Sari la conținut

Bine ați venit pe site-ul web TEHNIUM AZI - un site web cu și despre tehnologie în memoria revistei Tehnium.

    Bine ați venit pe site-ul web TEHNIUM AZI, ca în cele mai multe comunităţi online și aici trebuie să vă înregistraţi pentru a vizualiza, descarca fișiere sau posta în comunitatea noastră, dar nu vă faceţi griji acesta este un proces simplu, gratuit, care necesită informaţii minime pentru înscriere. Faceți parte din comunitatea TEHNIUM AZI prin autentificare sau crearea unui cont de utilizator pentru: a incepe subiecte noi şi răspunde la alte subiecte; a te abona la subiecte şi forumuri în scopul obținerii de informații actualizate în mod automat; a avea propriul tău profil și ați face noi prieteni; și pentru a vă personaliza experienţa dumneavoastră aici.

    Pentru suport tehnic vă rugăm să vizitați:   FORUMUL  TEHNIUM AZI

Today's Birthday's
Cum controlează electronica eficienţa combustibilului ?
* * * - -
Transportul reprezintă în prezent aproximativ 25% din emisiile de CO2 la nivel mondial. Ceea ce a fost considerat în urmă cu câţiva ani un vis vizionar este acum în centrul atenţiei: vehicule hibride si electrice au intrat pe piaţă. Nivelul de cerere la nivel mondial pentru vehiculele electrice hibride (HEV) este prognozat să avanseze într-un ritm rapid. S-ar putea ajunge la peste 5 milioane de unităţi, în 2013, reprezentând aproximativ 6% din cererea de vehicule la nivel mondial (exceptând camioane).

Pe de altă parte, acest lucru înseamnă că restul de 94% din totalul vehiculelor uşoare vor rula pe "clasicile motoare cu ardere internă". Cu toate acestea maşinile hibride vor rula în majoritatea timpului pe (diminuatele) motoare cu benzină. Acest lucru justifică uşor efortul imens luat pentru îmbunătăţirea eficienţei consumului motoarelor, inclusiv a sistemelor proprii de suport, cum ar fi răcirea şi alimentarea cu combustibil.

Introducerea de sisteme de injecţie directă de înaltă presiune folosind "o cale comună" pentru distribuţia carburanţilor, la mai mult de 1000 de bar, a fost un reper major în evoluţia motoarelor diesel. Motoarele au căpătat astfel o performanţă mai bună şi emisii reduse la un nivel de zgomot mai redus. Bobina injectoarelor permite trei-cinci injecţii pe ciclu, ceea ce contribuie la o distribuţie controlată a presiunii în cilindru, cu scopul de a realiza un motor mai silenţios.

În figura următoare este reprezentat un etaj de putere simplificat de solenoid care foloseşte "două bancuri" ale sistemului CRDI (common rail direct injection). În timp ce injectorul este acţionat pe partea de înaltă de comutatoarele statice QH1A… QH2B, cilindrul individual este selectat de comutatoarele de pe partea de joasa QL1…QL6. Deschiderea rapidă a injectorului este executată de către VS2 prin intrarea în conducţie a comutatoarelor statice aferente. După activarea injectorului cu QH1A/2A, QH1B/2B, menţinerea în stare DESCHIS a injectorului se efectuează cu ajutorul VS1 de la o baterie. Utilizarea a două "bancuri" în două etaje independente de putere, aşa cum se arată în figura 1, permite o flexibilitate mai mare în ceea ce priveşte momentul injectării combustibilului în cilindri, cu scopul de a obţine performanţe mai ridicate. În maşinile de dimensiuni medii şi compacte, sistemele cu un singur banc sunt folosite doar pentru a reduce costurile.

Imagine postată

Cu toate acestea, evoluţia continuă. Înlocuirea injectoare solenoid cu tehnologie piezo are mai multe avantaje semnificative. Injectoarele piezo sunt mult mai rapide, reduc timpii morţi şi permit un control mult mai riguros a cantităţi de combustibil injectat. De asemenea, reacţia rapidă va permite mai multe injecţii pe ciclu (până la 15 şi chiar mai mult) prin reducerea variaţiilor rapide de presiune în cilindru şi eliminarea aproape în totalitate a zgomotul tipic diesel.

La începutul lansări în producţie, injectoarele piezo au avut probleme de fiabilitate cu corpul ceramic, dar toate aceste probleme au putut fi în cele din urmă rezolvate prin optimizarea materialului. Astfel, injectoarele piezo au ajuns la maturitate.

Imagine postată

În figura 2 este exemplificat arhitectura generală a unui modul piezo cu injecţie directă. În acest caz, este vorba de o semi-arhitectura rezonantă unde sarcina capacitivă a injectorului şi bobina serie formează un circuit oscilant. Aceasta arhitectura este în producţie ridicată de ani de zile. Multe sisteme de pe piaţa de astăzi utilizează arhitectura CRDI, pentru injectoare piezo, care au nevoie de mai multe componente, dar sunt mai uşor de controlat şi necesită o complexitate mai scăzută în ceea ce priveşte software-ul.

Ţinând seama numai de părţile componente, diferenţa majoră dintre sistemele cu injecţie directă şi piezo este în mod semnificativ o tensiune mai mare de operare. În timp ce sistemele cu solenoid funcţionează până la 120V (tensiune boost VS2), sistemul piezo are nevoie de impulsuri de 250V…350V. Pentru ambele arhitecturi Fairchild Semiconductor oferă comutatoare statice de putere în tehnologie planară şi trench, precum şi redresoare.

Din punct de vedere arhitectural, unităţile de control (ECU) a motoarelor pe benzină şi motorină sunt foarte asemănătoare. La motoarele pe benzina, orificiu sistemului de injecţie clasic a fost înlocuit cu injecţia directă de înaltă presiune. Diferenţa majoră între ECU pentru motoarele diesel şi benzină este puterea necesară de ieşire în etajul driver a injectorului şi sistemul de operare. Controlul foarte precis a cantităţi combustibilului injectat prin injecţie directă Piezo permite o stratificare definită a amestecului de aer-combustibil în cilindru. Rezultatul este nesemnificativ dar reduce consumul de combustibil. Pe de altă parte, este destul de dificil să se aprindă un amestec foarte slab de aer-carburant şi există, de asemenea, riscul ca arderea să fie incompletă (combustie neomogenă). Pentru a depăşi această provocare, este necesară multi-aprinderea prin scânteie care trebuie efectuată mai ales la rotaţii scăzute sau când motorul e rece. La adresa acestor provocări Fairchild a dezvoltat familia de tranzistoare IGBT EcoSPARK (Ignition IGBTs), care pot oferi o tensiune de saturaţie mică la cea mai mare capacitate de energie disipată pe unitatea de suprafaţă din industrie.

Dar care comutator static (MOSFET sau IGBT) este mai bun fără o interfaţă corespunzătoare între circuitul de control şi comutator? Din acest motiv Fairchild a creat familia de drivere de înaltă tensiune FAN708x, care pot fi direcţionate spre aplicaţii de control a injecţiei directe. Aceştia au construit HDG4, un proces dedicat de înaltă tensiune, cu izolarea galvanică. Folosind un brevet de invenţie au pus la punct o metodă de realizare a unor drivere mai puţin sensibile la zgomot decât dispozitivele concurente, admit tensiunii tranzitorii negative mai mult de -10V şi prezintă cel mai mic curent rezidual (repaus) din industria caracteristica. În plus, timpul de întârziere şi pragurile sunt aproape independente de temperatură eliminând eventualele variaţii în ciclul de execuţie a aplicaţiei, care pot cauza variaţii ale cantităţi de combustibil injectat.

Pentru a evita suprapunerea comutaţiei în etajul de putere, FAN7080 include o funcţie programabila a timpului mort. Suprapunerea comutaţiei în etajul de putere nu numai va reduce eficienţa acestuia ci este şi un potenţial risc pentru comutatoarele statice, care vor trebui să evite acest regim şi din motive EMI. Cu toate acestea, timpul mort controlează doar direcţia curentului în etajul de putere şi evită creşterea puterii disipate de tranzistoare peste cea maximă admisă, contribuind astfel la menţinerea, în limite admise, a mediei timpului de bună funcţionare a etajului. Datorită dispersiei caracteristicilor tranzistoarelor, prezenţa timpului mort este inevitabilă iar cea mai mică valoare a sa poate fi combătută prin includerea in etajul de putere, în drena sau sursa tranzistoarelor, a unor rezistenţe de valoare ohmică scăzută. Dacă nu sunt luate în considerare aceste măsuri, inclusiv diminuarea timpului mort, se poate compromite sau chiar reduce drastic fiabilitatea tranzistoarelor. Reţineţi, de asemenea, că tensiunea de autoinducţie generată de bobinele injectorului generează un curent invers prin corpul tranzistorului şi ca atare, şi acest aspect va trebui luat în considerare! O atenţie specială trebuie acordată şi PCB-ului. Experienţa arată că, în cele mai multe cazuri, atunci când clienţii se plâng de fiabilitate nesadisfăcătoare a etajului de putere şi eşecurile neexplicabile ale pornirii motorului, o dispunere necorespunzătoare a componentelor pe circuitul imprimat (PCB) şi un management termic defectuos, sunt de cele mai multe ori cauza principală.

Imagine postată

În figura 3 este prezentat un exemplu de circuit H-bridge conectat pe sarcina inductivă. Dacă Q2 şi Q3 sunt în saturaţie atunci curentul de sarcină parcurge aceste tranzistoare. Curentul se anulează prin aceste tranzistoare atunci când Q1 şi Q4 sunt saturate. Tranzistoarele impun direcţia curentului prin inductanţă. Pe parcursul timpului mort, curentul (IOFF) se scurge de la sol prin diodele tranzistoarelor Q1 şi Q4. În clipa când Q2 şi Q3 intră din nou în saturaţie, un supracurent va circula prin corpul diodei tranzistorului Q1 şi Q3. Acest curent invers reprezintă un stres semnificativ pentru Q3, pentru că trebuie să absoarbă tensiunea inversă tranzitorie apropiată de potenţialul VBIAS. Altfel spus, în acest timp, tranzistorul Q3 spunem că este solicitat în tensiune.

Presupunând că tranzistorul Q3 poate tolera aceste supratensiuni, există un alt risc: dacă curentul invers se întrerupe brusc, nodul A se apropie de potenţialul pământului şi va fluctua faţă de masă ca rezultat a parazitării circuitului. Această fluctuaţie poate distruge etajul de ieşire, în cazul în care este permis să depăşească valorile maxime admise. Controlul corespunzător a layout-ului PCB-ului, prin realizarea unor planuri de masa de impedanţă scăzută, trasee separate de masă pentru driver şi partea de forţă, precum şi adăugarea unor rezistoare în grila tranzistoarelor (RGATE) şi pe linia de referinţă a sursei (RSOURCE), va rezolva această problemă.

Un proiect PCB bun va avea poarta driver-ului amplasată cât mai aproape de grila tranzistoarelor de putere prin intermediul unui traseu de cel mult 1 inch lungime. Atunci când se utilizează placi separate pentru etajul de putere şi de control, traseele de comandă pe poartă a tranzistoarelor nu vor trece NICIODATA prin aceeaşi conectori (ideal ar fi sa nu avem comanda prin conectori). În cazuri extreme, introducerea unui circuit snubber poate fi necesar pentru a preveni suprasolicitarea aparatului.

De asemenea, o contribuţie semnificativă la consumul de combustibil este legată şi de funcţiile suplimentare ale motorului. Prin înlocuirea componentelor mecanice cu sisteme electrice randamentul ar putea fi în continuare îmbunătăţit. Folosirea unui ventilator cu motor brushless pentru răcirea motorului, un control precis şi creşterea debitului de aer, va permite reducerea volumului lichidului de răcire a motorului termic. Acest lucru va conduce la o variaţie în limite mult mai strânse a temperaturii de funcţionare a motorului termic. Micşorarea variaţiei temperaturii de funcţionare va reduce emisiile şi va creşte durata de viaţa a motorului. O altă contribuţie vine de la utilizarea unui sistem electric pentru controlul pompei de răcire. Doar introducerea ventilatoarelor cu turaţie reglabilă, optimizate pentru răcirea motorului, poate reduce consumul de carburant al unui automobil de dimensiune medie cu circa 3% [1].

În cele din urmă, ce îmbunătăţiri globale s-au realizat sau se pot obţine pentru gestionarea corectă şi îngrijită a motorului termic ?

Noul motor diesel Citroen C6 DPFS240 dezvoltă 177kW la 3800rpm, în creştere cu 18%. Cuplul este de 422Nm la 1500rpm, care este cu 17% mai mare decât la motorul de generaţia anterioară. În acelaşi timp, consumul de carburant şi emisiile de CO2 sunt reduse cu 15% [2] Motorul E240CGI de la Mercedes-Benz în noul E-Class produce 150kW şi 310Nm, cu 26% mai mult faţă de unităţile V6 produse anterior, cu un consum de combustibil şi a emisiilor de CO2 redus cu mai mult de 20% [3]. Acest fapt conduce la concluzia că eforturile întreprinse de inginerie nu au fost în zadar. Automatizarea electronică a sistemului de control şi a funcţiilor direcţiei, cum ar fi puterea si controlul temperaturii, sunt reperele prezente şi viitoare pentru îmbunătăţirea randamentului total general.

Bibliografie:
  • [1] Automobilindustrie, No.6, 1998 (1) Automobilindustrie, nr.6, 1998
  • [2] ATZ online, June 2009, www.atzonline.com (2) ATZ online, iunie 2009, www.atzonline.com
  • [3] Automotive engineering, June 2009, p.7 (3) Engineering Automotive, iunie 2009, p.7
  • [4] http://www.automotivedesignline.com


0 Comentarii

Latest News

Last FAQ

  • ian 11 2013 08:57
    Izolatia externa reprezinta izolația părților exterioare ale unui echipament, constând din distanțe de separare în aer si din suprafețele în contact cu aerul ale izolației solide ale unui echipament, care sunt supuse la solicitări d...
  • mar 03 2013 04:16
    Este o retea electrică al cărei punct neutru nu are nici o legătură voită cu pământul, cu excepia celei realizate prin aparate de măsurare, de protecie sau de semnalizare, având o impedană foarte mare.
  • iul 01 2014 08:27
    Acest nivel de izolatie se defineste astfel:a) pentru echipamentele cu tensiunea cea mai ridicată < 245 kV:- tensiunea nominală de tinere la impuls de trăsnet si- tensiunea nominală de tinere de scurtă durată la frecvenă indu...
  • ian 11 2013 08:34
    Supratensiunile electrice tranzitorii sunt de trei tipuri:- supratensiune cu front lent: Supratensiune tranzitorie, în general unidirecțională, având durata până la vârf 20 μs < Tp < 5000 μs si durata spatelui T2 < 20 ms...
  • aug 07 2012 08:30
    Sitemele de achizitie de date se clasifica avand in vedere doua criterii:dupa conditiile de mediu in care lucreaza:▪ sisteme destinate unor medii favorabile(laborator);▪ sisteme destinate utilizarii in condii grele de lucru( echipam...

Board Statistics

Total Posts:
68418
Total Topics:
5980
Total Members:
28358
Newest Member:
MihaiStoica
Online At Once:
240 --- 17-ianuarie 15

34 utilizator(i) activ(i)(în ultimele 15 minute)

34 vizitatori, 0 utilizatori anonimi
Google, Bing, Yahoo

emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc