9 Budućnost elektronskih sistema u automobilu

Transcript

1

2 O predmetu Izborni predmet Profesor : Prof. dr Branislav Petrović Asistent: dipl. ing. Goran Nikolic

3 Elektronika u automobilu 1 Uvod u automobilsku tehniku 2 Sistemski pristup kontroli i instrumentaciji u automobilu 3 Osnove elektronske kontrole rada motora 4 Senzori i aktuatori 5 Digitalna kontrola rada motora 6 Kontrola kretanja vozila 7 Instrumentacija i telemetrija u automobilu 8 Dijagnostika 9 Budućnost elektronskih sistema u automobilu

4 Uvod u automobilsku tehniku Automobil kao kućni aparat godine bilo oko 600 miliona automobila Prodaja novih novih vozila u premašila 70 miliona

5 Broj vozila na 1000 stanovnika

6 Organisation Internationale des Constructeurs d Automobiles (OICA)

7 Istorijat razvoja Nicolas-Joseph Cugnot prvo mehaničko vozilo koje je moglo da se samo kreće (tri točka, adaptacija zapr.v). (Ferdinand Verbiest vozilo na parni pogon, igračka) Vozilo sa pogonom na pedale Ivan Kulibin Usavršavanje vozila kraj 19. veka - Gottlieb Daimler, Wilhelm Maybach, Siegfried Marcus i Karl Benz.

8 Karl Benz, Mannheim, Nemačka, godine. Automobil sa sopstvenim četvorotaktnim benzinskim motorom Prva prodaja automobila godine Do kraja 19. veka Benz&Cie postao najveća automobilska kompanija 572 prodata vozila u godini

9 1890. Daimler Motoren Gesellschaft (DMG) u Cannstatt-u, Nemačka. Pod imenom Daimler prodaju svoj prvi automobil Nakon smrti Daimler-a, Maybach projektuje motor pod imenom Daimler-Mercedes, (specijalne namene - sportske trke) Kooperaciju između DMG i Benz&Cie (važila je sve do 2000.) Daimler-Benz kada, vatreno krštenja automobila u Mercedes Benz Francuska, Emile Levassor i Armand Peugeot, Daimler motori George Selden, Amerika, patent za ovaj automobil istekao jer vozilo nije provereno u praksi (zahtev za patent) Selden dobija patent za dvotaktni motor Osporen Seldenov patent - Henry Ford.

10 1902. Ransom Olds fabrika oldsmobila - prva linija za masovnu proizvodnju komercijalnih automobila Henry Ford - unapredjenje proizvodnje, proizvodnja sedam puta brža, intervali od samo petnaest minuta. Fordizam. Pojave velikog broja malih firmi za proizvodnju automobilskih delova. Proivođači električnog paljenja i elektro-pokretača (Charles Kettering), nezavisnog sistema vešanja, kočnica masovna proizvodnja za potrebe tržišta. Ideje o većem broju tipova automobila koje proizvodi jedna firma. Chevrolet i Pontiac od dele krov, vrata, haubu i prozore; skoro u svim automobilima se koriste kooperativni pogonski delovi i šasije, zajedno sa kočnicama, amortizerima, i drugim delovima. Visoki troško i opstanak samo naj ećih kompanija Visoki troškovi, opstanak samo najvećih kompanija. Od 200 proizvođača u Americi u godini, samo 43 opstalo Nakon velike krize broj se sveo na samo 17.

11 Drgi Svetski Rat -prekretnica i u razvoju automobila. Projektovanje automobila Amerika - motor sa visokom kompresijom, V8. Japan kao proizvođač automobila ali Amerika ostaje dominantna u oblasti proizvodnje automobila. U oblasti tehologije - nezavisno vešanje, ubrizgavanje goriva, sigurnost. Wankel motor,,gasna turbina i turbocharger. Moderno doba - poslednjih 25 godina. Tri značajne oblasti: standardizacija, zajedničke platforme, i projektovanje pomoću računara. Unapređenja đ ostvarena u: pogonu na prednje točkove, pogonu na svim točkovima, ubrizgavanju goriva, povećanju efikasnosti goriva.

12 Savremeni automobil Prilagođen korisniku user friendly. Upoređenje: Automobil PC Veličina - bar šest kutija. Instalacija točkova, sedišta i programa u el. sisteme. Dokumentacija nejasna. Kvarovi na svakih 100 km. Evolucija automobilske elektronike U početku spori prodor elektronike zbog malih dobitaka. Prva pojava kasnih 50-tih i ranih 60-tih, nije dobro prihv. Novi zakoni o emisiji izduvnih gasova. Razvoj digitalne elektronike

13 Značajni datumi u kontroli emisije Rane 1950-e, Kalifornija. Prvi put izduvni gasovi okrivljeni za zagađenje Tipično zagađenje: HC 13 g/mile NOx 3.6 g/mile CO 87 g/mile Kalifornija. Minimalni zahtevi za kontrolom emisije HC 0.25 g/mile NOx 0.4 g/mile CO 3.4 g/mile

14 Tehnička evolucija 80-tih godina Prva naftna kriza - ideja o uštedi goriva Upozorenje o oštećenju ozonskog omotača (Paul Crutzen, Maria Molina Nobelova nag ) Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača Međudržavni panel o klimatskim promenama Pojašnjenje efekta staklene bašte, ekonomski i ekološki uticaj kao i predlog preventivnih ih mera Konferencija UN za okruženje i razvoj Urgentni poziv za očuvanje zaštitu i obnovu zdravlja i integriteta Zemljinog ekosistema Kyoto konferencija o klimatskim promenama Kyoto konferencija o klimatskim promenama Dogovor o smanjenju gasova koji izazivaju efekat staklene bašte

15

16 Evropski standardi za kontrolu emisije (g/km)

17 Oblasti razvoja savremenih automobila 1. Pogon & Sigurnost 2. Komfor & Kontrola vožnje 3. Pomoć vozaču 4. Informacije & Komunikacije

18 Pogon & Sigurnost Uprvljanje motorom Electronska kontrola vešanja Drive by Wire Sistem za kočenje Upravljač (Power Steering) Vazdušni jastuk Menjač

19 Komfor & Kontrola vožnje Instrument tabla Svetlo / Sedišta Clima Prepoznavanje glasa Bežični ključ Alarmni Sistemi Brisač / upravljanje prozorom

20 Pomoć vozaču Noćna vožnja Upozorenje pri napuštanju trake Adaptivna kontrola vožnje Upozorenje na sudar Parkiranje / Kretanje u nazad Nadzor pritiska u gumama Pomoćni displeji

21 Informacije & Komunikacije Telemetrija Navigacija / GPS Multimedijalni l i uređajiđ Audio sistemi Zabava na zadnjim sedištima Konzole za igru

22 Fizička struktura automobila 1. Motor 2. Pogon (transmisija, diferencijal, osovine) 3. Amortizeri 4. Upravljanje 5. Kočniceč 6. Instrumentacija 7. Elektrika/elektronika 8. Kontrola vožnje 9. Sigurnost 10. Udobnost 11. Zabava, komunikacija/navigacija

23

24

25

26

27

28 Kategorizacija po broju vrata, broju i rasporedu sedišta i strukturi krova

29

30 Motor Obezbeđuje snagu za: Kretanje automobila, ob a, za hidraulične sisteme, pneumatske sisteme, za električne sisteme. Najčešće korišćena klasa motora: Sa unutrašnjim sagorevanjem Sa klipovima, 4-taktni Naftni derivati kao gorivo Paljenje varnicom Hlađenje tečnošću

31 Motori sa unutrašnjim sagorevanjem Italijani Barsanti i Matleucci. Stacionarni motor na ugljeni gas Nikolas Otto motor na ugljeno ulje. Efikasnost poboljšana 75% Daimler prvi benzinski motor. Brzina motora 900 obr/min (4x brži od Otto-vog) Benz akumulator, paljenje sa svećicama Edvard Butler projektovao karburator Rudolf Diesel Svi motori jednocilindarski sa velikim zamajcem

32 Položaj motora i pogon

33 Motor

34 Delovi motora Blok motora Cilindri Kolenasto vratilo Klip Klipnjača Bregasta osovina Ventili Dotok goriva Paljenje Izduvavanje Hlađenje Električni sistem

35 Blok motora Cilindri Kolenasto vratilo Klip Klipnjača Bregasta osovina Ventili Dotok goriva Paljenje Izduvavanje Hlađenje Električni sistem

36

37 Tipovi motora

38

39

40

41 Cilindar i klip Glava cilindra Telo cilindra Usisni i izduvni ventili. Rad ventila bregasta osovina Opruge za zatvaranje ventila. Varijante motora sa bregastom osovinom iznad glave cilindra.

42 Glava cilindra

43 Klipovi i radilica

44 Klipovi Četvorotaktni dvotaktni

45 Mehanizmi za otvaranje ventila Mehanizmi sa oprugom Spring return valve

46 Tapet ventil Desmodromic ventil Motori Ducati

47 Presek mehanizma za otvaranje ventila

48 4-takni ciklus Dva obrtaja radilice 1. Usisavanje / Intake 2. Kompresija / Compression 3. Sagorevanje / Combustion 4. Izduvavanje / Exhoust Gornji mrtvi centar Spoljašnja j mrtva tačka TDC-top dead center Donji mrtvi centar Unutrašnja mrtva tačka BDC-bottom dead center

49 Start Usisavanje Kompresija Paljenje Radni takt Izduvavanje

50 Četvorotaktni ciklus 1=TDC 2=BDC A: Usisavanje B: Kompresija C: Radni D: Izduvavanje

51 Impulsi snage 4-taktnog motora Masterconcept-CarEngineAndFourStrokeCycleEngine714.wmv

52 Ostali tipovi motora Dvotaktni Atkinson Wankel-Rotacioni Hemi Radijalni

53 Dvotaktni motori Kosilice, oprema za bašte Bicikli, mopedi Jet-ski vozila Nemaju ventile Radni takt u toku svakog obrtaja radilice Rade u bilo kom položaju power-to-weight ratio

54 Nedostaci: 1) Manja trajnost motora 2) potrošnja ulja 3) Veća potrošnja goriva 4) Veće zagađenje

55 Atkinson Posebna veza klipa i radilice

56 Wenkel (Rotacioni motor) Svaki takt u drugom delu kućišta Mazda RX-8 (RENESIS) Kućište epitrochoid ANIMACIJA Manje pokretnih delova Jedan smer kretanja Tiši, manje vibracija Brzina rotora, trećina

57 HEMI motori Sinonim za velike snažne motore Harry Westlake 6-cyl. za Jaguar Dodge 5.7 liter V hp p@ 5400 rpm Ford 5.4 liter V rpm GMC 6.0 liter V rpm GMC 8.1 liter V rpm Dodge 8.0 liter V rpm Ford 6.8 liter V hp p@ 4250 rpm

58 Efikasnost komore za sagorevanje - polusfera Manji gubitana dodirnim površinama Veći prostor za ventile Nema mogućnost ć ugradnje 4 ventila

59

60 Radijalni motori Velika snaga - B-17: 29.5 lit 1,200 hp Pogon propelera bez redukcije Klipovi u jednoj ravni, vazdušno hlađ. Harly Davidson motor

61 Dizel motori Razlika u načinu paljenja smeše (nema svećice) Kompresija benzinski motor 8:1 do 12:1 dizel motor 14:1 do 25:1 Proces ubrizbavanje goriva direktno u cilindar Glow plag za zagrevanje hladne komore Veća energetska gustina dizel goriva, više C atoma (C14H30 / C9H20 ) Animacija

62 Metode ubrizgavanja goriva

63

64

65 Turbopunjač Povećanje snage motora; Trkački automobili, dizel motori forced induction system kompresija vazduha koji motor uvlači Koristi izduvne gasova za pokretanje turbine pumpe za vazduh. Broj obrtaja turbine o/min 50% više vazduha 30% - 40% poboljšanja

66 Struktura turbopunjača

67 Kompresor kao centrifugalna pumpa Visok broj obrtaja - fluid bearing, obrtanje bez trenja Knocking efekt Inercija kompresora

68 Superpunjač - Supercharger Mehanički veza kompresora sa motorom preko kaiša ili lanca rpm potreba za hlađenjem: Komresija - Zagrevanje gasa Smanjenje gustine Tipovi: 1) Root 2) Twin-screw 3) Centrifugal

69 Root Philander and Francis Roots 1860 mašina za ventilaciju rudnika. j 1900, Gottleib Daimler kao supercharger u motoru automobila Velika sopstvena težina, štrče van haube, mala efikasnost

70 Twin-screw Skuplji za izradu, stvaraju veću buku

71 Najefikasniji Najviše u upotrebi Centrifugal

72 Superpunjač Turbopunjač Prednosti nedostaci kod superpunjača nema kašnjena veće modifikacije kod turbopunjača procedura isključenja kod turbopunjača superpunjač troši i do 20% snage motroa

73 Kontrola rada motora R l i j t ht i č Regulaisanje snage motora prema zahtevima vozača Pedala gasa (accelerator pedal) - Položaj leptira (throttle plate) Proporcionalna količina goriva karburator, ubrizgavanje

74 Kontrola rada motora Regulaisanje snage motora prema zahtevima vozača Regulaisanje snage motora prema zahtevima vozača Pedala gasa (accelerator pedal) - Položaj leptira (throttle plate) Proporcionalna količina goriva karburator, ubrizgavanje

75 Princip generisanja varnice

76 Princip generisanja varnice

77 Sistem za paljenje generisanje varnice Iniciranje sagorevanja Trajanje varnice - 1 ms Visoki napon kv Razmak: mm veliki slaba varnica mali pre vremena Temperaturni opseg Temperaturni opseg hot za male motore cold za veće snage

78

79

80

81 Razvodnik paljenja - distributor

82 Struja kroz primarni namotaj

83

84 Prednosti elektronskog u odnosu na klasično paljenje 1. Smanjena potrošnja - potpunije sagorevanje benzina. 2. Povećana snaga motora. 3. Povećana elastičnost motora - vožnja u višem stepenu prenosa. 4. Bolje ubrzanje. 5. Pravilniji i mirniji rad motora naročito pri velikom broju obrtaja. 6. Sigurnije paljenje u zimskim uslovima. 7. Kraće zagrevanje motora. 8. Duži vek trajanja platina. 9. Duže trajanje svećica. 10.Veća maksimalna brzina.

85 Tajming paljenja Otvaranje i zatvaranje kontakta - bregasti točkić na osovini razvodnika. Trenutak generisanja varnice u odnosu na TDC ugao paljenja. Promena ugla paljenja sa brzinom motora spark advance Zavisnost ugla paljenja od pritiska u komori za dotok goriva (manifold)

86

87 Pogonski sistem Motor Transmisija Pogonska osovina Diferencijal ee cja Pogonski točkovi

88 Transmisija prenos snage Ručni menjač potreba za spojnicom (lamela) Automatski menjač

89 proklizavanje Princip rada

90 Delovi spojnice

91 Princip rada

92 Frikciona spojnica (kvačilo)

93 a) Prenos snage b) Spojnica odvojena

94 Menjac Cilj: 1) Održavati broja obrtaja motora ispod maksimalnog 2) Održavati broj obrtaja o opsegu gde je najveća snaga Manualni ručni Automatski

95 Zupčanik Prenosni onos: rastojanje od centra zupčanika do tačke kontakta

96 Parabolični zupčanik (involute) Kompenzacija poceranja tačke kontakta Povećanje kontaktne površine sa okretanjem

97 Tipovi zupčanika Zvevdasti (mamuzni) zupčanici satovi, el. odvijači, veš mašine, ne koristi se u automobilima Buka

98 Hilikoidni Postepeno povećanje kontaktne površine Veće opterećenje pri uzubljavanju Mogućnost montaže pod pravim uglom

99 Konusni Za promenu pravca okretanja tipovi zubaca: pravi, spiralni i hipoidni

100 Pužni zupčanik Za velike redukcije brzine Za velike redukcije brzine Nemogućnost obrtanja prvog zupčanika od strane drugog

101 Zupčasta letva i pinjon zupčanici Konverzija obrtnog u linearno kretanje (upravljač)

102 Manuelni menjač brzine BRZIN A ODNOS PRENOS A BROJ OBRTAJA NA IZLAZNOJ OSOVINI IZ MENJAČA PRI BROJU OBRTAJA MOTORA OD 3000 obr/sec 1st 2.315:1 1,295 2nd 1.568:1 1,913 3rd 1.195:1 2,510 4th 1.000:1 3,000 5th 0.915:1 3,278

103 Jednostavni dvobrzinski prenos u neutralnom položaju Viljuška Prsten

104 Jednostavni dvobrzinski prenos u prvoj brzini

105 Petostepeni manualni prenos

106 Sinhronizacija

107 Trodimenzionalni prikaz četvorobrzinskog menjača

108 Automatski prenos Hidraulična spojnica Torque Converter

109 turbina stator pumpa (transmisioni fluid)

110 Pumpa centrifugalnog tipa Ulaz fluida u turbinu I promena smera Uloga statora sprečava sudar fluida Drastično uvećanje efikasnosti

111 Planetarni Menjač

112 Savremena Compaund struktura (kao dva planetarna menjača)

113 Kontinualno promenljiva transmisija CVT - Continuously Variable Transmission i Sa remenicom

114 Toroidalni

115 Hidrostatički

116 Prednosti CVT-a Ne postoje trzaji koji se javljaju prilikom promene brzina. Udobnija vožnja. Bolje iskoričćenje goriva - manja potrošnja. Eliminisani nedostaci snage koji se jave prilikom promene brzine Bolje i konstantno ubrzanje. Manje štetnih izduvnih gasova. Bolji pri čestim promenama brzine u odnosu na klasične menjače. Animacija

117 DIFERENCIJALI Tri funkcije: Usmeravanje energije motora na točkove; Konačna redukcija broja obrtaja; Prenos energije uz mogućnost da se okreću različitim brzinama.

118

119 Tipovi diferencijala OTVORENI DIFERENCIJAL

120 DIFERENCIJAL SA OGRANIČAVANJEM KLIZANjA CLUTCH TYP Najčešća verzija diferencijala sa ograničavajućim klizanjem Komplet opruga i spojnica

121 VISKOZNA SPOJNICA Nalazi primenu u vozilima sa pogonom na sva četiri točka Veza zadnjih točkova sa prednjim točkovima Animacije: Jednostavan 4x4 Hamer 4x4

122

123 Kočnice - Brakes Disipacija kinetičke energije vozila u toku zaustavljanja.

124 Prenos i umnožavanje sile kočenja Poluga Hidraulika Trenje - Frikcija

125 Prenos i umnožavanje sile kočenja Poluga Hidraulika Trenje - Frikcija Lula može biti bilo koje dužine i oblika Moguće račvanje

126 Prenos i umnožavanje sile kočenja Poluga Hidraulika Trenje - Frikcija Mera kojim se određuje koliko teško jedan predmet klizi po površini drugog Sile potrebna da se pomeri blok je proporcionalna težini tog bloka

127 Koeficijenat trenja Odnos sile potrebne da se neko telo pomeri i težine tela Koeficijenat statičkog trenja: Kada se dve površine dodiruju ali nema relativnog kretanja jedne u odnosu na drugu Koeficijenat dinamičkog trenja: Koeficijenat dinamičkog trenja: Kada se dve površine dodiruju i postoji relativno kretanje

128 Jednostavan sistem za kočenje Problemi: curenje ulja

129 Disk kočnice Kočione pločice Caliper sa klipom Rotor Otvori za hlađenje

130 Jednocilindrična disk kočnica sa pokretnim nosačem (caliper) - samopodešavanje i samocentriranje -pločice uvek u blagom kontaktu kt sa rotorom - otvor u nosaču za proveru debljine kočionog sloja pločica - indikacija istrošenosti pločica

131 Doboš kočnice Pritisak papučica na obrtnu površinu doboša Više delova i teže za servisiranje od disk kočnica Jeftinije za proizvodnju Lakša realizacija pomoćne kočnice Samoaktiviranje j Užljebljenje papučica u doboš wedging

132 Doboš kočnice Opruga za vraćanje poluge Automatsko podešavanje dužine poluge

133 Samopodešavanje

134 Pomoćna kočnica Nezavisno aktiviranje u odnosu na osnovni sistem.

135 Glavni kočioni cilindar

136 Glavni kočioni cilindar

137 Glavni kočioni cilindar Curenje u jednoj kočionoj liniji

138 Kombinovani ventil Ventil za umeravanje trenutka dejstva - metering valve Kod vozila sa disk i doboš kočnicama Aktiviranje doboš kočnica pre disk kočnica stabilnost Prekidač diferencijalnog pritiska Pressure Differential Switch Detekcija curenja Proporcionalni ventil Proportioning Valve Smanjenje hidrauličnog pritiska na doboš kočnice

139 Vakumski kočioni pojačavač Jednosmerni kontrolni ventil

140 Vakumski kočioni pojačavač

141 Animacija rada kočionog pojačavača

142 Anti-lock Brake System - ABS

143 Anti-lock Brake System - ABS Točak koji klizi ima manji koeficijenat trenja od točka koji ne klizi. Delovi: Senzori brzine na točku ili diferencijalu Pumpa vraća pritisak koji ventil oslobodi Ventili sa tri stanja otvoren blokiran otpuštanje Kontroler Pulsiranje na pedali kočnice do 15 puta u sekundi

144 Anti-lock Brake System - ABS Kontrolnih algoritama za ABS sistem Detekcija naglog usporenja Tipovi ABS sistema u odnosu na broj kanala (ventila) i broj senzora brzine. ABS sa 4 kanala i 4 senzora - po jedan senzor brzine na sva četiri točka i po jedan ventil na sva četiri točka ABS sa 3 kanala i 3 senzora - za pikap kamione sa ABS-om jedan ventil i jedan senzor brzine za oba zadnja točka ABS sa 1 kanalom i 1 senzorom - kod pikap kamiona sa ABS-om na zadnjim točkovima

145

146 Sistem za upravljanje vozilom Steering system Položaj sistema za upravljanje u automobilu

147 Sistem za upravljanje vozilom Steering system Zakošenje (inclination) Linije normalne na centar točka seku se u centru okretanja vozila

148 Rudolph Ackermann geometrija na kočijama

149 Geometrija poluga veće zakretanje unutrašnjeg točka

150 Mehanizmi za upravljanje Zupčasta č letva i zupčanik č (Rack k and pinion) i ) Konverzija kružnog kretanja upravljača u linearno Promena brzine u cilju lakšeg okretanja upravljača Odnos upravljača (steering ratio) Upravljači sa promenljivim im odnosom (u sredini i na krajevima)

151 Zupčasta letva i zupčanik sa pojačavačem Deo poluge ima klip u sredini Stvaranje pritiska sa jedne strane klipa

152 Recirkulirajuće kuglice (Recirculating ball) Kuglice: manje trenje i trošenje nema zazora pri promeni smera obrtanja

153 Pojačavač upravljanja (Power Steering) Pumpa Rotirajući ventil

154 Pumpa Pogon od motora preko kaiša Rotirajuća sa uvlačećim krilcima Ventil za oslobađanje

155 Rotirajući ventil Pomoć u obrtanju upravljača samo u toku zaktretanja istog Torziona rešetka uvijanje pri delovanju momenta

156 Princip rada rotirajućeg ventila

157 Funkcije sistema za vešanje: Sistem za vešanje - Suspension Maksimalno trenje između točkova i površine puta Stabilno upravljanje Udobnost Izolacija kretanja tela automobila od vertikalnog kretanja točkova

158 Principi Definicije Ciljevi Rešenje Road isolation Sposobnost automobila da absorbuje i izoluje potrese od prostora za putnike. Obezbediti prijatnu vožnju automobilom po neravnom putu. Absorbovati energiju od udara na putu i disipirati je bez preteranih oscilacija na automobilu. Road holding Položaj u kome automobil čuva kontakt sa različitim tipovima površine puta. Održavati kontakt gume sa podlogom, zato što trenje između guma i puta utiče na sposobnost automobila pri održavanju pravca, kočenju i ubrzanju. Obezbediti prenos težine vozila sa jedne na drugu stranu, i napred nazad da bi točkovi manje proklizavali. Cornering Sposobnost automobila za vožnju u krivini. Umanjiti uvijanje trupa, koje se dešava kada centrifugalna sila gura centar ravnoteže kola sa jedne strane na drugu. Preneti težinu automobila pri skretanju sa jedne na drugu stranu za vreme skretanja.

159 Delovi vešanja Opruge Prigušivači (amortizeri) Anti-sway poluge

160 Opruge Spiralne opruge Lisnate opruge Torziona šipka

161 Vazdušne opruge Opruge kompresije vazduha za prigušivanje vibracije točka

162 Amortizer - Shock Absorber Usporava i redukuje veličinu vibratornig kretanja Pretvara knetičke energiju amortizera u toplotu Savremeni amortizeri velocity-sensitive Brže kretanje veći otpor

163 Struts amortizeri Drže celu strukturu automobila Amortizer kontroliše brzinu transfera težine, a ne težinu

164 Tipovi vešanja Prednje vešanje zavisno prednje vešanje nezavisno prednje vešanje Zadnje vešanje nezavisno zadnje vešanje specijalno vešanje

165

166 Elektronika u automobilu 1 Uvod u automobilsku tehniku 2 Elektronski sistemi u automobilu 3 Osnove elektronske kontrole rada motora 4 Senzori i aktuatori 5 Digitalna kontrola rada motora 6 Kontrola kretanja vozila 7 Instrumentacija i telemetrija u automobilu 8 Dijagnostika 9 Budućnost elektronskih sistema u automobilu

167 Elektronski sistemi u automobilu SISTEM (elektronski): Skup komponenata (elektronskih) koje funkcionišu zajedno u cilju izvršavanja određenog zadatka: Kontrola, Merenje, Komunikacija Komponente: IC,Tranzistori, diode, R, C, Prekidači, Konektori. Senzori i Aktuatori, veza sa mehaničkim sistemom (automobila) Opis sistema na različitim nivoima apstrakcije: Slikoviti opis, šematski dijagram, blok dijagram. Kategorije elektronskih sistema Analogni kontinualni Digitalni - diskretni

168 Predstavljanje sistema blok dijagramom Sistemi za merenje Sistemi za kontrolu Komunikacioni sistemi

169 Sistem za merenje (akviziciju) Fizička Veličina Senzor Procesor signala e 1 e 2 Prikaz Displej merene vrednosti

170 Sistem za kontrolu Komandni ulaz Senzor Procesor signala e 1 e 2 Aktuator izlaz Objekat kontrole Kontrolni ulaz

171 Komunikacioni sistemi Ulazni Podatak (poruka) predajnik e 1 Procesor e Izlazni 2 prijemnik Podatak signala (poruka)

172 Analogni sistem Lakši za razumevanje intuitivniji V = kx ; k pojačanje pretvarača (transducer)

173 Primer analognog sistema Slikoviti prikaz analognog audio sistema

174 Blok šema audio sistema Male Mehaničke vibracija Mali Veliki električni električni signal signal Gramofonska Pojačavač glava Zvučnik Velike Mehaničke Vibracije (zvuk)

175 Gramofonska glava sa pokretnim magnetom

176 Gramofonska glava sa pokretnim kalemom

177 Malošumni predpojačavač

178 Malošumni predpojačavač

179 RIAA karakteristika High Frequency = 75us (2122 Hz) Mid Frequency = 318us (500.5 Hz) Low Frequency = 3180us (50.05 Hz)

180 RIAA karakteristika

181 RIAA karakteristika

182 Tro-stepena obrada signala

183 Regulacija boje tona

184 Regulacija jačine zvuka i balansa

185 Izlazni stepen 60 W / 8 oma Input sensitivity s ty for 60 W output - just under 1V (1V gives 66W) Gain - 27dB Frequency response (-3dB) - 10Hz to 1W Harmonic 1kHz % (maximum typical) Open Loop Gain - 125dB (no load), 80dB (8 Ohm load) Input Impedance - 22k Ohm DC Offset - Less than 100mV (< 20 mv typical **) Noise - < 2mV at output (-80dB ref 50W unweighted)

186 Digitalni elektronski sistem Odmeravanje - sampling vreme između odmeravanja (sampling time) frekvencija odmeravanja (sampling frequency) Kvantizacija (A/D konvertor) Procesiranje D/A konverzija

187 Proces odmeravanja i kvantizacije signala

188 Digitalni sistem Fizička Veličina Senzor Procesor signala Odmeravanje ADC DAC Aktuator Displej

189 Sistem za digitalnu obradu audio signala TUSB3200 USB interface TAS3001 digital it equalizer TPA0112 power amplifier TLC320AD77 24-bit delta-sigma stereo audio Codec

190 Performanse osobine elektronskih sistema Kvantitativni opis izvršavanja postavljenih zadataka. Audio sistem: frekventna karakteristika maksimalna snaga harmonijska izobličenja linearnost Performanse određene komponentama (R, C, Tranz., aktuatori... ), arhitekturom a kod digitalnih i programom. Analiza odziva na standardnu pobudu. Sinusoidalna: propusni opseg sistema rezonantna frekvencija sistema (amortizeri)

191 Prirodna frekvencija oscilovanja Prigušenje

192 Jedinična pobuda

193 Frekventni domen

194

195

196 Elektronika u automobilu 1 Uvod u automobilsku tehniku 2 Elektronski sistemi u automobilu 3 Osnove elektronske kontrole rada motora 4 Senzori i aktuatori 5 Digitalna kontrola rada motora 6 Kontrola kretanja vozila 7 Instrumentacija i telemetrija u automobilu 8 Dijagnostika 9 Budućnost elektronskih sistema u automobilu

197 Instrumeni u automobilu Instrument Uređaj za merenje neke određene veličine. Mehanički, pneumatski, hidraulični, električni, kombinovani. Brzina vozila Ukupno pređeno rastojanje Ugaona brzina motora Količina goriva (potrošnja) Pritisak ulja Temperatura motora Struja alternatora (punjenje akumulatora)

198 Merenje Numeričko upoređenje vrednosti nepoznate veličine sa standardnom vrednošću iste veličine. Nema strogih zahteva za prikazom merene vrednosti (signalizacija) Standardna merna jedinica Nacionalni i instituti za standardizaciju. di ij Preciznost Broj značajnih cifara (oblika, položaja) koje se mogu uočiti. Kalibracija Postupak podešavanja parametara instrumenta tako da prikazana vrednost odgovara stvarnoj vrednosti. Tačnost Slaganje prikazane vrednosti sa stvarnom vrednošću. Greške: sistematske, slučajne

199 Greške Statičke greška: Ne menja se u toku vremena Dinamičke ičk greška: Kada se merena vrednost menja u toku vremena Loading greške: Energija koju oduzima instrumet u toku merenja Greška instrumenta: Tačnost instrumenta do određenog nivoa Ljudske greške: Nepravilno korišćinje instrumenta Teoretske greške: Teorijski model fenomena koji se meri Pouzdanost

200 Loading greška kod voltmetra i ampermetra

201

202 Osnovna struktura mernog sistema Senzor Kalibraciona konstanta, linearnost, dinamičke karakteristike. Analogni, digitalni. Displeji Analogni, digitalni, it i signale lampe. Isti tipovi grešaka kao i senzori. Aktuatori Konverzija energije: Električna u mehaničku Procesiranje signala Procesiranje signala Povećanje tačnosti, pouzdanosti, čitljivosti. Linearizacija, konverzije jedinica,

203 Digitalno procesiranje DSP, rekurzivni digitalni filtri. J K x(nt ) x n J j j n j k n K k k n y b x a y 1 0 NF filtar b 1 n n n by ax y

204 Analogno procesiranje signala Operacioni pojačavač kao osnovni gradivni blok

205 Kontrolni sistemi Regulacija rada drugog sistema kontroler, objekat kontrole (system plant) Opšti funkcionalni zahtevi Tačno izvršavanje funkcija Brzi odgovor o Stabilnost Odziv samo na željene ulazne veličine Zakon kontrole sistema control law Željena vrednost na izlazu postavna vrednost (set point) Kategorije kontrolnih sistema Sa otvorenom petljom (feedforward) Sa zatvorenom petljom reakcijom (feedback)

206 Kontrolni sistemi sa otvorenom petljom Postavna e 1 e 2 Izlaz vrednost Kontroler Aktuator Objekat + Poremećaj Nema upoređenja izlazne veličine sa komandnim ulazom Uticaj poremećaja na izlaznu veličinu

207 Kontrolni sistemi sa zatvorenom petljom Signal greske Kontrolni signal Poremećaj Komandni ulaz + Kontrolna elektronika Aktuator Objekat + izlaz Signal reakcije Procesor signala Senzor Tipovi kontrole p Proporcionalna - P Proporcionalno integralna PI Proporcionalno integralna diferencijalna - PID

208 Odziv objekta kontrole

209 Proporcionalni regulator Struktura P-regulatora Set point x Sgnal greske Postav na v rednost 10 P_Gain x v 0 c 1 s 2+2s+1 Objekat kontrole1 d Izlazna v rednost Scope e x v c Pe d e P x 0 Poremecaj Uticaj P_Gain na stabilnost i grešku. Prenosna karakteristika objekta kontrole i stabilnost Karakteristika senzora!

210 PI regulator Struktura PI regulatora Izlazna v rednost In1Out1 PI regulator 1 s 2+2s+1 Objekat kontrole1 Set point Signal greske Postav na v rednost Poremecaj Poremecaj Scope Nema greške u stacionarnom stanju Uticaj I_Gain, P_Gain 1 s 5 v c Pe I e dt Integrator I_Gain 1 In1 1 Out1 10 P_Gain

211 PID regulator Struktura PID regulatora Izlazni sgnal Set point In1Out1 PID regulator 1 s 2+2s+1 Objekat kontrole1 Signal greske Postav na v rednost Scope Uticaj D_Gain na stabilnost Poboljšanje dinamičkog odziva Poremecaj v c Pe I e dt D de dt 1 s 1 Integrator I_Gain 1 In1 du/dt Derivative 0 D_Gain 1 Out1 10 P_Gain

212 On-Off regulator Relay 1 s 2+2s+1 Objekat kontrole1 Izlazna v rednost Scope Set point Postav na v rednost Poremecaj Poremecaj

213 Primer analognog PID regulatora

214

215 Elektronika u automobilu 1 Uvod u automobilsku tehniku 2 Elektronski ki sistemi i u automobilu 3 Osnove elektronske kontrole rada motora 4 Senzori i aktuatori 5 Digitalna kontrola rada motora 6 Kontrola kretanja vozila 7 Instrumentacija i telemetrija u automobilu 8 Dijagnostika 9 Budućnost elektronskih sistema u automobilu

216 Osnove elektronske kontrole rada motora Kontrola rada motora: Regulacija dotoka goriva i vazduha. Tajming paljenja. Period do kasnih 60-tih Mehanički, pneumatski, hidraulički sistemi kontrole. Potreba za kontrolom zakonske regulative: Zaštita životne sredine - izduvni gasovi. Potrošnja fuel economy.

217 Emisija izduvnih gasova Proizvod sagorevanja smeše vazduha i benzina. Gorivo: - Hidrokarbonati, hemijskih jedinjenja vodonika i ugljenika u različitim odnosima. - Prirodne nečistoće. - Hemikalije dodate od strane rafinerija. Sagorevanje (combustion): - Ugljen dioksid (CO 2 ) i voda (H 2 O) idealno sagorevanje. - Ugljen monoksid (CO) - Oksidi azota (NO x) - Nesagoreli hidrokabonat (HC) - Oksidi sumpora. Zakonske odredbe tehnički pregled

218 SAD Godina Federalni propisi HC/CO/NOx Kalifornijski propisi HC/CO/NOx Ekonomičnost MPG (Mile Per Gallon) /33.0/ /23.0/ /15.0/ /9.0/ /15.0/ /9.0/ /7.0/2.0 0/ /9.0/1.5 0/ /4.1/ /4.1/ Dizel Datum CO HC HC+NOx NOx PM Euro I Jul (3.16) (1.13) 13) (0.18) 18) EuroII,IDI Jan EuroII, DI Jan Euro III Jan Euro IV Jan Euro V * Sept Euro VI * Sept Benzinski Datum CO HC HC+NOx NOx PM Euro I Jul (3.16) (1.13) - - EuroII Jan Euro III Sept Euro IV Sept Euro V * Jan Euro VI * Jan

219

220 Potrošnja Fuel economy L/100km Količina goriva potrebna da se pređe odgovarajuće rastojanje MPG (miles prer galon) Rastojanje koje se pređe sa odgovarajućom količinom goriva 1 imperial gallon = L 1 dry gallon = L 1 milja = 1609 m Procedure testiranja potrošnje Postolje sa dinamometrom

221

222 Koncepcija elektronskog sistema za kontrolu motora Osnovni princip kontrole snage motora položaj leptira. Motor kao vakum pumpa. Direktna zavisnost masenog protoka vazduha od ugaonog položaja. Pb KM A P b = Snaga motora b M A = Maseni protok vazduha K = Konstanta P t k 2 7 k /h (6 lb/h) l b đ 1kS Protok 2.7 kg/h (6 lb/h) oslobađa 1 ks 1 lb N dyn kp

223 Principijelna struktura elektronskog kontrolnog sistema Sistemi sa otvorenom petljom i sistemi sa reakcijom

224

225 Definicija osnovnih pojmova Parametar Numerička vrednost neke veličine motora fiksirana u toku projektovanja. Prečnik klipa. Hod klipa. Dužina kraka radilice (crankshaft lever arm - throw). Ukupna zapremina vazduha koja se izbaci u toku ciklusa. Odnos kompresije (zapremina pri BDC i TDC). Oblik komore za sagorevanje, bregaste osovine, veličina usisnih i izduvnih velntila. Tajming ventila.

226 Promenljive - variable Veličine koje se menjaju, j ili mogu biti menjane, u toku rada motora od strane kontrolnog sistema. Protok vazduha (mass air flow). Protok goriva (fuel flow rate). Tajming aktiviranja varnica (spark timing). Snaga motora. Pritisak u usisnoj grani (intake manifold pressure).

227 Ulazne veličine u kontroler Senzor položaja leptira Throttle position sensor (TPS) p j p p ( ) Protok vazduha Mass air flow rate (MAF) Temperatura motora (rashladne tečnosti) coolant temperature (CT) Brzina obrtaja motora i ugaona pozicija (RPM) Položaj ventila za recirkulaciju izduvnih gasova (EGR) Koncentracija kiseonika u izduvnim gasovima (EGO)

228 Izlazne veličine iz kontrolera Kontrola potrošnje goriva Fuel mettering control Kontrola paljenja Ingation control Tajming paljenja Ignation timing Kontrola recirkulacije izduvnih gasova

229 Definicija osnovnih osobina (performansi) motora Snaga Mera sposobnosti motora da izvrši neki koristan rad brzina kojom motor izvrši neki rad. W P t W F s F-sila, s-pomeraj P-snaga, W-rad, t-vreme P( t) F( t) v( t) P( t) T ( t) ( t) F-sila, v-linearna brzina T-moment, -ugaona brzina

230

231 1kS= kw. Zavisnost od RPM i ugla leptira TP. Snaga merena na pogonskoj osovini ili točkovima Brake power Pb - izmerena snaga na pogonskim točkovima. Indicated power - Ukupna snaga Gubici i usled trenja.

232 Potrošnja Mera ekonomičnosti motora Uslovi merenja: konstantno opterećenje dinamometrom i konstantna brzina (RPM). Protok goriva r f BFSC r f P P b = RPM*Tq/ b (kg/h) Brake specific fuel consuption g/(kw h) Energetska gustina goriva, lower heating value količina toplote koja se oslobodi sagorevanjem goriva (25 do 150 stepeni) Benzinski motor: BSFC = 322 g/kwh, prosečna efikasnost 25% Dizil motor: BSFC = 256 g/kwh, prosečna efikasnost 32% Maksimalna efikasnost pri 2000 RPM i unthrottled intake air BM: 256 g/kwh, 32% DM: 199 g/kwh, 42%

233 Obrtni moment Sila koja obrće radilicu Nm Funkcija RPM

234 Volumetrijska efikasnost Koliko dobro motor funkcioniše kao pumpa Odnos (procentualni) zapremine goriva i vazduha koje ulazi u cilindre u toku usisavanja i zapremine cilindara u statičkim tički uslovima. Motori sa indukovanim pritiskom u usisnoj komori (veći od atm.) atm) Povećanje Vol efikasnosti: Veći broj ventila Usmeravanje vazduha i goriva (porting) Sleeve ventili

235 Engine displacement Ukupna zapremina smeše vazduh/gorivo koja se može uvući u toku jednog ciklusa. Izražava se u kubnim santimetrima, litrima ili kubnim inčima. Kod motora sa klipovima, razlika zapremine cilindra između položaja TDC i BDC

236 Kompresioni odnos (Compression Ratio) Statički kompresioni odnos (SCR) Odnos (zapremina cilindra) / (zapremina komore za sagorevanje) Dinamički kompresioni odnos (DCR) Efektivna zapremina cilindra vreme zatvaranja usisnog ventila DCR < SCR (Const)

237 Uticaj kompresije na snagu motora

238 Oktanska vrednost goriva pojava detonacije Mera otpornosti na samopaljenje anti detonacija (knocking) Mešavina koje ima isti anti detonatorski kapacitet iso-octan (trimethylpentane) yp oktanska vrednost 100 heptan (dipropyl methane H 3 C(CH 2 ) 5 CH 3 ) oktanska vrednost 0

239 Termalna efikasnost Prikazuje mehaničku energiju vozila relativno u odnosu na energiju sadržanu u gorivu. 35% - zagrevanje rashladne tečnosti i ulja 40% - nesagorelo gorivo i toplota izduvnih gasova 5% - trenje 20% - korisne energije Podešavanje motora (Calibration) Podešavanje smeše i paljenja.

240 Gradska vožnja Na otvorenom

241 Mapiranje motora Neophodnost poznavanja objekta kontrole. Proces snimanja karakteristika kt tik mapiranje. Izrada matematičkog modela koji objašnjava uticaj svake merene promenljive i parametra na performanse motora. Zadatak projektanta sistema za kontrolu Izbor konfiguracije Izbor promenljivih Izbor strategije kontrole Uklapanje u okvire cena, kvalitet, pouzdanost

242 Uticaj odnosa vazduh/gorivo na performanse Uticaj na moment, snagu i izduvne gasove. Prikaz u BS obliku (brake specific form) Posebna vrednost odnosa vazduh:gorivo = 14.7:1 Stoichiometric mixture - Hemijski korektna (H, C -> H 2 O, CO 2 )

243 Ekvivalentni odnos ( vazduh / gorivo) ( vazduh / gorivo) stoichiometry Bogata smeša = <1 Siromašna smeša = >1

244 Maksimum T od konfiguracije motora, brzine i tajminga paljenja.

245 Uticaj tajminga paljenja na performanse Spark advance pretpaljenje - trenutak iniciranja varnice pre dostizanja TDC iskazan u stepenima obrtanja radilice relativno u odnosu na TDC. Maximum Brake Torque NO x i HC rastu sa povećanjem pretpaljenja Zavisnost BSFC i momenta. Maksimalni moment u tački MBT (minimum advance for best timing) Zavisnost optimalnog tajminga u funkciji RPM Strategija kontrole: lambda=1 I podesavanje paljenja za opt.perf.

246 Uticaj recirkulacije izduvnih gasova na performanse EGR exhaust gas recirculation Značajno smanjenje koncentracije NO x sa povećanjem EGR Povećanje EGR smanjuje temperaturu sagorevanja što dovodi do smanjenja koncentracije NO x Povećanje koncentracije HC manje od smanjenja NO x!

247 Struktura NO x Azot monoksid NO Azot dioksid NO 2 Azot suboksid N 2 O Azot trioksid Azot tetroksid Azot pentoksid N N O 2 O 3 N 2 O Otežava astmatična stanja Pojava kiselih kiša

248 Regulacija izduvnih gasova Cilj: Redukcija neželjenih izduvnih gasova uz postizanje boljih performansi motora. Katalitički konvertor katalizator Oksidacija hidrokarbonata u ugljen dioksid i vodu Oksidacija CO u CO 2 Razlaganje NO x u azot t(n)iki 2 kiseonik ik(o) 2

249 Oksidacioni katalizator Povećanje brzine hemijske reakcije koja započinje u cilindrima Oksidacija HC i CO u H 2 O i CO 2 Dodavanje kiseonika (secondary air) u izduvne gasove pomoću pumpe Efikasnost katalizatora n c M o M i

250 carbon monoxide (CO), non-methane hydrocarbons (NMHC), volatile organic compounds (VOC), formaldehyde (CH 2 O) Carbon Monoxide CO + ½ O 2 -> CO 2 (1) Hydrocarbons C m H n + (m + n/4) O 2 -> m CO 2 + n/2 H 2 O (2) Aldehydes, Ketones, etc. C m H n O + (m + n/4-0.5) O 2 -> m CO 2 + n/2 H 2 O (3) Hydrogen H 2 + ½O 2 -> H 2 O (4)

251 Zavisnost efikasnosti konverzije od temperature

252 Trostruki katalizator TWC Three-Way Catalyst Sastav: Platina, paladium i rodijum Redukcija NO x, vrši oksidaciju HC i CO. Efikasnost zavisi od smeše vazduh/gorivo. Mali opseg efikasnosti (0.1AF 0.05 ). Na rad katalizatora veoma negativno utiče sadržaj olova u gorivu. Primarna funkcija kontrolnog sistema precizno određivanje smeše

253

254

255 Elektronska kontrola dotoka (ubrizgavanja) goriva Funkcije: 1. Tačno određivanje masenog protoka vazduha u motor. 2. Regulacija dotoka goriva tako da važi odnos Throttle position sensor (TPS) 2. Mass air flow sensor (MAF) 3. Fuel injectors (FI) 4. Ignition systems (IGN) 5. Exhaust gas oxygen sensor (EGO) 6. Engine coolant sensor (ECS) 7. Engine position sensor (EPS) Struktura usisne grane brizgaljke. Brizgaljka kao električno upravljani ventil. Usrednjavanje osobina katalizatora. Merenje O 2 umesto HC, CO i NO x!

256 Elektronska kontrola dotoka goriva Problemi startovanja hladnog motora kondenzacija na zidovima potreba za bogatijom smešom

257 Fazno kašnjenje transport delay

258 Kontrolna sekvenca Startovanje t motora. Obogaćena smeša zavisnost od temperature motora. Rad u otvorenoj petlji do zagrevanja motora. Temperatura, količina vazduha (MAF senzor) i RPM. Izračunavanje količine goriva i ubrizgavanje. M f = r fa M a Za vrlo hladan motor =2 (r fa =0.5) Da li je moguće da motor uvek radi u otvorenoj jpetlji? Sagorevanje u cilindrima Izbacivanje sagorelih gasova preko EGO senzora i TWC. Nakon dostizanja radne temperature EGO senzora započinje Nakon dostizanja radne temperature EGO senzora započinje Rad u zatvorenoj petlji

259 Rad u zatvorenoj petlji Korekcija izračunate vrednosti smeše na osnovu imerene vrednosti sa EGO senzora. Otvaranje usisnog ventila na cilindru i ventila za ubrizgavanje (injector) Kašnjenje u odzivu lamda sonde 0.1 do 0.2 sekunde. Rad u On/Off režimu limit cycle controler

260 Bogata smeša Siromašna smeša Regulacija vremena otvorenosti ventila za ubrizgavanje goriva. Izlaz EGO senzora i promena vremena otvorinosti ventila. Aktiviranje ventila nezavisno od rada kontrolera. Rad katalizatora reguliše srednju vrednost smeše.

261 Frekvencija i devijacija kontrolera goriva Oscilatorno ponašanje On-Off kontrolera, dve granične vrednosti. Transportno kašnjenje T d (Transport delay) Vreme potrebno da EGO senzor oseti promenu. Veća brzina motora manje transportno kašnjenje. Frekvencija oscilacija signala na sondi f L 1 T p Devijacija odnosa smeše Oscilovanje zmeđu dve vrednosti smeše maksimalne i minimalne (+/-1). Srednja vrednost smeše +/-0.05

262 Analiza pritiska u usisnoj grani Merenje mase vazduha (mass air flow rate) koja utiče u usisnu komoru. Manifold Absolute Preasure (MAP) depends on throttle plate position Maksimalna vrednost pritiska u komori atmosverski pritisak (supercharged motori) Idealna pumpa vakuum pri potpuno zatvorenom leptiru. Usisavanje svakog cilindra jednom u dva obrtaja radilice. Frekvencija promene pritiska u komori f p N RPM Obrtni moment motora i MAP! 120

263 Promena pritiska u usisnoj komori Jedna metoda filtriranja i pritiska spoj jmap senzora preko uzane cevi Merenje mase vazduha teško izvodljivo. Dve metode merenja masenog protoka vazduha Direktno merenje masenog protoka (direct measurement of mass air flow rate) Indirektna metoda (Speed-Density Method)

264 Speed-Density metoda Za datu zapreminu V, V na određenom pritisku p, i temperaturu T Gustina vazduha je odnos mase i zapremine vazduha. Ma da ; V M a d av Proširenje koncepta na vazduh koji se kreće kroz uniformnu cev i prolazi kroz referentnu tačku za određeno vreme volume flow rate Mass_flow_rate = (volume_flow_rate) * (gustina_vazduha)

265 Ako su definisane: R m = maseni protok vazduha u usisnoj grani R v = zapreminski protok vazduha u usisnoj grani d a = gustina vazduh Tada je: R m = R v d a Gustina vazduha u usisnoj komori određena na osnovu apsolutnog pritiska i temperature vazduha. Apsolutni pritisak u usisnoj komori definišu: spoljni pritisak, pložaj leptira, RPM, oblik i veličina komore. Temperaturu u komori definišu: spoljna temperatura i razlika pritiska. Gustina vazduha na osnovu fizičkih zakona koji važe za idealne gasove. Standardni uslovi ( d 0, p 0. T 0 ) T T p 0 da d0 p 0 i

266 Određivanje zapreminskog protoka vazduha RPM D Rv 60 2 R v zapreminski protok D zapremina motora (engine displacement) Za idealni motor, sa poznatim D i R v merenjem RPM! Za realni motor, n v volumetrijska efikasnost (VVT) R RPM D 60 2 v n v Tabela volumetrijske efikasnosti motora za sve uslove rada.

267 Uticaj EGR Deo gasova u usisnog grni su od EGR Prava vrednost volumetrijskog protoka R a R a R v R EGR Vrednost R EGR na osnovu pozicije EGR RPM D Rv n 60 2 v R EGR R R m a d a stoichiometric mass flow rate za gorivo: R fm Rm 14.7 S i č j j biti i d j j j d k Sva izračunavanja moraju biti izvedena najmanje jednom za svako paljenje u cilindru.

268 Elektronsko paljenje Charles Franklin Kettering ( ) pronalazač električnog paljenja automobila Tačno i pouzdano generisanje varnice optimalne performanse motora Generisanje varnice koja pali smešu u cilindru dovođenjem visokog napona između elektroda svećice Vrednost napona potrebnog za generisanje varnice: Odnos kompresije motora Kvalitet i odnos smeše Konstrukcija svećice Dovoljan uslov za paljenje smeše: U > 12 kv (slučajevi sa n kv do 30 kv)

269 Stanja u generisanju varnice 1) Proboj - Breakdown (12000v) Kratak vremenski period Vrlo velika struja 2) Arc Discharge Struja do 0.2 A Napon pada na n100 V Velika energija u varnici 3) Glow Discharge Manjeg intenziteta Energija se troši na zagrev.

270 Značajni termini: Peak Gap Current Maksimalna vrednost struje u toku glow faze Total Spark Duration Trajanje varnice u mikrosekundama Millijoules Ignition Energy Energija varnice (napon x struja x vreme) The Voltage Myth The Energy Paradox Multiple Spark

271 Tipovi sistema paljenja Induktivni sistem paljenja (tranzistorsko paljenje) Prvi put opisano g. Nagomilavanjem magnetne energije u kalemu (E=1/2LI 2 ) Kapacitivni sistem paljenja Nagomilavanjem energije u kondenzatoru (E=1/2CU 2 ) Rezonantni sistem paljenja

272 Induktivno paljenje

273 Faradejev zakon, kontraelektromotorna sila. Primarni i sekundarni namotaje, otpornosti i induktivnosti. Gubici, vreme dostizanja maksimalne struje. Rezonansa u sekundarnom kolu (parazitni kapacitet) Potreba za kondenzatorom

274 Induktivno generisanja varnice

275 Ekvivalentni model Određivanje M?

276 Simulacija PSpice L2=55.8 H, L1=6.22 mh, C = uf, Rsystem=1.28 W, M=0.538 Vmax = -9 kv

277 Tranzistorsko paljenje

278

279 Savremeno induktivno paljenje

280 Talasni oblik u primarnom i sekundarnom kolu

281 Talasni oblik u sistemu sa greškom

282 Capacitivno paljenje Počelo sa primenom u velikim industrujskim mašinama 60. Posebno kolo koje nagomilava energiju u C Transformator kod koga induktivnost nije presudna

283 Peaking Capacitor Peak Power (Watts) = I 2 (amps) x R(ohms) Watts = (1020 A) 2 x (5Ω) Watts = 1,040,400, x 5 Watts = 5.2 MW peak power

284

285 Rezonantni sistem paljenja Mogućnost kontinualnog generisanja varnice

286 Upoređenje induktivni / kapacitivni Induktivni: Veća efikasnost, duže trajanje varnice (do 2 ms) Veća energije varnice (do 100 mj) potpunije sagorevanje osiromašene smeše Potrebno vreme za nagomilavanje energije dwell mogućnost kontrole energije trajanja varnice Kapacitivni: i Energija nagomilana u kondenzatoru pomoću posebnog kola Mogućnost generisanja varnice većom brzinom Veća brzina porasta napona na svećici Kraće trajanje varnice nepovoljno za siromašnu smešu Dodatni visokonaponski izvor za punjenje kondenzatora - verovatnoća otkaza DIJAGRAM

287 Kontrola tajminga paljenja Pretpaljenje za optimalan rad motora funkcija: MAP, RPM i temperature. Merenje pozicija motora. Distributorless ib ignition i i system.

288 Kontrola tajminga paljenja Air flow sensor (AFS) Intake air temperature (IAT) sensor Barometric pressure sensor Engine coolant temperature sensor Idle position switch (IPS) Top dead center (TDC) sensor Crank angle sensor (CAS) Vehicle speed sensor Ignition switch (ST) Detonation sensor

289 Primer: 6 cilindarski V motor

290

291 Kombinacije izlaznih signala sa CAS i TDCS određuju tajming

292 Korekcija ugla predpaljenja

293

294 Knock Delay povećanje kašnjenja pri detekciji Temperaturna korekcija

295 Temperatura vazduha

296

297 Senzori i aktuatori Ključna uloga u sistemima za kontrolu Kritične komponente Raspoloživost senzora i aktuatora i struktura kontrolnog sistema Masovna proizvodnja, isplativost razvoja senzora

298 Merene veličine Protok vazduha MAF Koncentracija izduvnih gasova EGO Ugaona pozicija leptira TPS Ugaona pozicija i brzina radilice Temperatura rashladne tečnosti Tempratura vazduha u usisnoj grani Apsolutni pritisak u usisnoj grani MAP Diferencijalni pritisak izduvnih gasova Brzina vozila Pozicija menjača brzina Status vozila Aktiviranost uređaja za klimatizaciju Aktiviranost kočnica Potpuno otvoren leptir Potpuno zatvoren leptir

299 Senzor protoka vazduha Mass Air Flow rate sensor Ispravan rad motora uz kontrolisanu emisiju izduvnih gasova. Prvi senzori (1990.) kao sastavni deo filtera za vazduh. Varijanta klasičnog senzora za brzinu vetra (hot vire anemometer) Hot film struktura montirana na substat. Z j l t k t t t t i d t t Zagrevanje elementa na konstantnu temperaturu iznad temperature dolazećeg vazduha (merenje temperature).

300 Strujni VFC

301 VFC sa balansiranom količinom elektriciteta it t

302 Sinhroni VFC

303

304 Teorijske osnove merenja protoka vazduha hot-wire metodom Rad u režimu konstantne temperature T op Otpor žice proporcionalan temperaturi R=R o (1+ a(t-t o )) Kontrola otpornosti senzor tako da je R=R op Balans energije P = Area ( Q H + Q*) (convective, radiative heat flux) Q = op -T h(u)= + bu ½ H h(u) (T v ), a (a, b konstante kalibracija) P = (V-) 2 /R op = V o2 G, G =R op /(R op +R 2 ) 2 V o2 G / (T op -T v ) = h(u) = a + b u ½

305 Vane Air Flow Meter

306 Karman Vortex merač protoka vazduha Pi i d š tl Princip vazdušnog vrtloga. Frekvencija pojave vrtloga funkcija brzine usisnog vazduha. Detekcija pomoću ogledala metalne folije.

307

308 Inderektno merenje protoka vazduha Izračunavanje na osnovu: pritiska, MAP broja obrtaja motora, RPM temperature. MAP senzor Pomeraj membrane (displacement) Sa mernom trakom (Strain S i gauge) Piezo-otporni (piezoresistivity)

309

310

311

312 Instrumentacioni pojačavač sa dva OP

313 Senzori RPM-a i ugaone pozicije radilice Merenje bez mehaničkog kontakta sa osovinom koja se obrće. Optički Magnetni (ulje, prljavština,...) Klipovi direktno vrte radilicu. Ventile i razvodnik paljenja vrti bregasta osovina. Radilica : bregasta = 2 : 1 Merenje na radilici ili bregastoj! Metode merenja: Magnetna Optička

314 Senzor pozicije na principu magnetne provodnosti

315 Promena u mag. Fluksu Indukuje napon Nemogućnost statičkog određivanja tajminga

316 Senzor na bazi holovog efekta (Hall-Effect) Mogućnost statičkog merenja.

317

318 Metalni zub štiti senzor od magnetnog polja

319 Optička detekcija pozicije Zahtev za čistom okolinom Zaštita od ulja i prljavština Detekcija u statičkim uslovima Konstantna izlazna amplituda

320 Detekcija ugla otvorenosti leptira (Thorttle angle) Analogni izlaz, AD konvetror V(a)=ka

321 Senzori temperature Temperatura rashladne tečnosti Temperatura usisnog vazduha Temperatura senzora kiseonika u izduvnim gasovima TERMISTOR Nelinearni i pp R t Aproksimacija: R exp T T0 Veće, veća strmina

322 Greška aproksimacije

323 V out R T RT R X V in R t R 0 1 exp T 1 T 0

324 Senzori i aktuatori u sistemima kontrole sa zatvorenom petljom Sistemi sa otvorenom petljom. Sistemi sa zatvorenom petljom Održavanje odnosa vazduh/gorivo na stoichiometry odnosu. Osnovni senzor: Lambda sonda

325 Senzor izduvnih gasova EGO - Exhaust Gas Oxygen Sensor vazduh / gorivo vazduh / gorivo stoic 1 1 Siromašna smeša (lean) Bogata smeša (rich) ZrO 2 TiO 2 - Cirkonijum dioksid -Titanijum dioksid 2 j Osnovni princip distribucija kiseonikovih jona Razlličite koncentracije stvaraju potencijalnu razliku Referentna strana spoljašnji vazduh

326 Parcijalni pritisci kiseonika Parcijalni pritisci kiseonika Vazduh: 10-2 Izduvni gasovi:

327 Funkcionalni zahtevi za EGO senzor 1. Drastična promena u izlaznom naponu u stoichiometry tački. 2. Brza promena izlaznog napona sa promenom koncentracije. 3. Velika razlika u izlaznim naponima pri bogatoj i siromašnoj smeši. 4. Stabilnost izlaznog napona u odnosu na promenu temperature izduvnih gasova. Histerezis i senzora Odziv na impulsnu promenu

328 Temperaturna zavisnost Zagrevani EGO senzor HEGO

329 Knock senzor Senzor za detekciju eksplozivnog rada motora Rapidni porast pritiska u cilindrima Uslovi pojave: visok pritisak u usisnoj grani veliki ugao pretpaljenja p j Kontrola knock efekta promenom ugla paljenja Senzor na bazi magnetostrikcije

330 Aktuatori Uređaj koji pretvara električnu veličinu u neku fizičku veličinu. U automobilu najčešća se primenjuje solenoid. Od kontrole ubrizgavanja goriva do zaključavanja vrata. Smanjenje procepa - Povećanje magnetnog polja

331 Ubrizgavanje goriva Fuel injection Elektromagentni ventil otvara i zatvara dotok goriva u motor

332

333 Recirkulacija izduvnih gasova EGR aktuator Redukcija NOx u izduvnim gasovima Srednja vrednost vakuuma funkcija faktora ispune kontrolne struje t j signala i l ventila til