PIESE AUTO

Chiulasa și garnitura de chiulasă

     Chiulasa este o piesă statică a motorului cu ardere internă, care, împreună cu blocul motor șipistonul, formează camera de ardere. Geometria chiulasei este extrem de complexă datorită rolului multi-funcțional al acesteia. Chiulasa conține o parte a sistemului de distribuție (supape, arcuri de supapă, arbori cu came, culbutori și tacheți), bujiile de aprindere și cele incandescente și injectoarele(pentru motoarele cu injecție directă).

Foto: Chiulasa motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged – vedere a supapelor și a orificiilor de evacuare
Sursa: GM

    Datorita rolului funcțional, chiulasa este supusa unor solicitări mecanice și termice intense. Acesta trebuie să reziste forței de presiune a gazelor și a forței de strângere a șuruburilor. Chiulasa este supusă unor tensiuni termice importante datorită inegalității distribuției termice în corpul acesteia. Pentru a răspunde tuturor cerințelor din timpul funcționării motorului, chiulasa trebuie să îndeplinească o serie de cerințe:

o    rigiditate mecanică ridicată

o    rezistență termică ridicată

o    etanșeitate față de lichidul de răcire, gaze de admisie și evacuare, ulei de lubrifiere

o    distribuirea cât mai uniformă a temperaturii

o    realizarea formei optime a camerei de ardere

o    masă redusă

Foto: Chiulasa motorului VW de 1.8L, cu 4 cilindri și 2 supape pe cilindru
Sursa: Wikimedia Commons

1. găuri de trecere a șuruburilor de fixare
2. canale de curgere a lichidului de răcire
3. orificiu pentru bujie
4. suprafață a camerei de ardere
5. supapă de admisie
6. supapă de evacuare
7. suprafață de contact cu garnitura de chiulasă
8. orificiu de curgere a gazelor de evacuare
9. orificiu de curgere a gazelor de admisie
10. șurub de fixare a galeriei de evacuare

    Prin intermediul orificiilor (1) chiulasa se fixează de blocul motor. Cuplul de strângere al șuruburilor precum și ordinea de strângere a acestora este deosebit de importantă pentru a nu produce tensiuni mecanice care pot conduce la fisuri ale chiulasei.

    Canalele de curgere ale lichidului de răcire (2) trebuie să asigure o răcire eficientă a chiulasei, mai ales în zona supapelor de evacuare, unde temperatura atinge valori maxime. Așezarea supapelor în chiulasă depinde de numărul de cilindri și de ordinea de aprindere a acestora. La proiectarea motorului este de preferat ca supapele de evacuare să nu fie lângă peretele despărțitor a doi cilindri adiacenți, pentru a limita solicitările termice. Temperaturile uzuale în zona supapei de evacuare ating valori de 700 °C.

Foto: Distribuția temperaturilor în chiulasă
Sursa: mentor.com

    Diametru orificiului supapei de admisie (5) este mai mare decât cel al supapei de evacuare (6). Această diferență se datorează necesității unei suprafețe de curgere mai mare a aerului admis în motor, mai ales la motoarele aspirate. La aceste tipuri de motoare aerul (amestecul aer-combustibil) este „tras” în motor datorită depresiunii create de mișcarea pistonului în cilindru. Contrar, gazele arse sunt evacuate facil, fiind împinse de piston. Astfel, pentru a asigura o umplere suficientă a cilindrilor cu aer proaspăt, diametrul orificiului de curgere al supapei de admisie este mai mare decât cel al supapei de evacuare.

Foto: Camera de ardere din chiulasa fără supape – motor Northstar 4.4L V8 Supercharged, 4 supape pe cilindru
Sursa: GM

    La chiulasele din aliaj de aluminiu (majoritare în cazul automobilelor) supapele nu se așează direct pe corpul chiulasei. Supapele se așează pe un scaun, care sunt de fapt inele presate în chiulasă. Pentru a asigura rezistența mecanica și termica necesară, scaunele supapelor se confecționează din fontă sau oțel aliat.

    Geometria chiulasei depinde de tipul motorului (benzină sau diesel), forma camerei de ardere (care depinde în principal de tipul injecției), tipul sistemului de distribuție (OHV, OHC sau DOHC), de traseul de curgere al gazelor (admisie și evacuare) și de sistemul de răcire.

Foto: Chiulasa motorului  Northstar 4.4L V8 Supercharged – vedere a orificiilor de admisie
Sursa: GM

    Majoritatea motoarelor de automobile au chiulasa din aluminiu. Chiulasa din fontă de utilizează cu precădere la autovehicule comerciale, de transport marfa sau persoane. Chiulasa din aluminiu are avantajul unui coeficient mai mare de transfer termic (disipă mai ușor căldura), masă mai mică și se prelucrează mai ușor. Chiulasa din aluminiu se fabrică prin turnare la presiune scăzută, în forme ceramice sau metalice.

Foto: Chiulasa motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged – vedere a orificiilor de evacuare
Sursa: GM

    Un motor cu ardere internă, răcit cu lichid, conține trei circuite care lucrează cu fluide: circuitul deadmisie/evacuare, circuitul de răcire și cel de ungere cu ulei. Toate aceste trei circuite se intră în componența chiulasei. Din acest motiv este deosebit de importantă etanșeitatea chiulasei pentru a nu permite interacțiunea celor trei circuite.

    De exemplu, pătrunderea uleiului în cilindri va conduce la arderea acestuia și la emisii importante de fum albastru. De asemenea, contaminarea cilindrilor cu lichid de răcire va conduce la uzura prematură a pieselor în mișcare (piston, segmenți) și la emisii de fum alb.

    Etanșeitatea chiulasei este asigurată de garnitura de chiulasă. Aceasta se poziționează între chiulasă și blocul motor și are rolul de a etanșa diferitele circuite care fac parte din chiulasă. Pe lângă asigurarea compresiei în cilindri și a etanșeității lichidului de răcire și a uleiului, garnitura de chiulasă trebuie să aibărezistență termică și mecanică ridicată.

Foto: Garnitura de chiulasă a motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged
Sursa: GM

    Garnitura de chiulasă la majoritatea motoarelor moderne este confecționată din mai multe straturi metalice. Acestea sunt acoperite cu cauciuc sintetic, pe partea de contact cu chiulasa și cu blocul motor, pentru a asigura adeziunea pe suprafață. În cazul în care blocul motor este din fontă iar chiulasa din aluminiu, datorită coeficientului de dilatare diferit, la creșterea temperaturii se produc tensiuni mecanice în chiulasă. Pentru a permite dilatarea chiulasei, independent de blocul motor, se practică o acoperire de teflon pe suprafețele de contact ale garniturii, reducându-se astfel solicitările mecanice ale chiulasei.

Foto: Garnitura de chiulasă a motorului Northstar 4.4L V8 Supercharged – vedere straturi
Sursa: GM

    Fiind piese statice, probabilitatea de defect a chiulasei și a garniturii de chiulasă este destul de mică. Totuși este de preferat ca la intervale mari de utilizare a automobilului (aproximativ 7-10 ani sau 100.000 – 150.000 km) să se înlocuiască garnitura de chiulasă. Măsura se dorește a fi preventivă, pentru că, în cazul în care se deteriorează garnitură de chiulasă, uzura motorului crește semnificativ sau chiar se produc defecte iremediabile ale motorului. De asemenea, o atenție deosebită trebuie acordată fixării chiulasei de blocul motor, la strângerea șuruburilor să se respecte ordinea și cuplul de strîngere prescris de producătorul auto. În caz contrar chiulasa se poate fisura (la un cuplu de strângere prea mare sau ordine de strângere a șuruburilor incorectă) sau etanșeitatea poate fi compromisă (la un cuplu de strângere prea mic).

Senzorul de poziție arbore (ax) cu came (CMPS)

    La motoarele cu ardere internă moderne calculatorul de injecție controlează deschiderea injectoarelor, producerea scânteii, fazele de distribuție (la motoare cu distribuție variabilă), în funcție de pozițiapistoanelor în cilindri. Calculatorul de injecție trebuie să recunoască poziția fiecărui piston în cilindru în funcție de semnalul de turație al arborelui cotit și/sau semnalul de poziție arbore (ax) cu came

Foto: Senzor poziție arbore (ax) cu came montat pe motor
Sursa: Continental

    Poziția mecanică a pistoanelor în cilindri, în timpul funcționării motorului, se poate determina pe baza poziției arborelui cotit și a axului cu came. Cu aceste informații calculatorul de injecție realizează sincronizarea motorului (recunoașterea poziției pistoanelor).

    La un motor cu 4 cilindri în linie ordinea de aprindere uzuală este 1-3-4-2. Din punct de vedere geometric, la aceste motoare 2 pistoane sunt decalate cu 180° față de celelalte 2. Astfel, în timpul funcționării motorului, când pistoanele 1 și 4 se vor afla la PMI, pistoanele 2 și 3 se vor afla la PME (vezi animația de mai jos).

În acest caz, când pistoanele 1 și 4 sunt la PMI, un piston este la sfârșitul cursei de comprimare iar cel de-al doilea la sfârșitul cursei de evacuare. Este evident că aprinderea/injecția trebuie să se facă doar la pistonul care se află la sfârșitul cursei de comprimare.

Foto: Motor cu 4 cilindri în linie, ordinea de aprindere 1-3-4-2
Sursa: Wikimedia Commons

    La motoarele mai vechi, cu aprindere mecanică (benzină) sau cu pompă de injecție mecanică (diesel) sincronizarea sistemului de aprindere/injecție cu poziția pistoanelor în cilindri se realizează automat, datorită legăturii mecanice directe cu arborele cotit.

    La motoarele moderne, la care aprinderea și injecția sunt controlate de către calculatorul de injecțiesincronizarea nu este automată ci trebuie facută pe baza informațiilor provenite de la senzori. Sincronizarea poziției pistoanelor se poate face în două moduri:

1. utilizând doar informația de poziție arbore cotit (turația motorului)
2. utilizând atât informația de poziție arbore cotit cât și cea de poziție arbore (ax) cu came

Foto: Senzor poziție arbore (ax) cu came

    Prima metodă are avantajul că nu necesită un senzor de poziție adițional pe arborele cu came. Calculatorul de injecție conține algoritmi care sincronizează poziția pistoanelor prin încercări succesive. Altfel spus, dacă 2 pistoane se regăsesc în PMI, calculatorul de injecție va comanda succesiv, pentru fiecare cilindru, injecția de combustibil. Apoi cu ajutorul senzorului de poziție arbore cotit va deduce care piston produce cuplu motor (măsurat prin creșterea turației), de unde rezultă că acesta a fost la PMI iar cel de-al doilea la PME.

    Dezavantajul acestei metode este timpul mai mare de demarare, pornire motor. De asemenea, în cazul defecțiunii senzorului de poziție arbore cotit (turație motor) pornirea motorului este imposibilă. Această metodă nu se aplică motoarelor cu distribuție variabilă deoarece pentru acestea este necesară informația de poziție arbore cu came.

    A doua metodă, mai des întâlnită, impune utilizarea unui senzor de poziție pe arborele cu came. Majoritatea senzorilor funcționează pe principiul efectului Hall. Poziția arborelui cu came este citită cu ajutorul unei roții metalice (pin) fixată pe acesta.

Foto: Arbore (ax) cu came motor Daimler OM651

1. roată de antrenare arbore cu came
2. arbore cu came
3. roată metalică poziție arbore cu came (pentru senzorul de poziție)

    În funcție de tipul motorului există mai multe variante de citire a poziției arborelui cu came. Se pot utiliza pini metalici sau roți metalice cu număr și lungime de dinți variabile.

Tipul roții metalice	Pin	Semilună	Dinți multipli (asimetrici)	Dinți multipli (simetrici)
Număr dinți roată	1	1	3 ... 7	3 ... 7
Durata sincronizării	Mare	Medie	Mică	Mică
Funcționare motor  în mod degradat*	Imposibilă	Posibilă dar cu performanțe slabe	Posibilă	Imposibilă

* în cazul defectării senzorului de poziție (turație) arbore cotit

Foto: Senzor de poziție arbore cu came + roată metalică în formă de semilună (motor Chrysler 2.8 litri)

    Prin utilizarea semnalelor celor doi senzori (poziție arbore cotit și arbore cu came), calculatorul de injecție poate determina care piston se află pe cursa de admisie și care este pe cursa de evacuare (în cazul unui motor cu 4 cilindri în linie.

    Semnalul dat de senzorul de poziție arbore (ax) cu came și roată metalică semilună este pozitiv (+13.5 V) când semiluna este în dreptul senzorului și nul (0 V) când semiluna nu este în dreptul senzorului.

Foto: Semnale electrice generate de cei doi senzori de poziție (arbore cotit și arbore cu came)

    Senzorul de poziție arbore cotit detectează când pistoanele sunt la PMI (ex. 1 și 4). Apoi, cu ajutorul semnalului de poziție de la arborele cu came (pozitiv sau nul) se determină care din cele două pistoane este pe cursa de comprimare.

    În cazul utilizării unei roți metalice cu dinți multipli, cu lungime variabilă, sincronizarea este mai rapidă, iar în cazul defectării senzorului de poziție motor, funcționarea în mod degradat a motorului este asigurată de senzorul de poziție arbore cu came.

Foto: Roată metalică cu dinți multipli de lungime variabilă (citită de senzorul de poziție arbore cu came)

    În funcție de tipul motorului senzorul de poziție arbore cu came este montat, de obicei, pe capaculchiulasei. La motoarele cu distribuție variabilă roțile dințate sunt poziționate pe sistemul de variere a poziției arborelui cu came.

    Senzorul de poziție arbore cu came ce funcționează pe principiul efectului Hall are 3 pini:

1. alimentare (+5 V)
2. masă (0 V)
3. semnal de poziție (+13.5 V)

    Codurile de defect OBD 2 pentru senzorul de poziție arbore cu came sunt P03xx.

Senzorul de temperatură motor (ECT) - mod de funcționare și diagnoză

Senzorul de temperatură monitorizează temperatura lichidului de răcire al motorului, deci implicit temperatura medie a acestuia. Informaţia furnizată de senzorul de temperatură este utilizată de calculatorul de injecţie în principal pentru controlul turaţiei de ralanti şi pentru controlul îmbogăţirii amestecului (raportul aer-combustibil), mai ales în faza de pornire a motorului.

    Perioada dintre pornirea motorului şi momentul în care acesta ajunge la temperatura nominală de funcţionare (aprox. 80-90 °C) este critică mai ales pentru nivelul de emisii poluante. De reţinut că senzorul de temperatură motor are o influenţă semnificativă asupra consumului, orice defect care alterează semnalul transmis către calculatorul de injecţie are ca efect modificarea consumului de combustibil.

Foto: Caracteristica senzorului de temperatură al motorului

    Principiul de funcţionare al senzorului de temperatură motor are la bază un dispozitiv semiconductor numittermistor. Majoritatea materialelor conductoare au un coeficient pozitiv de temperatură. Acest lucru presupune că atunci când temperatura conductorului creşte, rezistenţa electrică creşte de asemenea. La polul opus se află termistorul, care are coeficient negativ de temperatură. Astfel la creşterea temperaturii rezistenţa electrică a semiconductorului scade.

Foto: Elementele componente ale unui senzor de temperatură motor – secţiune

    Senzorul de temperatură este introdus în blocul motor cu ajutorul unui filet prevăzut pe carcasa metalică (2). Termistorul (3), prin intermediul carcasei metalice, preia temperatura lichidului de răcire al motorului. Contactele electrice (4) transmit semnalul electric către calculatorul de injecţie, legătura dintre acestea fiind realizată prin intermediul conectorului din plastic (1).

Foto: Elementele componente ale unui senzor de temperatură motor

Funcționarea motorului (simptomele) în cazul unui defect al circuitului de măsura a temperaturii

o    se aprinde martorul MIL: deoarece defectul senzorului de temperatură are impact asupra amestecului aer-combustibil și se depășesc limitele de emisii poluante

o    pornirea motorului devine dificilă: la pornirea la rece cantitatea de combustibil nu este ajustată corect în funcție de temperatură

o    crește consumul de combustibil: nu se face ajustarea corectă a îmbogățirii amestecului în funcție de temperatură

o    emisii de fum: datorită îmbogățirii excesive a amestecului aer-combustibil (oxigen insuficient) arderea nu este completă

o    funcționarea defectuoasă și/sau intermitentă a ventilatorului radiatorului motorului

Codurile de defect OBD ale circuitului de măsura a temperaturii

Codul	Descriere	Locația
P0115	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 1	-
P0116	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 1 - semnal în afara limitelor	-
P0117	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 1 - semnal sub limita minimă	-
P0118	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 1 - semnal pesta limita maximă	-
P0119	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 1 - semnal incoerent/discontinuu	-
P011A	Circuitul senzorilor de temperatură ai motorului 1/2 - incoerență între semnalele celor doi senzori	-

    În funcție de arhitectura motorului termic, circuitul de măsura al temperaturii motorului poate să conțină și al doilea senzor, care are alocate următoarele coduri OBD 2.

Codul	Descriere	Locația
P2182	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 2	-
P2183	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 2 - semnal în afara limitelor	-
P2184	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 2 - semnal sub limita minimă	-
P2185	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 2 - semnal pesta limita maximă	-
P2186	Circuitul senzorului de temperatură al motorului 2 - semnal incoerent/discontinuu	-

Posibile cauze de apariție ale codurilor OBD

o    senzor defect - scurt-circuit intern al senzorului de temperatură

o    contactele senzorului - contactul dintre mufa de conectare a cablajului cu senzorul de temperatura nu este perfect, este oxidat sau conține impurități

o    cablajul electric - legăturile electrice dintre senzorul de temperatură și calculatorul de injecție sunt întrerupte sau neizolate

o    contactele calculatorului de injecție - contactul dintre cablajului senzorului de temperatură cu calculatorul de injecție nu este perfect, este oxidat sau conține impurități

Cum se face diagnosticarea circuitului de măsura a temperaturii?

    Dacă motorul are simptomele mai sus prezentate sau dacă cu ajutorul unui scantool citim codurile de eroare ale circuitului de măsură a temperaturii, acesta s-ar putea să fie defect. Identificarea componentei defecte presupune verificarea tuturor elementelor care contribuie la citirea temperaturii: senzor, contacte, cablaje, contacte, calculator de injecție.

Senzorul

    Funcționarea nominală a senzorului se poate determina pe baza caracteristicii acestuia. Cu ajutorul unui multimetru se fac două verificări:

1. test de continuitate pe cei doi pini ai senzorului, pentru a determina dacă contactele sunt legate de elementul activ (termistor)
2. măsurarea rezistenței senzorului demontat: valoarea rezistenței trebuie să corespundă cu valoare din caracteristica senzorului (exemplu la 20 °C trebuie să aibă aproximativ 2 kΩ)

    Caracteristica de rezistență electrică în funcție de temperatură diferă în funcție de compania care produce senzorul, astfel că, pentru o bună diagnosticare, trebuie să se cunoască specificațiile tehnice.

Contactele

    Atât contactele senzorului de temperatură cu cablajul cât și contactele cu calculatorul de injecție se verifică să nu fie rupte, oxidate, îndoite sau să conțină impurități.

Cablajul

    Cu cablajul decuplat de senzor și calculator se face mai întâi o inspecție vizuală pentru a depista eventualele rupturi, arsuri sau deteriorări a izolației. Apoi cu un multimetru se face un test de continuitate a firelor care conectează senzorul de calculator.

Senzorul de viteză al roții (ABS/ESP) - mod de funcționare și diagnoză

Sistemele de frânare care previn blocarea roților (ABS) au în componență senzori de viteză pentru fiecare roată. Pe baza informațiilor primite de la senzori calculatorul ABS determină care dintre roți este blocată și comandă scăderea presiunii de frânare pentru deblocarea roții.

Foto: Montarea senzorilor de viteză a roții pentru sistemele ABS/ESP
Sursa: ClearMechanic.com

1. senzor de viteză ABS
2. disc de frână
3. semnalul de viteză (tensiune electrică)

    În funcţie de principiul de funcţionare al senzorului, aceștia se clasifică în:

             o    senzori de turație activi (inductivi) - nu necesită alimentare, produc tensiune electrică

o    senzori de turație pasivi (Hall) - necesită o tensiune de alimentare

Foto: Senzor de viteză roată
Sursa: Bosch

    Funcționarea senzorilor de turație inductivi se bazează pe variaţia reluctanţei magnetice obţinută cu un disc danturat fixat solidar cu roata şi un circuit magnetic cu magnet permanent şi bobină. În momentul în care dinţii discului danturat (1) trec prin dreptul magnetului permanent (3) se modifică intensitatea câmpului magnetic generat.

Foto: Principiul de funcționare al senzorului de viteză roată pentru ABS/ESP
Sursa: e-automobile.ro

1. roată dințată
2. bobină
3. magnet permanent
4. semnal viteză (tensiune electrică)

    Astfel tensiunea electrică indusă (4) în bobină (2) va fi pozitivă în momentul în care un dinte se va apropia de magnet, nulă în momentul în care dintele discului este alinat cu magnetul şi negativă la depărtarea dintelui.

Foto: Semnalul electric generat de un senzor de viteză inductiv (ABS)
Sursa: e-automobile.ro

    Se obţine astfel un semnal periodic, cu frecvenţa şi amplitudinea dependente de viteza de rotaţie a roţii. Dezavantajul acestui tip de senzor este că, la viteze mici, semnalul îşi pierde din acurateţe. În acelaşi timp, asupra senzorului se efectuează o diagnoză pentru a informa calculatorul ABS dacă valoarea semnalului este plauzibilă.

    Senzorii de viteză Hall se numesc pasivi deoarece, pe lângă cele două borne ale semnalului electric ce măsoară viteza, mai au nevoie de o bornă adiţională de alimentare (5V sau 12 V). Senzorul are în componenţă un element semiconductor și un circuit electronic de procesare a semnalului. Elementul de rotaţie (inel, roată) conţine mai multe perechi de poli N-S dispuşi alternativ.

Foto: Principiul de funcționare al unui senzor de viteză Hall
Sursa: e-automobile.ro

1. inel magnetic
2. întrefier
3. senzor Hall
4. semnal viteză (tensiune electrică)

    Acest element magnetic (1) este ataşat de roata a cărei viteză este măsurată. Alternarea polilor magnetici va genera un câmp magnetic în materialul semiconductor al senzorului (3) care va conduce la citirea unei diferenţe de potenţial (tensiune electrică). Tensiune este mai departe prelucrată şi furnizată unităţii electronice de calcul (calculatorului ABS) care o transformă într-un semnal de viteză (4). Calculatorul ABS determină astfel valoarea vitezei de rotaţie a roții pe baza variaţiei frecvenţei tensiunii electrice recepţionate de la senzor.

Codurile OBD ale senzorilor de viteză a roții – ABS/ESP

Codul	Descriere	Locație
C0031	Senzorul de viteză al roții față stânga	-
C0032	Alimentarea senzorului de viteză al roții față stânga	-
C0034	Senzorul de viteză al roții față dreapta	-
C0035	Alimentarea senzorului de viteză al roții față dreapta	-
C0037	Senzorul de viteză al roții spate stânga	-
C0038	Alimentarea senzorului de viteză al roții spate stânga	-
C003A	Senzorul de viteză al roții spate dreapta	-
C003B	Alimentarea senzorului de viteză al roții spate dreapta	-
C003D	Senzorul de viteză al roții spate	-
C003E	Alimentarea senzorului de viteză al roții spate	-

Clapeta de accelerație electronică – obturatorul motorizat

   Reglarea sarcinii la motorul pe benzină se face prin controlul masei amestecului aer-combustibilintrodusă în motor. În funcție de cantitatea de aer care intră în motor, calculatorul de injecție calculează masa de combustibil ce trebuie injectată. Clapeta de accelerație reglează masa de aer care intră în motor prin obturarea galeriei de admisie.

Foto: Clapeta de accelerație electronică Delphi
Sursa: Delphi

Componentele clapetei de accelerație controlată electronic

    Cuplul motor cerut de conducătorul auto este exprimat prin poziția pedalei de accelerație. Când conducătorul auto dorește să accelereze automobilul, practic cere un cuplu mai mare de la motorul termic. În cazul clapetelor de accelerație controlate electronic calculatorul de injecție comandă, prin intermediul unui motor electric, de curent continuu, poziția obturatorului (clapetei).

Foto: Clapeta de accelerație electronică Bosch DV-E5
Sursa: Bosch

1. corpul clapetei de accelerație
2. clapeta de accelerație
3. angrenaj cu roți dințate
4. senzor de poziție clapetă
5. motor electric de curent continuu
6. conector electric

    Sistemele cu clapetă de accelerație electronică se mai numesc și sisteme „drive by wire” deoarece nu există o legătura directă, mecanicăl între pedala și clapeta de accelerație. Pedala de accelerație este prevazută cu un senzor de poziție care trimite informația calculatorului de injecție. În funcție de poziția pedalei de accelerație calculatorul de injecție comandă motorul electric (5) pentru a ajusta poziția clapetei de accelerație (2). Cuplul motorul electric este amplificat de un angrenaj cu roți dințate (3) și transmis mai departe clapetei de accelerație (2). Un senzor de poziție (4) citește poziția clapetei de accelerație pe care o trimite calculatorului de injecție.

Foto: Clapeta de accelerație – componente
Sursa: vwvortex.com

1. corpul clapetei și clapeta de accelerație
2. angrenajul cu roți dințate
3. senzor de poziție clapetă de accelerație
4. carcasă cu conector electric

    Poziția clapetei de accelerație este controlată în bucla închisă. Calculatorul de injecție primește o referință a poziție de la pedala de accelerație și comanda motorul electric pentru a deschide sau închide clapeta de accelerație. Pentru a asigura poziția corectă a clapetei calculatorul de injecție utilizează semnalul de la senzorul de poziție al acesteia și corectează comanda motorului electric, dacă este cazul.

Foto: Clapeta de accelerație - sistemul de control (pedala de accelerație → calculator de injecție → clapetă de accelerație)
Sursa: Bosch (componente)

Clapeta de accelerație electronică - avantajele utilizării

    Sistemul de control electronic al clapetei de accelerație a fost introdus în principal pentru a reduce consumul de combustibil al motorului. Comparativ cu o clapeta de accelerație cu comandă mecanică, clapeta de accelerație electronică permite strategiilor de control motor, din calculatorul de injecție, să optimizeze punctul de funcționare al motorului în sensul scăderii consumului de combustibil. De asemenea în cazul automobilelor cu transmisie automată clapeta de accelerație electronică a permis o anumităflexibilitate în ceea ce privește legile de schimbare a treptelor de viteză (acestea depind în principal de poziția pedalei de accelerație și de viteza automobilului).

    De asemenea clapeta de accelerație electronică a permis integrarea mai ușoară a sistemului de control al vitezei de croazieră a automobilului (Cruise Control) și a sistemului de control a stabilității automobilului (ESP). Aceste sisteme modifică cuplul motorului (mărit sau redus) prin ajustarea poziției clapetei de accelerație independent de poziția pedalei de accelerație.

Monitorizarea și validitatea informației de poziție pedală și clapetă de accelerație

    Monitorizarea clapetei de accelerație este deosebit de importantă deoarece funcționarea incorecta a acesteia poate avea impact asupra siguranței automobilului și a pasagerilor. În cazul în care apare un defect al clapetei de accelerație motorul intra în regim de avarie iar performanțele de tracțiune vor fi limitate.

    Senzorul de poziție al pedalei de accelerație cât și senzorul de poziție al clapetei de accelerație conține două elemente sensibile, informația de poziție fiind transmisa pe doua canale. Astfel, calculatorul de injecție primește două semnale de poziție de la pedala de accelerație și două de la clapeta de accelerație. Cu aceste informații, pe baza unui algoritm software, calculatorul de injecție verifică corectitudinea informației de poziție de la cei doi senzori.

Clapeta de accelerație electronică - diagnosticarea poziției

    Funcția de diagnosticare compară poziția clapetei de accelerație cu poziția pedalei de accelerație. Dacă apare o diferență mare între cele două semnale calculatorul de injecție ridică un cod de eroare. Dacă sistemul de control (calculatorul de injecție) al poziției clapetei de accelerație, prin încercări repetate, nu ajunge la poziția corespunzătoare pedalei de accelerație, ridică un cod de eroare.

    În cazul în care temperatura exterioară este sub zero grade, datorită înghețului, este posibil să se blocheze clapeta de accelerație. Sistemul de control al clapetei are o rutina cu care încearcă dezghețarea acesteia prin mișcări succesive alternative. După încercări succesive, dacă nu se reușește deblocarea clapetei, calculatorul de injecție ridică un cod de eroare.

Clapeta de accelerație electronică - coduri de eroare OBD

Cod	Descriere	Locație
P0068	Corelare între poziţia clapetei şi senzorul de presiune aer/masă aer
P0120	Circuitul senzorului de poziţie 'A' al clapetei de acceleraţie / pedalei de acceleraţie	-
P0121	Circuitul senzorului de poziţie 'A' al clapetei de acceleraţie / pedalei de acceleraţie - semnal în afara limitelor	-
P0122	Circuitul senzorului de poziţie 'A' al clapetei de acceleraţie / pedalei de acceleraţie - semnal sub limita minimă	-
P0123	Circuitul senzorului de poziţie 'A' al clapetei de acceleraţie / pedalei de acceleraţie - semnal peste limita maximă	-
P0124	Circuitul senzorului de poziţie 'A' al clapetei de acceleraţie / pedalei de acceleraţie - semnal incoerent/discontinuu	-

Calculatorul de injecție (ECU) – mod de funcționare și diagnoză

    Motoarele moderne utilizate pentru propulsarea automobilelor, pe benzină sau diesel, sunt controlate în totalitate de sisteme electronice. Partea „inteligentă” a acestor sisteme de control este reprezentată decalculatorul de injecție. Acesta, pe baza informațiilor primite de la senzori (poziție, turație, presiune, etc.), determină starea motorului și acționează asupra diferitelor actuatoare (injectoare, supape, motoare electrice, etc.) în scopul atingerii regimului de funcționare cerut de conducătorul auto (exprimat prin poziția pedalei de accelerație). În limba engleză calculatorul de injecție este abreviat ECU, ECM, EMS sau PCM.

Foto: Calculatorul de injecție DCM3.7
Sursa: Delphi

    Calculatorul de injecție este proiectat să funcționeze în condiții de solicitări mecanice și termice extreme. Acesta trebuie să lucreze la parametrii nominali fiind expus la:

o    temperaturi extreme: -40...120 °C

o    variații mari de temperatură

o    expunere la contaminarea cu apă, ulei, combustibil, etc.

o    praf, umezeală

o    solicitări și vibrații mecanice

    Pe lângă solicitările termice și mecanice funcționarea calculatorului de injecție trebuie să fie robustă și în cazul oscilațiilor de tensiune electrică sau în cazul expunerii la perturbații electromagnetice.

Foto: Calculatorul de injecție EMS3
Sursa: Continental

    Principalele părți componente ale calculatorului de injecție sunt: carcasa (2) din plastic sau metal, placa de bază (1) ce conține circuitele electronice și conectorul (3) prin care se primesc semnalele electrice de la senzori și se comandă actuatoarele (supape, motoare, etc.).

Foto: Calculatorul de injecție MT62.1
Sursa: Delphi

    În funcție de tipul motorului, benzină sau diesel, sau de sistemele auxiliare ale acestuia, conectorul are un număr variabili de pini (intrări de la senzori, comanda actuatoarelor, alimentare, etc.). La un motor modern calculatorul de injecție poate depăși ușor 100 de pini.

Exemplu de intrări/ieșiri calculator de injecție

Intrări (senzori)	ECU	Ieșiri (actuatoare)
poziție pedală de accelerație poziție clapetă obturatoare turație motor poziție arbore cu came debit masă aer temperatură aer admisie temperatură lichid de răcire motor temperatură gaze evacuare (diesel) presiune atmosferică presiune combustibil rampă (injecție directă) presiune aer admisie (supraalimentare) presiune diferențială evacuare (diesel) senzor de detonație (benzină) sondă lambda amonte sonda lambda aval (benzină) poziție cheie contact contact poziție ambreiaj contact poziție frână alimentare baterie +12V		comandă injectoare comandă bujii aprindere (benzină) comandă bujii incandescente (diesel) comandă clapetă obturatoare comandă pompă combustibil (joasă presiune) comandă pompă combustibil (înaltă presiune) comandă supapă EGR comandă supapă supraalimentare comandă distribuție variabilă comandă pompă aer secundar (benzină) comandă supapă aer secundar (benzină) comandă supapă purjare canistră carbon activ (benzină) comandă circuit încălzire combustibil (diesel) comunicare CAN conexiune OBD

    Din punct de vedere funcțional un calculatorul de injecție are următoarele componente:

o    blocul de alimentare de la baterie (+BAT)

o    blocul de procesare a semnalelor de intrare

o    unitatea centrală de procesare CPU (μCONTROLER - microcontroler)

o    memoria non-volatilă (EEPROM)

o    modulul de monitorizare

o    etajul de amplificare a comenzii actuatoarelor

Foto: Procesarea semnalelor în calculatorul de injecție
Sursa: Bosch

    Microcontrolerul este componenta electronică care realizează operațiile matematice și logice ale algoritmului de control. Acesta conține la rândul lui o memorie Flash EEPROM, o memorie RAM, un convertor A/D (analogic-digital) și un modul CAN.

Flash EPROM

    Această memorie este partajată de algoritmul de control al motorului precum și parametrizarea (calibrările) acestuia. Conținutul memoriei Flash EPROM poate fi reprogramat atât în zona algoritmului cât și a parametrizării, specificând zona de memorie ce se dorește a fi reprogramată. În cazul acestui tip de memorie, la reprogramare, se șterge și se rescrie tot conținutul dintr-o anumită zonă, nu se poate șterge individual a anume adresă de memorie.

RAM

    Informațiile stocat în memoria RAM pot fi accesate direct, prin specificarea adresei din memorie. Datele pot fi scrise și citite de câte ori este nevoie, fără restricții. Acestă memorie este utilizată în timpul funcționării motorului și conține toate variabilele din algoritmul de control care sunt modificate (calculate). La oprirea motorului (întreruperea alimentării cu energie electrică) tot conținutul memoriei RAM este pierdut, cu excepția informației salvate în memoria nonvolatilă.

Convertor A/D

    Semnalele de intrare în calculatorul de injecție, în funcție de tipul senzorului, poate fi analogic sau digital. Un semnal analogic (poziția pedalei de accelerație, presiunea de supraalimentare, etc.) este de fapt o tensiune electrică, de obicei între 0 ... 5V pentru senzori și 0 ... 15V pentru bateria de acumulatori . Conversia acestora în valoare digitală, care poate fi interpretată de calculatorul de injecție, se face cu ajutorul unui convertor analog-digital.

    Anumiți senzori (cu efect Hall sau contacte) trimit semnalele digitale către calculatorul de injecție. Acestea au două nivele logice, 0 sau 1, reprezentate de 0 sau 5V. Microcontrolerul procesează direct aceste semnal fără a avea nevoie de o conversie adițională.

    Semnalul de turație al arborelui cotit este generat de un senzor inductiv. Acesta are formă de impulsuri periodice, este procesat în mod special de microcontroler și transformat ulterior în semnal digital.

    Modulul CAN realizează comunicarea cu restul calculatoarelor de pe automobil (ABS, BCM, TCU, etc.) și cu dispozitivele de diagnoză (scantool, aftersales).

Memoria EEPROM

    Datele care nu trebuie pierdute la oprirea alimentării calculatorului de injecție (coduri de eroare, km parcurși, codul imobilizatorului, etc.) sunt stocate în memoria EEPROM (non-volatilă sau KAM). Datele conținute în acest tip de memorie, ca și memoria Flash EPROM, se pot șterge. Avantajul acestui tip de memorie este că poate șterge adrese de memorie individuale. De exemplu se pot șterge doar codurile de eroare fără a afecta celelalte date memorate.

Modul monitorizare

    În cazul motoarelor cu control electronic al obturatorului, calculatorul de injecție este prevăzut cu un modul adițional de monitorizare a anumitor parametrii ai motorului (poziție pedală accelerație, presiune rampă combustibil, cuplu motor calculat, etc.). De exemplu, cuplul motor este calculat redundant, de două microprocesoare. Dacă se detectează diferențe între cele două valori de cuplu, se ridică un cod de eroare iar motorul intră în stare de avarie. Acesta este un mod de protecție deoarece o valoare a cuplului motor calculată eronat, poate conduce la accelerări bruște ale motorului și implicit la posibile accidente.

Calculatorul de injecție – date tehnice

Nume	Delphi MT92	Delphi DCM3.7
Motor	benzină, cu injecție directă, supraalimentat	diesel, cu rampă comună, supraalimentat
Microprocesor	32 biți	32 biți, 80 – 120 MHz
Memorie Flash	2 MB	-
Conector	154 (94 + 60) pini	60 ... 200 pini
Comunicație	CAN, KWP 2000, LIN	CAN

Conector	154 (94 + 60) pini	60 ... 200 pini
Comunicație	CAN, KWP 2000, LIN	CAN

Calculatorul de injecție – coduri de eroare OBD

Cod	Descriere	Locație
P0601	Modul de control intern – eroare sumă de verificare memorie	-
P0603	Modul de control intern – eroare memorie non-volatilă (KAM)	-
P0604	Modul de control intern – eroare memorie RAM	-
P0605	Modul de control intern – eroare memorie ROM	-
P060A	Modul de control intern – performanța procesorului modului de monitorizare	-
P060B	Modul de control intern – performanța convertorului analog digital	-
P060C	Modul de control intern – performanța procesorului principal	-
P060D	Modul de control intern – performanța poziției pedalei de accelerație	-
P060E	Modul de control intern – performanța poziției obturatorului	-
P060F	Modul de control intern – performața temperaturii lichidului de răcire	-
P061A	Modul de control intern – performanța cuplului	-
P061B	Modul de control intern – performanța cuplului calculat	-
P061C	Modul de control intern – performanța turației motorului	-
P061D	Modul de control intern – performanța debitului masic de aer	-
P061E	Modul de control intern – performanța semnalului pedalei de frână	-
P061F	Modul de control intern – performanța sistemului de control al clapetei obturatoare	-
P062B	Modul de control intern – performanța sistemului de control al injectoarelor	-
P062C	Modul de control intern – performanța vitezei automobilului	-
P062F	Modul de control intern – eroare memorie EEPROM	-
U0300	Modul de control intern – incompatibilitate software	-

    Cauzele apariției codurilor de eroare ale calculatorului de injecție sunt:

o    tensiunea bateriei este în afara limitelor

o    contact imprecis al pinilor calculatorului cu mufa de conectare

o    defect intern de componentă (impune schimbarea calculatorului de injecție).

Sonda lambda binară (senzorul de oxigen benzină) - mod de funcționare și diagnoză

    Normele de poluare, fie ca sunt europene (Euro), americane (Tier) sau japoneze (Japan) impun producătorilor de autovehicule emisii poluante tot mai reduse. De asemenea, în marile aglomerări urbane, nivelul emisiilor automobilelor are o importanţă mult mai mare deoarece afectează direct sănătatea locuitorilor.

    Sonda lambda (numită şi sonda sau senzorul de oxigen) are o importanţă deosebită relativ la reducerea emisiilor poluante de pe automobile. Produs al companiei Bosch, sonda lambda a fost utilizată pentru prima oara alături de un catalizator pe un automobil Volvo la sfârşitul anilor 1970. Dezvoltarea şi proiectarea sondei a fost începuta în timpul anilor 1960 sub supravegherea dr. Gunter Bauman, în cadrul companiei Robert Bosch GmbH.

Foto: Sonda lambda - senzorul de oxigen
Sursa: Bosch

    Aplicaţiile principale ale sondei lambda sunt motoarele pe benzină. Sonda se utilizează şi pe motoarele diesel dar mult mai restrâns. Motivul este acela ca motoarele pe benzina funcţionează în jurul amestecului stoichiometric în timp ce motoarele diesel funcţionează cu amestecuri sărace.

Emisiile poluante ale automobilelor

    Înainte de a explica modul de lucru al sondei lambda trebuie să avem o imagine clară a emisiilor poluante de pe automobile. Principalele emisii poluante ale automobilelor sunt:

o    monoxidul de carbon CO;

o    oxizii de azot NOx;

o    hidrocarburile HC;

o    particulele PM.

    Cea mai des utilizată metodă de a reduce emisiile poluante de pe un automobile este catalizatorul. În cazul în care catalizatorul reduce proporţiile de CO, NOx şi HC din gazele de evacuare, acesta se numeşte catalizator pe trei căi. Orice sistem de post tratare a emisiilor poluante al unui automobil, ce utilizează uncatalizator, are în componenta şi o sondă lambda. Eficacitatea catalizatorului depinde în întregime de buna funcţionare a sondei lambda.

Amestecul stoichiometric

Pentru a asigura arderea completă a combustibilului din motor (benzină sau motorină) este nevoie de o anumita cantitate de oxigen deci de o anumita cantitate de aer. Astfel, pentru a arde complet 1 kg de benzină avem nevoie de aproximativ 14.7 kg de aer. Dacă acest raport se păstrează (14.7:1) şi în cilindru putem spune că amestecul din cilindru este stoichiometric. Notaţia utilizată în literatura de specialitate, pentru evalua raportul aer:combustibil din motor, este litera greceasca lambda (λ). Relativ la tipul amestecului aer-combustibil din motor putem avea urmatoarele situaţii:

o    amestec bogat (λ < 1): în acest caz combustibilul este în exces, aerul nefiind suficient pentru o ardere completă;

o    amestec stoichiometric (λ = 1): în acest caz raportul aer-combustibil este ideal arderea fiind completă;

o    amestec sărac (λ > 1): în acest caz aerul este în exces, arderea fiind completă dar cu exces de oxigen;

Rolul sondei lambda

    Tipul amestecului aer-combustibil, bogat sau sărac, influenţează în mod direct nivelul emisiilor poluante. Astfel în caz unui amestec bogat, combustibilul fiind în exces, arderea este parţială, rezultă emisii bogate în monoxid de carbon (CO) şi hidrocarburi (HC). În cazul amestecurilor sărace, oxigenul fiind în exces, conduce la creşterea nivelului de oxizi de azot (NOx) din gazele de eşapament. Compromisul este făcut în cazul amestecului stoichiometric, caz în care emisiile sunt la un nivel mediu pentru fiecare din cele trei componente (CO, HC şi NOx).

Foto: Nivelul emisiilor poluante ale unui automobil în funcţie de tipul amestecului aer-combustibil

1. fără catalizator
2. cu catalizator

    Eficacitatea catalizatorului este maximă atunci când amestecul aer-combustibil este stoichiometric. Rolul sondei lambda este de a informa calculatorul de injecţie care este starea amestecului aer-combustibil. Pe baza informaţie primite de la sondă calculatorul va ajusta injecţia de combustibil astfel încât amestecul să se menţină în jurul valorii stoichiometrice.

Foto: Controlul în bucla închisă al injecţiei de combustibil.
Sursa: Wikimedia Commons

    Schema de principiu a controlului amestecului aer-combustibil în jurul valorii stoichiometrice se compune din:

1. senzorul de masă de aer
2. catalizatorul primar
3. catalizatorul secundar
4. injectoarele de combustibil
5. sonda lambda amonte
6. sonda lambda aval
7. circuitul de alimentare cu combustibil
8. galeria de admisie
9. galeria de evacuare

ECU – calculatorul de injecţie

    Utilizând informaţia de la senzorul de masă de aer, calculatorul de injecţie ajustează timpul de deschidere al injectoarelor reglând astfel cantitatea de combustibil injectată. Acest mod de control al injecţie se numeşte control în bucla închisă (closed loop control) şi se bazează pe informaţia primită de la senzori.

    A doua sondă lambda, de după catalizator, are rolul de a monitoriza activitatea catalizatorului, pentru a ne asigura că acesta funcţionează în parametrii normali. Cu alte cuvinte rolul sondei lambda în aval de catalizator este de a diagnostica funcţionarea catalizatorului.

Modul de funcţionare al unei sonde lambda

    În echiparea automobilelor de serie exista mai multe tipuri de sonde lambda. Un criteriu de clasificare ţine cont de principiul de funcţionare şi de numărul de conexiuni electrice.

    Astfel, dacă le clasificam după principiul de funcţionare, distingem:

o    sonde lambda binare

§  cu zirconiu;

§  cu titan;

o    sonde lambda liniare

Sonde lambda binare cu zirconiu

    Acestea sunt primele tipuri de sonde lambda utilizate în industria automobilelor. Principiul de funcţionare se bazează pe modul de funcţionare al unei celule de combustie (fuel cell), numita celulă Nernst. Acest tip de sondă lambda este de tipul senzorului generator, senzor care produce o tensiune electrică fără să fie alimentat la o sursa de tensiune exterioară. Tensiunea electrică generată de sondă este produsă de diferenţa de molecule de oxigen din gazele de eşapament şi aerul atmosferic.

Foto: Secțiune longitudinala printr-o sondă lambda

    Sonda lambda se conectează pe galeria de evacuare (1) prin intermediul carcasei cu filet (2). În interiorul tubului de protecţie (3) se găseşte corpul ceramic din dioxid de zirconiu (4). Acesta este învelit cu doi electrozi (5), unul în contact cu gazele de evacuare iar cel de-al doilea cu aerul atmosferic. De reţinut că electrodul care este în contact cu gazele de evacuare este acoperit de un material ceramic poros care permite pătrunderea gazelor şi în acelaşi timp protejează suprafaţa electrodului de coroziune. Carcasa de protecţie (6) conţine orificii (8) care au rolul de a permite aerului atmosferic să intre în contact cu unul dintre electrozi. Arcul (7) asigura contactul între conectorul (9) şi electrod.

Foto: Sonda lambda - componente

    În funcţie de cantitatea de oxigen din evacuare sonda lambda generează o tensiune care semnalează calculatorului de injecţie dacă amestecul este sărac sau bogat. Astfel dacă amestecul este bogat (λ < 1) atunci în gazele de eşapament se află o cantitate foarte mică de oxigen. În acest caz sonda lambda va genera o tensiune de aproximativ 0.8 ... 0.9 V. În cazul în care amestecul este sărac (λ > 1) oxigenul se va găsi în cantitate mare în gazele de evacuare, diferenţa de molecule de oxigen fiind mică tensiunea generată va fi de ordinul 0.1 ... 0.2 V. Cu cat diferenţa dintre moleculele de oxigen este mai mare, între gazele de eşapament şi aerul atmosferic, tensiunea generată de sonda lambda este mai mare.

Foto: Principiul de funcţionare al sondei lambda

    Ionii oxigenul din gazele de evacuare sunt conduşi prin intermediul dioxidului de zirconiu către electrodul în contact cu aerul atmosferic. Se creează astfel o diferenţă de potenţial între electrod şi masă (galeria de evacuare) care este citită şi interpretată de calculatorul de injecţie. În cazul în care amestecul este bogat (aprox. 0.9 V) calculatorul de injecţie va aplica corecţii, ceea ce va conduce la o sărăcire a amestecului (aprox. 0.2 V). Rezultă că tensiunea de ieşire a sondei lambda va avea un salt de la 0.9 la 0.1 V sau de la amestec bogat la amestec sărac.

Foto: Nivelul tensiuni generate de senzorul de oxigen în funcţie de tipul amestecului aer-combustibil

    Denumirea de sondă binară vine de la faptul că sonda identifică doar două stări ale amestecului, bogatsau sărac, fără a putea determina care este nivelul exact de îmbogăţire sau sărăcire. Un dezavantaj al sondei lambda este acela că funcţionează numai la temperaturi în jur de 350 °C. Din acest motiv controlul îmbogăţirii amestecului nu funcţioneaza exact din momentul demarării motorului, ci numai după ce temperatura sondei a ajuns la valoarea nominală. Acest mod de funcţionare este în defavoarea reducerii nivelului de emisii poluante. Astfel, pentru a minimiza timpul de inactivitate al sondei lambda toate versiunile curente sunt prevazute cu o rezistenţă electrică de încălzire.

Foto: Conexiunea electrica a unei sonde lambda cu un singur fir

Sonda lambda cu trei sau patru fire

Foto: Conexiunea electrica a unei sonde lambda cu trei sau patru fire.

Diagnosticarea sondei lambda

    În funcţie de tipul amestecului aer-combustibil, bogat sau sărac, sonda lambda generează o tensiune ce are forma semnalului similara cu o sinusoidă.

Foto: Tensiunea generată de o sondă lambda binară

    Odată ce senzorul a ajuns la temperatura nominală de funcţionare (aprox. 350 °C), pentru o turaţie amotorului termic în jur de 2000 rot/min, tensiunea generată de sonda lambda ar trebui să sa situeze în intervalul 0.2 ... 0.9 V. Trecerea de la tensiunea de 0.2 V la 0.9 V ar trebui să se producă în aproximativ 0.3 secunde (durata tranziţiei). Diferenţa de tensiune dintre amestecul bogat şi sărac ar trebui sa se situeze în jurul valorii de 0.45 V. Perioada semnalului trebuie să se încadreze între 0.7 şi 1 secunde în cazul în care sonda lambda funcţionează la parametrii nominali.

Foto: Semnalul sondei lambda în cazul unei funcţionări defectuoase

    În cazul în care perioada semnalului este mai mare decât valorile recomandate, sonda ar trebui examinată în detaliu şi înlocuită dacă este cazul. O reacţie mai lentă din partea sondei conduce la concluzia că aceasta prezintă defecte sau este îmbătrânită, ne mai fiind funcţională la parametrii nominali.

    Configuraţiile care conţin două sonde lambda sunt utilizate pentru a monitoriza eficienţa catalizatorului.

    Implementarea celui de-al doilea senzor s-a făcut datorită normelor OBD 2 care cer ca fiecare componentă care este implicată direct în reducerea emisiilor poluante să fie diagnosticată. În cazul în care catalizatorul funcţionează corect tensiunea sondei lambda de după catalizator (aval) are amplitudinea mai mică, aceeaşi frecvenţă şi faza cu tensiunea sondei dinainte de catalizator (amonte).

Foto: Semnalul sondei lambda după catalizator – funcţionare corectă

    Diferenţa de tensiune dintre sonda lambda din amonte şi cea din aval ajută la diagnosticarea catalizatorului. Este mai puţin probabil ca sonda de după catalizator sa se defecteze (datorită îmbatrânirii) deoarece este supusă unor regimuri termice mai scăzute. Din acesta cauza calculatorul de injecţie utilizează tensiunea produsă de sonda de după catalizator pentru a compensa abaterile de la parametrii nominali ale primei sonde. Performanţa sondei lambda este monitorizată de calculatorul de injecţie utilizând următorii parametrii:

o    tensiunea de ieşire;

o    scurt circuitele;

o    rezistenţa internă;

o    viteza de trecere de la amestec bogat la amestec sărac;

o    viteza de trecere de la amestec sărac la amestec bogat;

    În cazul defectării sondei lambda amestecul aer-combustibil va fi neechilibrat, consumul de combustibil va creşte, emisiile de fum se vor intensifica iar performanţele automobilului vor fi diminuate.

    Sonda lambda este un element cheie în funcţionarea optimă a motorului, defectarea sau încercarea de eliminare a acesteia din sistem va conduce la declanşarea modului de funcţionare în regim de avarie al motorului, cu consecinţe negative asupra consumului şi a performanţelor.

Senzorul de masă de aer (MAF) sau debitmetrul de aer - mod de funcționare și diagnoză

    Motoarele cu ardere internă pentru automobile funcționează pe baza arderii unui amestec aer-combustibil. Funcționarea cu o anumită îmbogățire a amestecului aer-combustibil se poate face numai dacă se cunoaște masa de aer care intră în cilindru. La motoarele termice masa de aer se poate determina în două moduri: prin utilizarea unui senzor de masă de aer (MAF) sau a unui senzor de presiune aer admisie(MAP) combinat cu un senzor de temperatură aer admisie.

Foto: Senzor de masă de aer (debitmetru aer) cu fir încălzit
Sursa: mafsensor.com

    Senzorul de masă de aer măsoară cantitatea de aer care intră în cilindri. La motoarele pe benzină acestă informație este utilizată pentru a determina cantitatea de combustibil ce trebuie injectată, iar la motoarele diesel pentru a calcula cantitatea de gaze arse reintroduse în cilindri de sistemul EGR.

    În cazul motoarelor pe benzină, funcționarea cu amestec stoichiometric este crucială pentru a asigura randamentul optim al catalizatorului pe trei căi. Motorul pe benzină funcționează în buclă deschisă doar cu informația de la senzorul de masă de aer iar în buclă închisă și cu informația de la sonda lambda.

Foto: Funcționarea motorului (injecției) în buclă deschisă – schemă de principiu
Sursa: e-automobile.ro

Foto: Funcționarea motorului (injecției) în buclă închisă – schemă de principiu Sursa: e-automobile.ro

    În timpul funcționării în buclă deschisă (open loop), calculatorul de injecție primește informația de la senzorul de masă de aer și pe baza acesteia calculează cantitatea de combustibil ce va fi injectată în cilindru pentru a obține amestecul aer-combustibil dorit. Se numește buclă deschisă deoarece calculatorul de injecție nu știe dacă îmbogățirea reală a amestecului a fost cea dorită, acesta nu are „feedback” de la motor. Pentru a închide bucla de control, sau mai bine spus pentru a funcționa în buclă închisă (closed loop), calculatorul de injecție se folosește de informația de la sonda lambda care măsoară cât oxigen a rămas în gazele de eșapament după ardere. Cu informația adițională de la sonda lambda, calculatorul de injecție aplică corecții de calcul asupra cantității de combustibil injectată pentru a obține exact amestecul aer-combustibil dorit.

Foto: Senzor de masă de aer (debitmetru aer) – elemente componente
Sursa: mafsensor.com

1. carcasa
2. conector electric
3. grilaj de protecție
4. element sensibil

    Senzorul de masă de aer se montează pe galeria de admisie a motorului, între filtrul de aer și clapeta obturatoare. La motoarele pentru automobile se utilizează două tipuri de senzori de masă de aer: cu fir cald (hot wire) sau cu peliculă caldă (hot film). Chiar dacă constructiv cei doi senzori sunt diferiți, principiul de funcționare este același.

Foto: Senzor de masă de aer (debitmetru aer) - element sensibil și conector
Sursa: mafsensor.com

    Senzorul de masă de aer utilizează un fir (sau o peliculă) încălzit pe lângă care curge aerul din admisie. Firul este încălzit deoarece este parcurs de un curent electric. Odată cu creșterea temperaturii firului crește și rezistența electrică a acestuia. Din acest motiv curentul electric ce trece prin fir este limitat la o valoare maximă. Când motorul este pornit aerul începe să curgă pe lângă fir reducându-se astfel temperatura acestuia. Prin răcire se reduce rezistența electrică a firului iar curentul electric ce-l parcurge crește până ce se ajunge la o nouă temperatură de echilibru.

Foto: Exemplu de caracteristică a unui senzor de masă de aer
Sursa: e-automobile.ro

1.     Astfel, curentul electric din fir variază în funcție de masa de aer care trece prin senzor. Senzorul are integrat un circuit electronic care transformă curentul electric într-o tensiune electrică cu valori între 0 și 5V. Această informație este transmisă calculatorului de injecție care, cu ajutorul caracteristicii senzorului, transformă tensiunea electrică înapoi în masă de aer și o utilizează la calculul parametrilor injecției. Pe lângă informația de masă de aer, senzorul mai transmite și informația de temperatură a aerului din admisie. Senzorul de temperatură al aerului din admisie este integrat în senzorul de masă de aer.
   Senzorul de masă de aer (debitmetru aer) – pini
       În funcție de tip și de firma producătoare, un senzor de masă de aer poate avea 5 sau 6 pini. De exemplu un senzor de masă aer Bosch 0 281 002 216 are următoarea configurație a pinilor.

   Pin	Descriere
   1	Semnal senzor de temperatură
   2	Alimentare +12 V
   3	Masă (-)
   4	Tensiune de referință de +5V
   5	Semnal de masă de aer (0...+5V)

   
   
   Codurile de eroare OBD ale senzorului de masă aer admisie

   Cod	Descriere	Locație
   P006A	Incorelare între semnalele senzorilor de presiune aer (MAP) și masă aer (MAF)	-
   P0100	Circuitul 'A' al senzorului de masă/volum aer	-
   P0101	Circuitul 'A' al senzorului de masă/volum aer - semnal în afara limitelor	-
   P0102	Circuitul 'A' al senzorului de masă/volum aer - semnal sub limita minimă	-
   P0103	Circuitul 'A' al senzorului de masă/volum aer - semnal peste limita maximă	-
   P0104	Circuitul 'A' al senzorului de masă/volum aer - semnal discontinuu	-
   P010A	Circuitul 'B' al senzorului de masă/volum aer	-
   P010B	Circuitul 'B' al senzorului de masă/volum aer - semnal în afara limitelor	-
   P010C	Circuitul 'B' al senzorului de masă/volum aer - semnal sub limita minimă	-
   P010D	Circuitul 'B' al senzorului de masă/volum aer - semnal peste limita maximă	-
   P010E	Circuitul 'B' al senzorului de masă/volum aer - semnal discontinuu	-
   P010F	Incorelare între semnalele senzorilor de masă aer ale circuitelor 'A' și 'B'	-
   P061D	Modul de control intern – performanța debitului masic de aer	-

   Observație: Codurile de eroare aferente senzorului de masă de aer pot apărea și în cazul în care alte sisteme sunt defecte, senzorul fiind perfect funcțional. De exemplu codul OBD P0102 poate apărea în cazul în care supapa EGR rămâne deschisă (în acest caz motorul „trage” continuu gaze arse iar debitul de aer proaspăt ce intră în motor scade). În cazul în care supapa EGR se blochează pe poziția închis poate fi ridicat codul P0103 (în acest caz în cilindri intră numai aer proaspăt care este peste limita maximă admisibilă, deoarece debitul de gaze arse este nul).
       Senzorul de masă de aer are un rol de bază în funcționarea motoarelor pe benzină și diesel. Acesta are impact direct asupra cantității de combustibil injectată (benzină) și a debitului de gaze arse recirculate (diesel). Orice defect a senzorului de masă de aer va avea ca efect aprinderea lămpii de emisii poluante (MIL) precum și reducerea performanțelor motorului (turație de ralanti ridicată sau instabilă, consum mărit de combustibil, putere scăzută).
   
   

Acumulator hidraulic de impuls HIS pentru cutiile automate ZF

    Sistemele Stop & Start de pe automobile, în anumite condiții de funcționare, opresc și repornesc automat motorul termic cu scopul de a reduce consumul de combustibil și emisiile poluante. Aceste sisteme sunt avantajoase mai ales în traficul urban deoarece momentele de staționare ale automobilului în trafic, cu motorul pornit, sunt mai des întâlnite (opriri la semafor, ambuteiaje).

    În cazul cutiilor de viteze automate, pentru cuplarea unei trepte de viteză este necesar ca uleiul de transmisie să fie sub presiune. Pompa de ulei care creează presiune în modulul hidraulic de control al cutiei este antrenată de motorul termic. Astfel, dacă se echipează un automobil cu cutie automată cu sistem Stop & Start, la fiecare repornire a motorul va fi nevoie de timp suplimentar pentru ridicarea presiunii de lucru. Acest timp, de aproximativ 0.90 secunde, este perceput de conducătorul auto și poate fi deranjant.

Foto: Cutia de viteze automată ZF 8HP
Sursa: ZF

    Pentru a elimina acest timp de așteptare, inginerii de la ZF au echipat cutia de viteze automată 8HP cu un sistem adițional, care permite creșterea rapidă a presiunii uleiului în momentul repornirii motorului termic, pentru automobilele echipate cu sistem Stop & Start.

    Acest sistem se numește HIS (Hydraulic Impulse Storage), conține un acumulator de presiune cu arc elicoidal și este montat lângă modulul electrohidraulic de control. Cu acest sistem automobilul poate redemara în aproximativ 0.35 secunde după repornirea motorului termic. Față de o cutie de viteze automată fără acest sistem, timpul de așteptare este redus cu aproximativ 0.45 secunde.

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – componente
Sursa: ZF

1. conector electric
2. solenoid
3. arc elicoidal
4. piston
5. cilindru
6. supapă de încărcare/descărcare
7. racord de legătură cu modulul electrohidraulic
8. 
   

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – mod de funcționare
Sursa: ZF

    În timpul funcționării cutiei de viteze automate acumulatorul se încărcă. Uleiul sub presiune pătrunde prin supapa (6) și împinge pistonul (4) spre mecanismul de blocare cu solenoid (2). Când acumulatorul este încărcat complet pistonul comprimă arcul elicoidal (3) și ajunge la capătul cursei unde este blocat.

    În momentul în care sistemul Stop & Start comandă pornirea motorului termic, calculatorul transmisiei automate, prin intermediul contactului electric (1), alimentează cu energie electrică solenoidul (2) care eliberează pistonul. Acesta, sub acțiunea arcului elicoidal (3), evacuează uleiul sub presiune din cilindru. În acest mod se creează un impuls de presiune care este suficient pentru acționarea elementelor transmisiei automate. Impulsul de presiune este necesar doar pentru prima cuplare de treaptă de viteză. Pentru cuplările ulterioare presiunea uleiului este asigurată de pompă.

Foto: Acumulator hidraulic de impuls ZF pentru cutiile automate (HIS) – descărcarea acumulatorului
Sursa: ZF

    Acumulatorul de presiune are lungimea de 190 mm și un diametru de 50 mm. Volumul rezervei de ulei este de aproximativ 1 litru. Datorită dimensiunilor relativ reduse acumulatorul de presiune poate fi instalat adițional de modulul electrohidraulic de control.

    Comparativ cu alte soluții (pompă de ulei acționată electric) sistemul HIS are costul adițional cel mai redus, metoda de implementare fiind relativ simplă și nu necesită modificări majore a transmisiei automate.

Senzorul de presiune aer admisie – mod de funcționare și diagnoză

La motoarele termice masa aerului admis în motor este utilizată pentru calculul cantității de combustibil ce trebuie injectată. Determinarea masei de aer se poate face în două moduri: prin utilizarea unui debitmetru masic de aer sau prin utilizarea unui senzor de presiune a aerului din admisie.

Foto: Senzor de presiune aer admisie
Sursa: Denso

    Senzorul măsoară presiunea absolută a aerului din galeria de admisie. Acest senzor mai este cunoscut și sub denumirea de senzor MAP. Utilizarea unui senzor de presiune aer în locul unui debitmetru este determinată de costul mult mai redus al acestui senzor.

    Senzorul de presiune aer admisie este poziționat după clapeta de accelerație. În cazul în care motorul este turbo supraalimentat mai există un senzor de presiune aer înainte de clapeta de accelerație (după compresor) care citește preiunea aerului comprimat.

    Pentru calculul masei de aer din cilindri, utilizând un senzor de presiune aer, calculatorul de injecție utilizează în plus următoarele informații:

o    cilindreea motorului

o    densitatea aerului

o    presiunea absolută a aerului din admisie

o    turația motorului

o    randamentul volumetric

o    temperatura motorului

o    temperatura aerului din admisie

    De asemenea, în cazul în care motorul este prevazut cu sistem EGR, calculatorul de injecție, pentru calculul masei de aer proaspăt din cilindri, ține cont și de debitul de gaze arse introduse în motor.

Foto: Senzor de presiune aer admisie – componente
Sursa: Delphi

1. capac de protecție
2. conector electric
3. element sensibil
4. sistem electronic de procesare a semnalului
5. canal de legătură cu galeria de admisie

    Elementul sensibil (3), care măsoară presiunea aerului din admisie, conține un element piezorezistiv. Acesta generează o tensiune electrică proporțională cu presiunea aerului măsurat. Circuitul electronic conține și un sistem de compensare a influenței temperaturii asupra valorii presiunii măsurate.

    Senzorul de presiune aer poate fi utilizat atât pe motoarele aspirate cât și pe cele supraalimentate. Domeniul de măsură este situat între 0.4 și 2.5 bari. Pentru măsurarea presiunii, sensorul necesită o tensiune de alimentare, de obicei de 5V.

Foto: Senzor de presiune aer admisie (3 pini)
Sursa: Delphi

pin 1 – alimentarea senzorului +5V
pin 2 – ieșirea senzorului (semnalul de presiune)
pin 3 – masa senzorului

    Deoarece la calculul masei de aer, utilizând informația de presiune a aerului din admisie, intră și valoarea temperaturii aerului, anumite versiuni au un pin adițional prin care se citește temperatura aerului din admisie. Acest timp de senzor de presiune conține și un termistor de tipul NTC care-și modifică rezistența electrică în funcție de temperatura aerului din admisie (la creşterea temperaturii rezistenţa electrică scade). Prin modificarea rezistenței se modifică tensiunea electrică (echivalentul temperaturii) citită de calculatorul de injecție.

Foto: Senzor de presiune și temperatură aer admisie (4 pini)
Sursa: Delphi

pin 1 – ieșirea senzorului (semnalul de presiune)
pin 2 – alimentarea senzorului +5V
pin 3 – ieșirea senzorului (semnalul de temperatură)
pin 4 – masa senzorului

Simptomele motorului în cazul defectării senzorului de presiune aer

    Deoarece informația de presiune aer admisie este utilizată direct la calculul masei de combustibil injectate, un defect al senzorului are impact direct asupra performanțelor motorului. Posibilele simptome în cazul unui defect ale senzorului de presiune aer admisie:

o    turație de ralanti instabilă

o    pierdere din puterea motorului

o    oscilații la accelerarea motorului

o    aprinderea martorului MIL la bordul automobilului

o    stocarea unui cod de eroare în calculatorul de injecție

Codurile de eroare OBD ale senzorului de presiune aer admisie

Cod	Descriere	Locație
P0105	Circuitul senzorului de presiune absolută a aerului din admisie	-
P0106	Circuitul senzorului de presiune absolută a aerului din admisie – semnal în afara limitelor	-
P0107	Circuitul senzorului de presiune absolută a aerului din admisie – semnal sub limita minimă	-
P0108	Circuitul senzorului de presiune absolută a aerului din admisie – semnal peste limita maximă	-
P0109	Circuitul senzorului de presiune absolută a aerului din admisie – semnal intermitent	-

Diagnosticarea senzorului de presiune aer admisie

    În cazul apariției unui defect de senzor MAP, înainte de a efectua diagnosticarea senzorului și a conexiunilor electrice trebuie efectuate verificări ale sistemului de admisie. În cazul în care există probleme cu etanșarea galerie de admisie, prin pătrunderea de aer fals sau pierderi de presiune (la motoarelor supraalimentate), calculatorul de injecție poate ridica un cod fals de eroare pentru senzorul de presiune.

    Diagnosticarea presupune utilizarea unui sistem (pompă, pompă de vacuum) care poate creea plaja de presiuni la care lucrează senzorul. Astfel, se creează diferite presiuni de lucru (minimă, medie și maximă) și se compară, cu ajutorul caracteristici tensiune-presiune furnizată de producător, presiunea măsurată de senzor.

Ambreiajul dublu cu frecare uscată LuK

    Piața principală pentru automobilele cu transmisii cu dublu ambreiaj (DCT) o reprezintă Europa. În același timp, în SUA și Japonia o parte din piața transmisiilor automate și a celor cu variație continuăeste preluată de transmisiile DCT.

    Tehnologia transmisiilor cu dublu ambreiaj nu este nouă, Porsche a început utilizarea acestei tehnologii acum 25 de ani. Datorită costurilor mari de producție și a controlului deosebit de complex al schimbării treptelor de viteză tehnologia DCT nu a fost adoptată pe scară largă.

Foto: Ambreiaj dublu monodisc cu frecare uscată
Sursa: LuK

    Cutiile (transmisiile) cu dublu ambreiaj (DCT) îmbină avantajele unei cutii manuale (simplitate constructivă, randament ridicat) cu cele ale unei cutii automate (schimbarea automată, sub sarcină și fără șocuri a treptelor de viteză). Cutiile DCT, în timpul unei schimbări de treaptă de viteză, transferă cuplul de la un ambreiaj la celălalt aproape instantaneu.

    Componenta principală a unei transmisii DCT este ambreiajul dublu. Acesta transferă cuplul de la motor la angrenajele cutiei de viteze. Constructiv se deosebesc două tipuri de ambreiaje duble: multidisc cu frecare umedă și monodisc cu frecare uscată.

Foto: Ambreiaj dublu - furci de acționare și rulmenți de presiune
Sursa: LuK

    Ambreiajele multidisc utilizează ulei de transmisie pentru o răcire mai eficientă, transfer de cuplu progresiv și fiabilitate ridicată. Dar, datorită imersării în ulei, randamentul este mai scăzut iar prețul de producție mai ridicat.

    Ambreiajele monodisc uscate au avantajul unui randament mai bun datorită lipsei uleiului. De asemenea coeficientul de frecare al acestor ambreiaje se situează între 0.2 și 0.4, valori duble față de un ambreiaj multi-disc umed. Cu toate acestea ambreiajele uscate sunt proiectate să funcționeze pe întreaga durată de viață a automobilului, fără a avea nevoie de întreținere.

    Componentele unui ambreiaj dublu sunt similare cu cele ale unui ambreiaj simplu: placă de presiune, disc de ambreiaj, rulment de presiune și arc diafragmă.

Foto: Secțiune printr-un ambreiaj dublu cu frecare uscată
Sursa: LuK

1. furcă de acționare ambreiaj 1
2. furcă de acționare ambreiaj 2
3. rulment de presiune 1
4. rulment placă centrală
5. volantă dublă (DMF)
6. placă de presiune ambreiaj 1
7. disc de ambreiaj 1
8. placă centrală
9. disc de ambreiaj 2
10. placă de presiune 2
11. arc diafragmă 1

    Furcile de acționare pot fi controlate electro-hidraulic sau electric. Acestea trebuie să fie rezistente din punct de vedere mecanic și perfect funcționale pe toată durata de viața a ambreiajului.

    Rulmentul de presiune, câte unul pentru fiecare ambreiaj, are rolul de a permite acționarea arcului diafragmă prin intermediul furcii.

    Volanta dublă este montată pe partea cu motorul și are rolul de a filtra oscilațiile torsionale ale motorului. Montarea unei volante duble nu este obligatorie în cazul motoarelor cu injecție indirectă. În cazul motoarelor diesel cât și în cazul motoarelor pe benzină cu injecție directă este necesară utilizarea volantei duble deoarece oscilațiile de cuplu sunt mai pronunțate.

    Discurile de ambreiaj sunt mai groase decât cele ale unei cutii manuale. De asemenea rezistența la uzură este mai mare deoarece acestea trebuie să reziste toată durata de viață a automobilului. Discul ambreiajului 1 are diametru mai mare deorece acesta este supus unor sarcini mai mari.

    Plăcile de presiune sunt de mărimi diferite, fiecare fiind potrivit pentru discul de ambreiaj corespunzător. Mecanismele de acționare sunt de asemenea diferite, placa de presiune 2 este acționată prin împingere iar placa de presiune 1 prin tragere.

    Între cele două discuri de ambreiaj este poziționată o placă centrală. Acesta se sprijină pe un rulment cu bile, are grosime mai mare decât plăcile de presiune și este utilizat de ambele discuri de ambreiaj pentru transmiterea mișcării. Datorită poziționării, rulmentul plăcii centrale este supus unor solicitări termice intense ce pot ajunge și până la 200 °C.

Foto: Secțiune printr-un ambreiaj dublu cu frecare uscată
Sursa: LuK

1. volantă dublă
2. placă de presiune 1
3. disc de ambreiaj 1
4. disc de ambreiaj 2
5. placă de presiune 2
6. arbore cotit
7. arbore de intrare în transmisie 1 (arbore tubular)
8. arbore de intrare în transmisie 2
9. placă centrală

    Cuplul motor este transferat, prin intermediul volantei duble, plăcii centrale. Acesta se rotește împreună cu volanta dublă, cu plăcile de presiune și cu cele două arcuri diafragmă. Ambele ambreiaje sunt prevăzute cu mecanisme de compensare automată a uzurii (SAC), care mențin constantă distanța între discurile de ambreiaj și plăcile de presiune, indiferent de gradul de uzură al discului. Acest mecanism asigură forțe mici de acționare pe întreaga durată de viață a ambreiajului și caracteristici constante ale acestora, elemente esențiale pentru un sistemul de acționare automat.

Foto: Ambreiajul 1 închis                                    Sursa: LuK

Foto: Ambreiajul 2 închis                  Sursa: LuK

    Aceste ambreiaje sunt dovada progresului tehnologic evident al transmisiilor pentru automobile. Cu acest concept inginerii de la LuK au reușit să utilizeze simplitatea și fiabilitatea unui ambreiaj de cutie manualăîntr-un sistem care permite automatizarea necesară unei transmisii cu dublu ambreiaj.

    Randamentul superior al ambreiajelor uscate, comparativ cu cele multi-disc umede, au permis automobilelor cu transmisii cu dublu ambreiaj cu frecare uscată să obțină un consum de combustibil mai mic comparativ cu un automobil cu transmisie manuală. În plus acestă arhitectură de transmisie are și avantajele unei transmisii automate: schimbarea rapidă a treptelor și fără întrerupere a cuplului motor, confort ridicat.

    Datorită acestor avantaje transmisia cu dublu ambreiaj cu frecare uscată reprezintă soluția viitorului pentru automobilele de clasă mică și medie.

                                            Demarorul - electromotorul

    Unul din dezavantajele motorului termic este imposibilitatea pornirii fără un sistem extern auxiliar. Un motor termic, pentru a fi pornit şi a funcţiona în mod autonom, trebuie să îndeplinească anumite condiţii:

o    să realizeze amestecul aer-combustibil

o    să realizeze o cursă de comprimare

o    să realizeze aprinderea (la motoarele pe benzină)

o    turaţia minimă a motorului să fie în jur de 100 rot/min

    Pentru a putea obţine turaţia minimă de pornire este necesară utilizarea unui motor electric auxiliar care să antreneze motorul termic. Acest motor se numeşte demaror sau electromotor.

Foto: Demaror (electromotor)
Sursa: Bosch

Sistemul complet de pornire al unui motor termic este compus din: motor electric de curent continuu alimentat de la bateria de acumulatori, angrenaj cu roţi dinţate, modul electronic de control şi cablaj. Utilizarea termenului de electromotor se datorează faptului că demarorul (en: starter) este de fapt un motor electric de curent continuu.

Foto: Componente demaror
Sursa: Wikimedia Commons

1. carcasă
2. ansamblu pinion de angrenare, cuplaj unisens şi arc de revenire
3. rotor
4. stator (cu înfăşurări)
5. suport perii
6. solenoid (bobină) de cuplare

    Puterea consumată de demaror pentru pornirea motorului termic depinde în primul rând de temperatura exterioară. Cu cât temperatura este mai scăzută cu atât turaţia şi cuplul de pornire trebuie să fie mai mari. Vâscozitatea uleiului de lubrifiere şi temperatura scăzută a aerului admis fac pornirea la rece mai dificilă. Din acest motiv, pe perioadele cu vreme rece, fără o baterie de acumulatori în stare bună, pornirea este anevoioasă sau chiar imposibilă.

Foto: Demaror (electromotor) – vedere din lateral, faţă şi spate

    Un demaror este compus în principal dintr-un motor electric de curent continuu şi un sistem de cuplare. Pentru pornirea motorului, demarorul se cuplează cu roata dinţată poziţionată pe volanta motorului prin intermediul unui pinion. Angrenarea dintre pinionului demarorului şi coroana dinţată a volantei nu este permanentă ci are loc doar în momentul pornirii.

Foto: Componente demaror (electromotor)

1. perii
2. comutator (colector)
3. stator
4. carcasă
5. pinion de angrenare
6. arbore
7. levier de cuplare
8. solenoid (bobină) de cuplare
9. conectori electrici
10. arc de revenire

Foto: Componente demaror (electromotor)

    Modul de funcţionare este relativ simplu. Când se închide circuitul electric pentru pornire solenoidul (8) acţionează levierul de cuplare (7) care împinge pinionul de angrenare (5) în exterior pentru a se cupla cu coroana dinţată a volantei motorului. În acelaşi timp se închide şi circuitul de alimentare al motorului electric care permite pornirea acestuia.

    Motorul electric este de curent continuu şi este compus dintr-un stator (3) şi dintr-un rotor cu colector (2) cu perii (1). Statorul este de două tipuri: cu înfăşurare sau cu magneţi permanenţi. Când solenoidul (8) închide circuitul de alimentare al motorului electric, prin conectorii electrici (9) este alimentată de la bateria de acumulatori atât înfăşurarea statorului cât şi a rotorului deoarece sunt legate în serie.

Foto: Circuitul electric al demarorului

    Demaroarele moderne au statorul format din magneţi permanenţi. Astfel circuitul electric este simplificat iar dimensiunile acestuia reduse. Demaroarele cu magneţi permanenţi, datorită dimensiunilor şi a maselor mai reduse, funcţionează la turaţii mai ridicate şi generează un cuplu motor mai mic.

Foto: Demaror cu magneţi permanenţi
Sursa: Bosch

1. levier de cuplare
2. solenoid de cuplare
3. cuplaj unisens
4. mecanism planetar reductor (5:1)
5. rotor
6. magneţi permanenţi

    Pentru a compensa scăderea cuplului generat, demaroarele cu magneţi permanţi sunt prevăzute cu unmecanism planetar reductor. Acest mecanism reduce turaţia şi apmplifică cuplul disponibil la pinionul de cuplare al demarorului.

    Raportul de transmitere dintre pinionul demarorului şi coroana dinţată a volantei se situează între 1:10 şi1:20. La pornirea motorului termic, pentru a atinge turaţia minimă de pornire a acestuia de 100 rot/min, rotorul demarorului are turaţia de 1500 rot/min, la un raport de transmitere de 1:10.

    În momentul în care motorul termic a pornit acesta are turaţia în jur de 1000 rot/min. Transmiterea mişcării se face invers, de la motorul termic la pinionul demarorului. Fără un mecanism de protecţie, datorită faptului că raportul de transmitere devine 10:1, rotorul ar fi antrenat la 10000 rot/min, ceea ce ar conduce la distrugerea lui.

Foto: Cuplaj unisens pinion demaror
Sursa: Bosch

1. pinion
2. carcasă cuplaj
3. cursă rolă
4. rolă
5. arbore pinion
6. arc de revenire

a – sensul de rotaţie

    Cuplajul unisesn permite decuplarea pinionului de rotorul demarorului când turaţia motorului termic devine superioară faţă de cea a rotorului. Acest cuplaj funcţionează în modul următor: carcasa (2) este conectată cu rotorul demarorului, rotirea carcasei antrenează rolele (4) care comprimă arcurile elicoidale (6), rolele se deplasează în acelaşi sens cu carcasa şi apasă asupra arborelui (5) antrenându-l. În momentul în care turaţia pinionului devine mai mare (motorul termic a pornit) rolele de deplasează în sens invers decuplând pinionul de carcasă deci implicit de rotorul demarorului.

    Curentul electric consumat de demaror este de aproximativ 150 A cu vârf de 500 A în momentul iniţial al fazei de pornire. La acţionarea demarorului tensiunea bateriei scade datorită consumului mare de curent electric. Dacă bateria de acumulatori este în stare bună scăderea de tensiune trebuie să fie în jur de 0.5 V.

    Demarorul nu trebuie acţionat timp îndelungat. De obicei, în cazul în care bateria este slab încărcată, pornirea este greoaie iar demarorul acţionat un timp îndelungat. Acest procedeu nu este benefic deoarece duce la uzura prematură a pinionului de angrenare şi a periilor în contact cu colectorul. Pentru o funcţionare optimă a sistemului de pornire bateria de acumulatori trebuie să fie încărcată iar contactele dintre conectorii demarorului şi baterie (datorită curentului mare consumat) să fie curate, fără impurităţi şi pe toată suprafaţa disponibilă.

*****************************************************************************************************************

Senzorul de presiune rampă combustibil

Motoarele diesel cu injecție directă precum și motoarele pe benzină cu injecție directă utilizează senzori de presiune care măsoară presiunea combustibilului din rampă. Cu acesta informațiecalculatorul de injecție ajustează timpul de deschidere al injectoarelor astfel încât să livreze în cilindri cantitatea optimă de combustibil pentru ardere, în funcție de regimul de funcționare al motorului termic.

Foto: Senzori de presiune rampă combustibil Sursa: Bosch

    Senzorul de presiune rampă trebuie să măsoare presiunea de combustibil cu o acuratețe destul de mare și într-un timp foarte scurt. Informația trimisă de acest senzor este critică și absolut necesară în procesul de injecție.

    Senzorul de presiune combustibil este montat pe rampa de înaltă presiune, atât la sistemele de injecție diesel cât și la cele pe benzină.

Foto: Sistemul de injecție directă diesel
Sursa: Bosch

1. pompă de înaltă presiune
2. injector
3. rampă comună
4. senzor de presiune combustibil
5. regulator de presiune
6. calculator de injecție

Foto: Sistemul de injecție directă benzină
Sursa: Bosch

    Un senzor de presiune rampă conține în interior un element sensibil și un circuit electronic integrat. Combustibilul sub presiune pătrunde printr-un canal din corpul senzorului până la elementul sensibil. Acest convertește presiunea în tensiune electrică, care este amplificată de circuitul electric și trimisă prin intermediul contactelor electrice către calculatorul de injecție.

Foto: Senzor de presiune rampă combustibil

1. canal (prin care pătrunde combustibilul sub presiune)
2. corp (conține elementul sensibil și circuitul electronic)
3. conector electric

    Senzorul de presiune rampă este un senzor tensometric rezistiv. Funcționarea acestui tip de senzori se bazează pe efectul piezorezistiv: rezistența electrică a unui conductor variază în funcție de deformația mecanică longitudinală.

    Elementul sensibil al senzorului conține mai multe pelicule semiconductoare pe bază de siliciu, conectate în punte Wheatstone. Această arhitectură permite și compensarea efectelor temperaturii asupra senzorului.

    Senzorul de presiune rampă combustibil este un senzor activ. Acesta trebuie alimentat de la o sursă de tensiune, de obicei de +5V. Conectorul electric conține 3 pini: masă, tensiunea de alimentare (UA) și tensiunea de ieșire (UV).

1 - masă (GND)
2 - tensiunea de ieșire (UA)
3 - tensiunea de alimentare (UV)

    Semnalul (tensiune) generat de senzor, în funcție de presiunea combustibilului din rampă, variază între 0 și 70 mV. Circuitul electronic integrat în senzor evaluează și transformă acest semnal într-o tensiune ce variază între 0.5 ... 4.5 V.

Foto: Caracteristică senzor de presiune rampă combustibil

    Domeniul de măsură al unui senzorului de presiune rampă combustibil se situează în intervalul 0 ... 1800 (2000) de bari. Pentru ca sistemul de injecție să funcționeze corect este deosebit de importantă precizia de măsură a senzorului. La presiuni de injecție medii deviația presiunii măsurate, față de valoarea reală, nu trebuie să depășească ±2%.

    În funcție de tipul sistemului de injecție și de presiunea maximă de injecție presiunea combustibilului din rampă poate fi de 280 la bari la regim de mers încet în gol (ralanti) și de 1800 de bari la sarcină maximă.

    Semnalul generat de senzorul de presiune rampă combustibil face parte din bucla închisă de control a injecției. La apăsarea pedalei de accelerație, calculatorul de injecție calculează cantitatea de combustibil necesară pentru obținerea cuplului motor dorit. Pentru aceasta se calculează nivelul de presiune la care trebuie să fie combustibilul din rampa comună.

Foto: Semnal (tensiune) de ieșire senzor presiune rampă combustibil

A – contact pus (motor oprit, senzor alimentat)
B – motor pornit (regim ralanti)
C – regim de sarcină și turație medie a motorului
D – alimentare senzor oprită

    Controlul presiunii se face prin supapa (regulator) de presiune aflată pe pompa de injecție sau pe rampă. În funcție de semnalul primit de la senzorul de presiune rampă, calculatorul de injecție comandă supapa (regulatorul) de presiune pentru a obținea presiunea necesară în rampă.

Caracteristici tehnice ale senzorului de presiune rampă combustibil
(Bosch 0 281 002 937)

Domeniul de măsură [bar]	0 … 1800
Filet	M 18 x 1.5
Tensiunea de alimentare [V]	5 ± 0.25
Domeniul de temperatură [°C]	- 40 ... + 130
Timpul de răspuns [ms]	2

    În cazul defectării senzorului de presiune rampă combustibil, motorul va funcționa în regim de avarie, deoarece nu va avea informațiile relative la valoare presiunii din rampă. În acest caz calculatorul de injecție va controla presiunea din rampă în buclă deschisă.

    Simptomele automobilului/motorului în cazul defectării senzorului de presiune rampă combustibil:

o    motorul nu pornește sau pornește greu

o    consumul de combustibil crește

o    martori aprinși în bordul automobilului (MIL și Service)

    Codurile OBD 2 alocate defectelor senzorului de presiune rampă combustibil: P0190 – P0194