Sisteme de control pentru MAC destinate tractiunii rutiere[1]

1. Obiective si mijloace de realizare

limitarea zgomotului in functionare;

limitarea emisiilor poluante.

Pentru a intelege obiectivele controlului in motoarele diesel vom face o scurta trecere in revista a modului in care decurge arderea. La sfirsitul cursei de comprimare combustibilul este injectat in camera de ardere. Zona exterioara a jeturilor va intra in contact cu masa de aer comprimat cu temperatura ridicata, se va vaporiza si prin amestecarea cu aerul va forma un amestec relativ omogen[2].

Dupa un intreval de timp, numit intirziere la autoprindere, acest amestec se va autoaprinde fiind degajata rapid o cantitate importanta de energie (aproximativ 40% din energia disponibila). Pe parcursul citorva milisecunde presiunea variaza brusc de la valori de ordinul 40-60 bar la 90-120 bar. Motorul functioneaza zgomotos, cu vibratii. Cu cit intirzierea la autoaprindere este mai mare, cu atit degajarea de energie (cresterea de presiune) va fi mai puternica.

Rezulta ca, pentru limitarea zgomotului in functionare, este necesar un control al modului in care decurge degajarea de energie pe parcursul arderii. Aceasta se realizeaza prin controlul procesului de injectie.

In ceea ce priveste emisiile poluante exista doua componente penalizante pentru MAC: emisia de fum (particule) si oxizii de azot. Emisia de monoxid de carbon are valori reduse, specifice unui amestec sarac. Emisia de hidrocarburi nearse este mai redusa decit la MAS (valori prelevate inaintea catalizatorului).

Fumul reprezinta un ansamblu de particule de carbon rezultate in urma oxidarii incomplete a picaturilor de combustibil. Emisia de oxizi de azot (NOx) este mai importanta decit la MAS deoarece arderea decurge intotdeauna in zona amestecurilor sarace.

Controlul celor doua emisii poluante se face prin masuri ce implica atit sistemul de injectie cit si cel de evacuare.

2. Controlul sistemului de injectie

Principiul de baza este ca prin modularea injectiei se controleaza degajarea de caldura (arderea) astfel incit viteza de crestere a presiunii sa fie mentinuta in limite acceptabile. In cazul unui sistem clasic (vechi) de injectie, doza de combustibil era injectata intr-o singura transa in camera de ardere, procesul de ardere decurgind asa cum a fost descris anterior.

O alta strategie presupune injectarea initial a unei cantitati reduse de combustibil, dupa care a dozei principale. Procedeul se numeste injectie pilot (vezi figura).

Doza initiala va produce prin ardere o crestere a nivelului de temperatura, ce va reduce sensibil intirzierea la autoaprindere pentru doza principala. Pentru controlul duratelor d_i (vezi figura), a proportiei dintre doza pilot si cea principala este necesar un injector de o conceptie noua, cu control electronic.

Obs. O injectie pilot, chiar daca nu cu caracteristicile anterioare, poate fi realizata si cu un injector mecanic cu o deschidere in doua stadii. Acesta poseda doua arcuri. La inceput forta hidraulica comprima doar unul dintre ele, astfel incit deschiderea injectorului este partiala. Se injecteaza initial doar o doza redusa. Pe masura ce in sistem presiunea creste este comprimat si cel de al doilea arc, injectorul deschizindu-se complet. Se injecteaza astfel doza principala.

De remarcat ca in acest caz exista o suprapunere intre doza pilot si cea principala (vezi figura), iar proportia dintre cele doua nu poate fi modificata.

Controlul electronic al injectiei este implementat pe sistemele cu rampa comuna (common rail) si pompa-injector[3].

Injectie pilot – control electronic	Injectie pilot – injectoare mecanice cu doua arcuri REFERAT: Materiale auxiliare REFERAT: Cauzele si efectele incendiilor
d = durata fazei pilot, d = durata fazei principale

Sistemul cu rampa comuna

Sisteme cu rampa comuna de prima generatie

Sisteme cu rampa comuna de generatia a doua

d = durata fazei pilot;

d = durata fazei principale;

d = durata fazei “postinjectie”.

Semnalul de injectie pentru un sistem de prima generatie este caracterizat de trei zone. Fata de cele explicate anterior remarcam prezenta celei de a treia faze – postinjectia – a carei menire este de a mari temperatura gazelor de ardere in vederea “curatirii” filtrului de particule[4]. In cazul sistemelor de a doua generatie, pentru un control si mai precis al degajarii de caldura, injectia principala este la rindul sau divizata in maxim trei zone.

Comanda injectoarelor este de tip electro-hidraulic: semnalul de comanda propriu-zis este de tip electric, dar ridicarea acului injectorului de pe sediu se realizeaza sub actiunea unei forte hidraulice. O iamgine mai clara o putem avea analizind constructia unui injector.

Distingem doua zone: zona inferioara ce contine acul presat pe sediu de catre arc si zona superioara ce contine electrovalva de comanda.

Combustibilul soseste la injector cu o presiune cuprinsa intre 300 si 1800 bar, in functie de regimul de functionare. In acest moment asupra acului injectorului actioneaza doua forte: una ascendenta la nivelul suprafetei tronconice si alta descendenta la nivelul pe suprafata superioara a tijei acului (in galben pe figura). Cele doua forte se anuleaza reciproc. La aplicarea unui semnal electric supapa de control se deschide si in acest mod combustibilul din zona superioara are posibilitatea iesirii catre retur. Forta descendenta se anuleaza, in sistem raminind doar forta ascendenta ce ridica acul de pe sediu. Aplicarea impulsului electric este cea care determina deschiderea injectorului. Anularea impulsului va determina restabilirea fortei descedente si inchiderea injectorului.

Obs. Semnalul de deschidere a injectorului este de tip electric, dar deschiderea efectiva se realizeaza pe cale hidraulica (sub actiunea unei forte hidraulice). Actionarea directa a injectoarelor, dupa modelul MAS, sub actiunea unei forte electrice ar impune adoptarea unor bobine voluminoase si/sau a unor curenti mari. In primul caz spatiul de amplasare al injectorului ar deveni excesiv de mare[5]. In cel de al doilea, regimul termic al injectorului ar creste datorita disiparii de caldura impusa de curentii mari, ceea ce determina scurtarea tipului de viata al sistemului.

In cazul sistemelor de a doua generatie distanta dintre doua faze succesive ale injectiei este atit de scurta incit controlul cu supapa-solenoid este dificil de realizat (sistemul are timpi de raspuns prea mari). Astfel, in locul solenoidului supapa este actionata de catre un pachet de cristale de cuart. Prin efect piezo, la aplicarea unei tensiuni, pachetul se “dilata” asigurind deplasarea supapei.

Prin semnalul de control sint stabilite avansul si durata injectiei. Semnalul este elaborat de catre unitatea de comanda pe baza urmatoarelor informatii:

turatia motorului;

debitul de aer aspirat;

pozitia axului cu came (pozitia pe ciclul motor);

presiunea din colectorul de admisie (= presiunea de supraalimentare).

Acestea sint semnalele esentiale pentru stabilirea dozei de combustibil injectate si a avansului la injectie. Pe linga acestea exista si alte semnale complementare: temperatura lichidului de racire (pentru determinarea conditiilor de pornire la rece, in acest caz avansul fiind micsorat pentru facilitarea autoaprinderii), presiunea atmosferica (corectia de altitudine), temperatura aerului aspirat (functionarea in conditii de temperaturi joase), etc.

Pe linga injectoare, unitatea de control mai comanda si:

presiunea din rampa comuna prin intermediul pompei de inalta presiune;

supapa de descarcare a compresorului sau pozitia paletelor statorului (pentru sisteme cu geometrie variabila);

pozitia supapei de recirculare a gazelor de ardere.

Obs. La regimuri joase de functionare, doza necesara de combustibil este redusa, motiv pentru care timpii de control devin foarte mici (reamintim ca timpul de control depinde de doza injectata si de presiunea de injectie). In acest sens, pentru a obtine timpi de control rezonabili, presiunea de injectie este in mod deliberat micsorata pina la valori de ordinul 300 bar (fata de 1800 – 2000 bar la regimurile inalte).