Upotreba senzora kod hibridnih vozila - princip ugradnje, tipovi, obrada signala

Još od kada je Ferdinand Porsche razvio Lohner-Porsche prvo hibridno vozilo 1898. Godine (benzin – električno vozilo), a koji je poslužio kao daleki predak Toyote Prius, kružile su razne kontraverze po pitanju najboljeg rješenja za eko vozila. Energetska kriza i rast cijena goriva u 2000. godini su bili uzrokom porasta popularnosti hibridnih vozila. Osim toga, hibridna vozila su sva ona motorna vozila, koja osim klasičnog pogona na motor sa unutrašnjim sagorijevanjem (motor SUS) (pokreće ih benzin ili dizel gorivo) ima alternativni (dodatni) izvor energije ili goriva. Vrste alternativnih pogona/goriva su biodizel, etanol, metanol, električni pogon (koristeći: energiju vjetra, gorive ćelije te solarnu energiju), tečni naftni gas (LPG/LNG) i komprimirani gas (CNG), vodonik, komprimirani zrak, itd. Generalno, autonomija kretanja (broj pređenih kilometara) vozila koristeći LPG je 80% od autonomije kretanja vozila koristeći benzin (u jednakom litarskom omjeru). Razlog uvođenja hibridnih vozila na svjetsko tržište je konstatno smanjenje zaliha goriva i povećanje zagađenja okoline od strane izduvnih gasova iz motora SUS. Ova dva uslova rezultiraju konstatnim pooštravanjem zakonske regulative, koju trebaju ispuniti motorna vozila po više osnova (npr. smanjenje zapremine i buke motora (i buke vozila uopšte), te štetnih komponenta u izduvnim gasovima, itd.). Hibridni sistem predstavlja pogon koji u sebi objedinjuje dva ili više raznorodnih motora, koji rade u kombinaciji. Hibridni sistemi se mogu podijeliti na:

- slabe (nisu u stanju da se kreću bez rada motora SUS), i

- jake (mogućnost kretanja bez motora SUS).

Obje vrste hibridnih vozila podržane su sa start/stop opcijom. Na ovaj način smanjuje se potrošnja goriva zbog toga što motor ne radi na praznom hodu. Obje vrste hibrida zahtjevaju uređaje za akumulaciju električne energije (baterije). Hibridna tehnologija u automobilima je postala raširena nakon 1990. godine. Prvo masovno proizvedno hibridno vozila je Toyota Prius u Japanu i pušteno u prodaju 1997. godine. Nakon toga slijedi Honda Insight 1999. godine u SAD-u i Japanu. Toyota Prius je došao na tržište Europe, sjeverne Americi i ostatka svijeta u 2000. godini. Prva generacija Toyota Prius limuzine imala je potrošnju goriva od 4,5 l/100 km u gradu i 5,2 l/100 km na autocesti. Toyota Prius je prodata u 300 jedinica 1997., 19.500 u 2000., a ukupna svjetska prodaja Priusa u aprilu 2008. godine je dostigla 1 milion vozila. Do početka 2010., ukupna prodaja Priusa je procijenjena na 1,6 miliona vozila. Prva generacija Honde Insight sa dvoja vrata je 3,9 l/100 km u gradskoj vožnji i 3,5 l/100 km na autocesti. Audi Duo III je bio uveden u 1997., na platformi Audi A4 karavan, i bio je jedini Duo1 ikada proizveden u serijskoj proizvodnji. Duo III koristi 1,9 litarski TDI motor, u kombinaciji sa elektromotorom od 21 kW. Nažalost, zbog niske potražnje za ovim hibridom i svoje visoke cijene, samo oko šezdeset Audi Duo vozila je proizvedeno. Do objavljivanja Audi Q7 Hybrid u 2008. godini, Duo je jedini evropski

hibrid ikada pušten u proizvodnju. Nakon toga slijede, Honda Civic hibrid od 2002. godine, te Ford Escape hibrid (SUV vozilo) od 2005. godine. U 2005. godini Toyota Highlander hibrid i Lexus RX 400h sa pogonom na sva četiri točka, koriste elektromotor za pogon zadnje osovine.

1. TIPOVI HIBRIDNIH SISTEMA

U primjeni na vozilima postoje dvije vrste hibridnog pogona: serijska (slika 1) i paralelna (slika 2). Ovdje će biti objašnjene osnovne karakteristike ta dva tipa pogona. Pored toga moguća je i kombinovana veza (slika 3).

2.1  Serijski pogon

Struktura serijskog pogona prikazana je na slici 3. Motor SUS pokreće generator koji proizvodi električnu energiju za pogon vozila i punjenje baterija. Elektromotor se koristi generiranom energijom i pogoni vozilo. Taj sistem se naziva serijskim jer su motor SUS i elektromotor u seriji. Serijski hibrid može se koristiti motorom SUS manje snage koji će raditi s boljim stupnjem korisnosti i isporučivati energiju elektromotoru i puniti baterije. Električni strojevi - generator i motor su iste strukture i reverzibilni, mogu raditi kao generatori i motori. Ovisno o značajkama elektromotora i njegovih sposobnosti da radi u širem dijapazonu promjene broja okretaja pri konstantnoj snazi, u strukturi pogona se može naći i mjenjač brzina s dva ili više stupnjeva. Takav pogonski sistem se najviše primjenjivao za pogon brodova, no sada se primjenjuje i na vozilima. Njegova prednost je što je motor SUS odvojen od točkova vozila, tako da je veća sloboda u rasporedu komponenata, napose elektromotora kojih može biti više - smješteni u kotače vozila ili po pogonskim osovinama. Serijski hibrid može raditi kao čisti električni pogon - s isključenim motorom SUS - sve dok u baterijama ima energije. S obzirom na to da elektromotor sam pogoni vozilo energijom koju je generirao motor SUI, ta dva agregata čine približno istu količinu rada (energije). To je mana tih hibrida jer se ukupna količina isporučene energije iz motora SUS transformira u električnu, pa ponovno u mehanički rad, pri čemu se znatna količina energije gubi u toj transformaciji.

Slika 1. Osnovna struktura serijskog pogona. Motor SUS je odvojen od pogonskih točkova, a električni pogon prenosi cjelokupnu pogonsku snagu

2.2  Paralelni pogon

Struktura paralelnog hibridno pogona je prikazana na slici 4. Kod paralelnog hibrida, motor SUS pogoni vozilo, a elektromotor koristeći se energijom iz baterija dodaje snagu kada je to potrebno, ovisno o uvjetima vožnje. Taj sistem se naziva paralelnim jer je protok energije prema pogonskim točkovima paralelan od motora SUS i elektromotora. Baterije se pune kada zahtjev vozila za snagom nije veliki, te elektromotor u ulozi generatora proizvodi električnu energiju. Taj sistem ima jednostavniju strukturu, no s obzirom na to da ima samo jedan električni stroj ne može se simultano puniti baterije i dopunjavati pogon vozila. Ako se elektromotor kod tog sistema odvoji od motora SUS kvačilom, tada i taj sistem može funkcionirati kao čisti električni pogon u granicama raspoložive energije u baterijama i snage elektromotora.

Slika 2. Paralelni pogon je karakterističan po tome što elektromotor asistira pogon kada je potrebna veća snaga ili veći obrtni moment

Paralelni hibrid koristi se, dakle, motorom SUS kao glavnim pogonskim agregatom, dok elektromotor samo asistira kada je potrebna veća snaga - pri ubrzavanju vozila ili svladavanju uspona. Stoga motor SUS obavlja mnogo veći rad nego elektromotor. Takav sistem može ostvariti veću uštedu goriva na otvorenoj cesti kada motor SUS može raditi na optimalnom režimu. Oba sistema, serijski i paralelni, imaju svojih prednosti i nedostataka. Međutim, u praksi se primjenjuju i razne kombinacije oba sistema (slika 3). Jedna od najuspješnijih takvih kombinacija je serijsko/paralelni hibrid koji je razvila Toyota (THS - Toyota Hybrid System), a ugrađen je u automobil Toyota Prius. Kombinacija serijskog i paralelnog pogona je karakteristična po tome što motor SUS osim djelovanja putem prenosa snage, dodatno djeluje i preko generatora na elektromotor, a korisiti se i energija iz baterija u slučaju kada je potrebna veća snaga ili veći obrtni moment. Taj vrlo vješto kombinirani hibridni pogon ostvaruje velike uštede goriva (u gradskoj vožnji i više od 50%), tako da je Toyota Prius jedan od najuspješnijih hibrida. No, Toyota Prius je specifična po tome što je njen benzinski motor posebne izvedbe, zasnovan na Atkinsonovom ciklusu sagorijevanja koji omogućava veći stepen toplotnog iskorištenja (ovaj ciklus sagorijevanja je kombinacija Otto i Diesel ciklusa sagorijevanja).

Slika 3. Kombinacija serijskog i paralelnog pogon

3.  NIVOI HIBRIDIZACIJE U VOZILIMA

Full hybrid (potpuno hibridno vozilo)

Mild hybrid (umjereno hibridno vozilo)

Plug-in hybrid (hibridno vozilo sa priključkom na javnu elektro mrežu)

3.1  Potpuno hibridno vozilo

Potpuno hibridno vozilo, ponekad se naziva i jako hibridno vozilo, je vozilo koje može pokretati samo motor sa unutrašnjim sagorijevanjem (motor SUS), ili samo baterije (akumulator), ili kombinacija motora SUS i baterija. Npr., Fordov hibridni sistem, Toyotin Hybrid Synergy Drive i General Motors / Chryslerov dva moda rada hibridna tehnologija su potpuno hibridni sistemi. Toyota Prius, Ford Escape hibrid, te Ford Fusion hibrid su primjeri potpunog hibrida, jer se ovi automobili mogu kretati samostalno na baterije. Potrebna je velika baterija sa visokim kapacitetom za samostalno kretanje vozila. Ova vozila imaju odvojene tokove snage od izvora energije (motora SUS ili baterije), prema pogonskim točkovima. Na ovaj način se omogućava veća fleksibilnost vozila iskorištavajući mehaničku i električnu energiju.

3.2 Umjereno hibridno vozilo

Umjereno hibridno vozilo, je vozilo koje se ne može voziti samo na električni motor, jer električni motor nema dovoljno snage za pogon vozila. Umjereno hibridno vozilo uključuje samo neke karakteristike, koje se nalaze u hibridnoj tehnologiji, a obično se postižu ograničene uštede goriva, do 15 posto u gradskoj vožnji i 8 do 10 posto ukupne eksploatacije vozila. Umjereno hibridno vozilo je u suštini konvencionalno vozilo sa starter motorom, omogućujući da se motor SUS isključi, kada je mjenjač u neutralnom položaju, kada vozilo koči ili je zaustavljeno, ali i ponovno brzo i čisto startanje motora SUS kada vozilo krene. Elektromotor je često smješten između motora SUS i mjenjača, zauzimajući mjesto pretvarača obrtnog momenta, te se koristi kao izvor dodatne energije pri ubrzanju vozila. Dodatna oprema može raditi koristeći električnu energiju elektromotora, dok je motor SUS isključen, kao i u ostalim hibridnim izvedbama elektromotor se koristi kao generator pri procesu kočenja vozila. U odnosu na potpuno hibridno vozilo, umjereno hibridno vozilo ima manju bateriju i manji, slabiji elektromotor / generator, koji omogućuje proizvođačima da smanje troškove i masu vozila.

3.3 Plug-in hibridno vozilo

Plug-in hibridno vozilo (PHEV), također poznat kao plug-in hibridno vozilo, je hibridno vozilo sa punjivim baterijama, koje se mogu puniti povezivanjem priključka na vanjski izvor električne energije (slika 4). PHEV ima karakteristike oba, konvencionalnog i hibridnog vozila, s elektromotorom i motorom SUS. PHEV ima mnogo veći potpuno električni radijus kretanja vozila u odnosu na benzin-električno hibridno vozilo, a motor SUS služi kao rezerva u slučaju kada su baterije potrošene.

Slika 4. Javna priključna stanica za plug-in vozila

Prednosti hibridnog pogona:

- dobra radna karakteristika (električni motor obezbjeđuje konstantno visok obrtni moment i na niskom broju obrtaja (Slika 5),

- mala emisija izduvnih gasova.

Nedostaci hibridnog pogona:

- visoka cijena,

- veća masa.

Slika 5. Kriva obrtnog momenta i snage u slučaju motora SUS i kombinacije motor SUS sa elektromotorom

4.  POTROŠNJA GORIVA KOD HIBRIDNIH VOZILA

Trenutna HEV vozila smanjuju potrošnju goriva pod određenim okolnostima, u odnosu na neka druga, slična konvencionalna vozila, prvenstveno putem tri načina rada:

1. Smanjenje otpadne energije tokom praznog hoda ili male izlazne snage, u pravilu kada je motor SUS isključen,

2. Iskorištenjem otpadne energije (tj. regenerativnog kočenja),

3. Smanjenjem veličine i snage motora SUS, a time i neučinkovitosti, koristeći dodatnu snagu od električnog motora za kompenzaciju gubitaka pri maksimalnoj snazi koju proizvodi mali motor SUS.

Bilo koja kombinacija ove tri primarne prednosti hibrida mogu se koristiti u različitim vozilima ostvarujući različite potrošnje goriva, energije, emisije izduvnih gasova, mase vozila i cijene vozila. Motor SUS u HEV vozilu može biti manji, lakši i efikasniji od onog u konvencionalnom vozilom, jer se u slučaju potrebe za većom snagom i obrtnim momentom aktivira elektromotor. Od pogonskog sistema u vozilu se zahtijeva rad u rasponu određenih brzina i snaga, ali najveća učinkovitost motora SUS je u uskom rasponu rada motora, a što čini konvencionalna vozila neučinkovitim. Naprotiv, u većini HEV vozila, motor SUS radi svojom najvećom učinkovitošću. Kriva snage kod elektromotora je bolja u odnosu na motor SUS (slika 5), te može pružiti znatno veći obrtni moment pri niskim brojevima obrtaja. Veća ekonomičnost u potrošnji goriva kod HEV vozila implicirasmanjenje potrošnje goriva i emisije izduvnih gasova. Osnovni zahtjev svakog električnog i hibridnog vozila je postojanje izvora električne energije. Električna energija se transformiše u mehaničku pomoću električnih motora namijenjenih za pogon vozila. Najčešće korišteni izvor električne energije je baterija – akumulator. Prisutni su različiti tipovi uređaja za skladištenje električne energije. Kod standardnih vozila, akumulator predstavlja jedini element za skladištenje električne energije. Kod hibrida, baterije moraju kontinualno spremati električnu energiju, ali isto tako i davati. Svaka baterija se sastoji od dvije ili više ćelija međusobno povezanih. Kapacitet baterije se obično definiše u amper satima. Ampersat (Ah) definiše kapacitet baterije, tj. definiše koliko vremena jedna baterija može odavati određenu jakost struje. Najzastupljeniji tipovi baterija za električna i hibridna vozila su (slika 6, slika 7):

• litijum-jonske (Li-ion)

• litijum-polimerske (Li-poly)

• (Na/NiC12)

• nikl-metal-hidrid (NiMH),

• nikl-kadmijum (NiCd),

• olovo-kiselina

Slika 6. Poredjenje različitih tipova baterija

Slika 7. NiMH baterija kod Toyota Prius vozila

Baterije se mogu konfigurisati u serijsku ili paralelnu vezu. Odabir konfiguracije zavisi od izlaznog napona i karakteristika pražnjenja. Paketi baterija uključuju elektroniku koja je smještena na vanjskoj strani omotača snopa baterija. Zadatak elektronike je da nadgleda proces punjenja, pražnjenja, moguću pojavu kratkog spoja i prekomjernog pražnjenja.

5.  NOSIVOSTI KOD HIBRIDNIH VOZILA

Hyundai Elantra LPI (Liquefied Petroleum Injected) hibrid je pušten u prodaju u 2009. godini. Hyundai Elantra je umjereno hibridno vozilo i prvi hibrid adaptiran za upotrebu naprednih litijpolimera (Li-Poly) baterije. Hyundai Elantra LPI hibrid omogućava ekonomičnost goriva od 5,6 l/100 km i emisijom CO2 od 99 g/km, kako bi se zadovoljili uslovi SULEV-a (Super Ultra Low Emission Vehicle). Mercedes-Benz S400 BlueHybrid pušten u prodaju 2009. godine u SAD. Ovo je umjereni hibrid i prvi hibridni automobil adaptiran na Li-ion bateriju. Hibridna tehnologija u S400 je razvijena od strane Daimler AG i BMW. Ista hibridna tehnologija se koristi u BMW-u ActiveHybrid 7 (slike 8, 8.1, 8.2, 8.3), i puštena je u prodaju sredinom 2010. godine u SAD-u i Evropi. U 2009. godini BMW je počeo prodaju potpuno hibridnog vozila BMW X6 ActiveHybrid. Nakon toga, 2010. godine slijedi Honda CR-Z u Japanu i Evropi, itd

Slika 8. Hibridno vozilo BMW ActiveHybrid 7

Slika 8.1. Motor SUS + elektromotor + mjenjač (presjek)

Slika 8.2. Li-ion baterije (presjek)

  Slika 8.3 Elektromotor + hidro dinamički transformator obrtnog momenta + mjenjač (presjek)

Za razliku od klasičnih hibrida, Porsche 911 GT3 R Hybrid (slika 9) za pohranjivanje električne energije ne koristi baterije, već sofisticiranu tehnologiju (KERS) čija okosnica je zamajac smješten iza vozačevog sjedišta. Kratica KERS (Kinetic Energy Recovery System) je sistem (baterija) za spremanje (prikupljanje) kinetičke energije dobivene kočenjem (regenerative braking), koja se kasnije može koristiti pri ubrzanju vozila. Prednosti u odnosu na baterije kriju se u manjoj masi i mogućnosti bržeg apsorbovanja energije. Kako radi KERS sistem? Najstariji i najprirodniji način pohrane energije jeste putem zamajca. Suvremeni zamajci se mogu obrtati preko 60.000 min-1. Velike centrifugalne sile kontrolišu se putem kompozitnih fiber vlakana,

a gubici u zaptivanju (koji su nezaobilazni kod sklopova) riješeni su time što je cijeli sistem okreće u vakumiranom prostoru. Veza ovog sistema sa sistemom prenosa snage na vozilu može biti ostvarena putem CVT mjenjača (kontinualni prenosnik – najčešći slučaj). U zavisnosti od proizvođača, kompletan sistem ima masu od 25 kg.

Slika 9. Hibridno vozilo Porsche GTR 3

1, 5 – napajanje elektronike, 2 – dva elektromotora (po jedan za svaki točak), 3 – kablovi visokog napona, 4

– KERS baterije; (pogon prednje osovine sa dva elektromotora, a stražnje osovine motor SUS)

6.0 KONTROLNA JEDINICA MOTORA I SENZORI SISTEMA

Kod automobila novije generacije neophodan je sistem koji će davati informacije o radu motora a takođe je neophodno da imaju priključak za dijagnostiku.

6.1.  Osnovne funkcije kontrolne jedinice

Sa obzirom da proizvođači imaju različite oznake za slične sisteme, usvojićemo oznaku ECU (Electronic Control Unit) koja označava Kontrolnu jedinicu motora",

odnosno motor koji posjeduje elektronsko upravljanje i nadzor.Na slici . prikazana je kontrolnajedinica motora.

Slika 10. Kontrolna jedinica motora

ECU je mikroprocesorski sistem koji upravlja pripremom gorive smješe, paljenjem smješe, nadgleda sastav izduvnih gasova i obavlja brojne druge funkcije (ako su na automobilima ugrađeni sistemi protiv blokiranja točkova, proklizavanja, vazdušni jastuci i slično). ECU takođe prikuplja podatke za računar, na čijem ekranu možemo pročitati prosječnu potrošnju goriva, kilometražu koju možemo preći sa preostalim gorivom, prosječnu brzinu, vanjsku temperaturu i slično.

ECU jedinica neprestalno prati parametre motora kao što su temperatura motora, brzina vozila, količina usisanog vazduha, sastav izduvnih gasova, položaj papuče gasa, a u nekim slučajevima atmosferski pritisak i visinu. ECU jedinica na osnovu tih podataka fino podešava rad motora nekoliko desetina puta u sekundi da bi se obezbjedile maksimalne performanse. Ukoliko se neki od senzora pokvari, ECU jedinica prelazi na poseban sigurnosni režim rada. Motor i dalje nastavlja sa radom, sa nešto smanjenim performansama. Današnje ECU jedinice takođe posjeduju i OM priključak, koji omogućava priključak dijagnostičkih uređaja. Na slici . prikazana je unutrašnjost kontrolne jedinice.

Slika11 . Unutrašnjost kontrolne jedinice

Unutrašnjost ECU jedinice

Unutrašnjost ECU jedinice je jako složena. Štampana ploča na kojoj su smješteni elementi je troslojnog tipa. Elementi koji su na nju postavljeni su mješavina SMD i klasičnih komponenti. Eventualna intervencija podrazumjeva jako precizan rad i upotrebu nisko naponskih lemilica. Sve mjere opreza koje se preporučuju prilikom rada sa poluprovodničkim komponentama važe i ovde. Jedna od najvažnijih je da komponente ne diramo ako postoji opasnost od elektrostatičkog pražnjenja. Zamjena SMD komponenti takođe može biti problematična ako su komponente prije automatskog lemljenja zaljeplpne za štampanu ploču.

Centralna procesorska jedinica

Centralna procesorska jedinica (CPU) je 8-mo bitni mikrokontroler izrađen u CMOS tehnici. U ovom slučaju korištenje Siemens-ov SAB 80C537 mikrokontroler. Toj e integralno kolo koje po svojim karakteristikama spada u sam vrh Siemensove SAB 8051 familije mikrokontrolera. Ima povećane aritmetičke mogućnosti, mogućnost obrade analognih signala i tajmere (brojačka kola koja obrađuju događaje u pravilnim vremenskim intervalima). Na slici  prikazanje Siemens-ov SAB 80C537 mikrokontroler.

Neke osnovne tehničke kerakteristike su:

Radna frekvencija: 12-16 MHz

Interna memorija za podatke: 256 bajtova

Memorija za instrukcije: 64 Kb

Brojači: četiri 16-to bitna brojača koji se mogu koristiti za mjerenje vremena

Analogni dio: 8-mo bitni A\D konvertor sa 12 multipleksiranih ulaza.

Komunikacija: dva serijska interfejsa za dvosmjernu komunikaciju

Ulaz\Izlaz: 56 ulazno-izlaznih linija,12 ulaznih linija

Slika 12. Siemens-ov SAB 80C537 mikrokontroler 

FLASH memorija

Druga veoma važna komponenta, u kojoj se nalaze tabele sa podacima o kolčini goriva koju treba ubrizgati i vremenu paljenja smješe je tzv. FLASH memorijsko integralno kolo. Ovo memorijsko integrakno kolo ima mogućnost promjene sadržaja svake memorijske lokacije od strane CPU i može da zapamti svaku promjenu sadržaja i nakon prestanka napajanja izvorom istosmjerne struje. FLASH čipovi imaju sve najbolje osobine različitih tipova memorijskih čipova starije generacije (ROM, EPROM, EEPROM).

Ovo konkretno kolo nosi oznaku AM28F512 (Atmel) i ima kapacitet od 64 Kbajtova. Urađeno je u CMOS tehnici i proizvođač garantuje preko 100000 reprogramiranja i garantuje da će kolo čuvati sadržaj 10 godina. Na slici prikazan je FLASH memorijski čip AM28F512.

7. SENZORI SISTEMA

Elektronski sistem (računar) za svoj rad koristi senzore. Stotinu puta u sekundi senzori šalju mjerenja računaru o stanju u motoru. Računar upravlja sistemom i u mnogim automobilima se on obilježava sa ECU. Programiranje od strane fabrike da daje odgovarajuće izlazne veličine na osnovu podataka koje dobij a od senzora. ECU u svakom trenutku mora imati informaciju o stanju u motoru. Da li se automobil nalazi na uzbrdici, dok motor radi na 3000ob\min, po vrelom danu? Ili je možda u pitanju gradska vožnja po hladnom vremenu, a motor upravo pokrenut? Sve ove podatke ECU dobija preko ugrađenih senzora.

Senzor temperature rashladne tečnosti

Senzor temperature rashladne tečnosti daje ECU podatke o temperaturi rashladne tečnosti. U većini slučajeva smješten je na kućištu termostata. Ovaj senzor ima promjenljivu NTC karakteristiku sa promjenom temperature tj. ako se povećava temperatura motora, njegova otpornost se smanjuje. Senzor se preko ECU napaja konstantnim naponom, a informacija se vodi nazad u ECU jer je povezivanje realizovano na principu Fildbus sistema (sa dvije zice). Na slici . prikazana je NTC karakteristika senzora, dok je na slici ispod nje. prikazan senzor temperature rashladne tečnosti.

Slika 13. Karakteristika NTC senzora

Slika 14. Senzor temperature rashladne tečnosti

Senzor temperature vazduha

Temperatura vazduha koji se usisava se takođe mjeri. Senzor za ovu namjenu se može nalaziti na kutiji vazdušnog filtera ili na usisnoj cijevi. Ovaj sensor je takođe sa NTC karakteristikom promjenljive otpornosti. On ima otpornost od 3555 Q-a na 20 ⁰C, a 475 Q-a na 70 oc. Temperatura ulaznog vazduha mcže dostići blizu 70 0C kada je vreo ljetni dan. Na slici. prikazanje senzor vazduha.

Slika 15. Senzor temperature vazduha

Senzor protoka

Da bi ECU obezbjedio odgovarajuću količinu goriva i zapalio smješu u odgovarajućem trenutku, potrebno je da ima informaciju koliko je opterećenje motora. Neki automobili koriste “Mjerač količine vazduha“ ili “Protokomjer“ da bi izmjerili opterećenje motora. Snaga motora zavisi direktno od količine vazduha koji u njega ulazi. Ako motor koristi mnogo vazduha, onda je potrebno da se ubrizga i veća količina goriva, a sve u cilju da se održi optimalan odnos vazduha i goriva. Postoji nekoliko tipova Protokomjera koji se danas ugrađuju. Dva standardna tipa Protokomjera su:

1. Protokomjer sa vrelom žicom,
2. Protokomjer sa leptirom.

Vazduh koji ulazi u motor struji oko žicanog otpornika napravljenog od platine.Žičani otpornik se zagrije istosmjernom strujom koja teče kroz njega vazduh koji struji hladi ga ECU održava platinasti otpornik na konstantnoj temperaturi. Stoje više struje potrebno da se otpornik grije, više vazduha ulazi u motor. Ovaj tip senzora pravi mali otpor vazduhu koji ulazi u motor jer su mu dimenzije radnog dijela male. Na slici prikazan je protokomjer sa vrelom žicom.

Slika 16. Mjerač protoka sa vrelom žic om 3.3.2Protokomjer sa leptirom

Ovaj tip protokomjera koristi za svoj rad leptir koji pregrađuje usisnu cijev. Stoje veći otklon leptira, veća je i količina vazduha koja ulazi u motor. Leptir je povezan sa električnim potenciometrom. Otpornost potenciometra se mjenja direktno proporcijonalno sa otklonom leptira tj.direktno zavisi od ugla otklona leptira. Ovaj tip protokomjera pruža veći otpor vazduhu koji ulazi u motor. Na slici prikazan je protokomjer sa leptirom.

Slika 17. Protokomijer sa leptirom

7.4  Senzor pedale gasa

Takođe ECU jedinica mora imati podatke i po položaju papuče gasa. Senzor papuče gasa daje važne informacije naročito prilikom ubrzavanja. Većina ovakvih senzora su dvopoložajni (0, 1) gdje “0“ predstavlja osnovni položaj tj. prazan hod, a “1“ pun gas.Na slici  prikazanje senzor pedale gasa.

Slika 18. Senzor pedale gasa

Senzor ugla zakreta koljenastog vratila (ENKODERI)

ECU zahtjeva podatke i o broju obrtaja koljenastog vratila motora i položaju prilikom rotacije. Ovo omogućava da ECU ubrizga gorivo u pravom trenutku i da smjšu zapali varnicom. Postoji nekoliko tipova senzora za položaj radilice. NISSAN koristi optički sensor položaja radilice. Svjetlost koju emituje LED dioda registruje fototranzistor, a prekida je metalna ploča sa prorezima koja prolazi između njih. Neki senzori koriste ploče sa 360 proreza i daju veoma preciznu informaciju o broju obrtaja.Neki od tih proreza su drugačije oblikovani pa se na osnovu njih može dobiti položaj radilice. Takođe postoji senzor položaja radilice sa Halovim efektom. Taj senzor koristi nazubljeni disk koji se okreće unutar kućišta. Svaki put kad se metalni zub nađe između Hall senzora i magneta, Hall senzor se isključuje. ECU mjeri dužinu i broj impulsa, i na osnovu toga izračunava broj obrtaja i položaj radilice. Na slikama prikazani su respektivno, senzor ugla zakreta koljenastog vratila sa Hall-ovim efektom, električna šema i Hall senzor u prirodnoj veličini.

Slika 19. Senzor ugla zakreta koljenastog vratila sa Hall-ovim efektom

Slika 20. Električna šema i zavisnost izlaznog napona od jačine magnetnog polja

7.6 Senzor brzine automobila

Svrha senzora brzine automobila je jednostavna. Sa ovog senzora se šalje informacija ka ECU o tome kolikaje brzina kretanja automobila. Senzor se može nalaziti na mijenjaču, ili na točku. Ovaj sensor se u nekim automobilima koristi za ograničenje maksimalne brzine, a takođe i da se poboljšaju ekonomičnost i vozne karakteristike. Na slici prikazanje senzor brzine automobila.

Slika 21. Senzor brzine automobila 

Lambda sonda

Lambda sonda (Oksigen senzor)je smještena na početku izduvne grane i služi da daje podatke ECU o sastavu smješe da li je siromašna ili bogata (idealan omjer obično iznosi 14,7:1). Kada je smješa siromašna, senzor na izlazu generiše nizak napon, oko 0,2V. Ukoliko je smješa bogata izlazni napon je oko 0,8V. ECU koristi ovaj napon da bi održao smješu u granicama od 14,7:1, što predstavlja idealan odnos i deklariše se pomoću X faktora u odnosu 1.

Lambda sonda je neizostavni element izduvnih sistema motornih vozila pogonenih Otto motorom. Lambda sonda je senzor količine kiseonikau izduvnim gasovima te služi kao regulacioni element pri pripremi gorive smješe. Naime, kako bi katalizatori djelovali sa maksimalnom iskoristivošću potreban je stehiometrijsk omjer goriva i vazduha u smješi. Pojednostavljeno rečeno - omjer goriva i vazduha mora biti idealan u smislu da nakonsagorjevanja u cilindru ne ostane neizgorenog goriva ili, obrnuto, da ne bude viška kiseonika odnosno vazduha.

Funkcija lambda sonde je upravo da detektuje odstupanja lambda faktora u izduvnim gasovima od idealne vrijednosti, te omogući računaru dana osnovu ove informacije reguliše količinu ubrizganog goriva u usisne cijevi. Dakle, u slučaju gorivom zasićene smješe smanjuje se količina ubrizganog goriva i obratno. Na slici prikazana je funkcija lambda faktora.

Slika 22. Funkcija lambda faktora

Održavanjem lambda faktora u blizini idealne vrijednosti poboljšava se učinak katalizatora.

Slika 23. Princip djelovanja lambda sonde

Sam princip djelovanja lambda sondeje sljedeći:

Sonda je obično postavljena u izduvni sistem na način da je njen vrh u stalnom kontaktu sa izduvnim gasovima. Kristal od cirkonija obložen sa obadvije stranetankim slojem platine u dodiru s kiseonikom u izduvnim gasovima generiše napon. Napon varira između 0 i 1 V i očitavanjem srednje vrijednosti te poznavanjem količine ubrizganog goriva, lako je izračunati lambda faktor. Lambda faktoru u iznosu od 1 odgovara srednji napon od približno 0,45 V. Na osnovu podataka što cblaze iz lambda sonde centralni računar vozila određuje količinu ubrizganog goriva u realnom vremenu održavajući lambda faktor konstantnim.Na slici 13b. prikazanje princip djelovanja lambda sonde.

Problem predstavlja činjenica da lambda sonda tek pri radiim temperaturama većim od 270 °C počinje optimalno izvršavatisvoju funkciju. Stoga danas lambda sonde dolaze sa ugrađenim grijačima i postavljaju se što bliže motoru, radi ranijeg početka djelovanja regulacionogkruga za upravljanje rada motora. Na slici prikazana je lambda sonda.

Slika 24. Lambda sonda

Lambda sonda je izložena radu u ekstremnim uslovimapa je sklona kvarovima koji mogu ugroziti ispravan rad motora i smanjiti radnu učinkovitost katalizatora. Prilikom pregleda izduvnog sistema potrebno je provjeriti sljedeće stvari na lambda sondi:

 oštećenja na signalnim žicama,

 ulaz vazduha blokiran prljavštinom, uljem ili elementima podvoja,

 fizička oštećenja na tijelu sonde,

 ispravnost navoja na sondi,

Oštećenja na vrhu sonde ili zamazanost

Posebno je važno da vrh sonde bude čist i na taj način ne spriječava dodir jezgre sa izduvnim gasovima. Onečišćenost vrha može ukazivati na neispravnosti u radu motora.

Moguće su sljedeće naslage na vrhu sonde:

crna boja ukazuje na naslage ugljika u obliku čađe,

sjajne naslage ukazuju na onečišćenje olovom iz gorivi,

naslage bijele poput krede posljedica su onečišćenja silikonom,

tamno-smeđe naslage su naslage ulja u izduvnim gasovima

kristalne bijele naslage ukazuju na prisutnost antifriza u izduvnom sistemu.

Osciloskopom je moguće dijagnostisati neispravnost rada lambda sonde ako su vanjska oštećenja nevidljiva.

U slučaju otkrivenih neispravnosti pri radu lambda sonde potrebno je što prije zamjeniti neispravnu sondu!

7.8 Brizgalice za gorivo

Najvažniji element sistema koji kontroliše ECU su brizgalice. Količina goriva koja se ubrizga u motor je određena dužinom vremena u kojem su brizgalice otvorene. Dužina vremena se u literaturi označava kao širina impulsa. Kada su otvorene, gorivo iz njih izlazi u obliku fine magle. U većini slučjeva jedna brizgalica ubrizgava gorivo na svaka dva obrtaja koljenastog vratila motora. Ako je potrebna veća količina goriva, vrijeme ubrizgavanja se produžava. Zvuk otvaranja i zatvaranja brizgalica se moze čuti za vrijeme rada motora kao tiho kuckanje ili pucketanje. Procenat vremena u kojem su brizgalice otvorene se oznaiava kao faktor opterećenja. Brizgalica koja je otvorena u trajanju od pola maksimalnog vremena ima 50% faktor opterećenja. Za očitavanje ove veličine se može koristiti digitalni multimetar koji ima opciju mjerenja frekvencije i faktora opterecenja.Na slici prikazana je brizgalica za gorivo.

Slika 25. Brizgalica za gorivo

ZAKLJUČAK

Hibridna vozila su neminovnost koja predstoji u auto industriji (putnička i teretna vozila), a kako vrijeme bude prolazilo ovakvih vozila će biti sve više, a njihova cijena sve manja. Međutim, kad je naša zemlja u pitanju to će biti samo sporadični slučajevi. Bitno za stanice tehničkih pregleda jeste da se kod hibridnog vozila ispituje kvalitet izduvnih gasova kod motora SUS (ukoliko nije potpuno električno vozilo), i to u modu kada mu je elektromotor isključen. Ovakva vozila imaju veoma složenu vozačku konzolu (slika 10), te se savjetuje posebna pažnja prilikom ispitivanja ovakvih vozila na tehnološkoj liniji (razne vrste pogona, mogućnost promjene čvrstoće ovjesa, itd).

       Literatura

1. http://auto-elektrika.bloger.hr/post/senzori-na-motoru-ili-engine-managment-sensors/2653922.aspx (08/06/2012)
2. http://www.mycity.rs/Opsta-diskusija-i-bezbednost-saobracaja/ECU-i-senzori-u-automobilu.html (08/06/2012)
3. http://drumtidam.info/201103034640/ELEKTRICNI-AUTOMOBILI-4640.html (10/06/2012)
4. http://www.opelclub.hr/blog/  (15/06/2012)
5. http://www.google.ba

 

PROČITAJ / PREUZMI I DRUGE SEMINARSKE RADOVE IZ OBLASTI:

ASTRONOMIJA | BANKARSTVO I MONETARNA EKONOMIJA | BIOLOGIJA | EKONOMIJA | ELEKTRONIKA | ELEKTRONSKO POSLOVANJE | EKOLOGIJA - EKOLOŠKI MENADŽMENT | FILOZOFIJA | FINANSIJE |  FINANSIJSKA TRŽIŠTA I BERZANSKI    MENADŽMENT | FINANSIJSKI MENADŽMENT | FISKALNA EKONOMIJA | FIZIKA | GEOGRAFIJA | INFORMACIONI SISTEMI | INFORMATIKA | INTERNET - WEB | ISTORIJA | JAVNE FINANSIJE | KOMUNIKOLOGIJA - KOMUNIKACIJE | KRIMINOLOGIJA | KNJIŽEVNOST I JEZIK | LOGISTIKA | LOGOPEDIJA | LJUDSKI RESURSI | MAKROEKONOMIJA | MARKETING | MATEMATIKA | MEDICINA | MEDJUNARODNA EKONOMIJA | MENADŽMENT | MIKROEKONOMIJA | MULTIMEDIJA | ODNOSI SA JAVNOŠĆU |  OPERATIVNI I STRATEGIJSKI    MENADŽMENT | OSNOVI MENADŽMENTA | OSNOVI EKONOMIJE | OSIGURANJE | PARAPSIHOLOGIJA | PEDAGOGIJA | POLITIČKE NAUKE | POLJOPRIVREDA | POSLOVNA EKONOMIJA | POSLOVNA ETIKA | PRAVO | PRAVO EVROPSKE UNIJE | PREDUZETNIŠTVO | PRIVREDNI SISTEMI | PROIZVODNI I USLUŽNI MENADŽMENT | PROGRAMIRANJE | PSIHOLOGIJA | PSIHIJATRIJA / PSIHOPATOLOGIJA | RAČUNOVODSTVO | RELIGIJA | SOCIOLOGIJA |  SPOLJNOTRGOVINSKO I DEVIZNO POSLOVANJE | SPORT - MENADŽMENT U SPORTU | STATISTIKA | TEHNOLOŠKI SISTEMI | TURIZMOLOGIJA | UPRAVLJANJE KVALITETOM | UPRAVLJANJE PROMENAMA | VETERINA | ŽURNALISTIKA - NOVINARSTVO

  preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi