat aprinderii, este de asemenea minimizat de acest proiect. Materialul rezistiv folosit pentru urme este un amestec de metal ceramic care este ars într-un vas ceramic la o temperatură foarte înaltă. Cursorul potenţiometrului este calibrat astfel încât tensiunea de ieşire să fie proporţională cu cantitatea de aer indus.

10

Page 11: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

5.Echipamentele auxiliare ale autovehiculului

Sistemul HUD ( Head-Up Display)

Sistemul HUD furnizează şoferului informaţii cum ar fi viteza de deplasare cu ajutorul imaginilor virtuale care sunt proiectate in fata şoferului pe parbriz. Avantajul este ca timpul de mişcare al ochilor şoferului se micsoreaza considerabil, spre deosebire de panoul cu instrumente convenţional, permitandu-i acestuia sa se concentreze asupra drumului. Este mai uşor pentru şofer sa se concentreze asupra acestui tip de afişaj deoarece distanta dintre ochii acestuia si imaginea proiectata pe parbriz este mai mare.

Sistemul de siguranţa Pre-Crash

Fig.52. Sistemul HUD

Oglinda concava

Oglinda plana

Parbriz

Indicator

Fig.53.Funcţionarea sistemului HUD

11

Page 12: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Sistemul de siguranţa Pre-Crash identifica obstacole care nu pot fi evitate si cu fracţiuni de secunda înainte de coliziune actioneaza automat centurile de siguranţa si sistemul de frânare

pentru a reduce viteza vehiculului. Sistemul este alcătuit din trei componente:

Radarul Unitatea electronica de control a sistemului Pre-Crash Unitatea electronica de control a centurilor de siguranţa

Radarul are rolul de a detecta vehiculele si obstacolele di fata. Unitatea electronica de control a sistemului Pre-Crash are rolul de a determina daca vehiculul va lovi obstacolul si apoi de a trimite semnale referitoare la distanta si viteza relativa obstacolului către unitatea electronica de control a centurilor de siguranţa si către sistemul de frânare. Unitatea electronica de contro a centurilor de siguranţa are rolul de a tensiona centurile in funcţie de semnalele primite de le unitatea de control Pre-Crash.

Senzor de ploaie

Sistemul de frânare

Radar

Unitate electronica de control

Unitatea de control a centurilor de siguranţa

Centura de siguranţa

Fig.54. Sistemul de siguranţa Pre-Crash

Fig.55. Radar

12

Page 13: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Senzorul de ploaie actioneaza automat stergatoarele, in cazul autovehiculelor decapotabile este acţionat si sistemul de acoperire, daca începe sa ploua sau daca este umezeala pe parbriz. In caz de ploaie intervalul de acţionare al stergatoarelor este reglat in funcţie de cantitatea de apa. Diode emitatoare de lumina, aflate in interiorul senzorului, emit unde de lumina infraroşie care este reflectata de suprafaţa exterioara a parbrizului înapoi spre senzor unde este măsurata cu ajutorul fotodiodelor. Daca întreaga cantitate de lumina infraroşie se întoarce înapoi la fotodiode atunci parbrizul este uscat. O pelicula sau un strop de apa întrerupe lumina emisa.

Sistem de asistare pentru păstrarea benzii de circulaţie

Acest sistem detectează marcajele benzii pe drum si actioneaza direct asupra direcţiei de deplasare a autovehiculului cu scopul de al menţine intre marcajele benzii pe care circula. Când sistemul detectează o deplasare a autovehiculului in afara marcajelor benzii, avertizează şoferul atât vizual cat si acustic, in timp ce un motor electric actioneaza direct asupra direcţiei cu scopul de a preveni parasirea benzii. Sistemul este compus din patru elemente:

Unitate electronica de control al direcţiei; Senzorul vizual ; Motorul electric; Unitatea electronica de control al motorului electric.

Fig.56. Senzor de ploaie

Unitate electronica de control al direcţiei Senzor vizual

Motor electric Unitate electronica de control a motorului

electric

Fig.57. Componenta sistemului

13

Page 14: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Senzorul vizual are rolul de a detecta forma si poziţia marcajelor benzii pe care se circula. Unitatea electronica de control a direcţiei calculează, pe baza informaţiilor primite de la senzorul vizual, momentul necesar redresării autovehiculului, iar apoi sa trimite semnale de comanda către unitatea electronica de control a motorului electric. Deasemenea unitatea electronica de control al direcţiei determina daca este nevoie ca şoferul sa fie avertizat acustic si vizual. Senzorului vizual ii este ataşata o camera care fotografiază marcajele benzii. Pe baza fotografiilor, senzorul calculează poziţia si forma marcajelor si trimite informaţii către unitatea electronica de control al direcţiei. Senzorul reglează camera de fotografiat astfel ca procesul de recunoaştere a marcajelor sa fie cat mai uşor si precis.

Sistemul de frânare electromecanic (brake by wire)

Sistemul de frânare electromecanic inlocuieste sistemul convenţional de frânare hidraulic eliminând problemele de construcţie, intretinere si protecţia mediului, asociate cu sistemul de frânare hidraulic. Deoarece nu exista un sistem de rezerva hidraulic funcţionarea corecta a sistemului de frânare electromecanic este critica, fiind nevoie si de o sursa de energie fiabila.

Sistemul de frânare electromecanic se bazează pe controlul electronic al unui motor electric, incorporat in etrier, care actioneaza asupra plăcutelor de frâna. Controlul electronic al

Fig.59. Etrier acţionat electromecanic

14

Fig.58. Senzorul vizual

Page 15: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

etrierului este realizat cu ajutorul unor semnale transmise de către un senzor incorporat in pedala de frâna. Microcontrolere la fiecare roata sunt conectate la un microcontroler central care poate întrerupe semnalul dintre pedala si etrier. Forta de frânare necesara la cele patru roti este calculata pe baza informaţiilor primite de la diferiţi senzori asociaţi cu sistemul de frânare. Unitatea electronica de control primeşte informaţii de la senzori de viteza, montaţi la fiecare roata, si pe baza acestor informaţii calculează coretia forţei de frânare pe care apoi o aplica sistemului de frânare. Acest sistem inbunatateste eficienta frânarii cat si stabilitatea autovehiculului.

Servo-direcţia electromecanica

Servo-direcţia electromecanica, ca si servo-direcţia clasica, are rolul de a reduce efortul depus de şofer pentru a controla autovehiculul. Unitatea electronica de control al servo-direcţiei calculează puterea necesara pentru a asista şoferul, in concordanta cu deciziile acestuia in ceea ce priveşte direcţia de deplasare a autovehiculului si viteza de deplasare a acestuia. Puterea necesara este calculata pe baza informaţiilor primite de la numeroşi senzori pentru unghiul de rotaţie si momentul de torsiune di volan si de la rotile de direcţie. Rolul de a reduce efortul depus de şofer este îndeplinit de un motor electric care este comandat de unitatea electronica de control. Spre deosebire de servo-direcţia hidraulica, la care pompa hidraulica functioneaza continuu, la servo-direcţia electromecanica motorul electric este acţionat numai atunci când este necesar, ceea ce înseamnă ca consumul de combustibil este redus.

Cheia inteligenta

Motor electric

Unitate electronicade control

Fig.60.Servodirecţia electromecanica

15

Page 16: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Cu cheia inteligenta si sistemul electronic de acces, şoferul poate intra in autovehicul si poate sa pornească motorul fara a scoate cheia din buzunar. Cheia este recunoscuta când şoferul se afla la aproximativ un metru si jumătate de automobil cu ajutorul unui senzor aflat in portiera si un generator de impulsuri radio aflat in carcasa cheii. Portiera este deblocata automat atunci când este acţionat mânerul de deschidere a acesteia. Deasemenea acest sistem deblochează electronic volanul si sistemul de aprindere al combustibilului fara a introduce cheia in contact. Cu condiţia ca şoferul sa aibă cheia asupra lui in interiorul automobilului, motorul poate fi pornit doar prin apăsarea unui buton de pornire. Cheia inteligenta poate fi folosita si ca o cheie convenţionala pentru a deschide portierele si a porni motorul. La parasirea automobilului este suficienta doar apăsarea unui buton de pe carcasa cheii pentru a activa sistemul central de blocare al automobilului.

6.Servomotoare liniare

Servomotoarele transmit mişcarea; ele produc mişcare mecanică când sunt comandate de un semnal electric. Existã două tipuri de servomototoare electrice: liniar şi rotativ.

Majoritatea componentelor automobilului necesită o forţă de acţionare liniarăă, adică o forţă care mişcă dispozitivul în linie dreaptă. Aceasta mişcare poate fi produsă de un :solenoid liniar sau un motor liniar

Servomotorul liniarUn servomotor liniar este un simplu solenoid. Acesta este format dintr-o bobină care

are o înfăşurare din fir de Cu subţire este emailat pentru a izola spirele una de cealaltă. O armatură sau plonjor din Fe moale, de diametru suficient să permită mişcarea axială, aluneca în bobină când înfaşurarea este alimentată Pentru a readuce plonjorul când curentul este oprit este utilizat de obicei un arc.

Când solenoidul este alimentat perioade lungi, consumul de curent este redus prin folosirea a două înfasurări: o înfăşurare de închidere şi o înfăşurare de menţinere. Închizând întrerupătorul, alimentăm cu curent ambele înfăşurări până când plonjorul ajunge aproape de sfârşitul cursei. În acest punct o pereche de contacte este deschisă pentru a deconecta de la circuit înfăşurarea de închidere de putere; aceasta lasă bobina de menţinere să retragă plonjorul în poziţie.

O mişcare liniară în ambele direcţii poate fi produsă folosind 2 înfăşurări A şi B, legate cu capetele la masã (fig.28.).

Când B este alimentată plonjorul se mişcă spre dreapta iar când înfăsurarea A este alimentată plonjorul este returnat. Solenoidele cu înfăşurare dublă sunt utilizate în sistemele de închidere centralizatã a uşilor.

Fig.62. Cheia inteligentaFig.61.Sistemul de blocare a

automobilului

16

Page 17: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Un solenoid poate produce o forţă mare şi oferi o funcţionare rapidă dar are dezavantajul că, cursa este limitată la aproximativ 8 mm Această limitare rezultă pentru că forţa pe plonjor este proporţională cu pătratul distanţei dintre plonjor şi piesa polară.Ca rezultat al acestui fapt, forţa scade considerabil când întrefierul creşte.

Fig.28

Deseori plonjorul solenoidului este conectat la un braţ de extensie sau pârghie pentru a-l face potrivit pentru aplicaţie.

Motorul liniar.

17

Page 18: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

La prima vedere acesta pare asemănător cu un solenoid; diferenţa este că motorul liniar de c.c. utilizează un magnet permanent puternic pentru a creşte acţiunea magnetică. Ţinând seama de aceasta, este realizată o forţã aproape constantã pe întreaga cursă.

Existã douã tipuri principale ale motorului liniar-bobină mobilă -magnet mobil.

Motorul liniar cu bobină mobilăAceasta are un magnet fix în jurul cãruia este o armătură circulara cu o înfăşurare

bobinată. Când înfasurarea este alimentatã armătura este fie împinsă sau atrasă, depinzând de direcţia curentului.

Motorul liniar cu magnet mobilAcest tip de motor are bobina staţionarã şi un magnet mobil pentru a asigura forţa de

acţionare.Ca şi mai înainte.direcţia mişcarii este controlată prin polaritatea sursei. Cursa este limitată la jumatate din lungimea magnetului.

Se utilizează două înfăşurări bobinate în direcţii opuse. În acest caz o înfăşurare mişcă magnetul într-o direcţie şi cealaltăp mişcă magnetul în cealaltă direcţie. Acest sistem cu două înfăşurări elimina necesitatea modificării polaritaţii.

7.Sistemul de pornire al autovehiculului

6.1 Cerinţele sistemului de pornire6.1.1. Pornirea motorului

Un motor cu ardere interna necesita urmatoarele elemente pentru a porni si a continua sa functioneze :

1 un amestec de combustibil;2 comprimarea amestecului;3 o forma de aprindere;4 viteza minima de pornire de cca. 100 de rotatii pe minut.

Pentru a atinge viteza minima de pornire electromotorul trebuie ales astfel încât să se ţină cont de o serie de factori:

valoarea tensiunii electrice a sistemului de pornire; cea mai joasa temperatura posibila (temperatura limita de pornire) care face sa

porneasca motorul; rezistenta de rupere a aderenţei motorului, adică lucrul mecanic cerut de turatia

motorului la temperatura lui limita de pornire (incluzand lucrul mecanic initial); caracteristicile bateriei; caderea de tensiune intre baterie si electromotor; electromotorul sa anunte raportul angrenajului; caracteristicile electromotorului; viteza minima de rupere a aderenţei motorului la temperatura limita de pornire.

Echipamentul de pornire este compus din: Demaror Echipamentul de aprindere al combustibilului

18

Page 19: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Demarorul constituie principalul element al sistemului de pornire. El se compune dintr-un motor de curent continuu si un dispozitiv de cuplare. Alimentarea se face de la baterie prin intermediul unui releu dispus separat sau direct pe demaror. Demarorul cuprinde trei subansambleprincipale: motorul electric de curent continuu, mecanismul de cuplare, macanismul electromagnetic de comanda. Demarorul trebuie sa îndeplinească următoarele condiţii:

Asigurarea turaţiei si cuplului de pornire pentru cele mai grele condiţii Funcţionarea sigura pe un domeniu cat mai larg de temperatura Decuplarea automata după pornirea motorului

Demarorul trebuie sa prezinte gabarit redus, greutate redusa, fiabilitate buna si o intretinere cat mai simpla

Statorul este dispus intr-o carcasa confecţionata din ţeava de otel sau tabla stanţata. Constructiv statorul poate fi prevăzut cu excitaţie cu magneţi permanenţi sau cu excitaţie electromagnetica formata din poli si infasurari de excitaţie.

Rotorul cuprinde un arbore executat din otel de calitate capabil sa reziste la solicitări mecanice repetate

Pe acesta se dispune un pachet de tole stanţate din tabla cu grosimea de cca. 1 mm, prevăzute la exterior cu crestaturi in care se montează infsurarea rotorica. In cazul crestaturilor deschise, infasurarile se introduc separat, după care crestaturile se închid parţial prin sertizare, iar in cazul celor semideschise infasurarile se introduc axial simultan. Infasurarile sunt confecţionate din bare de cupru de secţiune circulara sau dreptunghilara.

Fig.17. Demarorul

19

Page 20: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Colectorul este confecţionat din lamele de cupru sau alama prevăzute cu proeminente (steguleţe) intre care se fixează capetele infasurarii rotorice. In contact cu lamelele colectorului sa afla periile, ghidate intr-un suport port-perii, care sunt de tip metal-grafit. In figura de mai jos se prezintă construcţia unui demaror cu excitaţie cu magneţi permanenţi si cu reductor planetar (amplificator de cuplu).

Conductoricirculari

Conductoridreptunghiulari

Fig.20. Conductorii infasurari rotorice

Colector

Fig.19. Rotorul

Fig.21.Construcţia demarorului cu excitaţie cu magneţi permanenţi si cu reductor planetar

20

Page 21: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

8.Senzori termici

1.4. Senzori de temperaturăPe automobile sunt utilizaţi mai mulţi senzori de temperaturã. Astfel se mãsoarã:

-Temperatura motorului pentru aprindere, masurarea combustibilului şi instrumentaţie-Temperatura mediului pentru conducerea în siguranta-Temperatura de evacuare pentru masurarea combustibilului

Majoritatea senzorilor de temperatură utilizează un termistor sau un termocuplu.

Senzor cu termistorÎn mod normal acest tip conţine a teacã (bulb) din alamă, care este în contact cu

substanţa pe care o mãsoarã. Bulbul conţine un termistor.Principiul de funcţionare se bazeazã pe creşterea rezistenţei metalelor la creşterea

temperaturii. Termistoarele se spune ca au un coeficient de temperatură pozitiv(p.t.c.).O capsulă facută dintr-un material semiconductor are o rezistenţă care descreşte cu

temperatura. Aceste materiale au un coeficient negativ de temperatura(n.t.c.).Figura 24 prezintă construcţia şi variaţia rezistenţei cu temperatura a unui senzor tipic

instalat în blocul motor pentru a masura temperatura lichidului de răcire.

Termistorul este adesea utilizat într-un circuit electronic pentru a proteja dispozitivele semiconductoare când componentele de circuit sunt răcite. El compensează temperatura pentru a menţine funcţionarea circuitului stabilă.

Senzor cu termocupluTermistorul este excelent pentru masurarea temperaturilor până la 200C. Peste aceasta

temperatura este utilizat de obicei un termocuplu.Principiul unui termocuplu este prezentat tot în fig.24.El conţine două fire de materiale diferite sudate împreună şi conectate la un

galvanometru. Când sudura fierbinte este încalzită, este generată o t.e.m. care este înregistrată de galvanometru. Peste o temperatură dată, care depinde de metalele utilizate (250 C pentru Cu-Fe), curentul creşte cu creşterea diferenţei de temperatura dintre capătul cald şi cel rece al firelor. Indicaţia temperaturii se face gradând corespunzator galvanometrul.

Acest efect a fost descoperit de Seebeck în 1822. El a aratat cum sunt obţinuţi curenţi termoelectrici dintr-o pereche de metale când conexiunile lor sunt ţinute la temperaturi diferite.

Un termocuplu poate fi realizat prin folosirea a douã metale: antimoniu, fier, zinc, plumb, cupru şi platinã. Curentul va circula de la primul la al doilea.

21

Page 22: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

În prezent sunt utilizate pentru un termocuplu alte metode şi aliaje, de exemplu aliajele nichel-crom/nichel-aluminiu sunt utilizate pentru un tip obişnuit de termocuplu. Acest tip este potrivit pentru o plajă de temperatură 0-1100C ca în sistemul de evacuare al unui motor.

Masurarea temperaturii gazului evacuat este necesară când este utilizat un senzor de oxigen.

TermocupleDacă două metale diferite sunt unite, efectul termoelectric cunoscut ca efect Seebeck,

ia loc dacă o singură joncţiune este la o temperatură mai ridicată ca cealaltă. Aceasta este baza sezonului cunoscut ca termocuplu. Dacă un contor este conectat în circuit, precum în figura 2.34(ii), atunci se va înregistra o schimbare de temperatură. Notaţi că termocuplul măsoară o diferenţă în temperatură, care este T1-T2. Pentru a menţine sistemul stabil, temperatura T1 trebuie ştiută. Figura 2.34(iii) arată un circuit în care, dacă conexiunile aparatului sunt la aceeaşi temperatură, atunci cele două voltmetre produse la aceste joncţiuni, se vor anula. Circuitele joncţiunii reci compensate, pot fi făcute să compenseze schimbările temperaturii T1. Aceasta presupune folosirea unui circuit termistor. Termocuplele sunt folosite în general pentru măsurarea temperaturilor înalte. Un termocuplu, combinaţie din 70% platină şi 30% rodiu într-o joncţiune cu 94% platină şi 6% rodiu, este cunoscut ca termocuplu tip B şi are o folositoare serie de la 0 la 1500C.

22

Page 23: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

9.Echipamentul de iluminat şi semnalizare

Sistemul de iluminat al autovehiculelor

Sistemul de iluminat este necesar unui autovehicul deoarece permite soferului sa vada şi sa fie vazut de ceilalti soferi in conditii de vizibilitate redusa sau intuneric.Sistemul de iluminat contine urmatoarele circuite pentru: Lampi de pozitie si lampi asezate in spatele autovehicului pentru iluminatul placutei de

inmatriculare, a cabinei si iluminatul instrumentelor de bord; Faruri care pot lumina cu faza lunga si faza scurta pentru a preveni orbirea soferilor care

circula din sens opus; Lampi de ceata din spatele autovehicolului pentru a feri spatele masinii de accidente in

cazul unei vizibilitati reduse; Lampi auxiliare incluzand lampi pentru identificare de la distanta si lampi de ceata

pozitionate si proiectate astfel incat sa reduca lumina reflectata de ceata; Lampi de mers inapoi folosite pentru iluminatul drumului si avertizarea celorlalati soferi ca

autovehiculul merge inapoi; Lampi de frana pentru avertizarea soferilor din urma ca autovehiculul franeaza; Lampi de interior si montate în uşă pentru avertizarea deschideri acesteia; Lumini de semnalizare în bord pentru avertizarea soferului de buna functionare sau

defectul unei componente a autovehiculului;

Conectarea circuitelor

Pentru o iluminare avantajoasa (maximă şi sigură) lampile sunt conectate in paralel. Acest aranjament ofera mai multe cai de curent astfel incat intreruperea unui circuit va afecta numai ramura respectiva, celelalte ramuri functionand normal. Majoritatea autovehiculelor folosesc un sistem de iluminat cu cale de intoarcere pe la “masa” (rol de borna negativa) si necesita mai putine cabluri electrice fata de cazul cand se foloseste un sistem cu doua cabluri izolate.Acest sistem foloseste caroseria autovehiculului pe post de “masa” . În acest caz trebuiesc realizate conexiuni bune intre cabluri si caroserie.

Schemele circuitelor de iluminare sunt trasate fie in forma pozitionala fie in forma compacta. Prima schemă arata pozitia relativa a fiecarei componente in cadrul autovehiculului.

23

Page 24: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Aceasta schemă este dificil de citit in localizarea diferitelor conexiuni sau componente si mai dificila in a urmari o anumita portiune de circuit. Pentru a uşura aceasta problema anumiti fabricanti de autovehicule folosesc scheme speciale pentru a reprezenta anumite parti din circuit.

În fig.1 este reprezentat un circuit simplu prin cele doua metode.Circuitul paralel are lampi controlate de 3 intrerupatoare:

Intr.1-comaandă lampile de pozitie si cele din spate si asigura alimentarea cu energieIntr.2-comandă farurile si alimenteaza cu energieIntr.3-distribuie curentul la faruri fie la becul de faza lunga fie la cel de faza scurta

Circuitul din fig.2 contine în plus: Intrerupatorul pentru lampile de semnalizare-fata. Acest intrerupator permite

soferului sa semnalizeze celorlalti soferi in timpul zilei fara sa foloseasca intrerupatoarele principale pentru faruri. Acţionează la atingere şi semnalizează cât este acţionat, revenirea se face cu arc.

Lămpi de fază lungă. Există semanlizarea aprinderii lămpilor la bord. Este indicat ca farurile sa nu fie folosite atunci cand motorul si autovehiculul sunt oprite. Acest lucru este realizat prin folosirea intrerupatorului de aprindere pentru alimentarea farurilor. Adesea lămpile sunt alimentate printr-un releu pentru a reduce curentul de sarcina de pe intrerupator.

Lampile auxiliare de fază scurtă. Acestea lampi pentru distanta mare sunt folosite cand farurile sunt comutate pe faza lunga, dar ele trebuiesc observate cand celelalte vehicule se apropie. Aceasta este obtinuta prin conectarea lampilor auxiliare la ramura pentru faza lunga . Cum puterea consumata de aceste lampi este considerabila incarcarea cumutatoarelor de lumini este redusa prin folosirea unui releu care controleaza aceste lampi.

Lampi de ceata-faţă. Pe timp de ceata farurile provoaca orbirea soferului datorita reflectiei luminii. Aceste lampi pot fi folosite in locul farurilor si trebuiesc conectate la circuitul de alimentare al lampilor de pozitie.

Lampi de ceata– spate. Sunt lampi de veghe de intensitate mare si se folosesc in conditii de vizibilitate redusa. Pentru a preveni folosirea abuziva a acestora alimentarea se face fie de la faza scurta fie de la lampile de ceata din fata . Exista un martor de bord care va indica functionarea acestora.

24

Page 25: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig.1

Indicator de avarie. Multi fabricanti monteaza un sistem de avertizare pentru a informa soferul daca luminile functioneaza corect. Adesea indicatorul din bord are forma unei harti schematice a luminilor de pe autovehicul care va indica pozitia si functionarea lor corecta. Suplimentar acestui indicator se monteaza un modul care sesizeaza daca o portiune de circuit absoarbe curentul corespunzator. Cand un circuit este intrerupt modulul aprinde un indicator din bord care corespunde circuitului defect. Pentru a permite modulului sa supravegheze intregul sistem de iluminat fiecare circuit trebuie sa treaca prin modul, ceea ce duce la complicarea sistemului si creste numarul de cabluri necesare. Majoritatea afisajelor grafice sunt proiectate sa lumineze complet pentru cateva secunde dupa aprindere, timp in care modulul testeaza daca sistemul de iluminat functioneaza corect.

1. Tipuri de lampi

Lumina poate fi obtinuta de la un filament incandescent sau de la un tub de sticla ce contine un gaz special parcurs de curent electric.

Lampile fluorescente sunt folosite mai ales in transportul in comun pentru iluminatul interior si au avantajul ca emit o lumina uniforma pe o arie intinsa, astfel pasagerii au parte de o iluminare corespunzatoare si eficienta.

Lămpi cu filament

25

Page 26: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Becul este realizat dintr-un bulb de sticla unde este inclus un filament din tungsten prins de 2 brate de sarma care sunt conectate la niste contacte la capătul unei capsule de alama. Detaliile constructive ale unei astfel de lampi sunt date in fig.3.Becurile de putere redusa, ca cele folosite pentru lampile de pozitie sunt de obicei vidate. Vidarea becului este necesara pentru a preveni oxidarea, vaporizarea filamentului; si reduce pierderea de caldura. Daca becul n-ar fi vidat oxigenul ar duce la depunerea de tungsten pe. suprafata becului si innegrirea lui; de asemenea dupa scurt timp filamentul s-ar arde

Cand becul este alimentat la tensiunea nominala temperatura filamentului ajunge pana

la C si filamentul produce o lumina alba.La tensiuni mai mici caldura degajata si iluminarea vor fi mai slabe iar la tensiuni mai mari tungstenul se va vaporiza, becul se va innegri si filamentul se va arde. Filamentele pentru becuri mai puternice (faruri) pot fi realizate sa functioneze la temperaturi mai mari si sa produca cu 40% mai multa lumina prin umplerea becului la o presiune medie cu un gaz inert cum ar fi argonul. Piererea de caldura de la filament prin convectie datorita agitatiei gazului poate fi redusa prin rasucirea filametului in forma helicoidală.

Bec cu halogen

In timpul functionarii unui bec normal umplut cu gaz, evaporarea filamentului de tungsten duce cu timpul la innegrirea becului. Aceasta problema a fost rezolvata prin umplerea becului cu tungsten-halogen, numit si bec quart-halogen, quart-iod sau tungsten-iod. Acest tip de bec ofera performante mult mai bune si un timp indelungat de functionare.

Termenul de halogen se refera la un grup de elemente chimice care contin iod si brom. Cand un halogen se adauga gazului dintr-un bec are loc o reacte chimica care rezolva problema evaporarii. Tungstenul se mai evapora dar pe masura ce se deplaseaza de la filamentul fierbinte spre invelisul de sticla el se combina cu halogenul si formeaza un nou compus. Acest compus nou nu se depoziteaza pe sticla invelisului; in schimb miscarea de convectie il trasporta inapoi in zona gazului fierbinte din jurul filamentului. Aici compusul se separa si determina tungstenul sa se depoziteze din nou pe filament; particulele de halogen rezultate din descompunere se reintorc in gaz. Acest proces de regenerare previne innegrirea becului si pastreaza filamentul in bune conditii de functionare pentru un timp indelungat.

26

Page 27: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Pentru realizarea acestui proces trebuie ca becul sa poata functiona la o temperatura a gazului de minim C necesara pentru vaporizarea halogenului; aceasta realizandu-se prin folosirea unui bec de quartz. Acest material poate rezista la caldura si este suficient de dur pentru a permite umplerea lui cu gaz la o presiune de cativa bari rezultand un filament mai luminos cu o durata mai lunga de functionare. Fig.4. Un avantaj in plus este a filamentul este mai mic şi permite o focalizare mai buna decat la un bec normal.

Proiectantii acestui tip de lampa au depasit aceste probleme prin construirea lampii dintr-o singura piesa care include lentilele si reflectorul cu strat din aluminiu.Cele doua filamente din tungsten pentru faza lunga si faza scurta sunt asezate in puncte precise si intreaga lampa este umpluta cu un gaz inert. Deoarece becul nu are un invelis propriu de sticla, tungstenul se depune pe o suprafata mare deci acest tip de far are o durata de viata foarte mare.

Totusi acest tip de far are 2 dezavantaje: - inlocuirea lui este scumpa in cazul in care filamentul se arde, de asemenea daca lentila se crapa lumina se stinge brusc. In unele tari este adaugat un ecran de sticla suplimentar pentru aerodinamicitate si pentru protectia lentilelor.

Fig. 9

10.Senzori inductivi

Senzori inductiviSenzorii de tip inductiv sunt folosiţi mai mult pentru a măsura viteza de rotaţie şi în

unele cazuri poziţia unui membru rotativ. Ei lucrează pe principiul inducţiei, adică a schimbării fluxului magnetic care va induce un EMF. Figura 2.35 arată acest principiu şi un instrument tipic folosit ca arbore cotit pe post de senzor. Curentul de ieşire este sinusoidal. Amplitudinea acestui semnal depinde de schimbarea fluxului. Aceasta este în mare parte determinată de proiectarea originală: de numărul turaţiilor, puterea magneţilor şi relaţia dintre senzor şi componenta rotativă. Se măreşte turaţia. În majoritatea aplicaţiilor, frecvenţa semnalului este folosită la măsurări. Cel mai simplu mod de a converti ieşirea dintr-un senzor inductiv la o formă folositoare, este să o trecem printr-un circuit trigger Schimitt. Aceasta produce o amplitudine constantă, dar şi o frecvenţă variabilă.

În unele cazuri ieşirea senzorului este folosit să dea drumul unui oscilator şi să-l închidă sau să amortizeze oscilaţiile. Asemenea circuit este arătat în figura 2.35. Oscilatorul

27

Page 28: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

produce o frecvenţă foarte înaltă, cam 4 MHz, când semnalul senzorului se închide şi se deschide şi apoi, filtrat, produce o undă pătratică. Acest sistem este rezistent la interferenţe.

11.Sistemul de franare ABS

Sistemul ABS (Antilock Bracking System), a fost dezoltat pentru maşinile de performanţã în scopul eliminãrii blocãrii roţilor pe carosabil alunecos. El este adaptabil la toate tipurile de tovehicule.

Blocarea uneia sau a mai multor roţi în timpul frânãrii are urmãtoarele consecinţe: distanţa de frânare creşte; se pierde controlul direcţiei; uzura pneurilor va fi anormalã.

În aceste condiţii evitarea unui accident devine foarte dificilã. Decelerarea maximã a vehiculului este obţinutã atunci când în sistemul de frânare are loc o conversie maximã de energie. Aceastã conversie a energiei cinetice se realizeazã prin degajare de cãldurã la discurile şi plãcuţele de frânare de la etriere. Aceastã conversie este mai puţin eficientã atunci când anvelopa derapeazã chiar pe drum uscat. Un şofer bun va acţiona frâna de douã sau trei ori în caz de derapare dar nu o va apãsa pânã la blocare. Rezultatele sunt spectaculoase. Sistemul ABS realizeazã exact acest lucru chiar şi pentru un şofer mai puţin experimentat. El nu va permite blocarea roţilor chiar dacã şoferul ţine pedala de frânã apãsatã în permanenţã. Sistemul nu este conceput pentru a conduce repede şi a frâna scurt ci pentru a fi folosit doar în cazuri de urgenţã.

Cerinţele sistemului ABS sunt urmãtoarele: trecerea pe sistemul de frânare clasic în cazul avariei sistemului ABS; menţinerea comenzii asupra direcţiei când sistemul ABS este în funcţiune; rãspuns imediat; folosirea sistemului nu trebuie sã producã reacţii la pedala de frânã. stabilitatea direcţiei trebuie menţinutã în orice condiţii de drum (chiar când o roatã este pe

drum uscat şi alta pe polei).Sistemele ABS trebuie sã fie independente pe fiecare roatã; Sistemul trebuie sã lucreze la toate regimurile de vitezã, de la cea mai joasã la cea mai

mare;

28

Page 29: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Sistemul trebuie sã fie capabil sã recunoascã acvaplanarea şi sã reacţioneze în consecinţã sau sã frâneze la vitezã micã pe polei şi sã menţinã direcţia autovehiculului.

Funcţionarea corectã a sistemului va duce la un compromis între aceste cerinţe. Modul de funcţionare poate fi exemplificat pentru douã cazuri: la adeziune mare şi la adeziune minimã.

Descrierea sistemului

Sistemul se compune ditr-un traductor de turaţie, un modulator şi o unitate de calcul formând o buclã de reglare, buclã care este intercalatã în sistemul de frânare existent. Schema sistemului este prezentatã în fig 3. Sarcina sistemului este de a compara semnalele de la fiecare sensor montat la roţi şi de a mãsura acceleraţia sau deceleraţia fiecarei roţi. Cu aceste date şi tabelele programate anterior în memoria ECU, acesta va comanda presiunea de frânare, individual, la fiecare roatã. Bineînţeles aceste acţiuni sunt corelate cu presiunea aplicatã de şofer pe pedala de frânare. Sistemul mai ia în considerare şi alţi parametri, cum ar fi:

Presiunea la pedala de frânã; Viteza roţii; Condiţiile de rulare (sarcina vehiculului, starea drumului); Viteza vehiculului; Acelerarea sau decelerarea; Alunecarea (se calculeazã funcţie de viteza vehiculului).

Toţi aceşti parametri consideraţi de ECU fac ca programul de calcul sã fie foarte complex şi sã nu admitã erori.

La aderenţã maximã:1. În primul moment dupã apãsarea frânei sistemul ABS nu intrã în funcţiune;2. Viteza roţii depãşeşte pragul de referinţã calculat şi sistemul menţine presiunea

de frânare la o valoare constantã;3. Decelerarea roţii scade sub prag (-a) şi presiunea de frânare este redusã;4. Presiunea de frânare este ţinutã constantã şi viteza roţii va creşte;5. Acceleraţia roţii depãşeşte limita maximã (+a) şi presiunea de frânare începe sã

creascã;6. Presiunea de frânare este din nou ţinutã constantã cât timp limita (+a) este

depãşitã;7. Presiunea de frânare este crescutã în etape pânã când pragul de vitezã a roţii

(+a) este depãşit;8. Presiunea de frânare este scãzutã iar şi apoi pãstratã constantã când (-a) este

atins.

La aderenţã scãzutã:

1. La apãsarea iniţialã a frânei sistemul ABS nu intrã în funcţiune;2. Viteza roţii depãşeşte pragul de referinţã calculat şi sistemul menţine presiunea

de frânare la o valoare constantã;3. Pe durata acestei faze, o scurtã perioadã de timp, se urmãreşte scãderea şi

menţinerea presiunii de frânare. Viteza roţii este comparatã cu referinţa şi se cautã ca sã fie mai micã decât pragul de alunecare calculat, altfel presiunea este redusã din nou. Are loc apoi o a doua comparae şi reducere a presiunii pentru ca decelerarea roţii sã scadã sub prag (-a).

4. Presiunea de frânare este ţinutã constantã pentru ca viteza roţii sã creascã;5. Se creşte gradat cu paşi mici presiunea de frânare astfel ca roata sã alunece din

nou;6. Presiunea de frânare este scãzutã urmãrind creşterea vitezei;7. Presiunea de frânare este ţinutã constantã la valoarea calculatã;

29

Page 30: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

8. Presiunea de frânare este crescutã în paşi mici urmãrind obţinerea unei alunecãri minime.

Majoritatea şoferilor nu pot aprecia unghiul pe care roata îl are îl are la începutul derapării, deoarece sunt implicaţi mai mulţi factori. Această problemă, combinată cu reacţia şoferului în caz de urgenţă, are ca rezultat deraparea vehicolului. Când roata are derapaj, riscul de accidente este mare; aceasta deoarece şoferul neavând experienţă pierde efectiv controlul direcţiei şi durata opririi este mai îndepărtată. Statisticile arată că 10% din accidente se produc din cauza pierderii frânei.

30

Page 31: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Componentele sistemului ABSExistã mai multe firme care produc sisteme ABS. Componentele principale ale acestui

sistem sunt: senzorii de vitezã, partea electronicã sau ECU şi modulatorul hidraulic.Senzorii de vitezã sunt de tip inductiv şi lucreazã împreunã cu o roatã dinţatã montatã

pe roata autovehiculului. Senzorul este compus dintr-o bobinã montatã pe magnet permanent prelungit cu un miez magnetic. La deplasarea dinţilor roţii prin faţa senzorului apare un semnal electric având o frecvenţã şi o tensiune proporţionale cu viteza roţii. Rezistenţa bobinei este de cca 1000 ohmi. ECU foloseşte numai semnalul în frecvenţã dat de traductor. Cablul de legãturã cu traductorul trebuie sã fie ecranat.

Fig 8. Construcţia sistemului ABS

Partea electronicã (Electronic Control Unit-ECU) preia informaţiile de la senzorii de vitezã şi calculeazã cea mai bunã soluţie pentru modulatorul hidraulic. Schema ECU conţine douã microprocesoare care ruleazã în paralel şi independent acelaşi program pentru a se obţine un grad cât mai bun de securitate. În caz de defect sistemul ABS se deconecteazã singur şi semnalizeazã aceasta la panoul bord. ECU mai primeşte semnale şi de la un traductor de poziţie aflat în modulator. La pornire ECU îşi testeazã alimentarea, corespondenţa dintre microprocesoare, funcţionarea ventilelor, transmiterea datelor, memoria şi modul de lucru al acesteia. Testul dureazã 300 ms. Modulatorul hidraulic (vezi fig.9) are trei poziţii de lucru: scãderea presiunii, pãstrarea presiunii şi creşterea presiunii.

Fig. 9 Modulatorul hidraulic

Fig.10 Cele trei stãri ale modulatorului

31

Page 32: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

În fig.10 sunt prezentate cele trei stãri ale modulatorului. Ventilele sunt comandate prin bobine solenoid de inductanţã slabã pentru a avea o vitezã de lucru cât mai mare.

Existã şi alte sisteme de ABS mai performante dar mai complicate. Unul dintre acestea foloseşte pentru creşterea presiunii de frânare o pompã cu motor electric. Avantajul acestui sistem este cã viteza de rãspuns este mult mai mare. În figurile 9 şi 10 sunt prezentate cilindrul principal şi o schemã a unui astfel de sistem ABS.

Schema este realizată cu electroventile clasice dar cu mare viteză de acţionare şi nu cu modulator. Frecvenţa de lucru depăşeşte 20 Hz. Comanda electroventilelor este dată de un system de calcul specializat şi performant.

Cercetãrile privind frânarea autovehiculului prevãd în viitor un sistem de frânare electropneumatic numit comercial “frânare prin fire”. Se prevede o îmbunãtãţire cu 10% a randamentelor de frânare (distanţa de oprire). Marele avantaj constã în posibilitatea reglãrii electronice a efortului de frânare pentru a avea o distribuţie idealã şi astfel timpul de rãspuns sã se îmbunãtãţeascã. Acest sistem va constitui o realã simplificare şi reducere de preţ pentru camioanele articulate. Modulatoarele vor fi montate deasupra roţii, comanda dându-se progresiv pe cale electricã de cãtre ECU.O altă problemă apare la sistemele ABS concepute pentru autotrenuri de marfă unde sarcina este mare şi deci şi forţa necesară pentru frânare va trebui să fie considerabilă şi dependentă de sarcina pe osie.

12.Senzor cu transformator diferenţial

Senzor cu transformator variabil diferenţialConstrucţia acestui senzor este similarã cu senzorul cu inductantă variabilă cu

precizarea că sunt folosite două bobine de ieşire în loc de una (fig.6).

Fig.6

Ca şi mai inainte, un curent alternativ cu frecvenţa de ordinul a 10kHz este aplicat bobinei din primar şi aceasta induce o tensiune în ambele bobine secundare. Aceste bobine sunt poziţionate astfel încât să ofere o tensiune egală când miezul este situat central. Bobinând cele două bobine de ieşire în direcţii opuse semnalele de ieşire se vor anula reciproc când miezul este în poziţie centralã În această poziţie ieşirea senzorului va fi zero.

Deplasarea miezului din poziţia centrală determină marirea semnalului de ieşire pe o bobină în raport cu cealaltă, astfel încât diferenţa dintre cele douã tensiuni oferă un semnal de ieşire corespunzator distanţei pe care a fost deplasat miezul.

Procesarea semnalului, de către un demodulator şi un filtru, oferă o tensiune de ieşire continuă care este proporţională cu presiunea din conducta de admisie.

Acest senzor este de fapt un transformator diferenţial.

32

Page 33: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

13.Sistemul de aprindere al autovehiculului

Scopul fundamental al unui sistem de aprindere complet este de a furniza o scânteie în interiorul unui cilindru. Pentru ca o scânteie să depăşească un interval de aer de 0,6mm peste condiţiile normale atmosferice este cerută o tensiune de 2 până la 3 kV. Pentru ca o scânteie să depăşească un interval asemănător în interiorul unui cilindru cu un raport de comprimare de 8:1 se cer aproximativ 8kV.

Pentru raporturi de comprimare mai înalte şi amestecuri mai slabe, se poate cere o tensiune de peste 20kV. Astfel sistemul de aprindere trebuie să transforme tensiunea nominală a bateriei de 12V până la aproximativ 8-20kV şi, în plus, trebuie să furnizeze cea mai înaltă tensiune cilindrului corespunzător, la momentul potrivit. Unele sisteme de aprindere vor furniza peste 40kV bujiilor.

Aprinderea obişnuită este predecesoare sistemelor cele mai avansate controlate de electronice. Este bine să menţionăm totuşi în această etapă că operaţia fundamentală a majorităţilor sistemelor de aprindere este foarte asemănătoare. O aprindere cu acumulator este compusă din diverse componente şi subansambluri, actuala schiţă şi construcţie depinde mai ales de motorul cu care sistemul este folosit

Componentele aprinderii tradiţionale Bujia: electrozii pentru ca o scânteie să se producă în cilindru; trebuie să reziste

la temperaturi şi presiuni foarte înalte Bobina de aprindere: înmagazinează energie sub formă magnetică şi o

transmite distribuitorului printr-un conductor de înaltă tensiune. Conţine înfăşurări primare şi secundare

Contact de aprindere: asigură comanda sistemului de aprindere şi este de obicei folosit pentru a cauza pornirea cu manivelă

Rezistenţa de balast: mai mică în timpul începerii fazei pentru a cauza o scânteie puternică. Contribuie la îmbunătăţirea scânteii la viteze mari

Ruptori: conectează şi deconectează circuitul de aprindere primar pentru a încărca şi descărca bobina

Condensator: închide cele mai multe formări ale arcului electric aşa cum ruptorii deschid. Aceasta permite pentru un curent primar de rupere mai mare şi o mai mare rupere a bobinei de magnetizare ce produce o tensiune de ieşire mai mare.

33

Page 34: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Distribuitor de înaltă tensiune: trimite scânteia din bobină în fiecare cilindru într-o succesiune prezentă.

Avans centrifugal de: schimbă reglarea aprinderii cu viteza motorului. Cu cât viteza creşte cu atât reglarea este mai avansată.

Avans vacuumatic: schimbarea reglării depinde de sarcina motorului. În sistemele tradiţionale avansul cu vid este cel mai important.

Sistemul primar de aprindereÎn prezent sunt folosite două sisteme generatoare de scântei pentru aprindere: sistemul

baterie – bobină şi sistemul magnetou; ultimul se limitează în principal la motoarele mici.

Condiţiile aprinderii – numărul de scântei necesare, depinde de tipul motorului: motorul în doi timpi cere o scânteie pe cilindru, pentru o rotaţie a arborelui, pe când cel în patru timpi are nevoie doar de o scânteie pe cilindru pentru toate rotaţiile.

În prezent majoritatea sistemelor de aprindere sunt capabile să genereze o tensiune în exces de până la 28 kV. De asemenea această tensiune poate fi produsă, dar asta nu înseamnă că sistemul operează tot timpul cu această tensiune, ea fiind necesară doar pentru a produce scânteia.

Scânteia produsă de electrozii bujiei trebuie să aibă suficientă energie pentru a produce o scanteie de temperatură foarte ridicată şi suficientă căldură pentru a iniţia arderea picăturii de combustibil dintre electrozi. Un amestec normal într-un motor cald, are nevoie cam de 0,1 mJ de energie la o scânteie. Dar această valoare trebuie mărită considerabil dacă motorul e rece, sau amestecul este mai slab decât amestecul normal.

Durata de producere a scânteii în milisecunde este un indicator al conţinutului de energie al primei scântei, un timp tipic fiind de 1 ms.

Sistemul de aprindere cu bobină – acest sistem a fost introdus de C.F. Kettering de Delco în 1908 dar a fost acceptat pe piaţă ca successor al sistemului “ magnetou ” abia în 1920.

Circuitele convenţionale cu bobină de inducţie – fig. 5.7 arată principalele detalii ale unui circuit bobină de inducţie. Inima sistemului este bobina de aprindere care transformă tensiunea joasă de 12 V generată de bateria de alimentare, în înaltă tensiune, necesară producerii scânteii la bujii.

34

Page 35: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Bobina are două înfăşurări: una primară şi una secundară. Înfăşurarea primară reprezintă circuitul de joasă tensiune, alimentat de la bateria de alimentare iar secundarul reprezintă circuitul de înaltă tensiune şi are incorporate distribuitorul şi bujiile.

Capătul înfăşurării secundare e legat la pământ fie printr-o bornă de joasă tensiune ( în mod normal cea negativă ), fie printr-un terminal adiţional care e legat print-un cablu exterior, la pământ.

Întreruperea curentului din primar pentru inducerea pentru înaltei tensiuni în înfăşurarea secundară, se face cu ajutorul unui întreruptor în momentul în care e nevoie de scânteie. Pentru a fi evitat un arc electric, în paralel cu întreruptorul e legat un condensator.

Când întrerupătorul de aprindere şi ruptorul sunt închise, primarul e străbătutde de un curent de 3 A. Trecerea curentului prin această înfăşurare produce un puternic flux magnetic în jurul bobinei. La scurt timp, ruptorul e deschis de către camă. Întreruperea primarului duce la o scădere bruscă a fluxului magnetic în bobină şi va produce un flux electromagnetic care va fi indus în secundarul bobinei. Acesta are 60 de înfăşurări în plus faţă de primar, deci acţiunea transformatorului combinată cu efectul de autoinducere de tensiune în primar va ridica valoarea acesteia până la valoarea necesară producerii scânteii la bujii.

Într-un motor cu un singur cilindru, curentul de mare intensitate este transportat printr-un conductor cu izolaţie foarte bună direct la bujie, dar când sistemul e aplicat unui motor cu mai mulţi cilindrii, este nevoie de un distribuitor care să dirijeze curentul de mare intensitate către cea mai apropiată bujie. Distribuitorul e un întrerupător rotativ de înaltă tensiune alcătuit dintr-un distribuitor şi un braţ rotor, care se roteşte cu aceeaşi viteză a arborelui camei.

Unitatea ce are încorporată: distribuitorul, ruptorul şi mecanismul automat de avans, este denumită, distribuitor de aprindere.

Mecanismul automat de avans centrifugal – setarea timpului optim pentru scânteie este esenţială dacă se doreşte obţinerea de putere maximă şi economie de combustibil. Dacă scânteia intervine la un moment nepotrivit în raport cu poziţia pistonului, pot apărea efecte nedorite ca: supraîncălzire, străpungere, deteriorarea pistonului şi poluarea excesivă.

Aceste probleme pot fi prevenite când setarea timpilor de scânteie, permite ca presiunea maximă în cilindru să fie atinsă întotdeauna cam cu 12° după compresie.

Un interval de timp optim ar fi între producerea scânteii ăi atingerea presiunii maxime în cilindru. Pentru un anumit motor acest timp de ardere e influenţat de raportul aer – combustibil şi de valoarea presiunii de compresie; intervalul următor celui considerat optim, e influenţat de deschiderea supapei.

35

Page 36: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Distribuitorul (Delco)

36

Page 37: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Cablurile de înaltă tensiune – în trecut izolaţia conductoarelor de cupru era făcută din cauciuc. Mai nou acesta a fost înlocuit cu izolaţie din PVC care oferă o mai bună protecţie împotriva apei şi benzinei dar e mai puţin eficientă decât cauciucul, la temperaturi ridicate.

37

Page 38: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

14.Senzori de debit cu fir

Măsurarea masei aerului cu fir de sârmă fierbinte

O astfel de măsuratoare se bazează pe efectul de răcire al aerului la trecerea peste o sârmă încăzită. Dacă acest fir este încălzit prin trecerea unui curent constant prin el, atunci temperatura firului va scădea dacã este mărit debitul de aer şi invers.

În mod asemănator dacă o sârmă încinsă este ţinută la o temperatură constantă, atunci marimea curentului necesar pentru a menţine acestă temperatură va fi determinată de către debitul de aer; cu cât mai mare este debitulde aer cu atât mai mare este curentul.

Ambele metode, a curentului constant şi a temperaturii constante, utilizează mijloace electronice pentru a măsura temperatura. în general acesta se realizează prin folosirea variariaţiei rezistenţei la modificarea temperaturii.

Sistemul cu fir de sârmă-incinsă ţine cont de schimbarile produse în densitatea aerului. Aceasta este împortant în particular în cazurile unde automobilul este folosit la diferite altitudini. Presiunea atmosferică descreşte cu altitudinea, deci într-o zona situată mult deasupra nivelului marii, masă de aer asigurată pentru o deschizatură dată a droselului este redusă considerabil. Dacă nu se ţine cont de această caracteristică, amestecul bogat primit de motor va cauza o evacuare a gazelor de polure ridicată.

Figura 20a prezintă construcţia unui sistem de masură cu fir de sârmă-fierbinte similar cu cel folosit la sistemil de injecţie Bosch LH-Jetronic.Un fir încins de platină cu diametrul 0.07mm, este expus aerului care trece printr-un tub situat în galeria de admisie a aerului. Figura 20b arată că firul este conectat într-o punte Wheatstone. Un amplificator de putere (situat unde este plasatã şi puntea de mãsurã), regleazã curentul furnizat celor patru brate ale punţii. Când un semnal arată că puntea este dezechilibrată, amplificatorul ajustează curentul de încalzire pentru a reechilibra puntea.

Funcţionarea senzorului se bazeazã pe principiul curentului constant. Când aerul trece la o viteză constantă, curentul furnizat menţine firul fierbinte şi determina scăderea rezistenţei acestuia. Această dezechilibreză puntea şi ca rezultat determină amplificatorul să crească curentul de încalzire pană când temperatura şi rezistenţa iniţială sunt restabilite. Această creştere a curentului de încalzire provoacă o mai mare cadere de tensiune pe R1, deci prin mărirea acestei căderi(de tensiune) pe un rezistor de precizie plasat la R1 este obţinut un semnal de ieşire de la senzor. Semnalul arată curentul de încălzire care este proporţional cu masa aerului care curge prin senzor.

Fãcând legatura dintre semnalul senzorului fir de sârmă fierbinte cu valorile stocate într-o memorie a E.C.U., calculatorul poate determină cantitatea de combustibil necesar pentru a fi injectat pentru a se obţine proporţia cerută de aer-combustibil.Orice modificare în temperatura admisiei aerului determină puntea să devină dezechilibrată. În curentul de aer alăturat firului-fierbinte este plasat un fir rezistiv de compensare Rb.

38

Page 39: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig. 20

Variaţia rezistenţei firului fierbinte este masurată folosind o punte Wheatstone. Alegerea atentă a diametrului firului asigură că timpul de raspuns al sistemului la schimbarile debitului de aer este limitat la cateva milisecunde. Această valoare a timpului înlatură problemele provocate de un debit de aer neregulat prin admisie, în special când motorul funcţionează la viteză scazută sub sarcină maximă.

Temperatura rezistorului de compensare – firul rece - acţionează ca un etalon. În funcţionare amplificatorul menţine firul fierbinte la 100C peste temperatura firului rece.

Radiaţia căldurii firului este scăzută când firul devine murdar, deci pentru a evita această problema, E.C.U. este programată să ardă murdaria prin încalzirea firului la o temperatură mai mare decat normal pentru o secundă de fiecare dată când motorul este oprit.

39

Page 40: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

15.Vehiculul electric

Automobilul electric – EVSunt posibile mai multe configuraţii de EV acţionat cu variatoare de curent continuu

(VCC) şi motoare de curent continuu în funcţie de tipul bateriei şi tipul sistemului de acţionare. Dintre bateriile cunoscute, cele cu plumb, au o tehnologie bine pusă la punct şi sunt acceptate de industria constructoare de automobile. Au marele dezavantaj al puterii specifice scăzute. Pentru comparaţie, menţionăm că dacă 1 kg de benzină dă aproximativ 1 kWh, la un kg de baterie cu plumb se obţin cca. 0.08 kWh. Bateriile cu sulfură de sodiu sunt cele mai competitive, ajungând la 0,12-0,2 kWh/kg, dar au un preţ deocamdată prea mare (peste 5000 DM) necesită tehnologii noi şi temperaturi mari de lucru.

Din punct de vedere al motorului, se pot folosi motoare electrice de curent continuu sau de curent alternativ. Motorul de curent alternativ, la puteri mari şi foarte mari, oferă mai multe avantaje din punct de vedere al reglării, dar necesită un invertor. Motorul de curent continuu, la puteri medii de cca. 45 kW, este una din soluţiile cele mai avantajoase pentru autovehicule mici. Firma Peugeot este în faza de a scoate pe piaţă un astfel de VE cu motor de curent continuu.

Fig. 1.1. Structura EV.

În fig. 1.1 este prezentată o schemă bloc generală a unui EV. S-a ales un exemplu folosind o baterie cu NaS şi un motor de curent continuu cu excitaţie separată. Cuplul şi viteza motorului sunt modificate cu variatoare de curent continuu VCC, prin reglarea curentului prin indus şi prin excitaţie.. Caracteristicile de reglare, curent de excitaţie funcţie de timp şi curent de sarcinã funcţie de timp, sunt prezentate în fig.1.2.

La acceleraţia de la viteza zero, câmpul este menţinut constant iar curentul prin indus este limitat la cel cerut. Pe mãsurã ce viteza creşte, curentul de câmp este redus, ceea ce va slãbi câmpul din motor, reducând t.e.m. a indusului. Curentul cerut prin indus poate fi reglat în funcţie de creşterea vitezei. În acest mod de lucru motorul trebuie răcit cu aer sau cu un alt fluid de răcire. Pentru a creşte eficienţa sistemului, se foloseşte frânarea recuperativă care realizează reîncărcarea bateriilor. Bateriile sunt conectate în serie pentru a obţine o tensiune mai mare, deoarece se preferă motoare cu tensiune mare pentru a reduce curentul la aceeaşi putere transferată.

40

Page 41: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Se foloseşte un sistem de control al încãrcãrii bateriei pentru a realiza o încãrcare şi o descãrcare optimã a bateriei. Anomaliile apãrute la încãrcare sau descãrcare sunt semnalizate optic. Convertorul folosit este proiectat cu tranzistori de putere iar comanda lor este data de un microprocesor (μP). Alimentarea sistemului de control şi a anexelor EV este realizatã printr-o baterie convenţionala de 12 V cu acid care este încãrcatã printr'un convertor CC-CC de la bateria principalã.

Fig. 1.2. Caracteristicile de reglare ale motorului de c.c. pentru EVa. ic = f(t); b. iS = f(t)

Motoarele electrice au avantajul că pot fi acţionate foarte simplu şi uşor, nu necesită cutii de viteze şi au un randament ridicat de peste 90%. Cuplul motor mare le face preferabile motoarelor cu ardere. Fiind reversibile pot genera curent electric pentru reîncărcarea bateriei de alimentare. Funcţionarea lor este lină, fără şocuri şi vibraţii. Ele sunt folosite în transportul de masă la: trenuri, troleibuze, tramvaie, metrouri, monorai. La aceste vehicule se poate folosi şi motorul liniar.Factorul determinant, care a scos electrovehiculul din competiţie pentru o perioadă de peste 70 de ani a fost legat de performanţele surselor de alimentare. Acestea au făcut EV greoi şi scump în folosire, iar domeniul său de lucru a fost şi este încă limitat de posibilităţile de reîncărcare a bateriei. Multe din problemele puse de EV în prezent au fost depăşite dar totuşi costul utilizării EV este aproximativ dublu faţă de vehiculele similare cu combustibili fosili. Un alt motiv al interesului scăzut pentru EV este durata mare de încărcare a bateriei electrice şi absenţa instalaţiilor de încărcare în infrastructură. 1 kWh deplasează un autovehicul electric circa 6,4 km. Într-o oră de alimentare de la o priză normală bateriile normale cu plumb sau Ni-Cd se încarcă cu energia necesară parcurgerii a circa 10 km. Un automobil cu motor termic având un rezervor de 45l poate parcurge circa 600 km în 6 ore. Rezultă că energia potenţială a rezervorului este de 600/4 = 93,75 kWh. Rezervorul se umple în 5 minute. Bateria unui EV se încarcă în circa 15 ore. În aceste condiţii pentru a parcurge 600 de km cu o autonomie de 150 km, este nevoie de 4 încărcări de circa 15 ore, plus 6 ore drumul rezultă 66 de ore! Bateriile cele mai moderne sunt cele cu Li-ion sau Li-ion-polimer folosite în mod curent la celulare şi alte aparate electronice. Tehnologiile moderne promit obţinerea de baterii cu viaţa lungă care se pot încărca în timp mai scurt (zeci de minute) şi cu o capacitate mare. Odată cu producţia de masă preţul lor va scădea.Cea mai modernă tehnologie pentru baterii este nanotehnologia. Bateriile bazate pe nanotehnologii pot fi încărcate la 80% într-un minut. Folosind 28 de module de 35 kWh şi 386V, s-au parcurs 218 km încărcarea făcându-se în mai puţin de 10 minute. Costul lor însă este prohibit. Managementul bateriei care se realizează electronic cu un computer specializat şi prin folosirea ultracapacitorilor ca rezervor tampon de energie la cerere. Sistemul electric de acţionare al EV poate fi cu motoare de curent continuu sau cu motoare de curent alternativ. Motoarele cele mai folosite, în prezent la puteri mici, până la 30 kW, sunt motoarele de

41

Page 42: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

c.c. cu colector şi cu excitaţie cu magneţi permanenţi, deoarece faţă de cele cu înfăşurare la aceeaşi putere, greutatea cuprului este de circa 10 ori mai mică, iar a rotorului de 2,5 ori. Până în prezent EV este un automobil pentru oraş adaptat pe un automobil cu motor termic, existent. Diferenţa o constituie greutatea, lipsa emisiilor de gaze nocive şi silenţiozitatea. Preţul lui este încă foarte mare şi numai o producţie de masă îl poate face competitiv cu preţul unui vehicul clasic. Întreţinerea unui EV este însă mai uşoară şi mai ieftină.Celulele de combustie sunt fragile, sensibile la contaminare şi funcţionează cu hidrogen şi alcool sau metan, au un preţ mare încă şi o greutate care poate ajunge la 25%-50% din greutatea vehiculului. Bateriile şi celulele de combustie au o densitate de putere redusă în comparaţie cu cea a produselor petroliere. Datorită avantajelor evidente ale EV marile firme constructoare de autovehicule cu motoare termice şi-au intensificat cercetările teoretice şi experimentale în acest domeniul, motiv pentru care, în ultimii ani, s-au realizat o mulţime de prototipuri de automobile şi autobuze electrice, iar unele firme au trecut la producţia de serie mică. EV este în atenţia tuturor firmelor de construcţii de autovehicule şi a asociaţiilor de protecţie a mediului.

Materialele folosite în construcţia EV sunt aluminiumul şi plasticul iar în viitor se vor folosi materiale produse prin nanotehnologii în ideea reducerii greutăţii.

Dintre realizările spectaculoase anunţate de constructori se menţionează Eliica (Electric Lithium-Ion battery Car) care atinge viteza maximă de 370 km/h şi are autonomie de 200 km. Are 2400 kg şi 4 locuri. Maşina are 8 roţi pentru o mai bună aderenţă la suprafaţa drumului. Motoarele sunt montate în cele patru roţi din spate având o putere de 60kW, totalul puterii motoarelor este de 480 kW. Cele patru roţi din faţă asigură direcţia. Motoarele electrice asigură o acceleraţie de 0,8 G. Frânarea este recuperativă.

Fig.5. Eliica, sursa: http://en.wikipedia.org/

Firma Tesla Motors a realizat o maşină sport care accelerează 0-100 km/h în circa 4 secunde, atingând 210 km/h. Autonomia este de 400 km la o încărcare a bateriei li-ion. Honda speră să pună în vânzare automobile electrice sau hibride alimentate cu hidrogen la un preţ rezonabil în 2018. Bine înţeles, vânzarea unor astfel de maşini presupune existenţa infrastructurii speciale pentru a le alimenta.Si alte companii (Daimler-Chrysler şi General Motors) au preocupări privind alimentarea cu hidrogen sau celula de combustie. Aceste firme au prototipuri în dezvoltare dar nu se grăbesc să le scoată pe piaţă. Sunt prea scumpe şi nu se vor vinde.Honda FCX este un prototip, posibil model de serie în trei sau patru ani. Conceptul FCX demonstrează nivelul ridicat de dezvoltare a tehnologiei Honda în ce priveşte propulsia pe bază de celule de combustibil. Motorul electric este de tip alternativ sincron având 95 kW. Celulele de

42

Page 43: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

combustie sunt PEFC tip Ballard dând o putere de 100 kW. Rezervorul de combustibil este pentru hidrogen comprimat la 350 atmosfere şi are 171 de litri. Maşina atinge 160 km/h.

Fig.7 Honda FCX, sursa: www.honda.com

16.Senzori cu rezistenţă tensometrici

Senzorul cu marcă tensiometrica.La deformarea unui material are loc o schimbare a lungimii sale care determină o

modificare a rezistenţei. Primele modele de marci tensiometrice aveau un filament fin. În prezent pentru a asigura un senzor ieftin şi compact sunt folosite semiconductoare masive. Figura 7 prezintã un senzor tip marcă tensiometrică.

Acesta este construit într-un cip pe o plãcuţã de siliciu de aproximativ 3x3mm şi o grosime aproximativ 0.25mm la margini şi aproximativ 0.025mm la centru. Acest cip este plasat între două straturi de dioxid de Si în care se formează 4 senzori rezistivi poziţionaţi de-a lungul marginilor plãcuţei de Si. Contactul cu rezistorii este asigurat prin plãcute de metal lipite la fiecare colţ al senzorului.

Precizia măsurãri presiunii necesită o camera de vid, care este realizatã prin lipirea unei plăci de Pyrex pe o faţă a cipului.

Marca tensiometrică este conectatã printrun tub de caucic la locul de măsurare a presiunii.

Când presiunea aerului variază, cipul de Si se deformeaza. Această deformare modifică lungimea fiecarui rezistor. Aranjand rezistoarele într-un anume mod, două rezistoare sunt amplasate astfel încât sa-şi crească rezistenţa iar celelalte două sa-şi scadã rezistenta în mod egal.

43

Page 44: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig. 7

Această schimbare de rezistenţã cauzată de presiune, sau piezo-rezistivitate, este sesizată folosind o punte Wheatstone care va oferi un semnal de ieşire proporţional cu presiunea(fig.8).

Fig. 8

Cei patru rezistori din marca tensiometrică formează cele patru laturi ale punţii. Acest aranjament de rezistoare este alimentat cu o tensiune constantă şi puntea este calibrată, deci este echilibrată când marca tensiometrică este nedeformată. Când presiunea creşte, R1 şi R4 isi maresc rezistenta şi R2 şi R3 isi scad rezistenţa în aceeasi măsură. Aceasta dezechilibrează puntea şi oferă o diferentă de potenţial la bornele AB care asigură un semnal de ieşire proporţional cu presiunea.

Folosirea rezistorilor în această formă compensează variaţia temperaturii. Orice creştere de rezistenţa cauzată de încălzire afectează toţi rezistorii în mod egal, deci echilibrul punţii este menţinut într-o gama largă de temperatura.

44

Page 45: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

17.Vehiculul hibrid

2.3. Vehiculul electric hibrid – HEV

HEV combină motorul cu combustie interna cu un sistem de acţionare cu baterie şi motor electric. HEV sunt azi pionierii în dezvoltarea tehnologiei transporturilor. Automobilele hibride reduc consumul de carburanţi fosili, dependenţa de import, poluarea mediului şi congestionarea traficului. Această soluţie permite o realimentare rapidă şi avantajele ecologice oferite de EV. HEV a fost creat pentru a compensa slaba dezvoltare a tehnologiilor pentru fabricarea bateriilor. Deoarece bateriile actuale permit o autonomie limitată a EV, s-a propus soluţia unui generator antrenat de un motor cu combustie internă care să încarce bateria existentă pentru a mări autonomia EV. Emisiile unui motor cu combustie funcţionând în regim constant sunt minime, ele momentan fiind de o treime sau maximum jumătate din emisiile unui vehicul clasic. După circa 20 ani de cercetări se pare că HEV este soluţia optimă iar EV rămâne pentru aplicaţii pe distanţe scurte. Viitorul va confirma această ipoteză.Faţă de vehiculele convenţionale HEV are următoarele avantaje: scăderea emisiilor poluante; reducerea dependenţei de combustibilii fosili deoarece pot funcţiona cu combustibili alternativi; şi folosirea mai eficientă a combustibilului; frânarea recuperativă care reduce pierderile de energie; iar motoarele termice pot fi dimensionate la sarcina medie ceea ce reduce consumul şi greutatea EV. Dezavantajele HEV sunt: gabarit mare al sistemului de propulsie care este foarte complex şi preţul foarte mare.Sunt posibile două configuraţii de HEV: serie şi paralel. În principiu un HEV combină un sistem de stocare a energiei, o instalaţie de putere (motor termic) şi un sistem de propulsie. Pentru stocarea energiei se folosesc acumulatori şi ultracapacitori precum şi diverse sisteme mecanice cum ar fi roata liberă. Motorul poate fi cu scânteie, diesel, o turbină cu gaz sau celule de combustie. Eficienţa HEV şi emisiile depind de subsistemele folosite. Un HEV cu celulă de combustie cu hidrogen va produce numai apă şi va avea o eficienţă mai mare ca un EV alimentat din baterii şi încărcat de la priză. Un HEV având un rezervor de hidrogen sub presiune permite o autonomie de 600 km. Eficienţa automobilelor de azi funcţionând cu hidrogen este de numai 18-25 %. Energia electrică acumulată la HEV este utilizată la nevoie pentru acceleraţii, urcări de pante, şi accesorii. Motorul electric este cuplat la roţi printr-o transmisie cu reductor mecanic. Rotirea motorului electric în timpul frânării produce energie electrică şi astfel energia cinetică este înmagazinată sub formă de energie electrică.Motorul termic este dimensionat pentru o putere medie, surplusul necesar la urcarea unor pante sau pe autostradă este furnizat de motorul electric.Pentru a creşte performanţelor HEV se realizează folosind soluţiile cunoscute de la vehiculele convenţionale: recuperarea energiei şi stocarea ei în baterii folosind frânarea recuperativă; oprirea motorului termic când nu este nevoie ( de exemplu la stop pe culoarea roşie); folosirea formelor aerodinamice pentru a reduce rezistenţa aerului; folosirea anvelopelor cu rezistenţă minimă la înaintare; scăderea greutăţii HEV prin folosirea materialelor uşoare. În Statele Unite momentan sunt disponibile trei modele: Honda Insight, Honda Civic şi Toyota Prius.În ultimii ani au fost vândute în US peste 100,000 HEV (Toyota Prius şi Honda Civic având majoritatea vânzărilor). Această cifră este mică faţă de cele 17 milioane de automobile noi vândute anual în U.S.Motorul termic este dimensionat pentru o putere medie surplusul necesar la urcarea unor pante sau pe autostradă este furnizat de motorul electric.Problema cea mai dificilă este rezolvarea problemei stocării şi transportului H2. Sunt două soluţii: un rezervor cryogenic pentru H2 liquid sau un rezervor de înaltă presiune pentru H2 gaz. Un rezervor

45

Page 46: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

normal de H2 are o mărime de trei ori mai mare şi o greutate corespunzătoare. Un kg de hidrogen dă aceeaşi energie ca un galon de benzină (circa 4.5 litri). Motivele pentru care motoarele mici sunt mai eficiente decât cele mari sunt: motoarele mari sunt mai grele decât cele mici, astfel încât la accelerări sau la urcarea unei pante energia necesară este mai mare, pistoanele şi celelalte piese în mişcare sunt mai grele şi deci energia necesară pentru a le pune în mişcare este mai mare, volumul cilindrului este mai mare şi consumă mai mult combustibil. Motoarele mari au în general mai mulţi cilindri care toţi consumă combustibil chiar dacă motorul merge la “relanti”. Cu cât consumul unui vehicul este mai mare şi emisiile sale cresc. Pentru a creşte performanţele HEV se realizează folosind soluţiile cunoscute de la vehiculele convenţionale: recuperarea energiei şi stocarea ei în baterii folosind frânarea recuperativă; oprirea motorului termic când nu este nevoie ( de exemplu la stop pe culoarea roşie); folosirea formelor aerodinamice pentru a reduce rezistenţa aerului; folosirea anvelopelor cu rezistenţă minimă la înaintare; scăderea greutăţii HEV prin folosirea materialelor uşoare. În ultimii ani au fost vândute în US peste 100,000 HEV (Toyota Prius şi Honda Civic având majoritatea vânzărilor). Această cifră este mică faţă de cele 17 milioane de automobile noi vândute anual în U.S.Honda Insight, este vândută încă din 2000 şi este proiectată pentru un consum minim şi pentru asta s-au folosit toate metodele cunoscute: este mică, uşoară, are două locuri şi un motor termic pe gaz foarte eficient. Împreună cu motorul electric Insight produce 73 CP la 5,700 rot -1. Eficienţa reală a motorului electric apare la viteze mici. Motorul electric are 10 kW la 3000 rot -1 permiţând un cuplu mare la viteze mici când motorul termic este slab. Este proiectată aerodinamic, având un coeficient de rezistenţă a aerului de 0.25. La accelerare motorul termic este cel care antrenează automobilul. La o accelerare rapidă motorul electric va produce surplusul de putere necesar. Pe autostradă motorul termic lucrează singur realizând deplasarea. La frânări sau la neacţionarea pedalei de acceleraţie motorul electric trece în regim de generator încărcând bateriile. Acestea nu trebuie încărcate separat, motorul electric le va încărca permanent. Pe Insight, transmisia manuală poate fi separată printr-o cheie. Conducătorul poate rula cu motorul conectat la coborâri sau spre un stop roşu pentru a recupera energie sau nu.Toyota Prius, produs în Japonia la sfârşitul lui 1997, este proiectat pentru a reduce emisiile în zone urbane. Are 862 kg, cu 227 kg mai puţin decât Honda Civic şi un motor termic mic şi eficient de 1 litru, cu trei cilindri având o putere de 67 CP la 5,700 rot-1. Prius cântăreşte 1.255 kg şi are un spaţiu interior la fel de mare ca Toyota Corolla. Toyota Prius are un motor termic de 1.5-litri. La 4,500 rot-1, produce circa 70 CP. Motorul termic poate funcţiona independent de viteza vehiculului, încărcând bateriile sau transmiţând energie la roţi dacă este nevoie., eliminând nevoia unei transmisii manuale sau automate.Transmisia este continuă conectând permanent motorul termic, generatorul şi motorul electric. Este denumită comercial power split. Este un sistem planetar. Motorul electric este conectat la inelul exterior şi apoi la diferenţial, care acţionează roţile motoare. Generatorul este conectat la pinionul central, iar motorul termic la inelul roţilor planetare. Viteza inelului exterior depinde de cele trei componente, astfel încât ele vor lucra permanent împreună pentru reglarea vitezei la roţile motoare. Motorul electric poate antrena maşina singur, la fel ca şi motorul termic sau amândouă motoarele împreună.

46

Page 47: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig.9. Sistemul de transmisie: 1-pinion conectat la generatorul electric; 2-inelul exterior

conectat la motorul electric; 3-planetare; 4-inelul planetarelor legat la motorul termic

La accelerare, iniţial porneşte motorul electric alimentat de baterii. Inelul dinţat exterior este conectat direct la motorul electric, care se roteşte odată cu motorul. Inelul roţilor planetare, conectat la motorul termic, nu se roteşte deoarece acesta nu funcţionează. Când inelul exterior se roteşte, roţile planetare se rotesc şi antrenează pinionul central care roteşte generatorul.Când maşina accelerează şi rotaţia generatorului creşte motorul termic rămâne oprit. La atingerea vitezei de circa 15 mph (24 km/h), motorul termic porneşte. Generatorul îşi schimbă rapid viteza, determinând rotaţia inelului planetarelor şi astfel pornind motorul termic. Odată cu pornirea motorului termic, acesta va funcţiona la o viteză constantă, în timp ce generatorul îşi variază viteza pentru a atinge viteza motorului electric. Dacă acceleraţia este foarte rapidă, motorul electric va lua energia necesară de la baterii. La atingerea vitezei pe autostradă, automobilul va fi acţionat de o combinaţie între motorul termic şi cel electric, energia electrică fiind luată de la generator. Insight şi Prius nu trebuie niciodată să-şi încarce bateriile; generatorul de la bord va face acest lucru automat şi în mod optim. Schimbarea bateriilor după expirarea garanţiei costă câteva mii de dolari. Atât Honda cât şi Toyota au garanţii foarte mari: Insight are garanţie 8 ani sau 80,000 mile pentru partea hibridă, inclusiv bateriile şi 3 ani sau 36,000 mile pentru restul automobilului. Prius are 8 ani sau 100,000 mile pentru sistemul hibrid şi baterii şi 3 ani sau 36,000 mile pentru rest. Motoarele şi bateriile la aceste automobile nu necesită întreţinere pe toată viaţa vehiculului. Motorul termic nu necesită întreţinere mai multă decât la orice alt automobil. Deoarece frânarea este cu recuperare plăcuţele de frână vor avea o viaţă mai lungă decât la alte automobile. Schimbarea bateriilor după expirarea garanţiei costă câteva mii de dolari. O altă soluţie, prezentată la "2005 Automotive Engineering Exposition" care a avut loc la Yokohama între 18 – 20 mai anul acesta, de către Mitsubishi Motors pe modelul COLT EV. Soluţia dezvoltată denumită “In-wheel motor Electric Vehicle” (MIEV) pe modelul Colt EV are motoare electrice montate în butucul roţilor din spate şi baterii Litiu-ion dar poate fi echipat şi ca HEV cu celulă de combustie. Această soluţie permite reglarea independentă a turaţiei, cuplului şi a frânării pe cele două roţi motoare fără altă transmisie mecanică. Soluţia permite economisirea spaţiului pentru montarea pilei de combustie şi a rezervorului de hidrogen. Sistemul este de fapt o transmisie variabilă continuă, eliminând nevoia unei transmisii manuale sau automate. Mai mult acest sistem permite pornirea motorului termic cu ajutorul generatorului fără a fi nevoie de un demaror special. La accelerare, iniţial porneşte motorul electric alimentat de baterii. Inelul dinţat exterior este conectat direct la motorul electric, care se roteşte odată cu motorul. Inelul roţilor planetare, conectat la motorul termic, nu se roteşte deoarece acesta nu funcţionează. Când inelul exterior se roteşte, roţile planetare se rotesc şi antrenează pinionul central care roteşte generatorul. Cum maşina accelerează şi rotaţia generatorului creşte, motorul termic rămâne oprit. La atingerea vitezei de circa 15 mph (24 km/h), motorul termic porneşte. Generatorul îsi schimbă rapid viteza, determinând rotaţia inelului planetarelor şi astfel pornind motorul termic. Odată cu pornirea motorului termic,

47

Page 48: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

acesta va funcţiona la o viteză constantă, în timp ce generatorul îşi variază viteza pentru a atinge viteza motorului electric. Dacă acceleraţia este foarte rapidă, motorul electric va lua energia necesară din baterii. La atingerea vitezei de autostradă, automobilul va fi acţionat de o combinaţie între motorul termic şi cel electric, energia electrică fiind luată de la generator. Pe autostradă consumul HEV creşte.Unele state acordă subvenţii pentru cumpărarea de EV/ HEV. Constructorii de HEV/EV asigură performanţe comparabile privind performanţele, siguranţa şi preţul pentru a le face atractive pentru clienţi. Oricum un HEV va avea posibilităţi mult mai mari decât autovehiculele cu motoare cu termice, clasice. HEV sunt de două ori mai performante decât vehiculele convenţionale. Se pare că HEV este astăzi soluţia practică pentru un transport cu cât mai puţine emisii poluante.

18.Senzori capacitivi

Senzor de presiune cu capsulă condensatorUn condensator conţine două plăci (armaturi) separate de un dielectric. Capacitateă

variază modificând distanţa dintre plăci. Această caracteristică poate fi utilizată la un senzor de presiune.

Construcţia de bază a senzorului este prezentată în fig.9. El conţine două plăci de oxid de aluminiu care sunt îmbrăcate la faţa interioară cu un film de electrod, conectate la câte un electrod.

Fig. 9

Cele două plăci sunt separate printr-un material de o anumită formă pentru a asigura o camară aneroid în centru. Capsula este plasată într-un container care este conectat cu o teava la sursa de presiune.

Variaţia de presiune deformează plăcile şi modifică distanţa dintre electrozi.O schimbare a capacitãţii determinată prin modificarea presiunii absolute în conducta

de admisie MAP va genera la ieşirea adaptorului de procesare a semnalului o tensiune de ieşire proporţionalã cu presiunea. O metodă de procesare a semnalului este folosirea unui circuit rezonant serie (fig.10). În acest montaj schimbarea capacitãţii va modifica perioada frecvenţei produse de un oscilator.

Circuitul principal conţine o bobina, un rezistor şi senzorul capacitiv; acestea sunt alimentate cu un curent altenativ de la un oscilator. Ieşirea oscilatorului oferă o formă normală

48

Page 49: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

de undă de c.a. Când un curentul este aplicat unei bobine sau unui condensator formele de undă se modificã. O bobină defazează amplitudinea curentului cu /2 în urma tensiunii şi un condensator defazează amplitudinea curentului înainte cu /2. Aceste modificari de perioadă sunt cauzate de inductanţa proprie a bobinei şi prin acţiunea de încărcare-descărcare a condensatorului.

La o anumită frecvenţă, numită frecvenţă de rezonanţă, timpul de descărcare al bobinei compenseaza timpul necesar condensatorului pentru încarcare. La această frecvenţă oscilaţia curentului intre bobina şi condensator este la maxim, deci tensiunea circuitului este ridicată. Această caracteristică a fost utilizată timp de multi ani pentru amplificareă undelor radio recepţionate de o antenă; pentru acordarea cicuitului la frecvenţa de rezonanţă este folosit un condensator variabil.

Figura 10 prezintă două puncte de măsurare a tensiunii într-un circuit RLC serie. Tensiunea V1 este sursa sau tensiunea de referinta şi V2 înregistreză cãderea de tensiune pe rezistenţa R. Tensiunea V2 este proporţională cu curentul din circuit.

Fig. 10

La frecvenţa de rezonanţa amplitudinea tensiunii la CD este atinsă în acelasi moment ca şi amplitudinea tensiunii la BD, deci tensiunea pe rezistor este în fază cu tensiunea de referinţă. La această frecvenţă perioadele coincid pentru ca defazajul curentului înapoi cu /2 datorat bobinei egalează defazajul cu /2 înainte produs de condensator. Când capacitatea este modificată, circuitul nu va mai rezona deci curentul va scădea. De asemanea timpul la care amplitudinea curentului prin R devine defazat faţă de tensiunea la V1. Din moment ce V2 depinde de curentul care trece prin R, schimbarea perioadei produsă prin modificarea capacităţii. Figura 11 prezintă un circuit RLC serie utilizat pentru un senzor de MAP. în acest caz frecvenţa şi componentele de circuit sunt acordate pentru a rezona la presiunea atmosferică standard.

49

Page 50: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig. 11

Când presiunea variază, defazajul între cãderea de tensiune pe reyistenţã cãderea de tensiune de referinţã este măsurată de un detector de fază. Acesta generează un semnal de ieşire proporţional cu modificarea presiunii din conducta de admisie.

Acest tip de senzor utilizează o roată dinţată pentru a forma fie armaturile fie dielectricul unui condensator. Funcţionarea să se bazează pe urmatorul principiu: Dacă un condensator cu armaturi paralele este încarcat la o valoare dată, tensiunea pe armatură va creşte dacă distanţa dintre armaturi creşte şi va descreşte dacă un dielectric diferit în loc de aer este introdus între armături;

Senzorii capacitivi pot fi proiectaţi să utilizeze una sau alta din cele 2 variante; ei pot fi alimentaţi în c.a. sau c.c.

Fig. 19.a prezintă un senzor care produce un semnal prin modificarea distanţei dintre armături; aceasta se realizează prin rotirea unei roţi dinţate, întucât armatura şi roata dinţată sunt încarcate electric, mişcarea roţi are ca efect modificarea distantei dintre plăci. În cazul unui senzor alimentat în c.c.; aceasta modificare de tensiune asigură un împuls care este procesat pentru a furniza semnalul de ieşire necesar.

Fig. 19

Construcţia alternativă foloseste o roată dilectică (fig. 19.b). Rotaţia roţi între cele 2 armături încărcate variază tensiunea pe armături.

50

Page 51: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Această soluţie poate fi folosită pentru a mări viteza de rotaţie când este utilizată la viteză scazută, şi pentru detectarea mişcarii zero. Dificultatea menţinerii plăcilor în stare curată şi la o sarcină electrică constantă face acest tip de senzor mai puţin atractiv decât multe alte tipuri.

Când senzorul este alimentat în c.a. condensatorul face parte dintr-un circuit oscilant. Modificarile capacitaţi (variaţiile) produse de mişcarea roţii duce la o variaţie a frecventei (fig. 19c). Pentru a detecta mişcarea la viteză mare, trebuie utilizată o frecvenţă înaltă dar care deseori cauzează interferenţe cu radiouri şi telefoane GSM, dacă sistemul senzorului nu este ecranat, adecvat. Deoarece ecranarea afectează capacitatea sistemului senzor, montajul electric asociat al senzorului trebuie situat cat mai aproape de senzor. Deseori lipsa de spaţiu face acest lucru dificil.

19.Folosirea hidrogenului la autovehicule

Hidrogenul este speranţa omenirii, el este abundent în natură dar nu există liber. El este un purtător de energie care trebuie produs ecologic şi la un preţ comparabil cu cel al hidrocarburilor. Din punct de vedere al automobilului el pune probleme privind densitatea de energie scăzută, stocarea şi infrastructura.Experţii au ajuns la concluzia că hidrogenul este singura sursă de energie care poate înlocui folosirea combustibililor fosili, singurul compatibil cu mediul înconjurător. Acesta are marele avantaj că se găseşte în cantităţi nelimitate în natură şi chiar în spaţiul cosmic. Hidrogenul nu este o resursă naturală precum hidrocarburile, el nu există în natură sub formă elementară ci doar sub formă de compuşi şi de aceea trebuie produs. El este doar un purtător de energie ca şi electricitatea. Producerea hidrogenului trebuie realizată ecologic şi la un preţ competitiv cu hidrocarburile. Tehnologiile de producere a hidrogenului pot fi electrolitice, termice sau utilizând lumina (procese fotolitice).

Procesele electrolitice folosesc electricitatea pentru a separa apa în hidrogen şi oxigen. Producerea hidrogenului pe cale electrolitică poate fi făcută electric sau la temperaturi mari folosind energia nucleară. Hidrogenul produs prin electroliză este un combustibil nepoluant numai dacă energia electrică necesară este produsă din surse regenerabile. Electroliza apei este cel mai curat procedeu pentru obţinerea hidrogenului. Ea are un randament de circa 75% şi costuri de patru ori mai mari decât transformarea gazului natural în hidrogen. E mai ieftin şi mai puţin poluant să arzi pur şi simplu gazul natural decât să-l transformi în hidrogen. Pentru a produce un kilogram de hidrogen prin electroliză (cu un randament mare de circa 80–95%) este nevoie de 45-75 kWh, ceea ce reprezintă consumul unui apartament pe câteva zile.

Procesele termice folosesc energia termică din diverse resurse: gaze naturale, cărbune, biomasă, energie nucleară, etc. pentru a elibera hidrogenul. Aceste procese se numesc termochimice: descompunerea gazelor naturale sau altor lichide obţinute prin procese regenerabile (biocombustibil, etanol, etc.), gazeificarea cărbunelui sau a biomasei, disocierea apei la temperatură mare.

Procese fotolitice folosesc energia luminoasă pentru descompunerea apei în hidrogen şi oxigen. Aceste procese pot fi fotobiologice sau fotoelectrochimice. Cele biologice folosesc lumina soarelui, fotosinteza şi anumite microrganisme care consumă apă şi produc în mod natural prin metabolismul lor hidrogen. Cele electrochimice folosesc lumina solară şi anumite materiale semiconductoare. Semiconductorul sub acţiunea luminii solare va disocia apa în hidrogen şi oxigen.

Toate aceste procese sunt mari consumatoare de energie.La ora actualã este o dilemă pentru oamenii de ştiinţã care tehnologie trebuie folositã pentru a produce H2 şi cât va costa acest H2.

51

Page 52: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Pentru evaluarea preţului se foloseşte preţul pe unitatea de căldura (British Thermal Units – Btu). Orice resursã de energie poate fi măsurată în Btu. Un Btu este aproximativ energia necesarã pentru a creşte energia unui pound de apã cu un grad Farhrenheit. Un chibrit produce cam un Btu, iar un galon de benzinã are 115,000 Btu. Un galon de H2 lichid are 30,000 Btu, ceea ce explicã de ce un rezervor de H2 lichid are un volum de 4 ori mai mare decât cel al unui rezervor de benzinã. Un kilowatt orã de energie electricã are 3,412 Btu. Producerea unui galon de gazolinã costã 1.15 $, adicã 10 $ un milion de Btu (mBtu). Preţul gazului natural extras este în prezent de 6 $/mBtu şi creşte deoarece rezervele naturale scad exponenţial. Hidrogenul produs din gaze naturale este aproximativ trei ori mai scump circa 18 $/mBtu, care în echivalent benzinã costã circa 2 $/galon.Preţul electricităţii este cel mai important factor al preţului total al hidrogenului. Preţul energiei solare obţinute cu celule fotovoltaice este de circa 10 ori mai mare decât cel al energiei eoliene. Investiţia pentru instalaţiile eoliene este mare (1000 $/kW) şi pot produce energie electricã la preţul de 0,04 $/kWh. La o producţie de masă, folosind sistemele eoliene, costul investiţiei ar scădea sub 300 $/kW, ceea ce ar reduce preţul energiei electrice la 0,01 – 0,02 $/kWh.La stadiul actual al tehnologiei, sunt necesari circa 55 kWh pentru a produce energia conţinutã într-un galon de benzinã în formã de hidrogen gazos. Aproximând preţul energiei electrice la 3 cenţi/kWh, numai preţul electricităţii va fi de 14 $/mBtu, adică preţul echivalent în benzinã de 1.6 $/galon. Mai trebuie luate în considerare preţul întreţinerii instalaţiei de electrolizã şi a instalaţiei de îmbuteliere şi pompare. Folosind instalaţiile existente care nu produc hidrogen în cantităţi foarte mari, preţul investiţiei este de circa 800 $/kW, plus 8 $/mBtu vor creşte preţul total al hidrogenului gazos la circa 22 $/mBtu, adică echivalentul a 2 $/galon. Dacã hidrogenul ar fi lichefiat, s-ar mai adăuga 4 $/mBtu, ceea ce ar duce preţul total la circa 28 $/mBtu, adică echivalentul în benzinã de 3 $/galon.Folosind energia eolianã produsã în masã pentru alimentarea sistemelor de electrolizã în locul combustibililor fosili sau nucleari preţul energiei electrice poate fi redus la circa 1 cent/kWh, ceea ce ar reduce preţul producţiei de hidrogen la circa 14 $/mBtus. Iar pentru hidrogenul lichifiat s-ar mai adãuga 3 $/mBtus şi preţul total ar fi de circa 17 $/mBtu, adicã echivalentul în benzinã de 1.95 $/galon.Folosirea energiei solare pentru a produce electricitate este îngrădită de faptul că randamentul celulelor fotovoltaice este de doar 20%, iar preţul lor este încă mare. Trebuie luate în calcul şi costurile suplimentare legate de distrugerea mediului şi schimbarea climei, pentru îngrijirea sănătăţii a milioane de oameni datorită contaminării ecosistemelor planetare. Alte costuri suplimentare includ depozitarea reziduurilor radioactive, cheltuielile militare pentru protejarea rezervelor de petrol din orientul mijlociu. Folosirea energiilor regenerabile, a căror tehnologii vor fi optimizate permanent, exclude multe din aceste costuri suplimentare. O soluţie eficientă pentru evitarea problemelor legate de infrastructura necesară hidrogenului este producerea acestuia „in situ”, pe autovehicul, cu ajutorul reformerelor. Soluţia are inconvenientul preţului, gabaritelor şi greutăţii mari dar rezolvă problema cea mai costisitoare a infrastructurii.

Sub numele de “reformer” este asimilat un generator de hidrogen, folosind apa şi metanolul sau hidrocarburi ca şi combustibil, care produce pe cale chimicã hidrogen. El poate fi montat pe HEV ca furnizor de hidrogen pentru celula de combustie.

Producerea hidrogenului, chiar pe HEV, este avantajoasã deoarece exclude transportul şi infrastructura necesarã pentru alimentarea HEV cu hidrogen. Alimentarea cu metanol şi apã nu este complicatã mai ales cã cele douã componente pot fi livrate gata amestecate. În aceste condiţii reformerul poate fi considerat un mod chimic de a stoca hidrogenul.

Reacţia are loc în doi paşi, întâi se descompune metanolul (reacţie endotermicã) şi apoi se obţine hidrogenul (reacţie exotermă). Catalizatorul este realizat din Cu-Zn. Temperatura de lucru este de cca. 180-250 C. Cantitatea de căldură necesară este obţinută de la un arzător. În urma reacţiilor rezultã un amestec de 75% hidrogen şi 25% bioxid de carbon. Mai rezultã cantităţi mici de CO, H2O şi CH3OH, care vor fi filtrate.

52

Page 53: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Aceste generatoare pot fi reciclate aproape în totalitate şi nu pun probleme pentru mediu eliminând în atmosferã doar apã. Mãsurile de protecţie trebuie sã fie foarte stricte deoarece se produce hidrogen care este foarte combustibil. Masurile de siguranţã sunt similare cu cele de la sistemele de propulsie spaţiale.Generatoarele de hidrogen sunt încă în faza de cercetări şi va fi nevoie de timp pentru modernizarea lor. Viaţa unui astfel de generator permite cca. 5000 ore de funcţionare.

Indiferent de metoda de producere a hidrogenului costurile pentru a schimba infrastructura actuală pe hidrogen sunt foarte mari. Hidrogenul are foarte multe costuri ascunse. Paradoxal, petrolul conţine cea mai concentrată formă de hidrogen disponibilă pentru consum, conţine mai mult hidrogen în acelaşi volum decât hidrogenul în stare pură, deoarece structura atomilor la hidrocarburi foloseşte mai puţin spaţiu.Hidrogenul are un coeficient caloric mai mic decât benzina (un litru de petrol are 30,400 Btu iar un litru de hidrogen lichid are doar 8.000 Btu). Rezultă că este necesară o cantitate de hidrogen lichid de 4 ori mai mare (comparat cu petrolul) pentru a parcurge aceiaşi distanţă cu acelaşi tip de motor. Această valoare mică a coeficientului caloric duce la o creştere în volum a întregului sistem de producere, distribuţie, transport, depozitare.Un kilogram de hidrogen depozitat într-un rezervor sub presiune la 150 atmosfere ocupă 91 de litri (1.6 MJ/litru) iar hidrogenul lichid are 14 litri/kg (10 MJ/litru). Deci dificultatea majoră în cazul hidrogenului, chiar comprimat şi lichefiat, este volumul.Hidrogenul lichid se evaporă la -253°C, deci va trebui stocat într-un rezervor criogenic. Hidrogenul lichid nu rezistă mai mult de 2 zile indiferent de materialul din care este realizat rezervorul, el se elimină prin pereţii vasului cu o rată de minim 3% pe zi. Acest lucru nu permite parcarea în garaj a autovehiculului, cu rezervorul plin, mai multe zile la rând decât dacă este prevăzut cu o instalaţie specială de ventilare. Teoretic trebuie cam 14.2 MJ/kgLH2 pentru răcirea hidrogenului de la 25°C la -253°C. Practic s-a ajuns la o cifră de 30.3 MJ/kgLH2 în condiţii industriale. Pentru a produce, comprima, lichefia şi transporta hidrogenul în scopul utilizării ca şi combustibil este necesară multă energie. Un kilogram de hidrogen conţine aproximativ aceeaşi energie ca un galon de benzină care costă 1,5 $. Se promite că până în 2015 preţul unui kilogram de hidrogen indiferent de tehnologia de obţinere şi fără taxe să fie de 2-3 $. Preţul hidrogenului produs industrial este în prezent de 150-200$/1000 m3.

Sistemele actuale de conducte pentru transportul gazului natural este gândit pentru o densitate de 10 ori mai mare ca a hidrogenului. Gazul natural se bucură de asemenea de o valoare mai mare a energiei conţinute în acelaşi volum. Ca să transporţi hidrogenul pe căi obişnuite e aproape imposibil. Infrastructura actuală de ţevi de gaz natural nu a fost concepută pentru un gaz de 10 ori mai uşor iar materialele ţevilor nu ar putea rezista. Pentru a transporta pe şosea aceiaşi cantitate de energie pe care o transportă actualmente o autocisternă obişnuită cu hidrocarburi, este nevoie de minim 15 autovehicule identice dacă e vorba de hidrogen, iar autocisterna va consuma 34% din cantitatea transportată la fiecare 500 Km în loc de 2 - 4% ca în cazul hidrocarburilor. Aceste inconveniente duc la unica soluţie economică: hidrogenul trebuie produs chiar acolo unde va fi consumat.Energia solară (100%) folosită pentru producerea energiei electrice pe bază de celule fotovoltaice are un randament de 20%, cu energia electrică obţinută se produce H2 prin electroliză cu un randament de 75%. Se stochează hidrogenul cu un randament de 80%. Randamentul total până acum este de 12%. Dacă hidrogenul mai trebuie şi transportat pe şosea randamentul este de 30% la suta de kilometri iar randamentul total scade în funcţie de distanţă. Se poate transporta hidrogenul şi prin conducte cu un randament de 90%/1000 km. Toate aceste calcule ne duc la concluzia că energia regenerabilă ajunge la rezervorul autovehiculului cu un randament de circa 3-7%. Hidrogenul poate fi utilizat în transport ca şi combustibil pentru motoare termice sau folosit în celulele de combustie. Celule de combustibil (Fuel Cells) sunt cercetate de peste 30 de ani. Preţul în anul 2004 era de 25.000 de Euro / KW. Un motor de motoretă de 2KW alimentat cu celule de combustie costă circa

53

Page 54: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

50.000 Euro.  Preţul este ridicat deoarece se foloseşte un catalizator de platină (circa 100 de grame de platină pentru fiecare celulă). Se speră ca această cantitate să scadă. Adversarii celulelor de combustie au calculat că generalizarea celulelor de combustie este imposibilă deoarece nu există pe planetă atâta platină câtă este necesară. Ele costă foarte mult.Firma Ballard Power Systems este una din firmele americane de vârf în domeniu, care a pus la punct celulele de combustie, dar încă nu are un produs pentru piaţă. Celulele de combustie pot fi folosite şi în sisteme de stocare şi reutilizare a energiei electrice în situaţii de vârf de cerere a energiei electrice: energia electrică este folosită la producerea de hidrogen care poate fi stocat pentru perioade scurte şi apoi cu ajutorul celulelor de combustie se revine la energie electrică în orele de vârf.O altă mare problemă a hidrogenului este securitatea. Hidrogenul este mai periculos ca alţi combustibili şi presupune măsuri de precauţie mai costisitoare. Rezervoarele sunt speciale, se prevăd senzori în diverse compartimente care să oprească vehiculul la scurgeri de hidrogen şi ventilatoare pentru exhaustarea. Scepticii spun că autovehiculele având un rezervor de hidrogen transportă o bombă. Rezervoarele pot fi sub presiune sau criogenice. Unele firme au rezolvat problema dar la o globalizare a utilizării hidrogenului este imposibil să nu apară şi accidente în care rezervoarele să fie afectate şi să explodeze. Alte firme de autovehicule (Daimler/Chrysler) nu consideră hidrogenul ca o alternativă viabilă pentru motoarele cu combustie internă sau cu celule de combustibil. Ultimele cercetări conclud că celula de combustie nu este o soluţie definitivă. Chiar şi prin cercetarea agresivă permisă de fondurile alocate de administraţia Bush pentru o celula de combustie nu a depăşit performanţele automobilului hibrid cu motor diesel privind producerea gazelor de seră (Laboratory for Energy and the Environment -LFEE). Dacă ţinem cont şi de lipsa infrastructurii pentru hidrogen se pare că pentru automobile soluţia hibridă este actualmente optimă.Deasemenea motoarele cu combustie internă alimentate cu hidrogen prezintă multe avantaje, printre care: randament mare, rezistenţă la diferitele condiţii climatice şi emisii de gaze poluante apropiate de zero. Aceste motoare pot fi hibridizate pentru o performanţă şi mai bună.Scepticii spun că hidrogenul este exclus ca soluţie datorită costurilor de producţie, ineficienţei energetice, lipsei infrastructurii, dificultăţilor de stocare, etc.

20.Senzori Hall

Efectul Hall Efectul Hall a fost observat de doctorul E.H.Hall. Este un principiu simplu arătat în

figura 2.36. Dacă printr-un anume tip de cristal circulă un curent în câmpul magnetic transversal, atunci o tensiune va fi produsă la unghiurile curentului produs. Mărimea tensiunii este proporţională cu curentul produs şi câmpul magnetic.

54

Page 55: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Figura 2.37 arată o parte din distribuitorul Bosch; principiul acestuia este de a schimba câmpul magnetic (închis/deschis) folosind un chopper. Ieşirea acestui senzor este aproape pătratică cu amplitudine constantă. Efectul Hall, mai poate fi folosit la detectarea curentului printr-un cablu. Câmpul magnetic produs în jurul cablului fiind proporţional cu curentul ce trece prin cablu.

Senzorii cu efect Hall, produc direct, o amplitudine constantă de undă dreptunghiulară în măsurarea vitezei şi variază tensiunea C pentru diferite poziţii sau curenţi.

Senzor magnetic bazat pe efectul Hall.Acest senzor pasiv este des utilizat într-un distribuitor de aprindere ca o alternativă la

punctele de contact ale sistemului Kettering utilizat în prezent la delcou. Pentru a funcţiona are nevoie să i se furnizeze un curent şi această caracteristică îi dă posibilitatea să detecteze lipsa mişcării. Pentru acest motiv este folosit pentru multe alte aplicaţii de detectare a poziţiei şi vitezei.

Generatorul Hall, cum este denumit, utilizează principiul generãrii unei tensiuni de cãtre o placută care este străbătută de un curent electric atunci când placută este expusă unui flux magnetic.

Efectul Hall este prezentat în fig.15a. Aceesta este realizat pe o placuţã subţire dintr-un material semiconductor plasată într-un camp magnetic şi alimentată cu un curent constant I de la A la B. Sub influenţa fluxului magnetic, “fluxul” de electroni al curentului I este deviat deoarece trece prin semiconductor; aceasta determină o diferentă de potenţial în lungul plăcii în direcţia CD. Această diferentă de potenţial este numită tensiune Hall.

55

Page 56: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Fig. 15

Variaţia inducţiei magnetice modifică tensiunea Hall; cu cât campul este mai intens, cu atât mai mare este tensiunea de ieşire.

Desi tensiunea Hall este limitată la caţiva milivolţi, încorporarea placuţei semiconductoare într-un circuit integrat care are şi un amplificator face posibilă obţinerea unui semnal de ieşire relativ puternic.

O altã metodă este folosirea unei palete rotative care acţioneazã ca un obturator pentru fluxul magnetic(fig. 16b). Când paleta este în întrefierul dintre magnet şi sonda Hall, campul magnetic este blocat spre plăcuţa semiconductoare. Aceasta anulează tensiunea Hall şi semnalizează poziţia arborelui care controlează paleta.

Când este folosit ca senzor de comandã la aprindere, aprinderea are loc când sonda Hall este activatã, adică la punctul unde paleta părăseşte întrefierul şi tensiunea Hall este restabilită.

56

Page 57: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

21.Sistemul de alimenare al unui autovehicul

Scopul sistemului de alimentare cu combustibil este de a furniza injectorul cu combustibil adecvat la o presiune suficienta pentru a permite injectorului de a da o buna atomizare.

Aranjamentul aratat include urmatoarele parti:Pompa. Aceasta este in mod normal o pompa de tip rotativ actionata de un motor electric cu magneti permanenti fig 11.13. Rotatia pompei deplaseaza rolele spre iesire si acopera spatiile dintre rotor si capsula. Pe masura ce combustibilul este deplasat odata cu rotorul combinatia dintre miscarea rotorului si scaderea volumului produce o crestere de presiune. Combustibilul de la pompa trece prin motorul electric; acest lucru realizează si răcirea. Deşi sunt generate scântei în motor combustibilul nu se aprinde din cauza lipsei oxigenului.Pompa este proiectata sa ofere mai mult combustibil decât este necesar; excesul de combustibil este recirculat in rezervor. Această trăsătură reduce riscul problemelor de înecare cu vapori.

57

Page 58: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Doua supape cu bila sunt montate in pompa. Una cu un singur sens la ieşire din pompa si o supapa de suprapresiune pentru limitarea presiunii maxime. Pompa este controlata de E.C.U. prin releul pompei de alimentare. Alimentarea pompei este realizata printr-un rezistor care scade tensiunea la 7V. Acest rezistor este scurtcircuitat atunci cand motorul este pornit pentru a compensa scaderea tensiunii. La pornirea aprinderii motorul pompei functioneaza pentru un timp scurt la presiune maxima pentru a pune sub presiune circuitul in intregime. După această perioadă iniţială pompa este alimentată normal cu tensiune normala de 7V.Din motive de siguranţă un comutator inerţial este introdus pe linia de alimentare a releului pompei de benzina. Acest intreruptor se deschide daca este zdruncinat astfel incat in eventualitatea unei coleziuni pompa inceteaza sa functioneze. Intrerupatorul poate fi resetat.

Regulator de presiune pentru combustibil.

Acesta controlează presiunea necesara sistemului si o menţine o diferenţă de presiune constanta (2,5 bari) mai mare decât presiunea din galeria de admisie când este deschisa clapeta de acceleraţie. Este realizat dintr-o membrana presata de un arc si o supapa cu bila vezi fig 11.14.

Depresiunea in galeria de admisie depinde de deschiderea clapetei de acceleraţie de exemplu încărcarea motorului, deci când deschiderea este mica depresiunea înaltă antrenează mai mult combustibil din injector. Pentru a compensa aceasta presiunea sistemului de alimentare este coborâtă când depresiunea in galeria de admisie este ridicata. Acest lucru este obţinut prin conectarea unei părţi a regulatorului la galeria de admisie. Atât timp cat motorul funcţionează in sarcina uşoară valva regulatorului este uşor deschisa si presiunea este redusa.

Injectorul Rolul unui injector este de a asigura in jet fin atomizat in galeria de admisie. In plus injectorul trebuie sa varieze cantitatea de combustibil potrivita condiţiilor de funcţionare al motorului; acest lucru este obţinut modificând timpul in care injectorul este deschis.Jetul cerut de tip conic este obţinut prin pomparea combustibilului printr-o duza de tip axiala.Curgerea combustibilului are loc când injectorul este deschis de către bobina acestuia.Mişcarea valvei este limitat la circa 0.15mm si perioada cat timp valva este deschisa variază de la 1.5-10ms.Variaţia timpului de deschidere determina cantitatea de combustibil furnizata fiecărui cilindru pe ciclu. Timpul de deschidere depinde in principal de rata de curgere a aerului si de turaţia motorului, dar intr-un procent si de temperatura motorului si temperatura combustibilului. Toate injectoarele sunt conectate electric in paralel deci pentru motoare cu 4 si 6 cilindri toate se deschid si se inchid in acelasi timp. Când motorul este cald deschiderea are loc in mod normal odată pentru fiecare rotaţie a motorului.Când motorul este pornit la rece o cantitate in plus de benzina trebuie injectata; acest lucru este obţinut prin creşterea frecventei injecţiei. Deschiderea injectorului se obţine folosind o bobina cu rezistenta de circa 16 ohmi. Acesta bobina comprima un arc de întoarcere care este montat sa tina duza pe scaunul ei când injectorul este închis.

58

Page 59: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Controlul electronic. Sistemul de control al unei injecţii de combustibil trebuie setat pentru ca o cantitate corecta de combustibil sa fie injectata la timpul corect. Pentru a obţine aceste cerinţe cantitatea aerului ce intra in sistem împreună cu poziţia arborelui cotit trebuie precizata cu precizie. Cantitatea de aer ce intra in motor dictează cantitatea de combustibil necesar, iar poziţia arborelui cotit sesizata prin impulsurile de pe bobina de inducţie semnalează când injectoarele trebuie să deschidă.In ultimii ani sau facut imbunatatiri in ECU tehnologia a facut posibila ECU-urilor cu procesor sa satisfaca cu acuratete cerintele motorului. Aceasta inseamna ca performantele in operare a sistemelor moderne depinde in mare masura de calitatea perifericelor si anume de acuratetea si eficienta varietatii de senzori si actuatoare, in special primii. Normal ECU consista dintr-un număr de circuite integrate si multe module hibride conţinând diferite semiconductoare montate pe unul sau mai multe circuite imprimate. Semnalele de intrare si ieşire sunt comunicate prin fire conectate la ECU printr-un conector cu mai mulţi pini.Unitatea computerizata ECU interpretează datele primite de la senzor şi după calcularea duratei timpului de injecţie trimite acest mesaj împreună cu timpul de deschidere injectoarelor.Multe tipuri de sisteme de injecţie de combustibil lucrează cu un sistem de calculare de tip analogic folosind semnale electrice care sunt variabile deci capacitatea de memorie a acestor sisteme este limitata. In consecinţă se potriveşte numai pentru motoarele cu cerinţe de alimentare relativ simple.

Controlul digital. Proiecte mai noi folosesc unităţi de control digitale. Aceasta permite stocarea nevoilor de combustibil destul de complexe intr-un cip de silicon miniaturizat. Un sistem foloseşte un cip pătrat de 5mm conţinând circa 5000 de tranzistoare in componenta acestui circuit de control.

59

Page 60: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Aceste unităţi digitale funcţionează simţind prezenta sau absenta unui impuls de tensiune deci este obţinută o stabilitate mai mare cu deriva mai mica in special când apare o schimbare de temperatura.Majoritatea ECU-urilor digitale înmagazinează necesităţile de alimentare intr-o memorie digitala fotografica reprezentata de o harta tridimensionala. Aceasta da lungimea pulsului standard de injecţie pentru 16 turaţii ale motorului diferite si 8 încărcări diferite ale motorului. Odată ce pulsul standard a fost determinat este apoi modificat este apoi modificat sa tina cont de condiţiile care exista la acel moment si anume temperatura aerului si a agentului de răcire. Corecţii trebuie de-asemenea făcute pentru tensiunea bateriei pentru ca acţiunea injectorului depinde de tensiunea aplicata lui.

60

Page 61: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

22.Servomototoare rotative

Motorul conveţional de c.c., folosit iniţial pentru stergatoarele de parbriz, este încă cel mai utilizat tip pentru a acţiona sistemele autovehiculuilui: stergãtoare şi spălătoare de parbriz, pompe de benzină, ferestre, scaune şi antena radio.

Deoarece viteza motorului de c.c. şi forţa de acţionare trebuie adaptate aplicaţiei este necesarã prezenţa unui reductor cu roţi dinţate. Costul şi greutatea acestuia sunt împortante, şi se foloseşte un material plastic deşi angremajul de plastic este mai slab decat unul de metal. O altã problemã este frecarea mai ales acolo unde mişcarea de rotaţie trebuie schimbatã în mişcare alternativă rectilinie cu ajutorul unei cremaliere flexibile.

Motor pas-cu-pas

Introducerea unitaţilor electronice digitale în sistemele de control ale automobilelor a fost însoţita de folosirea unor Servomototoare speciale numite motoare pas-cu-pas; acestea raspund la împulsurii electrice. Motorul este utilizat pentru a deplasa o unitate mecanica de control în acord cu mesajele pe care le primeste de la “creierul”electronic.

Figura 29 prezintă un sistem de control bazat pe trei elemente principale.

Fig. 29

Servomototorul este elementul final. Pentru un control precis, sistemul necesită un motor care se roteşte cu unghiuri setate, în ambele direcţii.Tipul motorului utilizat determina cel mai mic pas unghiular cu care poate să se mişte;unghiuri tipice sunt:1.8,2.5,3.75,7.5,15si 30. Motoarele pas-cu-pas sunt fabricate în trei versiuni:

-Cu magneţi permanenţi;

-Cu reluctanţă variabilă;

-Hibrid;

Motorul pas cu pas cu magnet permanent.

61

Page 62: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Principiul acestui tip este prezentat în fig. 29. În acest caz rotorul activ este un magnet bipolar. Statorul are două perechi de înfăşurări independente AA1 si BB1, prin care curentul poate trece în oricare direcţie pentru a face rotorul să se rotească cu paşi de 90.

Când curentul trece prin bobina BB1, legile magnetice ale atracţiei şi repulsiei aliniază rotorul cu polii activi ai statorului (fig.29b).

O rotaţie completă este obţinută aplicând motorului 4 impulsuri de polaritate potrivită. Direcţia de rotaţie depinde de polaritatea statorului în timpul primului împuls, deci dacă direcţia curentului în fig. 29b este inversată, rotorul se va învârti în sensul acelor de ceasornic.

Modificând frecvenţa împulsurilor aplicate statorului se modifică viteza de rotaţie; de asemenea controlând numărul de împulsuri, poate fi obţinută o anumită deplasare unghiulară.

Crescând numărul polilor rotorului şi statorului, unghiul de pas poate fi redus. Acesta se poate calcula împãrţind 360 la numărul de paşi

Fiecare înfăşurare are două direcţii posibile de trecere a curentului, deci numărul de pasi va fi întodeauna un numar par.

Motoarele cu magnet permanent sunt în general disponibile cu pasi unghiulari de baza între 7.5 şi 120.

Un avantaj al acestui tip de motor este ca magnetul menţine rotorul pe loc când statorul nu este alimentat:acesta se cheama moment de detenta şi nu toate motoarele pas cu pas au aceasta caracteristica. Dezavantaje sunt inerţia mare şi scaderea performantei provocate de schimbarile în înducţia magnetica.

Motor pas cu pas cu reluctanţa variabila.Acest motor are un rotor din fier moale cu dinţi radiali şi un stator bobinat având mai

mulţi poli decât rotorul. Figura 30 prezintă o schema simplificată a unui motor având pasul de de 15.

Fig. 30

Acesta are 8 dinţi şi 12 poli în stator în jurul cărora curentul trece numai într-o singura direcţie.

Numărul de pas (N) se calculează cu relaţia:

unde: S este numrul de crestături în stator şi R numărul de crestături în rotorÎn acest caz

Deci: pasul unghiular este egal cu 360/24=15Figura 40b prezintă aranjarea înfăşurării pentru faza 1 şi fig. 40c arată modul în care

sunt conectate celelalte faze.

62

Page 63: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

Când curentul trece printr-o fază, rotorul se aliniază pentru a oferi traseul magnetic, cel mai scurt, adică calea minimei reluctanţe. În fiecare poziţie, rotorul se aliniază cu 4 poli statorici dând motorului o putere mai mare.

O mişcare unghiulară de un pas de la poziţia aratată în fig. 40a este obţinută alimentând una din fazele 2 sau 3 funcţie de direcţia cerută. Pentru o mişcare în sensul acelor de ceasornic vor fi alimentate în ordine fazele: 3,2,1,3,2,1. Unghiul de rotaţie al motorului dat de cele 6 împulsuri de curent este de 90 şi timpul pentru mişcarea totală este dat de timpul folosit de circuitul de control ca să alimenteze înfăşurările suficient pentru a mişca rotorul la pasul următor.

Acest tip de motor poate avea un pas unghiular între 18si 15.Are un răspuns rapid din cauza inerţiei scăzute şi are o viteză mare de păşire.Deoarece nu are moment de detentă are tendinta să oscileze şi să rezoneze dacă nu este frânat din exterior.

Motorul pas cu pas hibrid.După cum sugerează şi numele, acest tip de motor este o combinaţie între tipul cu magnet permanent şi cel cu reluctanţă variabilă. Figura 31. arată că la acest tip rotorul este construit ca cel utilizat la alternator.

Fig. 31

Un magnet permanent cu poli coaxiali cu arborele, este facut sandwich între două gheare de Fe a cãror dinţi formeaza două seturi de poli.

Statorul are 8 poli principali care sunt crestaţi pentru a forma dinţi mici pe suprafaţa alăturată rotorului.

Funcţionarea este similară cu a motorului cu magneţi permanenţi. Rotorul se aliniază singur în aşa fel ca reluctanţa magnetică sã fie minimã.

Acest tip de motor are unghiuri de pas de 0,9, un cuplu de rotaţie mare şi abilitatea de a funcţiona la viteze mari. Dezavantajele sunt: inerţia mare a rotorului şi riscul rezonanţei la anumite viteze.

Comanda motoarelor pas cu pasToate aceste trei tipuri de motoare sunt comandate cu semnale digitate. Sensul

curentului prin înfăşurarea statorică determină direcţia de mişcare şi viteza la care sunt furnizate împulsurile care regleazã viteza de mişcare a rotorului.

63

Page 64: Echipamentul Electric Al Autovehiculului

La tipul cu magnet permanent este de notat că impulsurile nu se suprapun şi de aceea viteza este funcţie de frecvenţa împulsurilor.

Intrarea circuitului de comandă, de obicei de la o sursa de semnal logic, are o putere scazută deci aceasta trebuie amplificată la o putere relativ ridicată pentru a putea acţiona motorul.

BIBLIOGRAFIE

Prezentul material este preluat, tradus şi/sau prelucrat, pentru uzul studenţilor, din următoarele cărţi:

1. V.A.W.Hillier, Fundamentals of Automotive electronics, Stanley Thornes (Publishers)LTD, 1993

2. Arnold, Automotive Electronics, 19953. Iulian, L. I. “Automobilul electric”, Lux Libris, Braşov, 2003.4. Maggetto, G., Van den Bosche, P. “Electrische en Hibride Voertuigen”, VUB

Brussels, 1994.1. N. Mohan, Electric drives: An integrative approach, , ISBN 0-9715292-1-3

64