O predmetu Izborni predmet Profesor : Prof. dr Branislav Petrović Asistent: dipl. ing. Goran Nikolic
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
Uvod u automobilsku tehniku Automobil kao kućni aparat. 2002. godine bilo oko 600 miliona automobila Prodaja novih novih vozila u 2007. premašila 70 miliona
Broj vozila na 1000 stanovnika
Organisation Internationale des Constructeurs d Automobiles (OICA)
Istorijat razvoja Nicolas-Joseph Cugnot 1769. prvo mehaničko vozilo koje je moglo da se samo kreće (tri točka, adaptacija zapr.v). (Ferdinand Verbiest - 1672. vozilo na parni pogon, igračka) Vozilo sa pogonom na pedale 1780. Ivan Kulibin Usavršavanje vozila kraj 19. veka - Gottlieb Daimler, Wilhelm Maybach, Siegfried Marcus i Karl Benz.
Karl Benz, Mannheim, Nemačka, 1885. godine. Automobil sa sopstvenim četvorotaktnim benzinskim motorom Prva prodaja automobila 1888. godine Do kraja 19. veka Benz&Cie postao najveća automobilska kompanija 572 prodata vozila u 1899. godini
1890. Daimler Motoren Gesellschaft (DMG) u Cannstatt-u, Nemačka. Pod imenom Daimler prodaju svoj prvi automobil 1892. 1900. Nakon smrti Daimler-a, Maybach projektuje motor pod imenom Daimler-Mercedes, (specijalne namene - sportske trke) 1926. Kooperaciju između DMG i Benz&Cie (važila je sve do 2000.) Daimler-Benz kada, vatreno krštenja automobila u Mercedes Benz. 1890. Francuska, Emile Levassor i Armand Peugeot, Daimler motori. 1877. George Selden, Amerika, patent za ovaj automobil istekao jer vozilo nije provereno u praksi (zahtev za patent). 1895. Selden dobija patent za dvotaktni motor 1911. Osporen Seldenov patent - Henry Ford.
1902. Ransom Olds fabrika oldsmobila - prva linija za masovnu proizvodnju komercijalnih automobila 1914. 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. 1920. masovna proizvodnja za potrebe tržišta. Ideje o većem broju tipova automobila koje proizvodi jedna firma. Chevrolet i Pontiac od 1950. dele krov, vrata, haubu i prozore; 1990. 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 1920. godini, samo 43 opstalo 1930. Nakon velike krize 1940. broj se sveo na samo 17.
Drgi Svetski Rat -prekretnica i u razvoju automobila. Projektovanje automobila 1949. 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.
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
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 1964. Kalifornija. Minimalni zahtevi za kontrolom emisije HC 0.25 g/mile NOx 0.4 g/mile CO 3.4 g/mile
Tehnička evolucija 80-tih godina 1973. Prva naftna kriza - ideja o uštedi goriva 1974. Upozorenje o oštećenju ozonskog omotača (Paul Crutzen, Maria Molina Nobelova nag. 1995.) 1985. Bečka konvencija o zaštiti ozonskog omotača 1988. Međudržavni panel o klimatskim promenama Pojašnjenje efekta staklene bašte, ekonomski i ekološki uticaj kao i predlog preventivnih ih mera 1992. Konferencija UN za okruženje i razvoj Urgentni poziv za očuvanje zaštitu i obnovu zdravlja i integriteta Zemljinog ekosistema 1997. Kyoto konferencija o klimatskim promenama 1997. Kyoto konferencija o klimatskim promenama Dogovor o smanjenju gasova koji izazivaju efekat staklene bašte
Evropski standardi za kontrolu emisije (g/km)
Oblasti razvoja savremenih automobila 1. Pogon & Sigurnost 2. Komfor & Kontrola vožnje 3. Pomoć vozaču 4. Informacije & Komunikacije
Pogon & Sigurnost Uprvljanje motorom Electronska kontrola vešanja Drive by Wire Sistem za kočenje Upravljač (Power Steering) Vazdušni jastuk Menjač
Komfor & Kontrola vožnje Instrument tabla Svetlo / Sedišta Clima Prepoznavanje glasa Bežični ključ Alarmni Sistemi Brisač / upravljanje prozorom
Pomoć vozaču Noćna vožnja Upozorenje pri napuštanju trake Adaptivna kontrola vožnje Upozorenje na sudar Parkiranje / Kretanje u nazad Nadzor pritiska u gumama Pomoćni displeji
Informacije & Komunikacije Telemetrija Navigacija / GPS Multimedijalni l i uređajiđ Audio sistemi Zabava na zadnjim sedištima Konzole za igru
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
Kategorizacija po broju vrata, broju i rasporedu sedišta i strukturi krova
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
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem 1856. Italijani Barsanti i Matleucci. Stacionarni motor na ugljeni gas. 1876. Nikolas Otto motor na ugljeno ulje. Efikasnost poboljšana 75%. 1883. Daimler prvi benzinski motor. Brzina motora 900 obr/min (4x brži od Otto-vog). 1885. Benz akumulator, paljenje sa svećicama 1888. Edvard Butler projektovao karburator 1890. Rudolf Diesel Svi motori jednocilindarski sa velikim zamajcem
Položaj motora i pogon
Motor
Delovi motora Blok motora Cilindri Kolenasto vratilo Klip Klipnjača Bregasta osovina Ventili Dotok goriva Paljenje Izduvavanje Hlađenje Električni sistem
Blok motora Cilindri Kolenasto vratilo Klip Klipnjača Bregasta osovina Ventili Dotok goriva Paljenje Izduvavanje Hlađenje Električni sistem
Tipovi motora
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.
Glava cilindra
Klipovi i radilica
Klipovi Četvorotaktni dvotaktni
Mehanizmi za otvaranje ventila Mehanizmi sa oprugom Spring return valve
Tapet ventil Desmodromic ventil Motori Ducati
Presek mehanizma za otvaranje ventila
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
Start Usisavanje Kompresija Paljenje Radni takt Izduvavanje
Četvorotaktni ciklus 1=TDC 2=BDC A: Usisavanje B: Kompresija C: Radni D: Izduvavanje
Impulsi snage 4-taktnog motora Masterconcept-CarEngineAndFourStrokeCycleEngine714.wmv
Ostali tipovi motora Dvotaktni Atkinson Wankel-Rotacioni Hemi Radijalni
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
Nedostaci: 1) Manja trajnost motora 2) potrošnja ulja 3) Veća potrošnja goriva 4) Veće zagađenje
Atkinson Posebna veza klipa i radilice
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
HEMI motori Sinonim za velike snažne motore 1948 - Harry Westlake 6-cyl. za Jaguar Dodge 5.7 liter V-8-345 hp p@ 5400 rpm Ford 5.4 liter V-8-260 hp @ 4500 rpm GMC 6.0 liter V-8-300 hp @ 4400 rpm GMC 8.1 liter V-8-340 hp @ 4200 rpm Dodge 8.0 liter V-10-305 hp @4000 rpm Ford 6.8 liter V-10-310 hp p@ 4250 rpm
Efikasnost komore za sagorevanje - polusfera Manji gubitana dodirnim površinama Veći prostor za ventile Nema mogućnost ć ugradnje 4 ventila
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
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
Metode ubrizgavanja goriva
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 150.000 o/min 50% više vazduha 30% - 40% poboljšanja
Struktura turbopunjača
Kompresor kao centrifugalna pumpa Visok broj obrtaja - fluid bearing, obrtanje bez trenja Knocking efekt Inercija kompresora
Superpunjač - Supercharger Mehanički veza kompresora sa motorom preko kaiša ili lanca 50.000000 65.000 rpm potreba za hlađenjem: Komresija - Zagrevanje gasa Smanjenje gustine Tipovi: 1) Root 2) Twin-screw 3) Centrifugal
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
Twin-screw Skuplji za izradu, stvaraju veću buku
Najefikasniji Najviše u upotrebi Centrifugal
Superpunjač Turbopunjač Prednosti nedostaci kod superpunjača nema kašnjena veće modifikacije kod turbopunjača procedura isključenja kod turbopunjača superpunjač troši i do 20% snage motroa
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
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
Princip generisanja varnice
Princip generisanja varnice
Sistem za paljenje generisanje varnice Iniciranje sagorevanja Trajanje varnice - 1 ms Visoki napon 20-40 kv Razmak: 0.6 1 mm veliki slaba varnica mali pre vremena Temperaturni opseg Temperaturni opseg hot za male motore cold za veće snage
Razvodnik paljenja - distributor
Struja kroz primarni namotaj
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.
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)
Pogonski sistem Motor Transmisija Pogonska osovina Diferencijal ee cja Pogonski točkovi
Transmisija prenos snage Ručni menjač potreba za spojnicom (lamela) Automatski menjač
proklizavanje Princip rada
Delovi spojnice
Princip rada
Frikciona spojnica (kvačilo)
a) Prenos snage b) Spojnica odvojena
Menjac Cilj: 1) Održavati broja obrtaja motora ispod maksimalnog 2) Održavati broj obrtaja o opsegu gde je najveća snaga Manualni ručni Automatski
Zupčanik Prenosni onos: rastojanje od centra zupčanika do tačke kontakta
Parabolični zupčanik (involute) Kompenzacija poceranja tačke kontakta Povećanje kontaktne površine sa okretanjem
Tipovi zupčanika Zvevdasti (mamuzni) zupčanici satovi, el. odvijači, veš mašine, ne koristi se u automobilima Buka
Hilikoidni Postepeno povećanje kontaktne površine Veće opterećenje pri uzubljavanju Mogućnost montaže pod pravim uglom
Konusni Za promenu pravca okretanja tipovi zubaca: pravi, spiralni i hipoidni
Pužni zupčanik Za velike redukcije brzine Za velike redukcije brzine Nemogućnost obrtanja prvog zupčanika od strane drugog
Zupčasta letva i pinjon zupčanici Konverzija obrtnog u linearno kretanje (upravljač)
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
Jednostavni dvobrzinski prenos u neutralnom položaju Viljuška Prsten
Jednostavni dvobrzinski prenos u prvoj brzini
Petostepeni manualni prenos
Sinhronizacija
Trodimenzionalni prikaz četvorobrzinskog menjača
Automatski prenos Hidraulična spojnica Torque Converter
turbina stator pumpa (transmisioni fluid)
Pumpa centrifugalnog tipa Ulaz fluida u turbinu I promena smera Uloga statora sprečava sudar fluida Drastično uvećanje efikasnosti
Planetarni Menjač
Savremena Compaund struktura (kao dva planetarna menjača)
Kontinualno promenljiva transmisija CVT - Continuously Variable Transmission i Sa remenicom
Toroidalni
Hidrostatički
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
DIFERENCIJALI Tri funkcije: Usmeravanje energije motora na točkove; Konačna redukcija broja obrtaja; Prenos energije uz mogućnost da se okreću različitim brzinama.
Tipovi diferencijala OTVORENI DIFERENCIJAL
DIFERENCIJAL SA OGRANIČAVANJEM KLIZANjA CLUTCH TYP Najčešća verzija diferencijala sa ograničavajućim klizanjem Komplet opruga i spojnica
VISKOZNA SPOJNICA Nalazi primenu u vozilima sa pogonom na sva četiri točka Veza zadnjih točkova sa prednjim točkovima Animacije: Jednostavan 4x4 Hamer 4x4
Kočnice - Brakes Disipacija kinetičke energije vozila u toku zaustavljanja.
Prenos i umnožavanje sile kočenja Poluga Hidraulika Trenje - Frikcija
Prenos i umnožavanje sile kočenja Poluga Hidraulika Trenje - Frikcija Lula može biti bilo koje dužine i oblika Moguće račvanje
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
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
Jednostavan sistem za kočenje Problemi: curenje ulja
Disk kočnice Kočione pločice Caliper sa klipom Rotor Otvori za hlađenje
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
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
Doboš kočnice Opruga za vraćanje poluge Automatsko podešavanje dužine poluge
Samopodešavanje
Pomoćna kočnica Nezavisno aktiviranje u odnosu na osnovni sistem.
Glavni kočioni cilindar
Glavni kočioni cilindar
Glavni kočioni cilindar Curenje u jednoj kočionoj liniji
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
Vakumski kočioni pojačavač Jednosmerni kontrolni ventil
Vakumski kočioni pojačavač
Animacija rada kočionog pojačavača
Anti-lock Brake System - ABS
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
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
Sistem za upravljanje vozilom Steering system Položaj sistema za upravljanje u automobilu
Sistem za upravljanje vozilom Steering system Zakošenje (inclination) Linije normalne na centar točka seku se u centru okretanja vozila
Rudolph Ackermann geometrija na kočijama - 1818
Geometrija poluga veće zakretanje unutrašnjeg točka
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)
Zupčasta letva i zupčanik sa pojačavačem Deo poluge ima klip u sredini Stvaranje pritiska sa jedne strane klipa
Recirkulirajuće kuglice (Recirculating ball) Kuglice: manje trenje i trošenje nema zazora pri promeni smera obrtanja
Pojačavač upravljanja (Power Steering) Pumpa Rotirajući ventil
Pumpa Pogon od motora preko kaiša Rotirajuća sa uvlačećim krilcima Ventil za oslobađanje
Rotirajući ventil Pomoć u obrtanju upravljača samo u toku zaktretanja istog Torziona rešetka uvijanje pri delovanju momenta
Princip rada rotirajućeg ventila
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
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.
Delovi vešanja Opruge Prigušivači (amortizeri) Anti-sway poluge
Opruge Spiralne opruge Lisnate opruge Torziona šipka
Vazdušne opruge Opruge kompresije vazduha za prigušivanje vibracije točka
Amortizer - Shock Absorber Usporava i redukuje veličinu vibratornig kretanja Pretvara knetičke energiju amortizera u toplotu Savremeni amortizeri velocity-sensitive Brže kretanje veći otpor
Struts amortizeri Drže celu strukturu automobila Amortizer kontroliše brzinu transfera težine, a ne težinu
Tipovi vešanja Prednje vešanje zavisno prednje vešanje nezavisno prednje vešanje Zadnje vešanje nezavisno zadnje vešanje specijalno vešanje
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
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
Predstavljanje sistema blok dijagramom Sistemi za merenje Sistemi za kontrolu Komunikacioni sistemi
Sistem za merenje (akviziciju) Fizička Veličina Senzor Procesor signala e 1 e 2 Prikaz Displej merene vrednosti
Sistem za kontrolu Komandni ulaz Senzor Procesor signala e 1 e 2 Aktuator izlaz Objekat kontrole Kontrolni ulaz
Komunikacioni sistemi Ulazni Podatak (poruka) predajnik e 1 Procesor e Izlazni 2 prijemnik Podatak signala (poruka)
Analogni sistem Lakši za razumevanje intuitivniji V = kx ; k pojačanje pretvarača (transducer)
Primer analognog sistema Slikoviti prikaz analognog audio sistema
Blok šema audio sistema Male Mehaničke vibracija Mali Veliki električni električni signal signal Gramofonska Pojačavač glava Zvučnik Velike Mehaničke Vibracije (zvuk)
Gramofonska glava sa pokretnim magnetom
Gramofonska glava sa pokretnim kalemom
Malošumni predpojačavač
Malošumni predpojačavač
RIAA karakteristika High Frequency = 75us (2122 Hz) Mid Frequency = 318us (500.5 Hz) Low Frequency = 3180us (50.05 Hz)
RIAA karakteristika
RIAA karakteristika
Tro-stepena obrada signala
Regulacija boje tona
Regulacija jačine zvuka i balansa
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 23kHz @ 1W Harmonic distortion @ 1kHz - 0.05% (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)
Digitalni elektronski sistem Odmeravanje - sampling vreme između odmeravanja (sampling time) frekvencija odmeravanja (sampling frequency) Kvantizacija (A/D konvertor) Procesiranje D/A konverzija
Proces odmeravanja i kvantizacije signala
Digitalni sistem Fizička Veličina Senzor Procesor signala Odmeravanje ADC DAC Aktuator Displej
Sistem za digitalnu obradu audio signala TUSB3200 USB interface TAS3001 digital it equalizer TPA0112 power amplifier TLC320AD77 24-bit delta-sigma stereo audio Codec
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)
Prirodna frekvencija oscilovanja Prigušenje
Jedinična pobuda
Frekventni domen
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
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)
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
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
Loading greška kod voltmetra i ampermetra
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,
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
Analogno procesiranje signala Operacioni pojačavač kao osnovni gradivni blok
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)
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
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
Odziv objekta kontrole
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!
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
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
On-Off regulator Relay 1 s 2+2s+1 Objekat kontrole1 Izlazna v rednost Scope Set point Postav na v rednost Poremecaj Poremecaj
Primer analognog PID regulatora
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
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.
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
SAD Godina Federalni propisi HC/CO/NOx Kalifornijski propisi HC/CO/NOx Ekonomičnost MPG (Mile Per Gallon) 1968 3.22/33.0/- - - 1971 2.22/23.0/- - - 1978 1.50/15.0/2.0 0.41/9.0/1.5 18.0 1979 1.50/15.0/2.0 0.41/9.0/1.5 19.0 1980 0.41/7.0/2.0 0/2 0 0.41/9.0/1.5 0/1 20.00 1989 0.31/4.1/1.0 0.31/4.1/1.0 27.0 Dizel Datum CO HC HC+NOx NOx PM Euro I Jul 1992 2.72(3.16) - 0.97(1.13) 13) - 0.14(0.18) 18) EuroII,IDI Jan. 1996 1.0-0.7-0.08 EuroII, DI Jan. 1996 1.0-0.9-0.10 Euro III Jan. 2000 0.64-0.56 0.50 0.05 Euro IV Jan. 2005 0.50-0.30 0.25 0.025 Euro V * Sept. 2009 0.50-0.23 0.18 0.005 Euro VI * Sept. 2014 0.50-0.17 0.08 0.005 Benzinski Datum CO HC HC+NOx NOx PM Euro I Jul 1992 2.72(3.16) - 0.97(1.13) - - EuroII Jan. 1996 2.2-0.5 - - Euro III Sept. 2000 2.3 0.20-0.15 - Euro IV Sept. 2005 1.0 0.10-0.08 - Euro V * Jan. 2009 1.0 0.10-0.06 0.005 Euro VI * Jan. 2014 1.0 0.10-0.06 0.005
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 = 4.54609 L 1 dry gallon = 4.40484 L 1 milja = 1609 m Procedure testiranja potrošnje Postolje sa dinamometrom
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 4.448222 N 444822 dyn 0.45359 kp
Principijelna struktura elektronskog kontrolnog sistema Sistemi sa otvorenom petljom i sistemi sa reakcijom
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.
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).
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)
Izlazne veličine iz kontrolera Kontrola potrošnje goriva Fuel mettering control Kontrola paljenja Ingation control Tajming paljenja Ignation timing Kontrola recirkulacije izduvnih gasova
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
1kS= 0.746 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.
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/9549.27 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%
Obrtni moment Sila koja obrće radilicu Nm Funkcija RPM
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
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
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)
Uticaj kompresije na snagu motora
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
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.
Gradska vožnja Na otvorenom
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
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 )
Ekvivalentni odnos ( vazduh / gorivo) ( vazduh / gorivo) stoichiometry Bogata smeša = <1 Siromašna smeša = >1
Maksimum T od konfiguracije motora, brzine i tajminga paljenja.
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.
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!
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 4 2 5 Otežava astmatična stanja Pojava kiselih kiša
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
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
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)
Zavisnost efikasnosti konverzije od temperature
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
Elektronska kontrola dotoka (ubrizgavanja) goriva Funkcije: 1. Tačno određivanje masenog protoka vazduha u motor. 2. Regulacija dotoka goriva tako da važi odnos 14.7. 1. 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!
Elektronska kontrola dotoka goriva Problemi startovanja hladnog motora kondenzacija na zidovima potreba za bogatijom smešom
Fazno kašnjenje transport delay
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
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
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.
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
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
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)
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)
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
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.
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.
Elektronsko paljenje Charles Franklin Kettering (1876 1958) 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)
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.
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
Tipovi sistema paljenja Induktivni sistem paljenja (tranzistorsko paljenje) Prvi put opisano 1908. g. Nagomilavanjem magnetne energije u kalemu (E=1/2LI 2 ) Kapacitivni sistem paljenja Nagomilavanjem energije u kondenzatoru (E=1/2CU 2 ) Rezonantni sistem paljenja
Induktivno paljenje
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
Induktivno generisanja varnice
Ekvivalentni model Određivanje M?
Simulacija PSpice L2=55.8 H, L1=6.22 mh, C = 0.202 uf, Rsystem=1.28 W, M=0.538 Vmax = -9 kv
Tranzistorsko paljenje
Savremeno induktivno paljenje
Talasni oblik u primarnom i sekundarnom kolu
Talasni oblik u sistemu sa greškom
Capacitivno paljenje Počelo sa primenom u velikim industrujskim mašinama 60. Posebno kolo koje nagomilava energiju u C Transformator kod koga induktivnost nije presudna
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
Rezonantni sistem paljenja Mogućnost kontinualnog generisanja varnice
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
Kontrola tajminga paljenja Pretpaljenje za optimalan rad motora funkcija: MAP, RPM i temperature. Merenje pozicija motora. Distributorless ib ignition i i system.
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
Primer: 6 cilindarski V motor
Kombinacije izlaznih signala sa CAS i TDCS određuju tajming
Korekcija ugla predpaljenja
Knock Delay povećanje kašnjenja pri detekciji Temperaturna korekcija
Temperatura vazduha
Senzori i aktuatori Ključna uloga u sistemima za kontrolu Kritične komponente Raspoloživost senzora i aktuatora i struktura kontrolnog sistema Masovna proizvodnja, isplativost razvoja senzora
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
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).
Strujni VFC
VFC sa balansiranom količinom elektriciteta it t
Sinhroni VFC
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
Vane Air Flow Meter
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.
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)
Instrumentacioni pojačavač sa dva OP
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
Senzor pozicije na principu magnetne provodnosti
Promena u mag. Fluksu Indukuje napon Nemogućnost statičkog određivanja tajminga
Senzor na bazi holovog efekta (Hall-Effect) Mogućnost statičkog merenja.
Metalni zub štiti senzor od magnetnog polja
Optička detekcija pozicije Zahtev za čistom okolinom Zaštita od ulja i prljavština Detekcija u statičkim uslovima Konstantna izlazna amplituda
Detekcija ugla otvorenosti leptira (Thorttle angle) Analogni izlaz, AD konvetror V(a)=ka
Senzori temperature Temperatura rashladne tečnosti Temperatura usisnog vazduha Temperatura senzora kiseonika u izduvnim gasovima TERMISTOR Nelinearni i pp R t Aproksimacija: R 0 1 1 exp T T0 Veće, veća strmina
Greška aproksimacije
V out R T RT R X V in R t R 0 1 exp T 1 T 0
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
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
Parcijalni pritisci kiseonika Parcijalni pritisci kiseonika Vazduh: 10-2 Izduvni gasovi: 10-16 10-32
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
Temperaturna zavisnost Zagrevani EGO senzor HEGO
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
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
Ubrizgavanje goriva Fuel injection Elektromagentni ventil otvara i zatvara dotok goriva u motor
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